JP5692337B2 - Film forming apparatus, film forming method, and storage medium - Google Patents

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Description

本発明は、真空容器内にて基板に対して薄膜を成膜する成膜装置、成膜方法及びこの方法が記憶された記憶媒体に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on a substrate in a vacuum vessel, a film forming method, and a storage medium storing this method.

半導体ウエハなどの基板の表面に薄膜を成膜する成膜方法の一つとして、例えば第1の反応ガス及び第2の反応ガスを交互に基板に供給して、原子層あるいは分子層の反応生成物を積層するALD(Atomic Layer Deposition)やMLD(Molecular Layer Deposition)などが知られている。これらの成膜方法では、例えば成膜温度が低い場合には、反応ガス中の有機物などが不純物として薄膜に混入するおそれがある。そこで、このような不純物を薄膜から除去するために、例えばアニール処理やプラズマ処理などの改質処理が行われる場合がある。   As one of film formation methods for forming a thin film on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer, for example, a first reaction gas and a second reaction gas are alternately supplied to the substrate to generate a reaction of an atomic layer or a molecular layer. Known are ALD (Atomic Layer Deposition) and MLD (Molecular Layer Deposition) for stacking objects. In these film formation methods, for example, when the film formation temperature is low, organic substances in the reaction gas may be mixed as impurities into the thin film. Therefore, in order to remove such impurities from the thin film, a modification process such as an annealing process or a plasma process may be performed.

しかし、このプラズマ処理では薄膜の極表層の深さまでしか改質できないので、薄膜の成膜後にプラズマ処理を行った場合には、薄膜の膜厚方向において均質な改質効果が得られない。また、成膜装置と共にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用いる場合には、成膜処理と改質処理とを各々の処理容器で行うことになるため、薄膜の積層に長時間必要になってしまう。   However, since this plasma treatment can be modified only to the depth of the extreme surface layer of the thin film, a uniform modification effect cannot be obtained in the film thickness direction when the plasma treatment is performed after the thin film is formed. Further, in the case of using a plasma processing apparatus that performs plasma processing together with the film forming apparatus, the film forming process and the modification process are performed in each processing container, which requires a long time for stacking thin films. .

一方、このような成膜処理を複数枚のウエハに対して同時に行ういわゆるミニバッチ方式の装置として、例えば特許文献1〜3に記載されているように、既述の各反応ガスを供給する複数の反応ガス供給手段に対して複数枚のウエハが載置された載置台を相対的に回転させながら成膜処理を行う成膜装置が知られている。しかしながら、これらの特許文献では既述の課題については具体的に検討されていない。   On the other hand, as a so-called mini-batch type apparatus that performs such a film forming process on a plurality of wafers simultaneously, as described in, for example, Patent Documents 1 to 3, a plurality of the above-described reactive gases are supplied. 2. Description of the Related Art A film forming apparatus that performs a film forming process while rotating a mounting table on which a plurality of wafers are mounted relative to a reactive gas supply unit is known. However, these patent documents do not specifically examine the aforementioned problems.

米国特許公報7,153,542号:図8(a)、図8(b)US Pat. No. 7,153,542: FIGS. 8 (a) and 8 (b) 特許3144664号公報:図1、図2、請求項1Japanese Patent No. 3144664: FIG. 1, FIG. 2, Claim 1 米国特許公報6,634,314号US Pat. No. 6,634,314

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板が載置されたテーブルに対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段を相対的に回転させて反応生成物を積層して薄膜を成膜するにあたり、膜厚方向に亘って膜質が良好で均質な薄膜を成膜できる成膜装置、成膜方法及びこの方法が記憶された記憶媒体を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to relatively rotate a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to a table on which a substrate is placed to thereby rotate a reaction product. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus, a film forming method, and a storage medium storing the method, which can form a thin film having a good film quality in the film thickness direction and a uniform thin film.

本発明の成膜装置は、
真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域が形成されたテーブルと、
基板の表面に吸着する第1の反応ガスを前記真空容器内における第1の処理領域に供給するための第1の反応ガス供給手段と、
この第1の反応ガス供給手段に対して前記テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、基板の表面上の第1の反応ガスの成分と反応して反応生成物を生成する第2の反応ガスを前記真空容器内における第2の処理領域に供給するための第2の反応ガス供給手段と、
この第2の反応ガス供給手段に対して前記テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、改質ガスのプラズマ化により得られたプラズマを基板上の反応生成物の改質処理を行うために前記真空容器内におけるプラズマ処理領域に供給するプラズマ処理手段と、
前記テーブルと前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記プラズマ処理手段とを相対的に回転させる回転機構と、
前記第1の処理領域、前記第2の処理領域及び前記プラズマ処理領域をこの順番で前記テーブル上の前記基板が通過するステップを複数ステップ行う成膜−改質ステップと、成膜処理を停止させて、前記プラズマ処理領域を前記テーブル上の前記基板が通過する改質ステップと、をこの順番で少なくとも1回行うように制御信号を出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
The film forming apparatus of the present invention
A table provided in a vacuum vessel and having a substrate placement region for placing a substrate;
First reaction gas supply means for supplying a first reaction gas adsorbed on the surface of the substrate to a first processing region in the vacuum vessel;
A second reaction which is provided at a position spaced in the circumferential direction of the table with respect to the first reaction gas supply means and reacts with a component of the first reaction gas on the surface of the substrate to generate a reaction product. A second reactive gas supply means for supplying a gas to a second processing region in the vacuum vessel;
In order to modify the reaction product on the substrate, the plasma obtained by converting the reformed gas into plasma is provided at a position spaced apart from the second reactant gas supply means in the circumferential direction of the table. Plasma processing means for supplying a plasma processing region in the vacuum vessel;
A rotating mechanism for relatively rotating the table and the first reactive gas supply means, the second reactive gas supply means and the plasma processing means;
A film forming-modifying step for performing a plurality of steps in which the substrate on the table passes through the first processing region, the second processing region, and the plasma processing region in this order, and the film forming process are stopped. And a reforming step in which the substrate on the table passes through the plasma processing region, and control means for outputting a control signal so as to perform at least once in this order.

前記制御手段は、前記成膜−改質ステップから前記改質ステップへの切替時における前記真空容器内の圧力変動を抑えるために、これらの各ステップ間における第2の反応ガスの供給量を揃えるように制御信号を出力しても良い。
また、前記改質ステップは、前記テーブル上の基板が前記プラズマ処理領域を複数回通過するように、前記テーブルに対して前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記プラズマ処理手段を相対的に複数回回転させるステップであっても良い。前記改質ガスは、希ガスまたはO2ガスの少なくとも一方である。前記改質ステップにおける改質処理は、前記成膜−改質ステップにおける改質処理よりも改質の度合いが大きい。
The control means aligns the supply amount of the second reaction gas between these steps in order to suppress pressure fluctuations in the vacuum vessel at the time of switching from the film formation-modification step to the modification step. In this way, a control signal may be output.
In the modification step, the first reaction gas supply unit, the second reaction gas supply unit, and the second reaction gas supply unit with respect to the table so that the substrate on the table passes through the plasma processing region a plurality of times. It may be a step of relatively rotating the plasma processing means a plurality of times. The reformed gas is at least one of a rare gas and an O2 gas. The degree of reforming in the reforming step is larger than that in the film-forming step.

本発明の成膜方法は、
真空容器内に設けられたテーブルの基板載置領域に基板を載置する工程と、
次いで、前記テーブルの周方向に互いに離間して配置された第1の反応ガス供給手段、第2の反応ガス供給手段及びプラズマ処理手段に対して、回転機構を用いて前記テーブルを相対的に回転させる工程と、
前記第1の反応ガス供給手段から第1の反応ガスが供給される第1の処理領域、前記第2の反応ガス供給手段から第2の反応ガスが供給される第2の処理領域、及び前記プラズマ処理手段にて改質ガスのプラズマ化によって生成したプラズマが供給されるプラズマ処理領域をこの順番で前記テーブル上の基板が通過するステップを複数ステップ行う成膜−改質ステップと、成膜処理を停止させて、前記プラズマ処理領域を前記テーブル上の基板が通過する改質ステップと、をこの順番で少なくとも1回行う工程と、を含むことを特徴とする。
前記成膜−改質ステップから前記改質ステップへの切替時における前記真空容器内の圧力変動を抑えるために、これらの各ステップ間における第2の反応ガスの供給量が揃っていても良い。




The film forming method of the present invention comprises:
A step of placing a substrate on a substrate placement region of a table provided in a vacuum vessel;
Next, the table is rotated relative to the first reaction gas supply unit, the second reaction gas supply unit, and the plasma processing unit that are spaced apart from each other in the circumferential direction of the table by using a rotation mechanism. A process of
A first processing region to which a first reaction gas is supplied from the first reaction gas supply unit; a second processing region to which a second reaction gas is supplied from the second reaction gas supply unit; and A film-forming step for performing a plurality of steps in which a substrate on the table passes through a plasma processing region to which plasma generated by plasma-forming of the reformed gas is supplied in this order, and a film-forming process. And a step of performing a modification step in which the substrate on the table passes through the plasma processing region at least once in this order.
In order to suppress pressure fluctuations in the vacuum vessel at the time of switching from the film-forming step to the reforming step, the second reaction gas supply amount between these steps may be uniform.




本発明の記憶媒体は、
真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置し、少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、前記いずれか一つの成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。
The storage medium of the present invention is
A substrate is placed on a substrate placement region on a table in a vacuum vessel, and at least two kinds of reaction gases are sequentially supplied to the substrate, and a layer of reaction products is stacked by executing this supply cycle a plurality of times. In a storage medium storing a computer program used in a film forming apparatus for forming a thin film,
In the computer program, steps are set so as to perform any one of the film forming methods.

本発明は、基板が載置されたテーブルに対して第1の反応ガス供給手段、第2の反応ガス供給手段及びプラズマ処理手段を相対的に回転させると共に、基板表面上の第1の反応ガスの成分と第2の反応ガスとを反応させて反応生成物を生成させる成膜処理及びこの反応生成物をプラズマにより改質する改質処理をこの順番で行う成膜−改質ステップと、第1の反応ガスの供給を停止して前記テーブルと前記プラズマ処理手段とを相対的に回転させて改質処理を行う改質ステップと、をこの順番で行っているので、膜厚方向に亘って良好で均質な膜質の薄膜を得ることができる。   The present invention rotates the first reactive gas supply means, the second reactive gas supply means, and the plasma processing means relative to the table on which the substrate is placed, and the first reactive gas on the substrate surface. A film forming process for reacting the above components with the second reaction gas to generate a reaction product, and a film forming-modifying step for performing a reforming process for modifying the reaction product with plasma in this order; And the reforming step of performing the reforming process by rotating the table and the plasma processing means relatively and stopping the supply of the reactive gas 1 in this order. A thin film having a good and uniform film quality can be obtained.

本発明の実施の形態に係る成膜装置の縦断面を示す図3のI−I’線縦断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 3 showing a vertical cross section of the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention. 前記成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure inside the said film-forming apparatus. 前記成膜装置の横断平面図である。It is a cross-sectional plan view of the film forming apparatus. 前記成膜装置の内部の一部の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows a schematic structure of a part inside the said film-forming apparatus. 本発明の活性化ガスインジェクターの一例を示す拡大斜視図である。It is an expansion perspective view which shows an example of the activated gas injector of this invention. 前記成膜装置に設けられた活性化ガスインジェクターを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the activated gas injector provided in the said film-forming apparatus. 前記活性化ガスインジェクターを示す成膜装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the film-forming apparatus which shows the said activated gas injector. 前記成膜装置において改質により生成する薄膜の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the thin film produced | generated by modification | reformation in the said film-forming apparatus. 前記成膜装置において行われる各ステップのガス供給シーケンスの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the gas supply sequence of each step performed in the said film-forming apparatus. 前記成膜装置において行われる各ステップのガス供給シーケンスの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the gas supply sequence of each step performed in the said film-forming apparatus. 前記成膜装置におけるガスの流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of the gas in the said film-forming apparatus. 本発明の実施例において得られた特性図である。It is a characteristic view obtained in the Example of this invention.

本発明の実施の形態の一例の成膜装置は、図1(図3のI−I’線に沿った断面図)に示すように平面形状が概ね円形である扁平な真空容器1と、この真空容器1内に設けられ、当該真空容器1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。真空容器1は天板11が容器本体12から分離できるように構成されている。天板11は、内部の減圧状態により容器本体12の上端面に設けられたシール部材例えばOリング13を介して容器本体12側に押し付けられていて気密状態を維持しているが、天板11を容器本体12から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。   As shown in FIG. 1 (a cross-sectional view taken along line II ′ in FIG. 3), a film forming apparatus as an example of an embodiment of the present invention includes a flat vacuum container 1 having a substantially circular planar shape, The rotary table 2 is provided in the vacuum vessel 1 and has a rotation center at the center of the vacuum vessel 1. The vacuum vessel 1 is configured such that the top plate 11 can be separated from the vessel body 12. The top plate 11 is pressed against the container main body 12 via a seal member provided on the upper end surface of the container main body 12, for example, an O-ring 13, and maintains an airtight state. Is separated upward from the container body 12 by a drive mechanism (not shown).

回転テーブル2は、中心部にて円筒形状のコア部21に固定され、このコア部21は、鉛直方向に伸びる回転軸22の上端に固定されている。回転軸22は真空容器1の底面部14を貫通し、その下端が当該回転軸22を鉛直軸回りにこの例では時計方向に回転させる回転機構である駆動部23に取り付けられている。回転軸22及び駆動部23は、上面が開口した筒状のケース体20内に収納されている。このケース体20はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器1の底面部14の下面に気密に取り付けられており、ケース体20の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。   The rotary table 2 is fixed to a cylindrical core portion 21 at the center, and the core portion 21 is fixed to the upper end of a rotary shaft 22 extending in the vertical direction. The rotating shaft 22 passes through the bottom surface portion 14 of the vacuum vessel 1, and a lower end thereof is attached to a driving unit 23 that is a rotating mechanism that rotates the rotating shaft 22 around the vertical axis in this example in the clockwise direction. The rotating shaft 22 and the drive unit 23 are accommodated in a cylindrical case body 20 whose upper surface is open. The case body 20 has a flange portion provided on the upper surface thereof attached to the lower surface of the bottom surface portion 14 of the vacuum vessel 1 in an airtight manner, and the airtight state between the internal atmosphere and the external atmosphere of the case body 20 is maintained.

回転テーブル2の表面部には、図2及び図3に示すように回転方向(周方向)に沿って複数枚例えば5枚の基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)Wを載置するための円形状の凹部24が設けられている。なお図3には便宜上1個の凹部24だけにウエハWを描いてある。この凹部24は、直径がウエハWの直径よりも僅かに例えば4mm大きく、またその深さはウエハWの厚みと同等の大きさに設定されている。従ってウエハWを凹部24に落とし込むと、ウエハWの表面と回転テーブル2の表面(ウエハWが載置されない領域)とが揃うことになる。凹部24の底面には、ウエハWの裏面を支えて当該ウエハWを昇降させるための例えば3本の昇降ピンが貫通する貫通孔(いずれも図示せず)が形成されている。凹部24は、ウエハWを位置決めして回転テーブル2の回転に伴う遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位である。   As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of, for example, five semiconductor wafers (hereinafter referred to as “wafers”) W are placed on the surface of the turntable 2 along the rotation direction (circumferential direction). For this purpose, a circular recess 24 is provided. In FIG. 3, the wafer W is drawn only in one recess 24 for convenience. The recess 24 has a diameter slightly larger than the diameter of the wafer W, for example, 4 mm, and the depth is set to be equal to the thickness of the wafer W. Therefore, when the wafer W is dropped into the recess 24, the surface of the wafer W and the surface of the turntable 2 (region where the wafer W is not placed) are aligned. On the bottom surface of the recess 24, a through hole (not shown) through which, for example, three lifting pins for supporting the back surface of the wafer W to raise and lower the wafer W is formed. The recess 24 is for positioning the wafer W so that it does not pop out due to the centrifugal force associated with the rotation of the turntable 2, and corresponds to the substrate mounting area of the present invention.

図2及び図3に示すように、回転テーブル2における凹部24の通過領域と各々対向する位置には、各々例えば石英からなる第1の反応ガスノズル31及び第2の反応ガスノズル32と、2本の分離ガスノズル41、42と、活性化ガスインジェクター220と、が真空容器1の周方向(回転テーブル2の回転方向)に互いに間隔をおいて放射状に配置されている。この例では、後述の搬送口15から見て時計回り(回転テーブル2の回転方向)に活性化ガスインジェクター220、分離ガスノズル41、第1の反応ガスノズル31、分離ガスノズル42及び第2の反応ガスノズル32がこの順番で配列されており、これらの活性化ガスインジェクター220及びノズル31、32、41、42は、例えば真空容器1の外周壁から真空容器1内に導入され、回転テーブル2の回転中心に向かってウエハWに対向して水平に伸びるように取り付けられている。各ノズル31、32、41、42の基端部であるガス導入ポート31a、32a、41a、42aは、真空容器1の外周壁を貫通している。反応ガスノズル31、32は、夫々第1の反応ガス供給手段、第2の反応ガス供給手段をなし、分離ガスノズル41、42は、各々分離ガス供給手段をなしている。前記活性化ガスインジェクター220については、後で詳述する。   As shown in FIG. 2 and FIG. 3, there are a first reactive gas nozzle 31 and a second reactive gas nozzle 32 made of, for example, quartz, respectively, The separation gas nozzles 41 and 42 and the activated gas injectors 220 are radially arranged at intervals in the circumferential direction of the vacuum vessel 1 (the rotation direction of the rotary table 2). In this example, the activated gas injector 220, the separation gas nozzle 41, the first reaction gas nozzle 31, the separation gas nozzle 42, and the second reaction gas nozzle 32 are clockwise (as viewed in the rotation direction of the turntable 2) as viewed from a later-described transfer port 15. Are arranged in this order, and the activated gas injector 220 and the nozzles 31, 32, 41, 42 are introduced into the vacuum vessel 1 from the outer peripheral wall of the vacuum vessel 1, for example, at the rotation center of the rotary table 2. It is attached so as to extend horizontally facing the wafer W. Gas introduction ports 31 a, 32 a, 41 a, 42 a that are the base ends of the nozzles 31, 32, 41, 42 penetrate the outer peripheral wall of the vacuum vessel 1. The reaction gas nozzles 31 and 32 constitute first reaction gas supply means and second reaction gas supply means, respectively, and the separation gas nozzles 41 and 42 each constitute separation gas supply means. The activated gas injector 220 will be described in detail later.

第1の反応ガスノズル31及び第2の反応ガスノズル32は、夫々図示しない流量調整バルブなどを介して、Si(シリコン)を含む第1の反応ガス例えばジイソプロピルアミノシランガスのガス供給源及び第2の反応ガス例えばO3(オゾン)ガスとO2(酸素)ガスとの混合ガスのガス供給源(いずれも図示せず)に夫々接続されており、分離ガスノズル41、42はいずれも流量調整バルブなどを介して分離ガスであるN2(窒素)ガスのガス供給源(図示せず)に接続されている。尚、以下においては、便宜上第2の反応ガスをO3ガスとして説明する。   The first reaction gas nozzle 31 and the second reaction gas nozzle 32 respectively supply a first reaction gas containing Si (silicon), for example, a gas source of diisopropylaminosilane gas, and a second reaction via a flow rate adjustment valve (not shown). Gases such as O3 (ozone) gas and O2 (oxygen) gas mixed gas supply sources (both not shown) are connected to each other, and the separation gas nozzles 41 and 42 are connected via a flow rate adjusting valve or the like. It is connected to a gas supply source (not shown) of N2 (nitrogen) gas which is a separation gas. In the following description, the second reaction gas will be described as O3 gas for convenience.

反応ガスノズル31、32には、ガス吐出孔33が真下を向いてノズルの長さ方向に亘って例えば10mmの間隔をおいて等間隔に配列されている。反応ガスノズル31、32の下方領域は、夫々Si含有ガスをウエハWに吸着させるための第1の処理領域P1及びO3ガスをウエハWに吸着させたウエハW上のSi含有ガスと反応させるための第2の処理領域P2となる。反応ガスノズル31、32は、処理領域P1、P2における天井面45から離間してウエハWの近傍に夫々設けられている。   In the reaction gas nozzles 31, 32, the gas discharge holes 33 are arranged at regular intervals with an interval of, for example, 10 mm over the length direction of the nozzles. The lower regions of the reaction gas nozzles 31 and 32 are used to react the first processing region P1 for adsorbing the Si-containing gas onto the wafer W and the Si-containing gas on the wafer W adsorbed on the wafer W, respectively. This becomes the second processing region P2. The reactive gas nozzles 31 and 32 are provided in the vicinity of the wafer W so as to be separated from the ceiling surface 45 in the processing regions P1 and P2.

分離ガスノズル41、42は、第1の処理領域P1と第2の処理領域P2とを分離する分離領域Dを形成するためのものであり、この分離領域Dにおける真空容器1の天板11には図2及び図3に示すように、回転テーブル2の回転中心を中心としかつ真空容器1の内周壁の近傍に沿って描かれる円を周方向に分割してなる、平面形状が扇型で下方に突出した凸状部4が設けられている。分離ガスノズル41、42は、この凸状部4における前記円の周方向中央にて当該円の半径方向に伸びるように形成された溝部43内に収められている。   The separation gas nozzles 41 and 42 are for forming a separation region D that separates the first processing region P1 and the second processing region P2, and the top plate 11 of the vacuum vessel 1 in the separation region D is provided on the top plate 11. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the planar shape formed by dividing the circle drawn around the rotation center of the turntable 2 and along the vicinity of the inner peripheral wall of the vacuum vessel 1 in the circumferential direction is a fan shape and is downward. A protruding portion 4 is provided. The separation gas nozzles 41 and 42 are accommodated in a groove 43 formed so as to extend in the radial direction of the circle at the center of the convex portion 4 in the circumferential direction of the circle.

前記分離ガスノズル41、42における前記周方向両側には、前記凸状部4の下面である例えば平坦な低い天井面44(第1の天井面)が存在し、この天井面44の前記周方向両側には、当該天井面44よりも高い天井面45(第2の天井面)が存在することになる。この凸状部4の役割は、回転テーブル2との間への第1の反応ガス及び第2の反応ガスの侵入を阻止してこれら反応ガスの混合を防止するための狭隘な空間である分離空間を形成することにある。
即ち、分離ガスノズル41を例にとると、回転テーブル2の回転方向上流側から第2の反応ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側から第1の反応ガスが侵入することを阻止する。なお分離ガスとしては、窒素(N2)ガスに限られずアルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガスなどを用いても良い。
For example, a flat low ceiling surface 44 (first ceiling surface) that is the lower surface of the convex portion 4 exists on both sides in the circumferential direction of the separation gas nozzles 41 and 42, and both sides of the ceiling surface 44 in the circumferential direction are present. The ceiling surface 45 (second ceiling surface) higher than the ceiling surface 44 exists. The role of the convex portion 4 is a narrow space for preventing the first reactive gas and the second reactive gas from entering the rotary table 2 and preventing the mixing of the reactive gases. It is to form a space.
That is, taking the separation gas nozzle 41 as an example, the second reactive gas is prevented from entering from the upstream side in the rotational direction of the turntable 2, and the first reactive gas is prevented from entering from the downstream side in the rotational direction. To do. The separation gas is not limited to nitrogen (N2) gas, and an inert gas such as argon (Ar) gas may be used.

一方天板11の下面には、図4に示すように、回転テーブル2におけるコア部21よりも外周側の部位と対向するように、かつ当該コア部21の外周に沿って突出部5が設けられている。この突出部5は、凸状部4における前記回転中心側の部位と連続して形成されており、その下面が凸状部4の下面(天井面44)と同じ高さに形成されている。図2及び図3は、前記天井面45よりも低くかつ分離ガスノズル41、42よりも高い位置にて天板11を水平に切断して示している。   On the other hand, on the lower surface of the top plate 11, as shown in FIG. 4, a protruding portion 5 is provided so as to face a portion on the outer peripheral side of the core portion 21 in the rotary table 2 and along the outer periphery of the core portion 21. It has been. The projecting portion 5 is formed continuously with the portion on the rotation center side of the convex portion 4, and the lower surface thereof is formed at the same height as the lower surface (ceiling surface 44) of the convex portion 4. 2 and 3 show the top plate 11 cut horizontally at a position lower than the ceiling surface 45 and higher than the separation gas nozzles 41 and 42.

真空容器1の天板11の下面、つまり回転テーブル2のウエハ載置領域(凹部24)から見た天井面は既述のように第1の天井面44とこの天井面44よりも高い第2の天井面45とが周方向に存在するが、図1では、高い天井面45が設けられている領域についての縦断面を示しており、図4では、低い天井面44が設けられている領域についての縦断面を示している。扇型の凸状部4の周縁部(真空容器1の外縁側の部位)は図2及び図4に示されているように回転テーブル2の外端面に対向するようにL字型に屈曲して屈曲部46を形成している。扇型の凸状部4は天板11側に設けられていて、容器本体12から取り外せるようになっていることから、前記屈曲部46の外周面と容器本体12との間には僅かに隙間がある。この屈曲部46も凸状部4と同様に両側から反応ガスが侵入することを防止して、両反応ガスの混合を防止する目的で設けられており、屈曲部46の内周面と回転テーブル2の外端面との隙間、及び屈曲部46の外周面と容器本体12との隙間は、例えば回転テーブル2の表面に対する天井面44の高さと同様の寸法に設定されている。   The lower surface of the top plate 11 of the vacuum vessel 1, that is, the ceiling surface viewed from the wafer placement area (recessed portion 24) of the rotary table 2 is the first ceiling surface 44 and the second higher than the ceiling surface 44 as described above. FIG. 1 shows a longitudinal section of a region where the high ceiling surface 45 is provided, and FIG. 4 shows a region where the low ceiling surface 44 is provided. The longitudinal section about is shown. As shown in FIGS. 2 and 4, the peripheral portion of the fan-shaped convex portion 4 (the portion on the outer edge side of the vacuum vessel 1) is bent in an L shape so as to face the outer end surface of the rotary table 2. Thus, a bent portion 46 is formed. Since the fan-shaped convex portion 4 is provided on the top plate 11 side and can be detached from the container main body 12, there is a slight gap between the outer peripheral surface of the bent portion 46 and the container main body 12. There is. The bent portion 46 is also provided for the purpose of preventing the reaction gas from entering from both sides in the same manner as the convex portion 4 and preventing the mixture of both reaction gases. The inner peripheral surface of the bent portion 46 and the rotary table are provided. 2 and the clearance between the outer peripheral surface of the bent portion 46 and the container body 12 are set to the same dimensions as the height of the ceiling surface 44 with respect to the surface of the turntable 2, for example.

容器本体12の内周壁は、分離領域Dにおいては図4に示すように前記屈曲部46の外周面と接近して垂直面に形成されているが、分離領域D以外の部位においては、図1に示すように例えば回転テーブル2の外端面と対向する部位から底面部14に亘って縦断面形状が矩形に切り欠かれて外方側に窪んだ構造になっている。この窪んだ部分における既述の第1の処理領域P1及び第2の処理領域P2に連通する領域を夫々第1の排気領域E1及び第2の排気領域E2と呼ぶことにすると、これらの第1の排気領域E1及び第2の排気領域E2の底部には、図1及び図3に示すように、夫々第1の排気口61及び第2の排気口62が形成されている。第1の排気口61及び第2の排気口62は、図1に示すように各々排気管63を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ64に接続されている。なお図1中、65は圧力調整手段である。   As shown in FIG. 4, the inner peripheral wall of the container main body 12 is formed on a vertical surface close to the outer peripheral surface of the bent portion 46 as shown in FIG. 4. For example, the vertical cross-sectional shape is cut out in a rectangular shape from the portion facing the outer end surface of the turntable 2 to the bottom surface portion 14 and is recessed outward. When the regions communicating with the first processing region P1 and the second processing region P2 described above in the depressed portion are referred to as a first exhaust region E1 and a second exhaust region E2, respectively, As shown in FIGS. 1 and 3, a first exhaust port 61 and a second exhaust port 62 are formed at the bottoms of the exhaust region E1 and the second exhaust region E2, respectively. As shown in FIG. 1, the first exhaust port 61 and the second exhaust port 62 are each connected to, for example, a vacuum pump 64 that is a vacuum exhaust unit via an exhaust pipe 63. In FIG. 1, 65 is a pressure adjusting means.

前記回転テーブル2と真空容器1の底面部14との間の空間には、図1及び図4に示すように加熱手段であるヒータユニット7が設けられ、回転テーブル2を介して回転テーブル2上のウエハWをプロセスレシピで決められた温度、例えば450℃に加熱するようになっている。前記回転テーブル2の周縁付近の下方側には、回転テーブル2の上方空間から排気領域E1、E2に至るまでの雰囲気とヒータユニット7が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル2の下方領域へのガスの侵入を抑えるために、ヒータユニット7を全周に亘って囲むようにリング状のカバー部材71が設けられている。このカバー部材71は、回転テーブル2の外縁部及び当該外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材71aと、この内側部材71aと真空容器1の内壁面との間に設けられた外側部材71bと、を備えている。この外側部材71bは、既述の排気口61、62の上方側においてはこれら排気口61、62と回転テーブル2の上方領域とを連通させるために例えば円弧状に切りかかれて排気領域E1、E2をなし、屈曲部46の下方側においては上端面が当該屈曲部46に近接するように配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 4, a heater unit 7 serving as a heating unit is provided in the space between the turntable 2 and the bottom surface portion 14 of the vacuum vessel 1. The wafer W is heated to a temperature determined by the process recipe, for example, 450 ° C. On the lower side near the periphery of the turntable 2, the atmosphere from the upper space of the turntable 2 to the exhaust areas E 1 and E 2 and the atmosphere in which the heater unit 7 is placed are partitioned and below the turntable 2. In order to suppress intrusion of gas into the region, a ring-shaped cover member 71 is provided so as to surround the heater unit 7 over the entire circumference. The cover member 71 includes an outer member of the turntable 2 and an inner member 71a provided so as to face the outer peripheral side of the outer edge from the lower side, and between the inner member 71a and the inner wall surface of the vacuum vessel 1. An outer member 71b provided. The outer member 71b is cut, for example, in an arc shape in order to connect the exhaust ports 61 and 62 and the upper region of the rotary table 2 above the exhaust ports 61 and 62 described above, and the exhaust regions E1 and E2 The lower end of the bent portion 46 is arranged so that the upper end surface is close to the bent portion 46.

ヒータユニット7が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底面部14は、回転テーブル2の下面の中心部付近におけるコア部21に接近するように上方側に突出して突出部12aをなしている。この突出部12aとコア部21との間は狭い空間になっており、また当該底面部14を貫通する回転軸22の貫通穴についてもその内周面と回転軸22との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間は前記ケース体20内に連通している。そして前記ケース体20にはパージガスであるN2ガスを前記狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管72が設けられている。また真空容器1の底面部14には、ヒータユニット7の下方側位置にて周方向の複数部位に、ヒータユニット7の配置空間をパージするためのパージガス供給管73が設けられている。このヒータユニット7と回転テーブル2との間には、当該ヒータユニット7が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、既述の外側部材71bの内周壁から突出部12aの上端部との間を周方向に亘って接続する例えば石英からなる覆い部材7aが設けられている。   The bottom surface portion 14 in a portion closer to the rotation center than the space where the heater unit 7 is disposed protrudes upward so as to approach the core portion 21 near the center portion of the lower surface of the turntable 2 to form a protrusion 12a. ing. The space between the projecting portion 12a and the core portion 21 is a narrow space, and the clearance between the inner peripheral surface and the rotating shaft 22 is narrower with respect to the through hole of the rotating shaft 22 that passes through the bottom surface portion 14. These narrow spaces communicate with the inside of the case body 20. The case body 20 is provided with a purge gas supply pipe 72 for supplying N2 gas as a purge gas into the narrow space for purging. Further, a purge gas supply pipe 73 for purging the arrangement space of the heater unit 7 is provided on the bottom surface portion 14 of the vacuum vessel 1 at a plurality of positions in the circumferential direction at a position below the heater unit 7. Between the heater unit 7 and the turntable 2, in order to suppress the intrusion of gas into the region where the heater unit 7 is provided, the upper end portion of the protruding portion 12 a from the inner peripheral wall of the outer member 71 b described above A covering member 7a made of, for example, quartz is provided to connect between the two in the circumferential direction.

また真空容器1の天板11の中心部には分離ガス供給管51が接続されていて、天板11とコア部21との間の空間52に分離ガスであるN2ガスを供給するように構成されている。この空間52に供給された分離ガスは、前記突出部5と回転テーブル2との狭い隙間50を介して回転テーブル2のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出されることになる。この突出部5で囲まれる空間には分離ガスが満たされているので、第1の処理領域P1と第2の処理領域P2との間で回転テーブル2の中心部を介して反応ガス(Si含有ガス及びO3ガス)が混合することを防止している。   Further, a separation gas supply pipe 51 is connected to the central portion of the top plate 11 of the vacuum vessel 1 so that N2 gas as separation gas is supplied to a space 52 between the top plate 11 and the core portion 21. Has been. The separation gas supplied to the space 52 is discharged toward the periphery along the surface of the turntable 2 on the wafer mounting region side through a narrow gap 50 between the protruding portion 5 and the turntable 2. Become. Since the space surrounded by the protrusion 5 is filled with the separation gas, the reaction gas (Si-containing) is interposed between the first processing region P1 and the second processing region P2 via the center of the turntable 2. Gas and O3 gas) are prevented from mixing.

更に真空容器1の側壁には図2、図3に示すように外部の搬送アーム10と回転テーブル2との間で基板であるウエハWの受け渡しを行うための搬送口15が形成されており、この搬送口15は図示しないゲートバルブにより開閉されるようになっている。また回転テーブル2におけるウエハ載置領域である凹部24はこの搬送口15に臨む位置にて搬送アーム10との間でウエハWの受け渡しが行われることから、回転テーブル2の下方側において当該受け渡し位置に対応する部位に、凹部24を貫通してウエハWを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構(いずれも図示せず)が設けられている。   Further, as shown in FIGS. 2 and 3, a transfer port 15 for transferring a wafer W as a substrate between the external transfer arm 10 and the rotary table 2 is formed on the side wall of the vacuum vessel 1. The transport port 15 is opened and closed by a gate valve (not shown). Further, since the wafer 24 is transferred to and from the transfer arm 10 at the position facing the transfer port 15 in the recess 24 which is a wafer placement area on the rotary table 2, the transfer position is below the rotary table 2. Are provided with lifting pins for passing through the recess 24 to lift the wafer W from the back surface and lifting mechanisms (both not shown).

次に、既述の活性化ガスインジェクター220について詳述する。活性化ガスインジェクター220は、ウエハWが載置される基板載置領域における回転テーブル2の中心側から回転テーブル2の外周側に亘ってプラズマを発生させ、例えばSi含有ガスとO3ガスとの反応によってウエハW上に成膜された反応生成物であるシリコン酸化膜(SiO2膜)を回転テーブル2が回転する度に改質するためのものである。この活性化ガスインジェクター220は、図5及び図6に示すように、プラズマ発生用の改質ガスを真空容器1内に供給するために、例えば石英からなる改質ガス供給手段をなすガス導入ノズル34を備えている。このガス導入ノズル34よりも回転テーブル2の回転方向下流側には、当該ガス導入ノズル34から導入される改質ガスをプラズマ化するために、互いに平行な1対の棒状のシース管35a、35bからなるプラズマ処理手段80が配置されている。この例では、プラズマ処理手段80は、互いに平行となるように複数組例えば2組設けられており、各々のプラズマ処理手段80、80は、互いの長さ寸法が等しくなるように配置されている。   Next, the aforementioned activated gas injector 220 will be described in detail. The activated gas injector 220 generates plasma from the center side of the turntable 2 to the outer peripheral side of the turntable 2 in the substrate placement region on which the wafer W is placed, for example, the reaction of Si-containing gas and O3 gas. The silicon oxide film (SiO2 film), which is a reaction product formed on the wafer W, is modified every time the turntable 2 rotates. As shown in FIGS. 5 and 6, this activated gas injector 220 is a gas introduction nozzle that constitutes a reformed gas supply means made of, for example, quartz in order to supply a reformed gas for generating plasma into the vacuum vessel 1. 34 is provided. A pair of rod-like sheath tubes 35a and 35b parallel to each other in order to turn the reformed gas introduced from the gas introduction nozzle 34 into the plasma downstream of the gas introduction nozzle 34 in the rotation direction of the turntable 2. A plasma processing means 80 is provided. In this example, a plurality of sets, for example, two sets of plasma processing means 80 are provided so as to be parallel to each other, and the respective plasma processing means 80 and 80 are arranged so that their length dimensions are equal to each other. .

これらのガス導入ノズル34及びプラズマ処理手段80、80は、回転テーブル2上のウエハWと夫々平行になるように、また回転テーブル2の回転方向に対して直交するように、真空容器1の外周面に設けられた基端部80aから回転テーブル2の中心部側に向かって当該真空容器1内に夫々気密に挿入されている。図6中341は、ガス導入ノズル34の長さ方向に沿って複数箇所に設けられたガス孔である。   The gas introduction nozzle 34 and the plasma processing means 80, 80 are arranged on the outer periphery of the vacuum container 1 so as to be parallel to the wafer W on the turntable 2 and to be orthogonal to the rotation direction of the turntable 2. The base end portion 80a provided on the surface is inserted into the vacuum vessel 1 in an airtight manner toward the central portion of the turntable 2. In FIG. 6, 341 are gas holes provided at a plurality of locations along the length direction of the gas introduction nozzle 34.

既述の図3に示すように、ガス導入ノズル34には、プラズマ発生用の改質ガスを供給するプラズマガス導入路251の一端側が接続されており、このプラズマガス導入路251の他端側は、バルブ252及び流量調整部253を介してプラズマを発生させるためのプラズマ発生用の改質ガス例えばO2ガスが貯留されたプラズマ生成ガス源254に接続されている。この改質ガスとしては、O2ガスに代えて、あるいはこのO2ガスと共に、例えばAr(アルゴン)ガスまたはHe(ヘリウム)ガスなどの希ガスを用いても良い。   As shown in FIG. 3 described above, one end side of a plasma gas introduction path 251 for supplying a reforming gas for generating plasma is connected to the gas introduction nozzle 34, and the other end side of the plasma gas introduction path 251 is connected. Is connected via a valve 252 and a flow rate adjusting unit 253 to a plasma generation gas source 254 in which a reforming gas for generating plasma, such as O 2 gas, for generating plasma is stored. As the reformed gas, a rare gas such as Ar (argon) gas or He (helium) gas may be used instead of or together with the O2 gas.

各々のプラズマ処理手段80におけるシース管35a、35bは、例えば石英、アルミナ(酸化アルミニウム)、あるいはイットリア(酸化イットリウム、Y2O3)により構成されている。また、これらのシース管35a、35b内には、図6に示すように、例えばニッケル合金やチタンなどからなる電極36a、36bが各々貫挿されて平行電極をなしており、これらの電極36a、36bには、図3に示すように、例えば13.56MHz、例えば500Wの高周波電力が真空容器1の外部の高周波電源224から整合器225を介して並列で供給されるように構成されている。図2中37は、シース管35a、35bの基端側(真空容器1の内壁側)に接続された保護管であり、図5などでは描画を省略している。尚、図6以外では、シース管35a、35bを簡略化して示している。   The sheath tubes 35a and 35b in each plasma processing means 80 are made of, for example, quartz, alumina (aluminum oxide), or yttria (yttrium oxide, Y2O3). Further, in these sheath tubes 35a and 35b, as shown in FIG. 6, electrodes 36a and 36b made of, for example, nickel alloy or titanium are respectively inserted to form parallel electrodes. As shown in FIG. 3, the high frequency power of 13.56 MHz, for example, 500 W is supplied to 36 b in parallel from the high frequency power source 224 outside the vacuum vessel 1 via the matching unit 225. In FIG. 2, reference numeral 37 denotes a protective tube connected to the base end side (the inner wall side of the vacuum vessel 1) of the sheath tubes 35 a and 35 b, and drawing is omitted in FIG. 5 and the like. Except for FIG. 6, the sheath tubes 35a and 35b are simplified.

図5中221は、ガス導入ノズル34及びシース管35a、35bが配置された領域を上方側及び側面(長辺方向及び短辺方向における両側面)側から覆うように配置されたカバー体であり、このカバー体221は絶縁体例えば石英により構成されている。また、図5中222は、活性化ガスインジェクター220の長さ方向に沿ってカバー体221の両側面の下端部から外側に向かってフランジ状に水平に伸び出す気流規制面であり、回転テーブル2の上流側から通流するO3ガスやN2ガスのカバー体221の内部領域への侵入を抑えるために、当該気流規制面222の下端面と回転テーブル2の上面との間の隙間寸法tが小さくなるように、また回転テーブル2の中心部側からガス流の速くなる回転テーブル2の外周側に向かうほど、その幅寸法uが広くなるように形成されている。図7中223は、カバー体221を支持するために当該カバー体221と真空容器1の天板11との間に複数箇所に設けられた支持部材であり、その位置については模式的に示している。   In FIG. 5, reference numeral 221 denotes a cover body arranged so as to cover the region where the gas introduction nozzle 34 and the sheath tubes 35a and 35b are arranged from the upper side and side surfaces (both side surfaces in the long side direction and the short side direction). The cover body 221 is made of an insulator such as quartz. Further, in FIG. 5, reference numeral 222 denotes an air flow regulating surface that extends horizontally in a flange shape from the lower ends of both side surfaces of the cover body 221 along the length direction of the activated gas injector 220. The gap dimension t between the lower end surface of the air flow regulating surface 222 and the upper surface of the turntable 2 is small in order to suppress the intrusion of O3 gas or N2 gas flowing from the upstream side into the inner region of the cover body 221. Further, the width dimension u is formed so as to increase from the center side of the turntable 2 toward the outer peripheral side of the turntable 2 where the gas flow becomes faster. In FIG. 7, reference numeral 223 denotes support members provided at a plurality of positions between the cover body 221 and the top plate 11 of the vacuum vessel 1 in order to support the cover body 221, and the positions thereof are schematically shown. Yes.

また、この成膜装置には、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部100が制御手段として設けられており、この制御部100のメモリ内には、後述するように、回転テーブル2が回転する度に成膜処理及び改質処理を行う成膜−改質ステップ(第1ステップ)と、回転テーブル2が回転する度に改質処理だけを行う改質ステップ(第2ステップ)と、をこの順番で行うためのプログラムが格納されている。即ち、このメモリには、これらの成膜−改質ステップ及び改質ステップの夫々の処理時間をT1、T2とすると、この処理時間の比(T1/T2)と、これらの成膜−改質ステップと改質ステップとからなる処理サイクルの時間(T1+T2)と、この処理サイクルの回数などとが記憶されている。このプログラムは後述の装置の動作を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの記憶部101から制御部100内にインストールされる。   In addition, the film forming apparatus is provided with a control unit 100 including a computer for controlling the operation of the entire apparatus as a control unit. The memory of the control unit 100 rotates as described later. A film forming-modifying step (first step) for performing the film forming process and the reforming process each time the table 2 rotates, and a reforming step (second step) for performing only the reforming process each time the rotary table 2 rotates. ) Are stored in this order. That is, in this memory, the processing time ratio (T1 / T2) and the film formation-modification step are defined by assuming that the processing times of the film formation-modification step and the modification step are T1 and T2, respectively. The processing cycle time (T1 + T2) including the step and the reforming step, the number of processing cycles, and the like are stored. This program has a set of steps so as to execute the operation of the apparatus described later, and is installed in the control unit 100 from the storage unit 101 such as a hard disk, a compact disk, a magneto-optical disk, a memory card, or a flexible disk.

次に、上述実施の形態の作用について説明する。先ず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム10により搬送口15を介してウエハWを回転テーブル2の凹部24内に受け渡す。この受け渡しは、凹部24が搬送口15に臨む位置に停止したときに凹部24の底面の貫通孔を介して真空容器1の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハWの受け渡しを回転テーブル2を間欠的に回転させて行い、回転テーブル2の5つの凹部24内に夫々ウエハWを載置する。続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ64により真空容器1内を引き切りの状態にした後、圧力調整手段65により真空容器1内を予め設定した処理圧力に調整すると共に、回転テーブル2を時計回りに例えば20rpmで回転させながらヒータユニット7によりウエハWを例えば450℃に加熱する。また、反応ガスノズル31、32から夫々Si含有ガス及びO3ガスを吐出すると共に、ガス導入ノズル34からO2ガスを所定の流量例えば5slmで吐出し、夫々のシース管35a、35b間に13.56MHz、電力が400Wの高周波を供給する。また、分離ガスノズル41、42から分離ガスであるN2ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管51及びパージガス供給管72、72からもN2ガスを所定の流量で吐出する。   Next, the operation of the above embodiment will be described. First, a gate valve (not shown) is opened, and the wafer W is transferred from the outside to the recess 24 of the turntable 2 through the transfer port 15 by the transfer arm 10. This delivery is performed by raising and lowering a lifting pin (not shown) from the bottom side of the vacuum vessel 1 through the through hole on the bottom surface of the recess 24 when the recess 24 stops at a position facing the transport port 15. The delivery of the wafer W is performed by intermittently rotating the turntable 2, and the wafer W is placed in each of the five recesses 24 of the turntable 2. Subsequently, the gate valve is closed and the inside of the vacuum vessel 1 is pulled out by the vacuum pump 64, and then the inside of the vacuum vessel 1 is adjusted to a preset processing pressure by the pressure adjusting means 65, and the rotary table 2 is rotated clockwise. For example, the wafer W is heated to 450 ° C., for example, by the heater unit 7 while rotating at 20 rpm. Further, the Si-containing gas and the O3 gas are discharged from the reaction gas nozzles 31 and 32, respectively, and the O2 gas is discharged from the gas introduction nozzle 34 at a predetermined flow rate, for example, 5 slm, to be 13.56 MHz between the sheath tubes 35a and 35b. Power is supplied at a high frequency of 400W. Further, N2 gas, which is a separation gas, is discharged from the separation gas nozzles 41 and 42 at a predetermined flow rate, and N2 gas is also discharged from the separation gas supply pipe 51 and the purge gas supply pipes 72 and 72 at a predetermined flow rate.

この時、活性化ガスインジェクター220においては、ガス導入ノズル34から各ガス孔341を介して夫々のシース管35a、35bに向かって吐出されたO2ガスは、シース管35a、35b間の領域に供給される高周波によって活性化されて、例えばOイオンやOラジカルなどのプラズマが生成する。このプラズマ(活性種)は、活性化ガスインジェクター220の下方側において回転テーブル2と共に移動(回転)するウエハWに向かって下降していく。 At this time, in the activated gas injector 220, the O 2 gas discharged from the gas introduction nozzle 34 through the gas holes 341 toward the sheath tubes 35a and 35b is supplied to the region between the sheath tubes 35a and 35b. When activated by the generated high frequency, plasma such as O ions and O radicals is generated. This plasma (active species) descends toward the wafer W that moves (rotates) together with the rotary table 2 on the lower side of the activated gas injector 220.

一方、回転テーブル2の回転により、ウエハWの表面には第1の処理領域P1においてSi含有ガスが吸着し、次いで第2の処理領域P2においてウエハW上に吸着したSi含有ガスが酸化されてシリコン酸化膜の分子層が1層あるいは複数層形成されて反応生成物の成膜処理が行われる。このシリコン酸化膜中には、例えばSi含有ガス中に含まれる残留基のため、水分(OH基)や有機物などの不純物が含まれている場合がある。そして、このウエハWが活性化ガスインジェクター220の下方領域である改質領域150に到達すると、前記プラズマによりシリコン酸化膜の改質処理が行われることになる。具体的には、図8の左側にこれらの成膜処理及び改質処理を模式的に示すように、例えばプラズマがウエハWの表面に衝突することにより、例えばシリコン酸化膜から前記不純物が放出されたり、シリコン酸化膜内の元素が再配列されてシリコン酸化膜の緻密化(高密度化)が図られたりすることになる。こうして回転テーブル2を例えば合計2回転させることにより、即ち成膜処理と改質処理とからなる成膜−改質ステップを例えば6秒間行うことにより、ウエハWの表面には所定の膜厚例えば0.25nmの反応生成物が形成される。   On the other hand, due to the rotation of the turntable 2, the Si-containing gas is adsorbed on the surface of the wafer W in the first processing region P1, and then the Si-containing gas adsorbed on the wafer W in the second processing region P2 is oxidized. The molecular layer of the silicon oxide film is formed in one or more layers, and the reaction product is deposited. This silicon oxide film may contain impurities such as moisture (OH group) or organic matter because of residual groups contained in, for example, a Si-containing gas. When the wafer W reaches the modified region 150, which is the lower region of the activated gas injector 220, the silicon oxide film is modified by the plasma. Specifically, as schematically shown in the left side of FIG. 8, the film formation process and the modification process, for example, when the plasma collides with the surface of the wafer W, the impurities are released from the silicon oxide film, for example. In other words, the elements in the silicon oxide film are rearranged so that the silicon oxide film is densified (densified). In this way, by rotating the turntable 2 for a total of two times, that is, by performing a film formation-modification step including a film formation process and a modification process for, for example, 6 seconds, a predetermined film thickness, for example, 0 is applied to the surface of the wafer W. A reaction product of .25 nm is formed.

ここで、例えば各反応ガスの供給量や一度の成膜処理毎(回転テーブル2の回転毎)に成膜される反応生成物の膜厚、あるいは回転テーブル2の回転数などによっては、既述の改質処理では反応生成物の改質が十分に行われない場合がある。即ち、既述の成膜−改質ステップによりウエハW上に形成された反応生成物には、不純物がまだ混入していたり、あるいはシリコン酸化膜の緻密化が不十分であったりする場合がある。そこで、この成膜−改質ステップにおいてウエハW上に成膜された反応生成物を十分に改質するために、以下の改質ステップを行う。
具体的には、第2の反応ガスノズル32、ガス導入ノズル34、分離ガスノズル41、42及び各供給管51、72からの各ガスの供給量については既述の成膜−改質ステップと同じ流量に維持したまま、第1の反応ガスノズル31からのSi含有ガスの供給を停止する。この時、分離ガスやO3ガスの供給量に比べてSi含有ガスの供給量が少ないので、成膜−改質ステップから改質ステップに切り替えた時(Si含有ガスの供給を停止した時)の真空容器1内の圧力変動が抑えられる。
Here, for example, depending on the supply amount of each reaction gas, the film thickness of a reaction product formed every film formation process (every rotation of the turntable 2), the number of rotations of the turntable 2, etc. In this reforming treatment, the reaction product may not be sufficiently reformed. That is, the reaction product formed on the wafer W by the above-described film formation-modification step may still contain impurities or the silicon oxide film may not be sufficiently densified. . Therefore, in order to sufficiently modify the reaction product formed on the wafer W in this film formation-modification step, the following modification step is performed.
Specifically, the supply amounts of the respective gases from the second reaction gas nozzle 32, the gas introduction nozzle 34, the separation gas nozzles 41 and 42, and the supply pipes 51 and 72 are the same as those in the above-described film-forming step. The supply of the Si-containing gas from the first reaction gas nozzle 31 is stopped while maintaining the above. At this time, since the supply amount of the Si-containing gas is smaller than the supply amount of the separation gas and the O3 gas, when the film formation-reforming step is switched to the reforming step (when the supply of the Si-containing gas is stopped). The pressure fluctuation in the vacuum vessel 1 can be suppressed.

Si含有ガスの供給を停止すると、分離ガスにより当該Si含有ガスが速やかに真空容器1内から外部に排気され、また第1の反応ガスノズル31内に僅かに残っていたSi含有ガスについても同様に速やかに真空容器1の内部領域を介して外部に排気されていく。従って、この改質ステップでは、真空容器1内に第1の処理領域P1が形成されていないと言える。そのため、回転テーブル2上のウエハWは、この回転テーブル2の回転によって第2の処理領域P2及び改質領域150をこの順番で通過する。   When the supply of the Si-containing gas is stopped, the Si-containing gas is quickly exhausted from the vacuum vessel 1 to the outside by the separation gas, and the Si-containing gas slightly remaining in the first reaction gas nozzle 31 is similarly applied. The air is quickly exhausted to the outside through the inner region of the vacuum vessel 1. Therefore, it can be said that the first processing region P1 is not formed in the vacuum vessel 1 in this reforming step. Therefore, the wafer W on the turntable 2 passes through the second processing region P2 and the modified region 150 in this order by the rotation of the turntable 2.

第2の処理領域P2では、ウエハWの表面の反応生成物が既に酸化されている場合には、ウエハWは悪影響を受けない。一方、改質領域150では、既述のように、ウエハWの表面の反応生成物から不純物が排出されたり、シリコン酸化膜内の元素の再配列が行われたりする改質処理が行われる。こうして回転テーブル2を例えば6回転させることによって、即ち改質ステップを例えば18秒間行うことによって、ウエハWの表面の反応生成物はプラズマに複数回曝されることになるので、既述の成膜−改質ステップにおける改質処理よりも改質の度合いが大きくなる。また、この時の反応生成物は既述のように膜厚が薄いので、膜厚方向に亘ってプラズマによる改質処理が均一に行われる。   In the second processing region P2, when the reaction product on the surface of the wafer W has already been oxidized, the wafer W is not adversely affected. On the other hand, in the modified region 150, as described above, a modification process is performed in which impurities are discharged from the reaction product on the surface of the wafer W, or the elements in the silicon oxide film are rearranged. Thus, by rotating the turntable 2 for 6 times, that is, by performing the modification step for 18 seconds, for example, the reaction product on the surface of the wafer W is exposed to the plasma a plurality of times. -The degree of reforming is greater than the reforming process in the reforming step. In addition, since the reaction product at this time has a thin film thickness as described above, the modification treatment by plasma is uniformly performed in the film thickness direction.

従って、図8の右側に模式的に示すように、既述の元素の再配列が上下方向(N層目及び(N+1)層目)に積層された反応生成物間においても起こるので、膜厚方向において膜質の均一な反応生成物が形成される。この時、成膜−改質ステップ及び改質ステップにおける処理時間を夫々T1、T2とすると、これらの処理時間の比(T1/T2)は、例えば1/3(6秒/18秒)となる。また、これらの成膜−改質ステップと改質ステップとからなる処理サイクルの時間(T1+T2)は、例えば24秒(6秒+18秒)となる。ここで、このような処理サイクルをガスの供給側から見ると、図9に示すように、Si含有ガスが断続的に供給される一方、O3ガス及びプラズマ(O2ガス)については複数の処理サイクルを通じて同じ流量で供給され続けることになる。また、処理サイクルを回転テーブル2上のある一枚のウエハWから見ると、図10に示すように、成膜−改質ステップにおいては各ガス及びプラズマの供給が順番に複数回行われ、改質ステップにおいてはSi含有ガス以外の各ガス及びプラズマの供給が順番に複数回行われている。   Therefore, as schematically shown on the right side of FIG. 8, the rearrangement of the elements described above also occurs between the reaction products stacked in the vertical direction (Nth layer and (N + 1) th layer). A reaction product having a uniform film quality in the direction is formed. At this time, when the processing times in the film-forming step and the reforming step are T1 and T2, respectively, the ratio of these processing times (T1 / T2) is, for example, 1/3 (6 seconds / 18 seconds). . Further, the time (T1 + T2) of the processing cycle including these film formation-modification step and the modification step is, for example, 24 seconds (6 seconds + 18 seconds). Here, when such a processing cycle is viewed from the gas supply side, Si-containing gas is intermittently supplied as shown in FIG. 9, while O3 gas and plasma (O2 gas) have a plurality of processing cycles. Will continue to be supplied at the same flow rate. Further, when the processing cycle is viewed from a certain wafer W on the turntable 2, as shown in FIG. 10, in the film forming / modifying step, the supply of each gas and plasma is sequentially performed a plurality of times, and the modification is performed. In the quality step, the supply of each gas other than the Si-containing gas and the plasma is performed a plurality of times in order.

そして、この処理サイクルを複数回例えば40回行うことにより、既述の改質が良好に行われた反応生成物が複数層積層されて、膜厚方向に亘って膜質が良好且つ均質な薄膜が形成される。ここで、回転テーブル2上には5枚のウエハWが周方向に載置されているので、ウエハWの各々について、例えば成膜−改質ステップを開始した時に、Si含有ガスが供給される前にO3ガスやプラズマが最初に供給される場合や、あるいは成膜−改質ステップから改質ステップに切り替える時に、例えばSi含有ガスがウエハWの面内における途中部位までしか供給されない場合がある。そのため、例えば1回の処理サイクルでは、各ウエハW間において、あるいは1枚のウエハWの面内において、僅かに膜厚にばらつきの生じている場合がある。しかし、このように処理サイクルを複数回行うことにより、ガスの供給回数や供給部位がウエハWの面内及び面間において均されるので、処理のばらつきが緩和されて均一な膜厚及び膜質の薄膜が形成される。   Then, by performing this treatment cycle a plurality of times, for example, 40 times, a plurality of reaction products that have been successfully modified as described above are laminated to form a thin film with a good and uniform film quality in the film thickness direction. It is formed. Here, since the five wafers W are placed on the turntable 2 in the circumferential direction, Si-containing gas is supplied to each of the wafers W when, for example, the film formation-modification step is started. When the O3 gas or plasma is first supplied before, or when switching from the film forming-modifying step to the modifying step, for example, the Si-containing gas may be supplied only to an intermediate portion in the plane of the wafer W. . Therefore, for example, in one processing cycle, there may be slight variations in film thickness between wafers W or within the surface of one wafer W. However, by performing the processing cycle a plurality of times in this way, the number of gas supply and the supply site are leveled within and between the surfaces of the wafer W, so that variations in processing are alleviated and uniform film thickness and film quality are achieved. A thin film is formed.

この時、真空容器1内には、活性化ガスインジェクター220と第2の反応ガスノズル32との間に分離領域Dを設けていないので、回転テーブル2の回転に引き連れられて、活性化ガスインジェクター220に向かって上流側からO3ガスやN2ガスが通流してくる。しかし、既述のように各プラズマ処理手段80とガス導入ノズル34とを覆うようにカバー体221を設けているので、カバー体221の下方側(気流規制面222と回転テーブル2との間の隙間t)よりもカバー体221の上方側の領域が広くなっている。また、カバー体221の内部領域に対してガス導入ノズル34から改質ガスを供給しているので、当該内部領域が外部(真空容器1内)よりも僅かに陽圧になっている。従って、回転テーブル2の回転方向上流側から通流してくるガスは、カバー体221の下方側に入り込みにくくなっている。また、活性化ガスインジェクター220に向かって通流するガスは、回転テーブル2の回転によって上流側から引き連れられて来るので、回転テーブル2の半径方向内周側から外周側に向かうほど流速が速くなるが、回転テーブル2の内周側よりも外周側の気流規制面222の幅寸法uを大きく取っていることから、活性化ガスインジェクター220の長さ方向に亘ってカバー体221の内部へのガスの侵入が抑えられる。従って、活性化ガスインジェクター220に向かって上流側から流れてくるガスは、既述の図6に示すように、カバー体221の上方領域を介して下流側の排気口62に通流していく。そのため、これらのO3ガスやN2ガスは、高周波によって活性化などの影響をほとんど受けないので、例えばNOxなどの発生が抑えられ、真空容器1を構成する部材などの腐食が抑えられる。また、ウエハWもこれらのガスの影響をほとんど受けない。尚、改質処理によりシリコン酸化膜から排出された不純物は、その後ガス化してO2ガスやN2ガスなどと共に排気口62に向かって排気されていく。   At this time, since the separation region D is not provided between the activated gas injector 220 and the second reactive gas nozzle 32 in the vacuum container 1, the activated gas injector 220 is drawn by the rotation of the rotary table 2. O3 gas and N2 gas flow from the upstream side toward However, since the cover body 221 is provided so as to cover each plasma processing means 80 and the gas introduction nozzle 34 as described above, the lower side of the cover body 221 (between the air flow regulating surface 222 and the turntable 2). The area above the cover body 221 is wider than the gap t). In addition, since the reformed gas is supplied from the gas introduction nozzle 34 to the inner region of the cover body 221, the inner region is slightly more positive than the outside (inside the vacuum vessel 1). Therefore, the gas flowing from the upstream side in the rotation direction of the turntable 2 is less likely to enter the lower side of the cover body 221. Further, since the gas flowing toward the activated gas injector 220 is drawn from the upstream side by the rotation of the turntable 2, the flow velocity becomes faster as it goes from the radially inner periphery side to the outer periphery side of the turntable 2. However, since the width dimension u of the air flow regulating surface 222 on the outer peripheral side is larger than the inner peripheral side of the turntable 2, the gas to the inside of the cover body 221 extends in the length direction of the activated gas injector 220. Intrusion is suppressed. Accordingly, the gas flowing from the upstream side toward the activated gas injector 220 flows to the exhaust port 62 on the downstream side through the upper region of the cover body 221 as shown in FIG. Therefore, since these O3 gas and N2 gas are hardly affected by activation or the like due to high frequency, for example, generation of NOx or the like is suppressed, and corrosion of members constituting the vacuum vessel 1 is suppressed. Further, the wafer W is hardly affected by these gases. The impurities discharged from the silicon oxide film by the reforming process are then gasified and exhausted toward the exhaust port 62 together with O2 gas and N2 gas.

また、第1の処理領域P1と第2の処理領域P2との間においてN2ガスを供給し、また中心部領域Cにおいても分離ガスであるN2ガスを供給しているので、図11に示すように、例えば成膜−改質ステップにおいては、Si含有ガスとO3ガスとが混合しないように各ガスが排気されることとなる。   Further, since N2 gas is supplied between the first processing region P1 and the second processing region P2 and N2 gas which is a separation gas is also supplied to the central region C, as shown in FIG. For example, in the film forming / modifying step, each gas is exhausted so that the Si-containing gas and the O3 gas are not mixed.

また、この例では反応ガスノズル31、32及び活性化ガスインジェクター220が配置されている第2の天井面45の下方側の空間に沿った容器本体12の内周壁においては、既述のように内周壁が切り欠かれて広くなっており、この広い空間の下方に排気口61、62が位置しているので、第1の天井面44の下方側の狭隘な空間及び前記中心部領域Cの各圧力よりも第2の天井面45の下方側の空間の圧力の方が低くなる。
なお、回転テーブル2の下方側をN2ガスによりパージしているため、排気領域Eに流入したガスが回転テーブル2の下方側を潜り抜けて、例えばSi含有ガスがO3ガスの供給領域に流れ込むといったおそれは全くない。
In this example, the inner peripheral wall of the container main body 12 along the space below the second ceiling surface 45 where the reaction gas nozzles 31 and 32 and the activated gas injector 220 are disposed is the inner wall as described above. Since the peripheral wall is notched and widened, and the exhaust ports 61 and 62 are located below the wide space, the narrow space below the first ceiling surface 44 and each of the central region C The pressure in the space below the second ceiling surface 45 is lower than the pressure.
Since the lower side of the turntable 2 is purged with N2 gas, the gas flowing into the exhaust region E passes through the lower side of the turntable 2 and, for example, Si-containing gas flows into the O3 gas supply region. There is no fear.

ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、回転テーブル2の回転数は、300mm径のウエハWを被処理基板とする場合例えば1rpm〜500rpm、プロセス圧力は例えば1067Pa(8Torr)、Si含有ガス及びO3ガスの流量は例えば夫々100sccm及び10000sccm、分離ガスノズル41、42からのN2ガスの流量は例えば20000sccm、真空容器1の中心部の分離ガス供給管51からのN2ガスの流量は例えば5000sccmである。また1枚のウエハWに対する反応ガス供給のサイクル数は目標膜厚に応じて変わるが、例えば1000回である。   Here, an example of the processing parameters will be described. The rotation speed of the turntable 2 is, for example, 1 rpm to 500 rpm when the wafer W having a diameter of 300 mm is used as the substrate to be processed, the process pressure is 1067 Pa (8 Torr), and the Si-containing gas. And the flow rates of O3 gas are, for example, 100 sccm and 10000 sccm, respectively, the flow rate of N2 gas from the separation gas nozzles 41 and 42 is, for example, 20000 sccm, and the flow rate of N2 gas from the separation gas supply pipe 51 at the center of the vacuum vessel 1 is, for example, 5000 sccm. . Further, the number of reaction gas supply cycles for one wafer W varies depending on the target film thickness, but is, for example, 1000 times.

上述の実施の形態によれば、回転テーブル2を回転させてウエハW上にSi含有ガスを吸着させ、次いでウエハWの表面にO3ガスを供給してウエハWの表面に吸着したSi含有ガスを反応させてシリコン酸化膜を成膜する成膜処理と、プラズマを用いてこのシリコン酸化膜の改質を行う改質処理と、からなる成膜−改質ステップを行った後、Si含有ガスの供給を停止してプラズマを用いてシリコン酸化膜の改質を行う改質ステップを行っている。そのため、膜厚方向に亘って良好で均質な膜厚の薄膜を得ることができる。また、各ステップの処理時間の比(T1/T2)と、処理サイクルの時間(T1+T2)とを調整しているので、薄膜(反応生成物)の改質の程度を広い範囲に亘って調整することができる。従って、例えば成膜−改質ステップにおける成膜処理の回数を少なく(処理時間T1を短く)したり、改質ステップの処理時間T2を長く取ったり、あるいは処理サイクルの時間(T1+T2)を短くして一度の処理サイクルで形成される反応生成物を薄くしたりすることにより、プラズマによる改質効果の度合いを大きくすることができ、そのため例えば後述の実施例に示すように、熱酸化膜と同程度の膜質の薄膜を形成できる。   According to the above-described embodiment, the turntable 2 is rotated to adsorb the Si-containing gas onto the wafer W, and then the Si-containing gas adsorbed onto the surface of the wafer W is supplied by supplying O3 gas to the surface of the wafer W. After performing a film forming-reforming step consisting of a film forming process for reacting to form a silicon oxide film and a reforming process for modifying the silicon oxide film using plasma, A reforming step is performed in which the supply is stopped and the silicon oxide film is reformed using plasma. Therefore, a thin film having a good and uniform film thickness can be obtained in the film thickness direction. Further, since the ratio of the processing time of each step (T1 / T2) and the time of the processing cycle (T1 + T2) are adjusted, the degree of modification of the thin film (reaction product) is adjusted over a wide range. be able to. Therefore, for example, the number of film forming processes in the film forming-modifying step is reduced (the processing time T1 is shortened), the processing time T2 in the modifying step is increased, or the processing cycle time (T1 + T2) is shortened. By thinning the reaction product formed in one processing cycle, the degree of plasma reforming effect can be increased. For this reason, as shown in the examples described later, for example, it is the same as the thermal oxide film. It is possible to form a thin film having a film quality.

この時、例えば改質ステップを行わずに、成膜−改質ステップだけを用いて回転テーブル2の回転毎に成膜処理と改質処理とを行った場合には、下層側の反応生成物の改質処理を行った後に当該反応生成物上に新たに上層側の反応生成物が形成され、その後これらの処理が交互に行われて反応生成物が多層に亘って積層されていくことになる。そのため、ウエハWの極表層までしかプラズマによる改質が起こらないので、改質が不十分な状態で反応生成物が多層積層されてしまう可能性がある。そこで、反応生成物の改質を確実に行うためには、例えば上層側の反応生成物が積層される前に、つまりウエハWが改質領域150を通過するごく僅かな時間で十分な改質処理を行うことが好ましい。   At this time, for example, when the film forming process and the reforming process are performed for each rotation of the turntable 2 using only the film forming-modifying step without performing the reforming step, the reaction product on the lower layer side After the reforming treatment is performed, a reaction product on the upper layer side is newly formed on the reaction product, and thereafter, these treatments are alternately performed so that the reaction products are stacked in multiple layers. Become. Therefore, since the modification by the plasma occurs only up to the extreme surface layer of the wafer W, there is a possibility that the reaction product is laminated in a multilayer state in a state where the modification is insufficient. Therefore, in order to reliably modify the reaction product, for example, sufficient reforming is performed in a very short time before the wafer W passes through the reforming region 150 before the upper-layer reaction product is stacked. It is preferable to carry out the treatment.

従って、例えば様々なレシピで成膜される反応生成物についても同様に十分に改質するためには、即ちこの成膜装置で良好に反応生成物(薄膜)を改質できる範囲を広く確保しておこうとすると、例えば高周波電源224からプラズマ処理手段80に供給する高周波の出力を高くしたり、プラズマ処理手段80を回転テーブル2上のウエハWに近接配置したり、あるいは改質領域150を広くするために多数のプラズマ処理手段80を配置したりすることが考えられる。   Therefore, for example, in order to sufficiently modify the reaction products formed by various recipes as well, that is, to secure a wide range in which the reaction products (thin films) can be well modified by this film forming apparatus. In this case, for example, the high-frequency output supplied from the high-frequency power source 224 to the plasma processing unit 80 is increased, the plasma processing unit 80 is disposed close to the wafer W on the turntable 2, or the modified region 150 is formed. It is conceivable to arrange a large number of plasma processing means 80 for widening.

しかし、この実施の形態では、装置側の構成を変更するのではなく、処理サイクルのシーケンスを調整しているので、装置構成を複雑化することなく、反応生成物を改質できる範囲(薄膜の特性の調整範囲)を広く取ることができる。
また、成膜−改質ステップ及び改質ステップにおいてO3ガスの供給量を揃えているので、真空容器1内の圧力変動を抑えることができ、従って真空容器1内のガス流の乱れや当該真空容器1内の部材の圧力変動による損傷を抑えることができる。尚、例えば真空容器1内のガス流が乱れない場合などには、改質ステップにおいてO3ガスの供給を停止しても良いし、O3ガスの供給を停止する場合には、このO3ガスの流量分だけ分離ガスの流量を増やすようにしても良い。
However, in this embodiment, since the sequence of the processing cycle is adjusted instead of changing the configuration on the apparatus side, the range in which the reaction product can be modified without complicating the apparatus configuration (thin film The characteristic adjustment range can be widened.
Further, since the supply amount of O3 gas is made uniform in the film forming-reforming step and the reforming step, the pressure fluctuation in the vacuum vessel 1 can be suppressed, so that the gas flow in the vacuum vessel 1 is disturbed and the vacuum is concerned. Damage due to pressure fluctuations of members in the container 1 can be suppressed. For example, when the gas flow in the vacuum vessel 1 is not disturbed, the supply of O3 gas may be stopped in the reforming step. When the supply of O3 gas is stopped, the flow rate of O3 gas is stopped. The flow rate of the separation gas may be increased by that amount.

更に、各ステップを切り替えるにあたって、既述の図10に示すように、回転テーブル2をn回転(n:整数)させた時にSi含有ガスの給断を行っているので、反応生成物の膜厚や各ステップの切替タイミングなどを管理しやすいというメリットがある。この時、既述のように回転テーブル2上の各ウエハW毎に各ガスの供給タイミングが異なるので、各ステップの切替タイミングとしては、一回転以下であっても良く、このような場合であっても複数の処理サイクルを繰り返すことによってウエハW間及びウエハW内において薄膜の膜質及び膜厚が均一化される。このように回転テーブル2が一回転する間にステップの切替を行う場合には、回転テーブル2上のあるウエハWにだけSi含有ガスが供給されないように、即ち各々のウエハWに対して均一にSi含有ガスが供給されるように、各ステップの切替タイミングが調整される。   Furthermore, when switching each step, as shown in FIG. 10 described above, since the Si-containing gas is turned off when the turntable 2 is rotated n times (n: integer), the film thickness of the reaction product is changed. There is an advantage that it is easy to manage the switching timing of each step. At this time, since the supply timing of each gas is different for each wafer W on the turntable 2 as described above, the switching timing of each step may be one revolution or less. However, by repeating a plurality of processing cycles, the film quality and film thickness of the thin film are made uniform between and within the wafers W. When the steps are switched during one rotation of the turntable 2 as described above, the Si-containing gas is not supplied only to a certain wafer W on the turntable 2, that is, uniformly to each wafer W. The switching timing of each step is adjusted so that the Si-containing gas is supplied.

更に、成膜−改質ステップにおいては、真空容器1の内部において成膜処理を行う度に改質処理を行っており、いわば回転テーブル2の周方向においてウエハWが各処理領域P1、P2を通過する経路の途中において成膜処理に干渉しないように改質処理を行っている。また、各成膜−改質ステップを行う度に改質ステップを行っている。そのため、例えば薄膜の成膜が完了した後で改質処理を行うよりも短時間で薄膜を改質できる。   Further, in the film forming-modifying step, the reforming process is performed every time the film forming process is performed inside the vacuum vessel 1. In other words, in the circumferential direction of the rotary table 2, the wafer W passes through the processing regions P 1 and P 2. The reforming process is performed so as not to interfere with the film forming process in the middle of the passing path. In addition, the reforming step is performed every time the film forming-modifying step is performed. Therefore, for example, the thin film can be modified in a shorter time than when the modification treatment is performed after the thin film is formed.

また、カバー体221により上流側から通流してくるガスの当該カバー体221の内部への侵入を抑えることができるので、例えば第2の反応ガスノズル32と活性化ガスインジェクター220との間に専用の分離領域Dを設けなくても良いため、成膜装置のコストを抑えて改質処理を行うことができるし、またNOxなどの副生成ガスの発生を抑えて例えば装置を構成する部材の腐食を抑制できる。また、このカバー体221を絶縁体により構成しているので、カバー体221とプラズマ処理手段80との間においてプラズマが形成されないため、当該カバー体221をプラズマ処理手段80に近接配置することができ、そのため装置を小型化できる。   In addition, since the gas flowing from the upstream side by the cover body 221 can be suppressed from entering the inside of the cover body 221, for example, there is a dedicated space between the second reaction gas nozzle 32 and the activated gas injector 220. Since it is not necessary to provide the separation region D, the reforming process can be performed while reducing the cost of the film forming apparatus, and the generation of by-product gases such as NOx can be suppressed to prevent corrosion of members constituting the apparatus. Can be suppressed. In addition, since the cover body 221 is made of an insulator, no plasma is formed between the cover body 221 and the plasma processing means 80, so that the cover body 221 can be disposed close to the plasma processing means 80. Therefore, the apparatus can be miniaturized.

既述のシリコン酸化膜を成膜するための処理ガスとしては、第1の反応ガスとしてBTBAS[ビスターシャルブチルアミノシラン]、DCS[ジクロロシラン]、HCD[ヘキサクロロジシラン]、3DMAS[トリスジメチルアミノシラン]、モノアミノシランなどを用いても良いし、TMA[トリメチルアルミニウム]、TEMAZ[テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム]、TEMAH[テトラキスエチルメチルアミノハフニウム]、Sr(THD)2[ストロンチウムビステトラメチルヘプタンジオナト]、Ti(MPD)(THD)[チタニウムメチルペンタンジオナトビステトラメチルヘプタンジオナト]などを第1の反応ガスとして用いて、酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ストロンチウム膜、酸化チタン膜などを成膜しても良い。これらの原料ガスを酸化する酸化ガスである第2の反応ガスとしては、水蒸気などを採用しても良い。また、第2の反応ガスとしてO3ガスを用いないプロセス例えばTiN(窒化チタン)膜などにおいて当該TiN膜の改質を行う場合には、ガス導入ノズル34から供給するプラズマ発生用の改質ガスとしては、NH3(アンモニア)ガスなどのN(窒素)を含むガスを用いても良い。   As the processing gas for forming the above-described silicon oxide film, the first reaction gas is BTBAS [Bistal Butylaminosilane], DCS [Dichlorosilane], HCD [Hexachlorodisilane], 3DMAS [Trisdimethylaminosilane], Monoaminosilane or the like may be used, TMA [trimethylaluminum], TEMAZ [tetrakisethylmethylaminozirconium], TEMAH [tetrakisethylmethylaminohafnium], Sr (THD) 2 [strontium bistetramethylheptanedionato], Ti (MPD) (THD) [titanium methylpentanedionatobistetramethylheptaneedionate] or the like is used as the first reaction gas, and an aluminum oxide film, a zirconium oxide film, a hafnium oxide film, a strontium oxide film, a titanium oxide film, etc. The It may be membrane. Water vapor or the like may be employed as the second reaction gas that is an oxidizing gas that oxidizes these source gases. Further, when a TiN film is modified in a process that does not use O3 gas as the second reaction gas, such as a TiN (titanium nitride) film, the modified gas for plasma generation supplied from the gas introduction nozzle 34 is used. May use a gas containing N (nitrogen) such as NH3 (ammonia) gas.

また、既述の例では2種類の反応ガスを用いて反応生成物を形成する例について説明したが、2種類以上例えば3種類あるいは4種類の反応ガスを用いて反応生成物を形成する場合に本発明を適用しても良い。
また、プラズマ発生手段80を2組設けたが、1組であっても良いし3組以上でも良い。更に、既述のように平行電極(電極36a、36b)を用いて容量結合型プラズマを発生させたが、コイル型の電極を用いて誘導結合型のプラズマを発生させても良い。
既述の各例では、ガス供給系(ノズル31〜34、41、42(300))に対して回転テーブル2を回転させたが、この回転テーブル2に対してガス供給系を回転させても良い。
Further, in the above-described example, the example in which the reaction product is formed using two kinds of reaction gases has been described. However, in the case where the reaction product is formed using two or more kinds, for example, three kinds or four kinds of reaction gases. The present invention may be applied.
Further, although two sets of plasma generating means 80 are provided, one set may be used, or three or more sets may be used. Furthermore, as described above, the capacitively coupled plasma is generated using the parallel electrodes (electrodes 36a and 36b). However, the inductively coupled plasma may be generated using a coil-type electrode.
In each of the above-described examples, the rotary table 2 is rotated with respect to the gas supply system (nozzles 31 to 34, 41, and 42 (300)). good.

続いて、本発明の効果を確認するために行った実施例について以下に説明する。この実施例では、既述のシリコン酸化膜を形成する場合に、成膜−改質ステップに加えて改質ステップを行うことによって、薄膜の特性がどのように向上するか評価を行った。また、以下の表に示すように処理時間の比(T1:T2)を変えた場合についても、同様に薄膜の特性を評価した。尚、この表には、処理時間の比と共に処理時間T1、T2についても併記している。
(表)

Figure 0005692337
Then, the Example performed in order to confirm the effect of this invention is described below. In this example, when the silicon oxide film described above was formed, it was evaluated how the properties of the thin film were improved by performing the modification step in addition to the film formation-modification step. In addition, as shown in the following table, the characteristics of the thin film were similarly evaluated when the ratio of the processing times (T1: T2) was changed. In this table, the processing times T1 and T2 are shown together with the ratio of the processing times.
(table)
Figure 0005692337

また、参考例として、改質ステップを行わずに成膜−改質ステップだけを行った場合と、プラズマ改質を行わずに成膜処理だけを行った場合と、シリコン酸化膜として理想的な特性を持っていると考えられる熱酸化膜と、の夫々の特性を示している。また、これらの薄膜の特性の評価は、成膜後の薄膜に対して負のバイアス電圧を印加して、この負のバイアス電圧の大きさに応じてリーク電流がどのような値を示すか測定することによって行った。従って、リーク電流が少ない方が不純物の少ない緻密な薄膜が形成されていると言える。尚、回転テーブル2の回転数は20rpmとしている。また、その他の処理条件については各例において同じ条件としたため説明を省略する。   In addition, as a reference example, when only the film-forming step is performed without performing the modification step, and when only the film-forming process is performed without performing the plasma modification, it is ideal as a silicon oxide film. Each characteristic of the thermal oxide film considered to have the characteristics is shown. In addition, the characteristics of these thin films are evaluated by applying a negative bias voltage to the thin film after film formation and measuring the value of the leakage current depending on the magnitude of the negative bias voltage. Went by. Therefore, it can be said that a dense thin film with few impurities is formed when the leakage current is small. The rotation speed of the turntable 2 is 20 rpm. Further, since other processing conditions are the same in each example, description thereof is omitted.

その結果、図12に示すように、プラズマ改質を行わない場合及び改質ステップを行わない場合に比べて、成膜−改質ステップと共に改質ステップを行うことにより、薄膜の膜質が向上しており、処理時間の比(T1:T2)=1:3の場合には、シリコン酸化膜の理想的な特性であると考えられる熱酸化膜と同レベルの特性となっていた。   As a result, as shown in FIG. 12, the film quality of the thin film is improved by performing the reforming step together with the film forming-modifying step as compared with the case where the plasma reforming is not performed and the case where the reforming step is not performed. When the ratio of processing times (T1: T2) = 1: 3, the characteristics were at the same level as that of the thermal oxide film considered to be an ideal characteristic of the silicon oxide film.

1 真空容器
2 回転テーブル
C 中心部領域
D 分離領域
E 排気領域
W ウエハ
31、32、41、42 ガスノズル
61、62 排気口
80 プラズマ発生部
P1、P2 処理領域
220 活性化ガスインジェクター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 2 Rotary table C Center area | region D Separation area | region E Exhaust area W Wafer 31,32,41,42 Gas nozzle 61,62 Exhaust port 80 Plasma generation part P1, P2 Processing area 220 Activated gas injector

Claims (11)

真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域が形成されたテーブルと、
基板の表面に吸着する第1の反応ガスを前記真空容器内における第1の処理領域に供給するための第1の反応ガス供給手段と、
この第1の反応ガス供給手段に対して前記テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、基板の表面上の第1の反応ガスの成分と反応して反応生成物を生成する第2の反応ガスを前記真空容器内における第2の処理領域に供給するための第2の反応ガス供給手段と、
この第2の反応ガス供給手段に対して前記テーブルの周方向に離間した位置に設けられ、改質ガスのプラズマ化により得られたプラズマを基板上の反応生成物の改質処理を行うために前記真空容器内におけるプラズマ処理領域に供給するプラズマ処理手段と、
前記テーブルと前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記プラズマ処理手段とを相対的に回転させる回転機構と、
前記第1の処理領域、前記第2の処理領域及び前記プラズマ処理領域をこの順番で前記テーブル上の前記基板が通過するステップを複数ステップ行う成膜−改質ステップと、成膜処理を停止させて、前記プラズマ処理領域を前記テーブル上の前記基板が通過する改質ステップと、をこの順番で少なくとも1回行うように制御信号を出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
A table provided in a vacuum vessel and having a substrate placement region for placing a substrate;
First reaction gas supply means for supplying a first reaction gas adsorbed on the surface of the substrate to a first processing region in the vacuum vessel;
A second reaction which is provided at a position spaced in the circumferential direction of the table with respect to the first reaction gas supply means and reacts with a component of the first reaction gas on the surface of the substrate to generate a reaction product. A second reactive gas supply means for supplying a gas to a second processing region in the vacuum vessel;
In order to modify the reaction product on the substrate, the plasma obtained by converting the reformed gas into plasma is provided at a position spaced apart from the second reactant gas supply means in the circumferential direction of the table. Plasma processing means for supplying a plasma processing region in the vacuum vessel;
A rotating mechanism for relatively rotating the table and the first reactive gas supply means, the second reactive gas supply means and the plasma processing means;
A film forming-modifying step for performing a plurality of steps in which the substrate on the table passes through the first processing region, the second processing region, and the plasma processing region in this order, and the film forming process are stopped. And a reforming step in which the substrate on the table passes through the plasma processing region, and a control means for outputting a control signal so as to perform at least once in this order. apparatus.
前記制御手段は、前記成膜−改質ステップから前記改質ステップへの切替時における前記真空容器内の圧力変動を抑えるために、これらの各ステップ間における第2の反応ガスの供給量を揃えるように制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。   The control means aligns the supply amount of the second reaction gas between these steps in order to suppress pressure fluctuations in the vacuum vessel at the time of switching from the film formation-modification step to the modification step. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the control signal is output as follows. 前記改質ステップは、前記テーブル上の基板が前記プラズマ処理領域を複数回通過するように、前記テーブルに対して前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記プラズマ処理手段を相対的に複数回回転させるステップであることを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。   In the modifying step, the first reactive gas supply means, the second reactive gas supply means, and the plasma processing are performed on the table so that the substrate on the table passes through the plasma processing region a plurality of times. 3. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming device is a step of relatively rotating the means a plurality of times. 前記改質ガスは、希ガスまたはO2ガスの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の成膜装置。   The film forming apparatus according to claim 1, wherein the reformed gas is at least one of a rare gas and an O 2 gas. 前記改質ステップにおける改質処理は、前記成膜−改質ステップにおける改質処理よりも改質の度合いが大きいことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。   5. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the reforming process in the reforming step has a higher degree of reforming than the reforming process in the film-forming-modifying step. . 真空容器内に設けられたテーブルの基板載置領域に基板を載置する工程と、
次いで、前記テーブルの周方向に互いに離間して配置された第1の反応ガス供給手段、第2の反応ガス供給手段及びプラズマ処理手段に対して、回転機構を用いて前記テーブルを相対的に回転させる工程と、
前記第1の反応ガス供給手段から第1の反応ガスが供給される第1の処理領域、前記第2の反応ガス供給手段から第2の反応ガスが供給される第2の処理領域、及び前記プラズマ処理手段にて改質ガスのプラズマ化によって生成したプラズマが供給されるプラズマ処理領域をこの順番で前記テーブル上の基板が通過するステップを複数ステップ行う成膜−改質ステップと、成膜処理を停止させて、前記プラズマ処理領域を前記テーブル上の基板が通過する改質ステップと、をこの順番で少なくとも1回行う工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。
A step of placing a substrate on a substrate placement region of a table provided in a vacuum vessel;
Next, the table is rotated relative to the first reaction gas supply unit, the second reaction gas supply unit, and the plasma processing unit that are spaced apart from each other in the circumferential direction of the table by using a rotation mechanism. A process of
A first processing region to which a first reaction gas is supplied from the first reaction gas supply unit; a second processing region to which a second reaction gas is supplied from the second reaction gas supply unit; and A film-forming step for performing a plurality of steps in which a substrate on the table passes through a plasma processing region to which plasma generated by plasma-forming of the reformed gas is supplied in this order, and a film-forming process. And a step of performing a modification step in which the substrate on the table passes through the plasma processing region at least once in this order.
前記成膜−改質ステップから前記改質ステップへの切替時における前記真空容器内の圧力変動を抑えるために、これらの各ステップ間における第2の反応ガスの供給量が揃っていることを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。   In order to suppress pressure fluctuations in the vacuum vessel at the time of switching from the film-forming / modifying step to the reforming step, the supply amount of the second reaction gas between these steps is uniform. The film forming method according to claim 6. 前記改質ステップは、前記テーブル上の基板が前記プラズマ処理領域を複数回通過するように、前記テーブルに対して前記第1の反応ガス供給手段、前記第2の反応ガス供給手段及び前記プラズマ処理手段を相対的に複数回回転させるステップであることを特徴とする請求項6または7に記載の成膜方法。   In the modifying step, the first reactive gas supply means, the second reactive gas supply means, and the plasma processing are performed on the table so that the substrate on the table passes through the plasma processing region a plurality of times. The film forming method according to claim 6, wherein the film forming step is a step of relatively rotating the means a plurality of times. 前記改質ガスは、希ガスまたはO2ガスの少なくとも一方であることを特徴とする請求項6ないし8のいずれか一つに記載の成膜方法。   The film forming method according to claim 6, wherein the reformed gas is at least one of a rare gas and an O 2 gas. 前記改質ステップにおける改質処理は、前記成膜−改質ステップにおける改質処理よりも改質の度合いが大きいことを特徴とする請求項6ないし9のいずれか一つに記載の成膜方法。   10. The film forming method according to claim 6, wherein the degree of reforming in the reforming process in the reforming step is larger than that in the film forming-modifying step. . 真空容器内のテーブル上の基板載置領域に基板を載置し、少なくとも2種類の反応ガスを順番に基板に供給し、かつこの供給サイクルを複数回実行することにより反応生成物の層を積層して薄膜を形成する成膜装置に用いられるコンピュータプログラムを格納した記憶媒体において、
前記コンピュータプログラムは、請求項6ないし10のいずれか一つに記載の成膜方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
A substrate is placed on a substrate placement region on a table in a vacuum vessel, and at least two kinds of reaction gases are sequentially supplied to the substrate, and a layer of reaction products is stacked by executing this supply cycle a plurality of times. In a storage medium storing a computer program used in a film forming apparatus for forming a thin film,
A storage medium characterized in that the computer program includes steps so as to implement the film forming method according to any one of claims 6 to 10.
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