JP2006190770A

JP2006190770A - Substrate processor

Info

Publication number: JP2006190770A
Application number: JP2005000732A
Authority: JP
Inventors: Motonari Takebayashi; 基成竹林; Shizue Ogawa; 静枝小川
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-07-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent film formation accuracy from degrading due to a change in plasma density or the like. <P>SOLUTION: An ALD device includes a process tube 31 having a treatment chamber 32 formed for treating a plurality of wafers 1 at a time, a gas supply pipe 38 for supplying dichlorosilane gas 73 to the treatment chamber 32, a gas supply pipe 50 for supplying ammonium gas 71 to the chamber 32, an exhaust pipe 35 for evacuating the chamber 32, a pair of discharging electrodes 57 and 57 for exciting plasma in the treatment chamber 32, and a plasma chamber 48 having a blowout port 49 for blowing active species 72 excited by the plasma to the treatment chamber 32. A pair of probes 65 and 65 for detecting plasma conditions are provided in the chamber 32, and a plasma condition measurement circuit 69 for measuring the plasma conditions in the chamber 32 based on a probe current of the probes is connected to a controller 60. Since a change in the plasma conditions in the treatment chamber can thus be always monitored, countermeasures against degradation in the accuracy of a silicon nitride film can be taken. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理装置、特に、バッチ式リモートプラズマ処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、半導体素子を含む半導体集積回路を作り込む半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に絶縁膜や金属膜を堆積（デポジション）するのに利用して有効なものに関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a batch type remote plasma processing apparatus. For example, in a manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device (hereinafter referred to as an IC), a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a semiconductor integrated circuit including semiconductor elements). , Which is effective for depositing (depositing) an insulating film or a metal film on a wafer.

ＩＣの製造方法において低温下でウエハに成膜する基板処理装置として、複数枚のウエハを一括して処理する処理室を形成したプロセスチューブと、処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室内を排気する排気手段と、処理室内にてプラズマを生成させて処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の放電電極と、放電電極間に高周波電力を印加する高周波電源および整合器とを備えているバッチ式リモートプラズマ処理装置が、提案されている。例えば、特許文献１参照。
特開２００２−２８０３７８号公報 As a substrate processing apparatus for forming a film on a wafer at a low temperature in an IC manufacturing method, a process tube in which a processing chamber for processing a plurality of wafers at once is formed, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, An exhaust means for exhausting the processing chamber, a pair of discharge electrodes to which high-frequency power for generating plasma in the processing chamber to excite the processing gas is applied, a high-frequency power source and a matching unit for applying high-frequency power between the discharge electrodes, A batch-type remote plasma processing apparatus equipped with is proposed. For example, see Patent Document 1.
JP 2002-280378 A

このようなバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、膜厚が薄い等の規定外の処理結果のウエハが形成されるのを防止するために、処理室の温度変化や圧力変化およびガス流量の変化が常時監視されている。 In such a batch-type remote plasma processing apparatus, in order to prevent the formation of a wafer having a non-standard processing result such as a thin film thickness, the temperature change, pressure change, and gas flow rate change in the processing chamber It is constantly monitored.

しかしながら、前記したバッチ式リモートプラズマ処理装置においては、プラズマ密度（電子密度）の変化は整合器内のコイルやコンデンサの容量の変化によって確認するように構成されているに過ぎないために、プラズマ密度の変化を直接的に監視することができず、その結果、膜厚が薄い等の規定外の処理結果のウエハが形成されてしまうという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。 However, in the batch type remote plasma processing apparatus described above, since the change in the plasma density (electron density) is merely confirmed by the change in the capacity of the coil or capacitor in the matching unit, the plasma density It has been clarified by the present inventor that there is a problem in that a wafer having a processing result other than the regulation such as a thin film thickness is formed as a result. .

本発明の目的は、プラズマ密度の変化等によって処理結果の精度が低下するのを防止することができる基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of preventing the accuracy of processing results from being lowered due to a change in plasma density or the like.

本発明に係る基板処理装置は、基板を収容して処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、前記処理室内にてプラズマを生成させて前記処理ガスを励起させる高周波電力が印加される一対の電極と、前記処理室内に配置されて前記処理室内のプラズマ状態を検出する検出手段と、前記検出手段からの情報に基づき前記処理室内のプラズマ状態を測定する測定手段と、を備えていることを特徴とする。 A substrate processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for storing and processing a substrate, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, and a plasma in the processing chamber. Based on information from the detection means, a pair of electrodes to which a high-frequency power is applied to generate the gas and excite the processing gas, a detection means disposed in the processing chamber to detect a plasma state in the processing chamber, and Measuring means for measuring a plasma state in the processing chamber.

前記手段によれば、処理室内のプラズマ状態を測定することができるので、プラズマ状態を適切に制御することができる。 According to the above means, since the plasma state in the processing chamber can be measured, the plasma state can be appropriately controlled.

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハ等の基板へのプラズマ処理例としてのプラズマＣＶＤ法の一つである原子層成膜（Atomic Layer Deposition 。以下、ＡＬＤという。）法を実施するＡＬＤ装置として構成されている。
ＡＬＤ法は、ある成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（またはそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ順次に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う方法である。
例えば、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜を形成する場合のＡＬＤ法においては、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 。ＤＣＳ）ガスとアンモニア（ＮＨ₃ ）ガスを用いて、３００〜６００℃の低温で、高品質の成膜が可能である。
そして、複数種類の反応性ガスは１種類ずつ順次に供給する。また、膜厚の制御は反応性ガス供給のサイクル数によって実行することができる。例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合には、複数種類のガスの供給は２０サイクル行う。 In this embodiment, a substrate processing apparatus according to the present invention is an atomic layer deposition (hereinafter referred to as ALD) method which is one of plasma CVD methods as an example of plasma processing on a substrate such as a wafer. It is comprised as an ALD apparatus which implements.
In the ALD method, under one film formation condition (temperature, time, etc.), two kinds (or more) of raw material gases used for film formation are sequentially supplied onto the substrate one by one, in units of one atomic layer. In this method, film formation is performed using surface reaction.
For example, in the ALD method in the case of forming a silicon nitride (SiNx) film, dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ .DCS) gas and ammonia (NH ₃ ) gas are used and high quality at a low temperature of 300 to 600 ° C. Can be formed.
A plurality of types of reactive gases are sequentially supplied one by one. The film thickness can be controlled by the number of reactive gas supply cycles. For example, assuming that the film formation rate is 1 liter / cycle, when a 20 liter film is formed, a plurality of types of gases are supplied for 20 cycles.

図１に示されているように、本実施の形態に係るＡＬＤ装置１０は筐体１１を備えており、筐体１１の前面にはカセット授受ユニット１２が設備されている。カセット授受ユニット１２はウエハ１のキャリアであるカセット２を二台載置することができるカセットステージ１３を備えており、カセットステージ１３は９０度回転することにより、カセット２を水平姿勢にさせるように構成されている。カセットステージ１３の下方にはウエハ姿勢整合装置１４が二組設備されている。
そして、外部搬送装置（図示せず）によって搬送されて来たカセット２がカセットステージ１３に垂直姿勢（カセット２に収納されたウエハ１が垂直になる状態）で載置されると、ウエハ姿勢整合装置１４がカセット２に収納されたウエハ１のノッチやオリエンテーションフラットが同一になるようにウエハ１の姿勢を整合する。 As shown in FIG. 1, the ALD apparatus 10 according to the present embodiment includes a casing 11, and a cassette transfer unit 12 is installed on the front surface of the casing 11. The cassette transfer unit 12 includes a cassette stage 13 on which two cassettes 2 serving as carriers of the wafer 1 can be placed. The cassette stage 13 is rotated 90 degrees so that the cassette 2 is in a horizontal posture. It is configured. Below the cassette stage 13, two sets of wafer posture alignment devices 14 are installed.
When the cassette 2 transported by an external transport device (not shown) is placed on the cassette stage 13 in a vertical posture (the wafer 1 stored in the cassette 2 is vertical), the wafer posture alignment is performed. The apparatus 14 aligns the posture of the wafer 1 so that the notches and the orientation flats of the wafer 1 stored in the cassette 2 are the same.

筐体１１の内部にはカセット授受ユニット１２に対向してカセット棚１５が設備されており、カセット授受ユニット１２の上方には予備カセット棚１６が設備されている。
カセット授受ユニット１２とカセット棚１５との間には、カセット移載装置１７が設備されている。カセット移載装置１７は前後方向に進退可能なロボットアーム１８を備えており、ロボットアーム１８は横行および昇降可能に構成されている。ロボットアーム１８は進退、昇降および横行の協働によって、カセットステージ１３の上の水平姿勢となったカセット２をカセット棚１５または予備カセット棚１６へ搬送して移載するように構成されている。 A cassette shelf 15 is provided inside the casing 11 so as to face the cassette delivery unit 12, and a spare cassette shelf 16 is provided above the cassette delivery unit 12.
A cassette transfer device 17 is installed between the cassette transfer unit 12 and the cassette shelf 15. The cassette transfer device 17 includes a robot arm 18 that can move back and forth in the front-rear direction, and the robot arm 18 is configured to be able to traverse and move up and down. The robot arm 18 is configured to transport and transfer the cassette 2 in a horizontal posture on the cassette stage 13 to the cassette shelf 15 or the spare cassette shelf 16 by advancing, retreating, raising and lowering, and traversing.

カセット棚１５の後方には複数枚のウエハ１を一括して移載することができるウエハ移載装置１９が回転および昇降可能に設備されている。ウエハ移載装置１９は進退可能なウエハ保持部２０を備えており、ウエハ保持部２０には複数枚のウエハ保持プレート２１が水平に取り付けられている。なお、ウエハ移載装置１９はウエハ１を一枚ずつ移載するように構成される場合もある。
ウエハ移載装置１９の後方には、複数枚のウエハ１を保持したボート２５を昇降させるボートエレベータ２２が設備されており、ボートエレベータ２２のアーム２３にはボート２５がシールキャップ２４を介して水平に設置されている。 Behind the cassette shelf 15, a wafer transfer device 19 that can transfer a plurality of wafers 1 at once is installed so as to be able to rotate and move up and down. The wafer transfer device 19 includes a wafer holder 20 that can be moved back and forth. A plurality of wafer holding plates 21 are horizontally attached to the wafer holder 20. The wafer transfer device 19 may be configured to transfer the wafers 1 one by one.
Behind the wafer transfer device 19, a boat elevator 22 for moving up and down a boat 25 holding a plurality of wafers 1 is installed. The boat 25 is placed horizontally on the arm 23 of the boat elevator 22 via a seal cap 24. Is installed.

図２に示されているように、シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の炉口３３の内径よりも大径の外径を有する円盤形状に形成されている。シールキャップ２４はプロセスチューブ３１の下端面にシールリング２４ａを挟んで当接することにより、プロセスチューブ３１の炉口３３を閉塞するようになっている。シールキャップ２４の中心線上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されている。
シールキャップ２４の中心線上には回転軸２７が挿通されており、回転軸２７はシールキャップ２４と共に昇降し、かつ、回転駆動装置２８によって回転されるように構成されている。回転軸２７の上端には支持板２９が水平に固定されており、支持板２９の上にはボート２５が断熱キャップ部２６を介して垂直に立脚されて支持されている。 As shown in FIG. 2, the seal cap 24 is formed in a disk shape having an outer diameter larger than the inner diameter of the furnace port 33 of the process tube 31. The seal cap 24 is configured to close the furnace port 33 of the process tube 31 by contacting the lower end surface of the process tube 31 with the seal ring 24 a interposed therebetween. On the center line of the seal cap 24, a boat 25 is vertically supported through a heat insulating cap portion 26 and supported.
A rotation shaft 27 is inserted on the center line of the seal cap 24, and the rotation shaft 27 moves up and down together with the seal cap 24 and is rotated by a rotation drive device 28. A support plate 29 is horizontally fixed to the upper end of the rotary shaft 27, and the boat 25 is vertically supported on and supported by the support plate 29 via a heat insulating cap portion 26.

ボート２５は上下で一対の端板２５ａ、２５ｂと、両端板２５ａと２５ｂとの間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材２５ｃとを備えている。各保持部材２５ｃには多数条の保持溝２５ｄが長手方向に等間隔に配されて、同一平面内で互いに対向して開口するように没設されている。
そして、ウエハ１の外周縁辺が各保持部材２５ｃの多数条の保持溝２５ｄ間にそれぞれ挿入されることにより、複数枚のウエハ１がボート２５に水平にかつ互いに中心を揃えられた状態で整列されて保持されるようになっている。 The boat 25 includes a pair of end plates 25a and 25b at the top and bottom, and a plurality of (three in this embodiment) holding members 25c that are installed between the both end plates 25a and 25b and arranged vertically. ing. Each holding member 25c is provided with a large number of holding grooves 25d arranged at equal intervals in the longitudinal direction so as to be opened facing each other in the same plane.
Then, by inserting the outer peripheral edges of the wafers 1 between the multiple holding grooves 25d of the holding members 25c, the plurality of wafers 1 are aligned horizontally on the boat 25 with their centers aligned. Are to be held.

図２〜図４に示されているように、ＡＬＤ装置１０は石英（ＳｉＯ₂ ）が用いられて一体的に形成されたプロセスチューブ３１を備えている。プロセスチューブ３１は一端が開口し他端が閉塞した円筒形状に形成されており、プロセスチューブ３１は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
プロセスチューブ３１の筒中空部は複数枚のウエハ１を収容して処理する処理室３２を形成しており、プロセスチューブ３１の下端開口はウエハ１を出し入れする炉口３３を形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
プロセスチューブ３１の外部にはプロセスチューブ３１の周囲を包囲するヒータユニット３４が同心円に設備されており、ヒータユニット３４は処理室３２を全体にわたって均一または所定の温度分布に加熱するように構成されている。ヒータユニット３４はＡＬＤ装置１０の筐体１１に支持されることにより垂直に据え付けられた状態になっている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the ALD apparatus 10 includes a process tube 31 that is integrally formed using quartz (SiO ₂ ). The process tube 31 is formed in a cylindrical shape having one end opened and the other end closed. The process tube 31 is vertically arranged so that the center line is vertical and is fixedly supported.
A cylindrical hollow portion of the process tube 31 forms a processing chamber 32 for accommodating and processing a plurality of wafers 1, and a lower end opening of the process tube 31 forms a furnace port 33 for taking in and out the wafer 1. The inner diameter of the process tube 31 is set to be larger than the maximum outer diameter of the wafer 1 to be handled.
A heater unit 34 surrounding the process tube 31 is concentrically provided outside the process tube 31, and the heater unit 34 is configured to heat the processing chamber 32 uniformly or with a predetermined temperature distribution throughout. Yes. The heater unit 34 is installed vertically by being supported by the casing 11 of the ALD apparatus 10.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近における側壁の一部には、処理室３２を真空引きする排気管３５の一端が接続されている。図３に示されているように、排気管３５の他端は可変流量制御弁３７を介して真空ポンプ３６に接続されている。
なお、可変流量制御弁３７は弁体の開度を調節して排気量を調整することにより、処理室３２の圧力を制御するように構成されている。 One end of an exhaust pipe 35 that evacuates the processing chamber 32 is connected to a part of the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33. As shown in FIG. 3, the other end of the exhaust pipe 35 is connected to a vacuum pump 36 via a variable flow rate control valve 37.
The variable flow rate control valve 37 is configured to control the pressure in the processing chamber 32 by adjusting the exhaust amount by adjusting the opening of the valve body.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略１８０度反対側の位置には、ガス供給管３８の一端が接続されている。図３に示されているように、ガス供給管３８の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源３９に接続されている。ガス供給管３８の途中にはガス供給源３９の側から順に、可変流量制御弁４０と上流側開閉弁４１とガス溜め４２と下流側開閉弁４３とが介設されている。
プロセスチューブ３１におけるガス供給管３８と対向する部分には、樋形状の隔壁４４がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されており、隔壁４４はガス供給室４５を形成するように構成されている。
図４に示されているように、隔壁４４には複数個の吹出口４６がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４６はガス供給室４５に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。
吹出口４６の開口面積はガス供給室４５と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、ガス供給室４５と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４６の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。 One end of a gas supply pipe 38 is connected to a position on the side wall of the process tube 31 in the vicinity of the furnace port 33 that is approximately 180 degrees opposite to the exhaust pipe 35. As shown in FIG. 3, the other end of the gas supply pipe 38 is connected to a gas supply source 39 that supplies a predetermined gas type in the ALD method. A variable flow rate control valve 40, an upstream side open / close valve 41, a gas reservoir 42, and a downstream side open / close valve 43 are interposed in the middle of the gas supply pipe 38 from the gas supply source 39 side.
In the portion of the process tube 31 facing the gas supply pipe 38, a bowl-shaped partition wall 44 is laid so as to extend in the vertical direction in parallel with the inner peripheral surface of the process tube 31. 45 is formed.
As shown in FIG. 4, a plurality of air outlets 46 are arranged in the partition wall 44 so as to face each other between the wafers 1 adjacent to each other above and below the boat 25. Is set so that the gas supplied to the gas supply chamber 45 is blown out evenly.
When the differential pressure between the gas supply chamber 45 and the processing chamber 32 is small, the opening area of the outlet 46 is preferably set to the same opening pitch with the same opening area from the upstream side to the downstream side. However, when the differential pressure between the gas supply chamber 45 and the processing chamber 32 is large, it is preferable to increase the opening area of the outlet 46 from the upstream side toward the downstream side or to decrease the opening pitch.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁における排気管３５と略９０度離れた位置には、プラズマ室４８を形成した樋形状の隔壁（以下、プラズマ室壁という。）４７がプロセスチューブ３１の内周面と平行で上下方向に延在するように敷設されている。
図３に示されているように、プラズマ室壁４７の内向きの側壁の断面形状は円弧形に形成されており、その周方向の幅は略６０度に設定されている。プラズマ室壁４７の内向きの側壁における排気管３５側の端部には、複数個の吹出口４９がボート２５の上下で隣り合うウエハ１、１間に対向するように配列されて開設されており、各吹出口４９はプラズマ室４８に供給されたガスを均等に吹き出させるように設定されている。そして、プラズマ室壁４７の吹出口４９と、ガス供給室４５を形成した隔壁４４の吹出口４６との位相差は、約１２０度に設定されている。
プラズマ室壁４７の吹出口４９の開口面積はプラズマ室４８と処理室３２との差圧が小さい場合には、上流側から下流側まで同一の開口面積で同一の開口ピッチに設定することが好ましい。しかし、プラズマ室４８と処理室３２との差圧が大きい場合には、上流側から下流側に向かって吹出口４９の開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすることが好ましい。 A saddle-shaped partition wall (hereinafter referred to as a plasma chamber wall) 47 in which a plasma chamber 48 is formed is located on the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33 at a position approximately 90 degrees away from the exhaust pipe 35. It is laid so as to extend in the vertical direction parallel to the inner peripheral surface.
As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the inward side wall of the plasma chamber wall 47 is formed in an arc shape, and the circumferential width is set to about 60 degrees. At the end of the plasma chamber wall 47 facing the exhaust pipe 35 on the inward side wall, a plurality of air outlets 49 are arranged and opened so as to face each other between the wafers 1 adjacent to each other above and below the boat 25. The air outlets 49 are set so that the gas supplied to the plasma chamber 48 is evenly blown out. The phase difference between the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47 and the air outlet 46 of the partition wall 44 forming the gas supply chamber 45 is set to about 120 degrees.
When the differential pressure between the plasma chamber 48 and the processing chamber 32 is small, the opening area of the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47 is preferably set to the same opening pitch with the same opening area from the upstream side to the downstream side. . However, when the differential pressure between the plasma chamber 48 and the processing chamber 32 is large, it is preferable to increase the opening area of the air outlet 49 or reduce the opening pitch from the upstream side toward the downstream side.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７の吹出口４９と反対側の位置には、ガス供給管５０の一端が接続されており、ガス供給管５０の他端はＡＬＤ法における所定のガス種を供給するガス供給源５１に接続されている。ガス供給管５０の途中には可変流量制御弁５２と開閉弁５３とが、ガス供給源５１の側から順に介設されている。
また、ガス供給管５０のプラズマ室壁４７の内部側端にはノズル５４の一端が接続されており、ノズル５４は垂直に立脚されている。ノズル５４には複数個のガス供給口５５が垂直方向に等間隔に配置されて、それぞれ周方向内向きに開設されている。 One end of the gas supply pipe 50 is connected to a position on the side wall of the process tube 31 near the furnace port 33 on the side opposite to the air outlet 49 of the plasma chamber wall 47, and the other end of the gas supply pipe 50 is connected to the ALD method. Is connected to a gas supply source 51 for supplying a predetermined gas type. In the middle of the gas supply pipe 50, a variable flow rate control valve 52 and an on-off valve 53 are provided in order from the gas supply source 51 side.
In addition, one end of a nozzle 54 is connected to the inner side end of the plasma chamber wall 47 of the gas supply pipe 50, and the nozzle 54 stands vertically. In the nozzle 54, a plurality of gas supply ports 55 are arranged at equal intervals in the vertical direction, and are opened inward in the circumferential direction.

プラズマ室４８の内部には一対の保護管５６、５６が、プラズマ室４８の中心線を挟んで互いに反対側に対称形にそれぞれ配置されて、上下方向に延在するように敷設されている。各保護管５６は誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成されており、各保護管５６の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ３１の側壁を貫通して外部に突き出されている。各保護管５６の中空部内は処理室３２の外部（大気圧）に連通されている。
両保護管５６、５６の中空部には導電材料が使用されて細長い棒状に形成された放電電極５７が一対、それぞれ同心的に敷設されており、両放電電極５７、５７間には高周波電力を印加する高周波電源５８が整合器５９を介して電気的に接続されている。
高周波電源５８および整合器５９はコントローラ６０によって制御されるようになっている。また、コントローラ６０は可変流量制御弁３７、４０、５２や開閉弁４１、４３、５３およびヒータユニット３４等を制御するようになっている。 Inside the plasma chamber 48, a pair of protective tubes 56, 56 are arranged symmetrically on opposite sides of the center line of the plasma chamber 48, and are laid so as to extend in the vertical direction. Each protective tube 56 is formed in the shape of an elongated circular pipe using a dielectric material and closed at the upper end. The lower end of each protective tube 56 is appropriately bent and penetrates the side wall of the process tube 31 to the outside. Is sticking out. The inside of the hollow portion of each protective tube 56 is communicated with the outside (atmospheric pressure) of the processing chamber 32.
A pair of discharge electrodes 57 formed in the shape of an elongated rod using a conductive material are concentrically laid in the hollow portions of both the protective tubes 56, 56. A high frequency power supply 58 to be applied is electrically connected via a matching unit 59.
The high frequency power supply 58 and the matching unit 59 are controlled by a controller 60. The controller 60 controls the variable flow rate control valves 37, 40, 52, the on-off valves 41, 43, 53, the heater unit 34, and the like.

プロセスチューブ３１の炉口３３の付近の側壁におけるプラズマ室壁４７と１８０度反対側の位置には、カスケード温度計としての熱電対６１を敷設するための保護管６２が一対、それぞれ垂直に立設されている。各熱電対６１はコントローラ６０に温度測定結果を送信するようになっており、コントローラ６０は温度測定結果に基づいてヒータユニット３４等を制御するようになっている。 A pair of protective tubes 62 for laying a thermocouple 61 as a cascade thermometer is vertically installed at a position 180 degrees opposite to the plasma chamber wall 47 in the side wall near the furnace port 33 of the process tube 31. Has been. Each thermocouple 61 transmits the temperature measurement result to the controller 60, and the controller 60 controls the heater unit 34 and the like based on the temperature measurement result.

図３に示されているように、ＡＬＤ装置１０はダブルプローブ法（２探針プローブ法）によって処理室３２のプラズマ状態を測定するダブルプローブ装置６３を備えている。
プラズマ状態を測定する方法であるダブルプローブ法は、図９に示されているように、一対の探針の間に可変電圧Ｖを印加し、可変電圧Ｖの変化に応じて流れるプローブ電流Ｉを記録することにより、プローブ電流−電圧特性を得て、このプローブ電流−電圧特性によってプラズマ密度やプラズマ温度（電子温度）を算出する方法、である。
図３および図９に示されているように、本実施の形態に係るダブルプローブ装置６３は、誘電体が使用されて上端が閉塞した細長い円形のパイプ形状に形成された保護管６４を備えており、保護管６４は処理室３２内におけるプラズマ室４８の片脇に上下方向に延在するように敷設されている。ちなみに、保護管６４は処理室３２内における一対の放電電極５７、５７の高周波放電による誘導を防止することができる位置に配設されている。
保護管６４の外側開口端は気密封止されており、中空部内は真空を維持されている。保護管６４の下端部は適度に屈曲されて、プロセスチューブ３１の側壁を貫通して外部に突き出されている。 As shown in FIG. 3, the ALD apparatus 10 includes a double probe apparatus 63 that measures the plasma state of the processing chamber 32 by a double probe method (two-probe probe method).
As shown in FIG. 9, the double probe method, which is a method of measuring the plasma state, applies a variable voltage V between a pair of probes, and generates a probe current I that flows in accordance with a change in the variable voltage V. In this method, the probe current-voltage characteristic is obtained by recording, and the plasma density and plasma temperature (electron temperature) are calculated based on the probe current-voltage characteristic.
As shown in FIGS. 3 and 9, the double probe device 63 according to the present embodiment includes a protective tube 64 formed in an elongated circular pipe shape using a dielectric and closed at the upper end. The protective tube 64 is laid on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32 so as to extend vertically. Incidentally, the protective tube 64 is disposed at a position in the processing chamber 32 where the pair of discharge electrodes 57 and 57 can be prevented from being induced by high frequency discharge.
The outer opening end of the protective tube 64 is hermetically sealed, and a vacuum is maintained in the hollow portion. The lower end portion of the protective tube 64 is appropriately bent and penetrates the side wall of the process tube 31 and protrudes to the outside.

保護管６４の中空部内には処理室３２内のプラズマ状態を検出する検出手段としての一対（二本）の探針６５、６５が複数組、上下方向に間隔を置かれて配されている。一対の探針６５、６５は白金やタングステン等の耐熱性および耐食性を有する導電性金属から互いに等しい形状および面積に形成されており、互いに近接して配置されている。近接して配置された一対の探針６５、６５は保護管６４の筒壁から処理室３２の内部に突き出されており、保護管６４の一対の探針６５、６５の突き出し部位は、気密封止部６６によって封止されている。
一対の探針６５、６５は電気配線６７およびノイズフィルタ６８を介して、検出手段からの情報に基づき処理室内のプラズマ状態を測定する測定手段としてのプラズマ状態測定回路６９に接続されており、プラズマ状態測定回路６９はコントローラ６０に接続されている。電気配線６７は可変電圧Ｖを一対の探針６５、６５に印加するとともに、一対の探針６５、６５のプローブ電流Ｉをノイズフィルタ６８に送信するように構成されている。ノイズフィルタ６８は一対の探針６５、６５からの電流および電圧の高周波ノイズを除去するように構成されている。プラズマ状態測定回路６９はノイズフィルタ６８でノイズを除去された一対の探針６５、６５からの電流および電圧に基づいてプラズマ状態を算出し、算出結果をコントローラ６０に送信するように構成されている。 In the hollow portion of the protective tube 64, a plurality of pairs (two) of probes 65, 65 as detection means for detecting the plasma state in the processing chamber 32 are arranged at intervals in the vertical direction. The pair of probes 65, 65 are formed of a heat-resistant and corrosion-resistant conductive metal such as platinum and tungsten in the same shape and area, and are arranged close to each other. The pair of probes 65 and 65 arranged in close proximity protrude from the cylindrical wall of the protective tube 64 into the processing chamber 32, and the protruding portions of the pair of probes 65 and 65 in the protective tube 64 are hermetically sealed. Sealed by a stop 66.
The pair of probes 65, 65 are connected to a plasma state measurement circuit 69 as a measurement unit that measures the plasma state in the processing chamber based on information from the detection unit via an electrical wiring 67 and a noise filter 68. The state measurement circuit 69 is connected to the controller 60. The electrical wiring 67 is configured to apply the variable voltage V to the pair of probes 65 and 65 and to transmit the probe current I of the pair of probes 65 and 65 to the noise filter 68. The noise filter 68 is configured to remove high frequency noise of current and voltage from the pair of probes 65 and 65. The plasma state measurement circuit 69 is configured to calculate a plasma state based on the current and voltage from the pair of probes 65 and 65 from which noise has been removed by the noise filter 68, and to transmit the calculation result to the controller 60. .

次に、以上の構成に係るＡＬＤ装置１０を使用したＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
まず、基板処理装置としての全体の流れを説明する。
図２に示されているように、ＡＬＤ装置１０の被処理基板としてのウエハ１は複数枚がボート２５にウエハ移載装置１９によって装填（チャージング）される。
複数枚のウエハ１が装填されたボート２５は、シールキャップ２４および回転軸２７と共にボートエレベータ２２によって上昇されて、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）される。 Next, a film forming process in an IC manufacturing method using the ALD apparatus 10 having the above configuration will be described.
First, the overall flow as a substrate processing apparatus will be described.
As shown in FIG. 2, a plurality of wafers 1 as substrates to be processed in the ALD apparatus 10 are loaded (charged) into the boat 25 by the wafer transfer apparatus 19.
The boat 25 loaded with a plurality of wafers 1 is lifted by the boat elevator 22 together with the seal cap 24 and the rotating shaft 27 and is loaded into the processing chamber 32 of the process tube 31 (boat loading).

図５に示されているように、ウエハ１群を保持したボート２５が処理室３２に搬入されて、処理室３２がシールキャップ２４によってシールされると、処理室３２は排気管３５に接続された真空ポンプ３６によって所定の圧力以下に排気され、ヒータユニット３４への供給電力が上昇されることにより、処理室３２の温度が所定の温度に上昇される。
ヒータユニット３４がホットウオール形構造であることにより、処理室３２の温度は全体にわたって均一に維持された状態になり、その結果、ボート２５に保持されたウエハ１群の温度分布は全長にわたって均一になるとともに、各ウエハ１の面内の温度分布も均一かつ同一になる。 As shown in FIG. 5, when the boat 25 holding the group of wafers is loaded into the processing chamber 32 and the processing chamber 32 is sealed by the seal cap 24, the processing chamber 32 is connected to the exhaust pipe 35. The vacuum pump 36 evacuates to a predetermined pressure or lower, and the power supplied to the heater unit 34 is increased, whereby the temperature of the processing chamber 32 is increased to a predetermined temperature.
Since the heater unit 34 has a hot-wall structure, the temperature of the processing chamber 32 is maintained uniformly throughout the entire structure. As a result, the temperature distribution of the group of wafers held in the boat 25 is uniform over the entire length. At the same time, the in-plane temperature distribution of each wafer 1 is uniform and the same.

処理室３２の温度が予め設定された値に達して安定した後に、後述するＡＬＤ法による成膜作業が実施される。 After the temperature of the processing chamber 32 reaches a preset value and stabilizes, a film forming operation by the ALD method described later is performed.

所定の成膜作業が完了すると、シールキャップ２４がボートエレベータ２２によって下降されることにより炉口３３が開口されるとともに、ボート２５に保持された状態でウエハ１群が炉口３３から処理室３２の外部に搬出（ボートアンローディング）される。
処理室３２の外部に搬出されたウエハ１群は、ボート２５からウエハ移載装置１９によってディスチャージングされる（降ろされる）。
以降、前記した作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１が一括してバッチ処理される。 When the predetermined film forming operation is completed, the seal cap 24 is lowered by the boat elevator 22 to open the furnace port 33, and the group of wafers is held from the furnace port 33 to the processing chamber 32 while being held by the boat 25. Unloading (boat unloading).
The group of wafers carried out of the processing chamber 32 is discharged (lowered) from the boat 25 by the wafer transfer device 19.
Thereafter, the plurality of wafers 1 are batch processed by repeating the above-described operation.

次に、ＡＬＤ法による成膜作業を、ジクロロシランガスとアンモニアガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合について説明する。
ジクロロシランガスとアンモニアガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合には、次の第一ステップ、第二ステップおよび第三ステップが順に実施される。 Next, a film forming operation by the ALD method will be described in the case where a silicon nitride film is formed using dichlorosilane gas and ammonia gas.
When a silicon nitride film is formed using dichlorosilane gas and ammonia gas, the following first step, second step, and third step are sequentially performed.

第一ステップにおいては、プラズマ励起の必要なアンモニアガスと、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガスとが併行して流される。
図６に示されているように、ガス供給管５０に設けた開閉弁５３および排気管３５に設けた可変流量制御弁３７が共に開けられる。ガス供給管５０から可変流量制御弁５２によって流量調整されたアンモニアガス７１が、ノズル５４のガス供給口５５からプラズマ室４８へ噴出する。
また、一対の放電電極５７、５７間には高周波電力が高周波電源５８から整合器５９を介して印加される。プラズマ室４８に噴出したアンモニアガス７１はプラズマ励起され、活性種７２として処理室３２に供給されつつ排気管３５から排気される。
アンモニアガス７１をプラズマ励起することによって活性種７２として処理室３２に供給し排気するときは、可変流量制御弁３７を適正に調整することにより、処理室３２の圧力を１０〜１００Ｐａとする。
可変流量制御弁５２によって制御されるアンモニアガス７１の供給流量は、１０００〜１００００ｓｃｃｍである。
アンモニアガス７１をプラズマ励起することによって得られた活性種７２にウエハ１を晒す時間は、２〜１２０秒間である。
このときのヒータユニット３４の制御温度は、ウエハの温度が３００〜６００℃になるように設定されている。アンモニアガス７１は反応温度が高いために、このときのウエハ温度（３００〜６００℃）では反応しない。したがって、アンモニアガス７１をプラズマ励起することによって活性種７２としてから供給することにより、ウエハ１の温度が低い温度範囲のままであっても、アンモニアガス７１をウエハに堆積させることができる。 In the first step, ammonia gas that requires plasma excitation and dichlorosilane gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel.
As shown in FIG. 6, both the open / close valve 53 provided in the gas supply pipe 50 and the variable flow rate control valve 37 provided in the exhaust pipe 35 are opened. Ammonia gas 71 whose flow rate is adjusted by the variable flow rate control valve 52 from the gas supply pipe 50 is ejected from the gas supply port 55 of the nozzle 54 to the plasma chamber 48.
Further, high frequency power is applied between the pair of discharge electrodes 57 and 57 from the high frequency power source 58 via the matching unit 59. The ammonia gas 71 ejected into the plasma chamber 48 is excited by plasma and is exhausted from the exhaust pipe 35 while being supplied to the processing chamber 32 as the active species 72.
When the ammonia gas 71 is excited by plasma and supplied to the processing chamber 32 as the active species 72 and exhausted, the pressure of the processing chamber 32 is set to 10 to 100 Pa by appropriately adjusting the variable flow rate control valve 37.
The supply flow rate of the ammonia gas 71 controlled by the variable flow rate control valve 52 is 1000 to 10000 sccm.
The time for which the wafer 1 is exposed to the active species 72 obtained by plasma-exciting the ammonia gas 71 is 2 to 120 seconds.
The control temperature of the heater unit 34 at this time is set so that the wafer temperature is 300 to 600 ° C. Since the ammonia gas 71 has a high reaction temperature, it does not react at the wafer temperature (300 to 600 ° C.) at this time. Therefore, by supplying the ammonia gas 71 as the active species 72 by plasma excitation, the ammonia gas 71 can be deposited on the wafer even when the temperature of the wafer 1 remains in a low temperature range.

このアンモニアガス７１をプラズマ励起することによって活性種７２として処理室３２に供給しているときに、図６に示されているように、ガス供給管３８の上流側開閉弁４１が開かれるとともに、下流側開閉弁４３が閉められることにより、プラズマ励起の必要のないジクロロシランガス７３がガス溜め４２へ流される。これにより、ジクロロシランガス７３が上流側開閉弁４１と下流側開閉弁４３との間に設けたガス溜め４２に溜まる。
このとき、処理室３２に流れているガスはアンモニアガス７１をプラズマ励起することにより得られた活性種７２であり、処理室３２内にはジクロロシランガス７３は存在しない。したがって、アンモニアガス７１は気相反応を起こすことはなく、プラズマによって励起されて活性種７２となったアンモニアガス７１は、ウエハ１の上の下地膜と表面反応する。 When this ammonia gas 71 is supplied to the processing chamber 32 as the active species 72 by plasma excitation, as shown in FIG. 6, the upstream side open / close valve 41 of the gas supply pipe 38 is opened, By closing the downstream opening / closing valve 43, dichlorosilane gas 73 that does not require plasma excitation is caused to flow to the gas reservoir 42. Thereby, the dichlorosilane gas 73 accumulates in the gas reservoir 42 provided between the upstream side open / close valve 41 and the downstream side open / close valve 43.
At this time, the gas flowing into the processing chamber 32 is an active species 72 obtained by exciting the ammonia gas 71 with plasma, and the dichlorosilane gas 73 does not exist in the processing chamber 32. Therefore, the ammonia gas 71 does not cause a gas phase reaction, and the ammonia gas 71 that has been excited by the plasma to become the active species 72 reacts with the underlying film on the wafer 1.

第二ステップにおいては、図７に示されているように、ガス供給管５０の開閉弁５３が閉められて、アンモニアガス７１の供給は停止される。
他方、ジクロロシランガス７３のガス溜め４２への供給は継続される。所定圧かつ所定量のジクロロシランガス７３がガス溜め４２に溜まったら、上流側開閉弁４１も閉められる（図３参照）。これにより、ジクロロシランガス７３がガス溜め４２に閉じ込められる。ジクロロシランガス７３は圧力が２００００Ｐａ以上になるようにガス溜め４２内に溜められる。
また、ガス溜め４２と処理室３２との間のコンダクタンスが１．５×１０^-3ｍ³ ／ｓ以上になるように、可変流量制御弁４０および開閉弁４１、４３と可変流量制御弁３７とがコントローラ６０によって制御される。
さらに、処理室３２の容積とこれに対する必要なガス溜め４２の容積との比として考えると、処理室３２の容積が１００ｌ（リットル）の場合においては、ガス溜め４２の容積は１００〜３００ｃｃであることが好ましく、容積比としてはガス溜め４２は処理室３２の容積の１／１０００〜３／１０００倍とすることが好ましい。
そして、図７に示されているように、排気管３５の可変流量制御弁３７は開いたままにして、処理室３２を真空ポンプ３６によって２０Ｐａ以下に排気することにより、残留したアンモニアガス７１を処理室３２から排除する。この際に、窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、残留したアンモニアガス７１を処理室３２からより一層効果的に排除することができる。 In the second step, as shown in FIG. 7, the on-off valve 53 of the gas supply pipe 50 is closed and the supply of the ammonia gas 71 is stopped.
On the other hand, the supply of the dichlorosilane gas 73 to the gas reservoir 42 is continued. When a predetermined pressure and a predetermined amount of dichlorosilane gas 73 is accumulated in the gas reservoir 42, the upstream side open / close valve 41 is also closed (see FIG. 3). Thereby, the dichlorosilane gas 73 is confined in the gas reservoir 42. The dichlorosilane gas 73 is stored in the gas reservoir 42 so that the pressure becomes 20000 Pa or more.
In addition, the variable flow rate control valve 40, the on-off valves 41 and 43, the variable flow rate control valve 37, and the like so that the conductance between the gas reservoir 42 and the processing chamber 32 is 1.5 × 10 ⁻³ m ³ / s or more. Is controlled by the controller 60.
Further, when considering the ratio between the volume of the processing chamber 32 and the volume of the required gas reservoir 42, the volume of the gas reservoir 42 is 100 to 300 cc when the volume of the processing chamber 32 is 100 l (liter). The volume ratio of the gas reservoir 42 is preferably 1/1000 to 3/1000 times the volume of the processing chamber 32.
Then, as shown in FIG. 7, the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is kept open, and the processing chamber 32 is exhausted to 20 Pa or less by the vacuum pump 36, whereby the remaining ammonia gas 71 is removed. Excluded from the processing chamber 32. At this time, if an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32, the remaining ammonia gas 71 can be more effectively removed from the processing chamber 32.

第三ステップにおいては、処理室３２の排気が終わったら、図８に示されているように、排気管３５の可変流量制御弁３７が閉じられて、排気が停止されるとともに、ガス供給管３８の下流側開閉弁４３が開かれる。これにより、ガス溜め４２に溜められたジクロロシランガス７３が処理室３２に一気に供給される。このとき、排気管３５の可変流量制御弁３７が閉じられているので、処理室３２内の圧力は急激に上昇して、約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）まで昇圧する。
ジクロロシランガス７３を供給するための時間は２〜４秒に設定し、その後、上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とする。このときのウエハの温度はアンモニアガス７１の供給時と同じく、３００〜６００℃である。
このジクロロシランガス７３の供給によって、ウエハ１の下地膜の上のアンモニアガス７１とジクロロシランガス７３とが表面反応して、シリコン窒化膜がウエハ１の上に形成される。
図示は省略するが、成膜後には下流側開閉弁４３が閉じられるとともに、可変流量制御弁３７が開けられて、処理室３２が真空排気され、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス７３が排除される。このときに窒素ガス等の不活性ガスを処理室３２に供給すると、成膜に寄与した後に残留したジクロロシランガス７３を処理室３２からより一層効果的に排除することができる。
そして、上流側開閉弁４１が開かれて、第一ステップのガス溜め４２へのジクロロシランガス７３の供給が開始される。 In the third step, when the exhaust of the processing chamber 32 is finished, as shown in FIG. 8, the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is closed to stop the exhaust and the gas supply pipe 38. The downstream on-off valve 43 is opened. Accordingly, the dichlorosilane gas 73 stored in the gas reservoir 42 is supplied to the processing chamber 32 at a stretch. At this time, since the variable flow rate control valve 37 of the exhaust pipe 35 is closed, the pressure in the processing chamber 32 rapidly increases and is increased to about 931 Pa (7 Torr).
The time for supplying the dichlorosilane gas 73 is set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the elevated pressure atmosphere is set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. At this time, the temperature of the wafer is 300 to 600 ° C., as in the case of supplying the ammonia gas 71.
By supplying the dichlorosilane gas 73, the ammonia gas 71 and the dichlorosilane gas 73 on the base film of the wafer 1 react with each other to form a silicon nitride film on the wafer 1.
Although illustration is omitted, after the film formation, the downstream on-off valve 43 is closed, the variable flow control valve 37 is opened, the processing chamber 32 is evacuated, and the dichlorosilane gas 73 remaining after contributing to the film formation is removed. Eliminated. If an inert gas such as nitrogen gas is supplied to the processing chamber 32 at this time, the dichlorosilane gas 73 remaining after contributing to film formation can be more effectively removed from the processing chamber 32.
Then, the upstream side open / close valve 41 is opened, and supply of the dichlorosilane gas 73 to the gas reservoir 42 in the first step is started.

以上の第一ステップ〜第三ステップが１サイクルとされ、このサイクルが複数回繰り返されることにより、所定の膜厚のシリコン窒化膜がウエハ１の上に形成される。 The above first to third steps are defined as one cycle, and a silicon nitride film having a predetermined film thickness is formed on the wafer 1 by repeating this cycle a plurality of times.

ところで、ＡＬＤ法においては、原料ガスは下地膜表面に吸着する。この原料ガスの吸着量は、原料ガスの圧力および原料ガスの暴露時間に比例する。したがって、所望する一定量の原料ガスを短時間で吸着させるためには、原料ガスの圧力を短時間で上昇させる必要がある。
本実施の形態においては、可変流量制御弁３７を閉じたうえで、ガス溜め４２に溜めたジクロロシランガス７３を瞬間的に処理室３２に供給しているので、処理室３２のジクロロシランガス７３の圧力を急激に上昇させることができ、所望する一定量のジクロロシランガス７３を瞬間的に吸着させることができる。 By the way, in the ALD method, the source gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of adsorption of the raw material gas is proportional to the pressure of the raw material gas and the exposure time of the raw material gas. Therefore, in order to adsorb a desired amount of source gas in a short time, it is necessary to increase the pressure of the source gas in a short time.
In the present embodiment, since the dichlorosilane gas 73 stored in the gas reservoir 42 is instantaneously supplied to the processing chamber 32 after the variable flow rate control valve 37 is closed, the pressure of the dichlorosilane gas 73 in the processing chamber 32 is increased. Can be rapidly increased, and a desired amount of dichlorosilane gas 73 can be instantaneously adsorbed.

しかも、本実施の形態では、ジクロロシランガス７３をガス溜め４２に溜めるための特別なステップ（時間）を必要としない。なぜならば、アンモニアガス７１をプラズマ励起することによって活性種７２として供給しつつ処理室３２を排気している間に、ガス溜め４２にジクロロシランガス７３を並行して溜めているからである。
また、処理室３２内を排気してアンモニアガス７１を除去してからジクロロシランガス７３を処理室３２に供給するので、アンモニアガス７１とジクロロシランガス７３とはウエハ１に向かう途中で反応しない。つまり、処理室３２に供給されたジクロロシランガス７３は、ウエハ１に予め吸着したアンモニアガス７１だけと有効に反応する。 Moreover, in the present embodiment, a special step (time) for storing the dichlorosilane gas 73 in the gas reservoir 42 is not required. This is because dichlorosilane gas 73 is stored in parallel in the gas reservoir 42 while the processing chamber 32 is exhausted while ammonia gas 71 is supplied as active species 72 by plasma excitation.
Further, since the dichlorosilane gas 73 is supplied to the processing chamber 32 after exhausting the inside of the processing chamber 32 and removing the ammonia gas 71, the ammonia gas 71 and the dichlorosilane gas 73 do not react on the way to the wafer 1. That is, the dichlorosilane gas 73 supplied to the processing chamber 32 effectively reacts only with the ammonia gas 71 adsorbed in advance on the wafer 1.

ところで、以上のＡＬＤ装置１０を使用したＡＬＤ法においては、プラズマ密度やプラズマ温度等のプラズマ状態が変化すると、シリコン窒化膜の所期の膜厚が形成されない等のＡＬＤ法の精度の低下が発生するという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。 By the way, in the ALD method using the ALD apparatus 10 described above, when the plasma state such as the plasma density and the plasma temperature changes, the accuracy of the ALD method is deteriorated such that the desired film thickness of the silicon nitride film is not formed. It has been clarified by the present inventor that there is a problem to do.

そこで、本実施の形態に係るＡＤＬ装置１０においては、処理室３２内におけるプラズマ室４８の片脇にダブルプローブ装置６３に設置するとともに、このダブルプローブ装置６３をコントローラ６０に接続することにより、処理室３２内のプラズマ状態の変化を常時監視して、シリコン窒化膜の精度の低下が発生するのを防止する対策を講ずるように構成している。 Therefore, in the ADL device 10 according to the present embodiment, the double probe device 63 is installed on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32 and the double probe device 63 is connected to the controller 60 to thereby perform processing. Changes in the plasma state in the chamber 32 are constantly monitored, and measures are taken to prevent the deterioration of the accuracy of the silicon nitride film.

例えば、ダブルプローブ装置６３のプラズマ状態測定回路６９から常時送信されて来るプラズマ密度の測定値が設定値よりも低下すると、コントローラ６０は高周波電源５８および整合器５９を制御することにより、プラズマ密度の低下を防止する処置を講ずる。 For example, when the measured value of the plasma density constantly transmitted from the plasma state measuring circuit 69 of the double probe device 63 falls below the set value, the controller 60 controls the high frequency power source 58 and the matching unit 59 to control the plasma density. Take measures to prevent decline.

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。 According to the embodiment, the following effects can be obtained.

1) 処理室３２内におけるプラズマ室４８の片脇にダブルプローブ装置６３を配置するとともに、このダブルプローブ装置６３をコントローラ６０に接続することにより、処理室３２内のプラズマ状態の変化を常時監視することができるので、コントローラ６０はシリコン窒化膜の精度の低下が発生するのを防止する対策を講ずることができる。 1) A double probe device 63 is disposed on one side of the plasma chamber 48 in the processing chamber 32, and the double probe device 63 is connected to the controller 60 to constantly monitor changes in the plasma state in the processing chamber 32. Therefore, the controller 60 can take measures to prevent the deterioration of the accuracy of the silicon nitride film.

2) シリコン窒化膜の精度の低下が発生するのを回避することにより、ＡＬＤ装置によるＡＬＤ法ひいてはＩＣの製造方法の歩留りを向上させることができるとともに、ＩＣの品質および信頼性を向上させることができる。 2) By avoiding the deterioration of the accuracy of the silicon nitride film, it is possible to improve the yield of the ALD method by the ALD apparatus and thus the manufacturing method of the IC, and to improve the quality and reliability of the IC. it can.

3) 一対の探針６５、６５を保護管６４に気密に収容した状態で処理室３２内に配置するとともに、一対の探針６５、６５の検出端部を処理室３２内に露出させることにより、ダブルプローブ装置６３による処理室３２内の汚染を防止することができるとともに、ダブルプローブ装置６３をプラズマダメージ等から保護することができる。 3) By disposing the pair of probes 65 and 65 in the processing chamber 32 in an airtight manner in the protective tube 64 and exposing the detection end portions of the pair of probes 65 and 65 in the processing chamber 32. In addition to preventing contamination of the processing chamber 32 by the double probe device 63, the double probe device 63 can be protected from plasma damage and the like.

4) 処理室内のプラズマ状態を検出する検出手段および検出手段からの情報に基づき処理室内のプラズマ状態を測定する測定手段をダブルプローブ装置６３を使用して構成することにより、比較的に簡単な構成によって処理室３２内のプラズマ状態を常時監視することができるので、ＡＬＤ装置の製造コストの増加を抑制しつつ、ＡＬＤ装置の性能を大幅に向上させることができる。 4) By using the double probe device 63, the detection means for detecting the plasma state in the processing chamber and the measurement means for measuring the plasma state in the processing chamber based on the information from the detection means are used, so that the configuration is relatively simple. Thus, the plasma state in the processing chamber 32 can be constantly monitored, so that the performance of the ALD apparatus can be greatly improved while suppressing an increase in the manufacturing cost of the ALD apparatus.

5) 一対の探針６５、６５を上下方向に間隔を置いて配設することにより、処理室３２内の上下方向におけるプラズマの分布を常時監視することができるので、ＡＬＤ装置の成膜の精度の低下をより一層効果的に防止することができる。 5) By arranging the pair of probes 65, 65 at intervals in the vertical direction, the plasma distribution in the vertical direction in the processing chamber 32 can be constantly monitored. Can be more effectively prevented.

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。 Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、一対の探針は複数組を保護管の複数箇所に配置するに限らず、一組を一箇所に配置してもよい。 For example, the pair of probes is not limited to a plurality of sets arranged at a plurality of locations on the protective tube, and one set may be arranged at one location.

ダブルプローブ装置は処理室内の周方向の一箇所に配置するに限らず、周方向の複数箇所に配置してもよい。 The double probe device is not limited to being disposed at one place in the circumferential direction in the processing chamber, and may be disposed at a plurality of places in the circumferential direction.

さらに、ダブルプローブ装置は処理室内に上昇されるボートに配置してもよい。この場合、一対の探針を一組だけ配置してもよいし、複数組の探針を上下方向の複数箇所に配置してもよい。 Further, the double probe device may be disposed on a boat that is raised into the processing chamber. In this case, only one set of a pair of probes may be arranged, or a plurality of sets of probes may be arranged at a plurality of locations in the vertical direction.

処理室内のプラズマ状態を検出する検出手段および検出手段からの情報に基づき処理室内のプラズマ状態を測定する測定手段は、ダブルプローブ法を使用して構成するに限らず、ラングミュア・プローブ法、レーザ光散乱法、軟Ｘ線分光法、マイクロ波放射法、レーザおよびマイクロ波干渉法、ビームプローブ法等を使用して構成してもよい。 The detecting means for detecting the plasma state in the processing chamber and the measuring means for measuring the plasma state in the processing chamber based on the information from the detecting means are not limited to the configuration using the double probe method, the Langmuir probe method, the laser beam You may comprise using a scattering method, soft X-ray spectroscopy, a microwave radiation method, a laser and microwave interferometry, a beam probe method, etc.

前記実施の形態では、ジクロロシランとアンモニアとを交互に供給してシリコン窒化膜を低温下で適正かつ精密に形成する場合について説明したが、ＡＬＤ装置は、キャパシタの静電容量部のＴａ₂ Ｏ₅ 膜に介在したカーボンを除去する場合、その他の膜種に介在した異物（その膜種以外の分子や原子等）を除去する場合、ウエハにＡＬＤ膜を形成する場合、拡散する場合、熱処理する場合等に適用することができる。
例えば、ＩＣの一例であるＤＲＡＭのゲート電極用の酸化膜を窒化する処理において、ガス供給管に窒素ガスまたはアンモニアガスまたは一酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）を供給し、処理室を室温〜７５０℃に加熱することにより、酸化膜の表面を窒化することができた。
また、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜が形成される前のシリコンウエハの表面を水素（Ｈ₂ ）ガスの活性粒子によってプラズマ処理したところ、自然酸化膜を除去することができ、所望のＳｉＧｅ膜を形成することができた。 In the above embodiment, the case where the silicon nitride film is appropriately and precisely formed at a low temperature by alternately supplying dichlorosilane and ammonia has been described. However, the ALD apparatus uses Ta ₂ O in the capacitance portion of the capacitor. _{5 When} removing carbon intervening in the film, removing foreign matters (molecules or atoms other than the film type) intervening in other film types, forming an ALD film on the wafer, diffusing, heat treatment It can be applied to cases.
For example, in a process of nitriding an oxide film for a gate electrode of a DRAM which is an example of an IC, nitrogen gas, ammonia gas, or nitrogen monoxide (N ₂ O) is supplied to a gas supply pipe, and the processing chamber is set to room temperature to 750 ° C. The surface of the oxide film could be nitrided by heating to.
In addition, when the surface of the silicon wafer before the formation of the silicon germanium (SiGe) film is plasma-treated with active particles of hydrogen (H ₂ ) gas, the natural oxide film can be removed and a desired SiGe film is formed. We were able to.

また、前記実施の形態ではＡＬＤ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他のＣＶＤ装置、酸化膜形成装置、拡散装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。 Although the ALD apparatus has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this and can be applied to other substrate processing apparatuses such as other CVD apparatuses, oxide film forming apparatuses, diffusion apparatuses, and annealing apparatuses.

前記実施の形態ではウエハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。 In the above embodiment, the case where the wafer is processed has been described. However, the processing target may be a photomask, a printed wiring board, a liquid crystal panel, a compact disk, a magnetic disk, or the like.

本発明の実施の形態であるＡＬＤ装置を示す一部省略斜視図である。1 is a partially omitted perspective view showing an ALD apparatus according to an embodiment of the present invention. その主要部を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the principal part. 図２のIII-III 線に沿う回路図付き平面断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional plan view with a circuit diagram taken along line III-III in FIG. 2. 図３のIV−IV線に沿う側面断面図である。It is side surface sectional drawing which follows the IV-IV line of FIG. その成膜処理時を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the film-forming process time. ＡＬＤ法の第一ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a plane sectional view with a circuit diagram showing the first step of the ALD method. ＡＬＤ法の第二ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a plane sectional view with a circuit diagram showing the second step of the ALD method. ＡＬＤ法の第三ステップを示す回路図付き平面断面図である。It is a top sectional view with a circuit diagram showing the 3rd step of ALD method. ダブルプローブ装置を示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は等価回路図、（ｃ）はプローブ電流−電圧特性線図である。The double probe apparatus is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is an equivalent circuit diagram, (c) is a probe current-voltage characteristic diagram.

Explanation of symbols

１…ウエハ（被処理基板）、２…カセット、１０…ＡＬＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形リモートプラズマ処理装置）、１１…筐体、１２…カセット授受ユニット、１３…カセットステージ、１４…ウエハ姿勢整合装置、１５…カセット棚、１６…予備カセット棚、１７…カセット移載装置、１８…ロボットアーム、１９…ウエハ移載装置、２０…ウエハ保持部、２１…ウエハ保持プレート、２２…ボートエレベータ、２３…アーム、２４…シールキャップ、２４ａ…シールリング、２５…ボート、２５ａ、２５ｂ…端板、２５ｃ…保持部材、２５ｄ…保持溝、２６…断熱キャップ部、２７…回転軸、２８…回転駆動装置、２９…支持板、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３…炉口、３４…ヒータユニット、３５…排気管、３６…真空ポンプ、３７…可変流量制御弁、３８…ガス供給管、３９…ガス供給源、４０…可変流量制御弁、４１…上流側開閉弁、４２…ガス溜め、４３…下流側開閉弁、４４…隔壁、４５…ガス供給室、４６…吹出口、４７…隔壁、４８…プラズマ室、４９…吹出口、５０…ガス供給管、５１…ガス供給源、５２…可変流量制御弁、５３…開閉弁、５４…ノズル、５５…ガス供給口、５６…保護管、５７…放電電極、５８…高周波電源、５９…整合器、６０…コントローラ、６１…熱電対（カスケード温度計）、６２…保護管、６３…ダブルプローブ装置、６４…保護管、６５…探針（検出手段）、６６…気密封止部、６７…電気配線、６８…ノイズフィルタ、６９…プラズマ状態測定回路（測定手段）、７１…アンモニアガス、７２…活性種、７３…ジクロロシランガス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer (substrate to be processed), 2 ... Cassette, 10 ... ALD apparatus (batch type vertical hot wall type remote plasma processing apparatus), 11 ... Housing, 12 ... Cassette transfer unit, 13 ... Cassette stage, 14 ... Wafer posture Alignment device, 15 ... cassette shelf, 16 ... spare cassette shelf, 17 ... cassette transfer device, 18 ... robot arm, 19 ... wafer transfer device, 20 ... wafer holder, 21 ... wafer holding plate, 22 ... boat elevator, DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 ... Arm, 24 ... Seal cap, 24a ... Seal ring, 25 ... Boat, 25a, 25b ... End plate, 25c ... Holding member, 25d ... Holding groove, 26 ... Thermal insulation cap part, 27 ... Rotating shaft, 28 ... Rotation drive Apparatus 29 ... Support plate 31 ... Process tube 32 ... Processing chamber 33 ... Furnace port 34 ... Heater unit 35 ... Exhaust pipe, DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Vacuum pump, 37 ... Variable flow control valve, 38 ... Gas supply pipe, 39 ... Gas supply source, 40 ... Variable flow control valve, 41 ... Upstream side opening / closing valve, 42 ... Gas reservoir, 43 ... Downstream side opening / closing valve, 44 ... partition wall, 45 ... gas supply chamber, 46 ... outlet, 47 ... partition wall, 48 ... plasma chamber, 49 ... outlet, 50 ... gas supply pipe, 51 ... gas supply source, 52 ... variable flow rate control valve, 53 ... On-off valve, 54 ... Nozzle, 55 ... Gas supply port, 56 ... Protection tube, 57 ... Discharge electrode, 58 ... High frequency power supply, 59 ... Matching device, 60 ... Controller, 61 ... Thermocouple (cascade thermometer), 62 ... Protection Pipe ... 63 ... Double probe device, 64 ... Protection tube, 65 ... Probe (detection means), 66 ... Hermetic seal, 67 ... Electrical wiring, 68 ... Noise filter, 69 ... Plasma state measurement circuit (measurement means), 71 ... Ammonia gas, 72 ... Active Seeds, 73 ... dichlorosilane gas.

Claims

A processing chamber for accommodating and processing a substrate, a gas supply means for supplying a processing gas into the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, and generating plasma in the processing chamber to excite the processing gas A pair of electrodes to which high-frequency power is applied, a detection unit disposed in the processing chamber for detecting a plasma state in the processing chamber, and a measurement for measuring the plasma state in the processing chamber based on information from the detection unit And a substrate processing apparatus.