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JP2007208169A - Substrate processing method - Google Patents

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JP2007208169A
JP2007208169A JP2006028042A JP2006028042A JP2007208169A JP 2007208169 A JP2007208169 A JP 2007208169A JP 2006028042 A JP2006028042 A JP 2006028042A JP 2006028042 A JP2006028042 A JP 2006028042A JP 2007208169 A JP2007208169 A JP 2007208169A
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JP
Japan
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substrate
processing
gas
wafer
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006028042A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Nakayama
雅則 中山
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Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing method with which film thickness uniformity within a substrate surface can be improved. <P>SOLUTION: The substrate processing method for generating plasma by incurring magnetron discharge within a processing vessel by an electric field and a magnetic field, and for performing plasma processing on a substrate using the plasma includes the steps of: carrying the substrate into the processing vessel; forming a film on the substrate through activation using plasma by feeding gases into the processing vessel; and carrying the treated substrate out of the processing vessel. In the film forming step, the exhaustion of gases from the processing vessel is reduced so as not to affect film thickness uniformity of the film formed on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はプラズマを用いて基板を処理する基板処理方法に係り、特に膜形成工程での排気を改善したものに関する。   The present invention relates to a substrate processing method for processing a substrate using plasma, and more particularly to an improved exhaust in a film forming process.

従来、プラズマを用いて基板を処理する基板処理装置として、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源(Modified Magnetron Typed Plasma Source)を用いてウェハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉(以下、MMT装置と称する)が知られている。
このMMT装置は、気密性を確保した処理容器内に基板を設置し、シャワーヘッドを介して反応ガスを処理容器内に導入し、処理容器内をある一定の圧力に保ち、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成できる。このように反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。
ここで、処理容器内の圧力を一定に保つための圧力制御は、自動圧力制御バルブ(APCバルブ)で排気量を調整して行うことが主流である(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−359236号公報
Conventionally, as a substrate processing apparatus for processing a substrate using plasma, a substrate such as a wafer is processed using a modified magnetron type plasma source that can generate high-density plasma by an electric field and a magnetic field. A processing furnace (hereinafter referred to as an MMT apparatus) is known.
In this MMT apparatus, a substrate is installed in a processing container that ensures airtightness, a reaction gas is introduced into the processing container through a shower head, the inside of the processing container is maintained at a certain pressure, and a high frequency is applied to the discharge electrode. Electric power is supplied to form an electric field and a magnetic field to cause magnetron discharge. Since the electrons emitted from the discharge electrode continue to circulate while continuing the cycloid motion while drifting, the lifetime becomes longer and the ionization rate is increased, so that high-density plasma can be generated. In this way, the substrate can be subjected to various plasma treatments such as diffusion treatment such as oxidation or nitridation by exciting and decomposing the reaction gas, or forming a thin film on the substrate surface, or etching the substrate surface.
Here, the pressure control for keeping the pressure in the processing container constant is mainly performed by adjusting the exhaust amount with an automatic pressure control valve (APC valve) (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-359236 A

しかし、MMT装置において、処理容器内の圧力制御を排気量の調整で行う場合、基板上に形成される膜の膜厚の面内均一性が、排気によるガスの流れの影響を受けて悪化するという問題があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板面内の膜厚均一性を向上することが可能な基板処理方法を提供することにある。
However, in the MMT apparatus, when the pressure inside the processing container is controlled by adjusting the exhaust amount, the in-plane uniformity of the film thickness formed on the substrate is deteriorated by the influence of the gas flow caused by the exhaust. There was a problem.
An object of the present invention is to provide a substrate processing method capable of solving the above-described problems of the prior art and improving the film thickness uniformity in the substrate surface.

第1の発明は、電界と磁界とにより処理容器内にマグネトロン放電を起こしてプラズマを生成し、このプラズマを用いて基板をプラズマ処理する基板処理方法であって、基板を前記処理容器内に搬入する工程と、前記処理容器内にガスを供給して前記プラズマにより活性化させ、前記基板上に膜を形成する工程と、処理後の基板を前記処理容器から搬出する工程とを備え、前記膜を形成する工程では、前記基板上に形成される膜の膜厚均一性に影響を与えないよう前記処理容器からのガスの排気を少なくしたことを特徴とする基板処理方法である。
プラズマを用いた基板処理方法において、処理容器からのガスの排気を少なくすると、処理容器内でのガスの流れが緩やかになり、ガスの密度が均一になるので、基板面内の膜厚均一性が向上する。
A first invention is a substrate processing method for generating a plasma by generating a magnetron discharge in a processing container by an electric field and a magnetic field, and plasma processing the substrate using the plasma, and the substrate is carried into the processing container A step of forming a film on the substrate by supplying a gas into the processing container and activating the plasma, and a step of unloading the processed substrate from the processing container. Is a substrate processing method characterized in that the exhaust of gas from the processing container is reduced so as not to affect the film thickness uniformity of the film formed on the substrate.
In the substrate processing method using plasma, if the gas exhaust from the processing container is reduced, the gas flow in the processing container becomes gentle and the gas density becomes uniform. Will improve.

第2の発明は、第1の発明において、前記膜形成工程では、前記処理容器内にガスを供給しつつ、前記基板上に成膜される膜の膜厚均一性に影響を与えないよう前記処理容器からのガスの排気を少なくすることを特徴とする基板処理方法である。
このような排気を少なくするプロセスを行う場合に、特にマグネトロン放電によりガスが消費されるので、処理容器内の圧力が変化したり、それにより基板上に成膜される膜質に影響を及ぼすというような問題が生じやすいが、本発明によれば、ガスを供給することにより、消費ガスと供給ガスとのバランスがとれるので、処理容器内の圧力を安定させることができ、上記のような問題を解決できる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, in the film formation step, the gas uniformity is supplied to the processing container so as not to affect the film thickness uniformity of the film formed on the substrate. A substrate processing method characterized by reducing gas exhaust from a processing container.
When performing such a process of reducing exhaust gas, gas is consumed particularly by magnetron discharge, so that the pressure in the processing vessel changes, thereby affecting the quality of the film formed on the substrate. However, according to the present invention, by supplying the gas, the consumption gas and the supply gas can be balanced, so that the pressure in the processing container can be stabilized, and the above-described problems can be solved. can be solved.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記処理容器からのガスの排気を自動圧力制御バルブにより制御することを特徴とする基板処理方法である。
このような排気を少なくするプロセスを行う場合に、特に処理容器内の圧力が不安定になるという問題が生じやすいが、本発明によれば、ガスの排気をAPCバルブにより制御するので、処理容器内の圧力安定性が確保でき、上記のような問題を解決できる。
A third invention is a substrate processing method according to the first or second invention, wherein the exhaust of gas from the processing container is controlled by an automatic pressure control valve.
When performing such a process of reducing exhaust gas, the problem that the pressure in the processing container becomes unstable is likely to occur. However, according to the present invention, since the exhaust of gas is controlled by the APC valve, the processing container The pressure stability inside can be ensured, and the above problems can be solved.

第4の発明は、第3の発明において、前記自動圧力制御バルブの開度を0%とし、前記処理容器内の圧力が一定となるよう前記処理容器内にガスを供給することを特徴とする基板処理装置である。
APCバルブはその開度を0%にすると、完全には密閉されないが、ガスの排気を最小限に抑えることができる。したがって、APCバルブの開度を0%とし、処理容器内の圧力が一定となるように処理容器内にガスを供給すると、処理容器からのガスの排気がより少なくなって、処理容器内でのガスの流れがより緩やかになり、ガスの密度がより均一になるので、基板面内の膜厚均一性がより向上する。
According to a fourth aspect, in the third aspect, the opening of the automatic pressure control valve is set to 0%, and gas is supplied into the processing container so that the pressure in the processing container is constant. A substrate processing apparatus.
If the opening degree of the APC valve is 0%, the APC valve is not completely sealed, but the exhaust of gas can be minimized. Therefore, if the opening of the APC valve is set to 0% and the gas is supplied into the processing container so that the pressure in the processing container is constant, the exhaust of the gas from the processing container is reduced, and the inside of the processing container Since the gas flow becomes more gentle and the gas density becomes more uniform, the film thickness uniformity in the substrate surface is further improved.

本発明によれば、ガスの密度が均一になるので、基板面内の膜厚均一性を向上できる。   According to the present invention, since the gas density becomes uniform, the film thickness uniformity within the substrate surface can be improved.

以下に本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図2に、本発明の実施の形態に係るインライン型半導体製造装置の構成例を示す。インライン型半導体製造装置は、真空側と大気側とに分れる。
真空側には、インライン接続された2個のプロセスモジュール107と、2個の真空搬送室105とが設けられる。各真空搬送室105には、それぞれ1台の真空ロボット106が設けられ、プロセスモジュール107と真空搬送室105間でウェハ200の搬送を独立して行なうことが可能になっている。
大気側には、基板処理モジュールを構成する真空搬送室105に接続された大気ローダ102と、この大気ローダ102に接続された2台のロードポート101とが設けられる。大気ローダ102には1台の大気ロボット104が設けられ、真空搬送室105とロードポート101との間でウェハ200の搬送を行うことが可能になっている。なお、大気ローダ102内には、ウェハ200の位置合わせを行うアライナ109が設けられている。また、大気ローダ102外に装置を制御するコントローラが収納されたコントロールボックス103が設けられている。
FIG. 2 shows a configuration example of an in-line type semiconductor manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention. The in-line type semiconductor manufacturing apparatus can be divided into a vacuum side and an atmosphere side.
On the vacuum side, two process modules 107 connected in-line and two vacuum transfer chambers 105 are provided. Each vacuum transfer chamber 105 is provided with one vacuum robot 106, and the wafer 200 can be transferred independently between the process module 107 and the vacuum transfer chamber 105.
On the atmosphere side, an atmosphere loader 102 connected to the vacuum transfer chamber 105 constituting the substrate processing module and two load ports 101 connected to the atmosphere loader 102 are provided. The atmospheric loader 102 is provided with one atmospheric robot 104 so that the wafer 200 can be transferred between the vacuum transfer chamber 105 and the load port 101. In the atmospheric loader 102, an aligner 109 for aligning the wafer 200 is provided. Further, a control box 103 in which a controller for controlling the apparatus is housed outside the atmospheric loader 102 is provided.

各真空搬送室105では搬送が独立に行なわれる。真空ロボット106により、ウェハ200を真空搬送室105内のウェハ保持部108から受け取り、プロセスモジュール107に搬入して、ウェハ200の成膜処理を行う。ウェハ200の処理が完了すると、真空ロボット105により処理済みウェハ200を受け取り、ウェハ保持部108に保持して、ウェハ200を冷却する。真空搬送室105を大気圧に復帰させ、大気ロボット104により真空搬送室105から冷却済みウェハ200を取り出し、大気ローダ102を介してロードポート101に払い出す。
払出し後、ロードポート101から、未処理のウェハ200を大気ロボット104により真空搬送室105に搬入して、上述した処理を繰り返す。
In each vacuum transfer chamber 105, the transfer is performed independently. The wafer 200 is received from the wafer holding unit 108 in the vacuum transfer chamber 105 by the vacuum robot 106, loaded into the process module 107, and film formation processing of the wafer 200 is performed. When the processing of the wafer 200 is completed, the processed wafer 200 is received by the vacuum robot 105, held in the wafer holding unit 108, and the wafer 200 is cooled. The vacuum transfer chamber 105 is returned to atmospheric pressure, the cooled wafer 200 is taken out from the vacuum transfer chamber 105 by the atmospheric robot 104, and discharged to the load port 101 via the atmospheric loader 102.
After unloading, the unprocessed wafer 200 is loaded into the vacuum transfer chamber 105 from the load port 101 by the atmospheric robot 104, and the above-described processing is repeated.

上述した成膜処理を行うプロセスモジュール107は、MMT装置から構成される。
図3に、このようなMMT装置の概略構成図を示す。MMT装置は、処理容器203を有し、この処理容器203は、第1の容器であるドーム型の上側容器210と第2の容器である碗型の下側容器211により形成され、上側容器210は下側容器211の上に被せられている。上側容器210は酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器211はアルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持具(基板保持手段)であるサセプタ217を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。
The process module 107 that performs the film forming process described above is configured by an MMT apparatus.
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of such an MMT apparatus. The MMT apparatus has a processing container 203, which is formed by a dome-shaped upper container 210 as a first container and a bowl-shaped lower container 211 as a second container. Is covered on the lower container 211. The upper container 210 is made of a non-metallic material such as aluminum oxide or quartz, and the lower container 211 is made of aluminum. Further, by configuring the susceptor 217 which is a heater-integrated substrate holder (substrate holding means), which will be described later, with a non-metallic material such as aluminum nitride, ceramics or quartz, metal contamination taken into the film during processing can be prevented. Reduced.

シャワーヘッド236は、処理室201の上部に設けられ、キャップ状の蓋体233と、ガス導入口234と、バッファ室237と、開口238と、遮蔽プレート240と、ガス吹出口239とを備えている。バッファ室237は、ガス導入口234より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。   The shower head 236 is provided in the upper part of the processing chamber 201, and includes a cap-shaped lid 233, a gas inlet 234, a buffer chamber 237, an opening 238, a shielding plate 240, and a gas outlet 239. Yes. The buffer chamber 237 is provided as a dispersion space for dispersing the gas introduced from the gas introduction port 234.

ガス導入口234には、ガスを供給するガス供給管232が接続されており、ガス供給管232は、開閉弁であるバルブ243a、流量制御器(流量制御手段)であるマスフローコントローラ241を介して図中省略の反応ガス230のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド236から反応ガス230が処理室201に供給され、また、サセプタ217の周囲から処理室201の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器211の側壁にガスを排気する排気口235が設けられている。排気口235にはガスを排気するガス排気管231が接続されており、ガス排気管231は、圧力調整器であるAPC242、開閉弁であるバルブ243bを介して排気装置である真空ポンプ246に接続されている。   A gas supply pipe 232 for supplying gas is connected to the gas inlet 234. The gas supply pipe 232 is connected via a valve 243a as an on-off valve and a mass flow controller 241 as a flow rate controller (flow rate control means). It is connected to the gas cylinder of the reaction gas 230 not shown in the figure. The reaction gas 230 is supplied from the shower head 236 to the processing chamber 201, and the exhaust for exhausting the gas to the side wall of the lower container 211 so that the gas after substrate processing flows from the periphery of the susceptor 217 toward the bottom of the processing chamber 201. A mouth 235 is provided. A gas exhaust pipe 231 for exhausting gas is connected to the exhaust port 235, and the gas exhaust pipe 231 is connected to a vacuum pump 246 as an exhaust device via an APC 242 as a pressure regulator and a valve 243b as an on-off valve. Has been.

供給される反応ガス230を励起させる放電機構(放電手段)として、筒状、例えば円筒状に形成された第1の電極である筒状電極215が設けられる。筒状電極215は処理容器203(上側容器210)の外周に設置されて処理室201内のプラズマ生成領域224を囲んでいる。筒状電極215にはインピーダンスの整合を行う整合器272を介して高周波電力を印加する高周波電源273が接続されている。   As a discharge mechanism (discharge means) that excites the supplied reaction gas 230, a cylindrical electrode 215 that is a first electrode formed in a cylindrical shape, for example, a cylindrical shape, is provided. The cylindrical electrode 215 is installed on the outer periphery of the processing vessel 203 (upper vessel 210) and surrounds the plasma generation region 224 in the processing chamber 201. The cylindrical electrode 215 is connected to a high frequency power source 273 that applies high frequency power via a matching unit 272 that performs impedance matching.

また、筒状、例えば円筒状に形成された磁界形成機構(磁界形成手段)である筒状磁石216は筒状の永久磁石となっている。筒状磁石216は、筒状電極215の外表面の上下端近傍に配置される。上下の筒状磁石216、216は、処理室201の半径方向に沿った両端(内周端と外周端)に磁極を持ち、上下の筒状磁石216、216の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極215の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。   Moreover, the cylindrical magnet 216 which is a cylinder, for example, the magnetic field formation mechanism (magnetic field formation means) formed in the shape of a cylinder is a cylindrical permanent magnet. The cylindrical magnet 216 is disposed near the upper and lower ends of the outer surface of the cylindrical electrode 215. The upper and lower cylindrical magnets 216 and 216 have magnetic poles at both ends (inner and outer peripheral ends) along the radial direction of the processing chamber 201, and the magnetic poles of the upper and lower cylindrical magnets 216 and 216 are set in opposite directions. Has been. Therefore, the magnetic poles in the inner peripheral portion are different from each other, and thereby magnetic lines of force are formed in the cylindrical axis direction along the inner peripheral surface of the cylindrical electrode 215.

処理室201の底側中央には、基板であるウェハ200を保持するための基板保持具(基板保持手段)としてサセプタ217が配置されている。サセプタ217は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部に加熱機構(加熱手段)としてのヒータ(図中省略)が一体的に埋め込まれており、ウェハ200を加熱できるようになっている。ヒータは電力が印加されてウェハ200を700℃程度にまで加熱できるようになっている。   A susceptor 217 is disposed at the bottom center of the processing chamber 201 as a substrate holder (substrate holding means) for holding the wafer 200 as a substrate. The susceptor 217 is formed of, for example, a non-metallic material such as aluminum nitride, ceramics, or quartz, and a heater (not shown) as a heating mechanism (heating means) is integrally embedded therein to heat the wafer 200. It can be done. The heater is adapted to heat the wafer 200 to about 700 ° C. by applying electric power.

また、サセプタ217の内部には、さらにインピーダンスを変化させるための電極である第2の電極も装備されており、この第2の電極がインピーダンス可変機構274を介して接地されている。インピーダンス可変機構274は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ217を介してウェハ200の電位を制御できるようになっている。   The susceptor 217 is also equipped with a second electrode that is an electrode for changing the impedance, and the second electrode is grounded via the impedance variable mechanism 274. The impedance variable mechanism 274 is composed of a coil and a variable capacitor, and the potential of the wafer 200 can be controlled via the electrode and the susceptor 217 by controlling the number of coil patterns and the capacitance value of the variable capacitor. .

ウェハ200をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉202は、少なくとも処理室201、処理容器203、サセプタ217、筒状電極215、筒状磁石216、シャワーヘッド236、及び排気口235から構成されており、処理室201でウェハ200をプラズマ処理することが可能となっている。   A processing furnace 202 for processing the wafer 200 by magnetron discharge with a magnetron type plasma source includes at least a processing chamber 201, a processing vessel 203, a susceptor 217, a cylindrical electrode 215, a cylindrical magnet 216, a shower head 236, and an exhaust port. The wafer 200 can be subjected to plasma processing in the processing chamber 201.

筒状電極215及び筒状磁石216の周囲には、この筒状電極215及び筒状磁石216で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板223が設けられている。   Around the cylindrical electrode 215 and the cylindrical magnet 216, an electric field and a magnetic field formed by the cylindrical electrode 215 and the cylindrical magnet 216 are provided so as not to adversely affect the external environment and other processing furnaces. And a shielding plate 223 that effectively shields the magnetic field.

サセプタ217は下側容器211と絶縁され、サセプタ217を昇降させるサセプタ昇降機構(昇降手段)268が設けられている。またサセプタ217には貫通孔217aが設けられ、下側容器211底面にはウェハ200を突上げるためのウェハ突上げピン266が少なくとも3箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構268によりサセプタ217が下降させられた時にはウェハ突上げピン266がサセプタ217と非接触な状態で貫通孔217aを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔217a及びウェハ突上げピン266が配置される。   The susceptor 217 is insulated from the lower container 211 and is provided with a susceptor elevating mechanism (elevating means) 268 for elevating and lowering the susceptor 217. The susceptor 217 is provided with through holes 217a, and at the bottom of the lower container 211, wafer push-up pins 266 for pushing up the wafer 200 are provided in at least three places. Then, when the susceptor 217 is lowered by the susceptor elevating mechanism 268, the through hole 217a and the wafer up pin are arranged such that the wafer push-up pin 266 penetrates the through-hole 217a in a non-contact state with the susceptor 217. 266 is arranged.

また、下側容器211の側壁には仕切弁となるゲートバルブ244が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構(搬送手段)により処理室201に対してウェハ200を搬入、または搬出することができ、閉まっている時には処理室201を気密に閉じることができる。   Further, a gate valve 244 serving as a gate valve is provided on the side wall of the lower container 211. When the gate valve 244 is open, the wafer 200 is loaded into or unloaded from the processing chamber 201 by a transfer mechanism (transfer means) not shown in the drawing. The process chamber 201 can be hermetically closed when closed.

また、制御部(制御手段)としてのコントローラ121は信号線Aを通じてAPC242、バルブ243b、真空ポンプ246を、信号線Bを通じてサセプタ昇降機構268を、信号線Cを通じてゲートバルブ244を、信号線Dを通じて整合器272、高周波電源273を、信号線Eを通じてマスフローコントローラ241、バルブ243aを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変機構274をそれぞれ制御するよう構成されている。   Further, the controller 121 as a control unit (control means) includes the APC 242, the valve 243b, and the vacuum pump 246 through the signal line A, the susceptor lifting mechanism 268 through the signal line B, the gate valve 244 through the signal line C, and the signal line D. The matching device 272, the high-frequency power source 273, the mass flow controller 241 and the valve 243a are controlled through the signal line E, and the heater and the impedance variable mechanism 274 embedded in the susceptor are controlled through the signal line (not shown).

次に上記のような構成のMMT装置を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウェハ200表面に対し、又はウェハ200上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は制御部121により制御される。   Next, using the MMT apparatus configured as described above, a predetermined plasma treatment is performed on the surface of the wafer 200 or the surface of the base film formed on the wafer 200 as one step of the semiconductor device manufacturing process. A method will be described. In the following description, the operation of each unit constituting the substrate processing apparatus is controlled by the control unit 121.

ウェハ200は処理炉202を構成する処理室201の外部からウェハを搬送する図中省略の搬送機構によって処理室201に搬入され、サセプタ217上に搬送される(搬入工程)。   The wafer 200 is loaded into the processing chamber 201 by a transfer mechanism (not shown) that transfers the wafer from the outside of the processing chamber 201 that constitutes the processing furnace 202, and is transferred onto the susceptor 217 (loading step).

この搬送動作の詳細は次の通りである。サセプタ217が基板搬送位置まで下降し、ウェハ突上げピン266の先端がサセプタ217の貫通孔217aを通過する。このときサセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン266が突き出された状態となる。次に、下側容器211に設けられたゲートバルブ244が開かれ、図中省略の搬送機構によってウェハ200をウェハ突上げピン266の先端に載置する。搬送機構が処理室201外へ退避すると、ゲートバルブ244が閉じられる。サセプタ217がサセプタ昇降機構268により上昇すると、サセプタ217上面にウェハ200を載置することができ、更にウェハ200を処理する位置まで上昇する。   The details of this transport operation are as follows. The susceptor 217 is lowered to the substrate transfer position, and the tip of the wafer push-up pin 266 passes through the through hole 217a of the susceptor 217. At this time, the push-up pin 266 is protruded by a predetermined height from the surface of the susceptor 217. Next, the gate valve 244 provided in the lower container 211 is opened, and the wafer 200 is placed on the tip of the wafer push-up pin 266 by a transfer mechanism not shown in the drawing. When the transfer mechanism is retracted out of the processing chamber 201, the gate valve 244 is closed. When the susceptor 217 is raised by the susceptor lifting mechanism 268, the wafer 200 can be placed on the upper surface of the susceptor 217, and further raised to a position where the wafer 200 is processed.

サセプタ217に埋め込まれたヒータは予め加熱されており、搬入されたウェハ200を室温〜700℃の範囲の内、所定のウェハ処理温度に加熱する。真空ポンプ246、及びAPC242を用いて処理室201の圧力を0.1〜250Paの範囲の内、所定の圧力に維持する。   The heater embedded in the susceptor 217 is preheated, and heats the loaded wafer 200 to a predetermined wafer processing temperature within a range of room temperature to 700 ° C. The pressure of the processing chamber 201 is maintained at a predetermined pressure within the range of 0.1 to 250 Pa using the vacuum pump 246 and the APC 242.

例えばSiウェハ上のSiO2膜上に、窒化化合物の薄膜を形成する場合には、ウェハ200の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口234から遮蔽プレート240のガス噴出孔239を介して、反応ガスであるN2ガスまたはNH3ガスを処理室201に配置されているウェハ200の上面(処理面)に向けて導入する。このときのガス流量は120〜1000sccmの範囲の内、所定の流量とする。同時に筒状電極215に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、100〜500Wの範囲の内、所定の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構274は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。 For example, when a nitride compound thin film is formed on a SiO 2 film on a Si wafer, when the temperature of the wafer 200 reaches the processing temperature and stabilizes, the gas ejection holes 239 of the shielding plate 240 are opened from the gas introduction port 234. Then, N 2 gas or NH 3 gas, which is a reactive gas, is introduced toward the upper surface (processing surface) of the wafer 200 disposed in the processing chamber 201. The gas flow rate at this time is a predetermined flow rate within a range of 120 to 1000 sccm. At the same time, high frequency power is applied to the cylindrical electrode 215 from the high frequency power supply 273 via the matching unit 272. The power to be applied is a predetermined output value within the range of 100 to 500W. At this time, the impedance variable mechanism 274 is controlled in advance so as to have a desired impedance value.

筒状磁石216、216の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウェハ200の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域224に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ217上のウェハ200の表面に窒化化合物の薄膜が形成される(膜形成工程)。   Magnetron discharge is generated under the influence of the magnetic field of the cylindrical magnets 216 and 216, charges are trapped in the upper space of the wafer 200, and high-density plasma is generated in the plasma generation region 224. A thin film of a nitride compound is formed on the surface of the wafer 200 on the susceptor 217 by the generated high-density plasma (film formation process).

プラズマ処理が終わったウェハ200は、図示略の搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室201外へ搬出される(搬出工程)。   The wafer 200 that has been subjected to the plasma processing is carried out of the processing chamber 201 using a transport mechanism (not shown) in the reverse order of substrate loading (unloading step).

ところで、上記の膜形成工程では、ウェハ上に形成される膜の膜厚が排気によるガスの流れの影響を受けて、膜厚面内均一性が悪化する要因となる場合がある。本発明者は、排気によるガスの流れが急であると、排気口235側において膜厚上昇が観察されることから、ガスの流れを極力均一にすることが、基板面内の膜厚均一性が向上することを見い出した。本実施の形態では、膜厚均一性が向上をつぎのような基板処理方法により実現している。   By the way, in the above film forming process, the film thickness of the film formed on the wafer may be affected by the flow of gas due to the exhaust, which may cause the film thickness in-plane uniformity to deteriorate. When the gas flow due to the exhaust is steep, the present inventor observes an increase in film thickness on the exhaust port 235 side. Therefore, to make the gas flow as uniform as possible, the film thickness uniformity in the substrate surface Found to improve. In this embodiment, the film thickness uniformity is improved by the following substrate processing method.

上記の成膜工程では、処理容器203内に成膜ガスを供給してプラズマによりガスを活性化させ、ウェハ200上に膜を形成する。この膜を形成する工程では、ウェハ200上に形成される膜の膜厚均一性に影響を与えない程度に、処理容器203からのガスの排気を少なくする。
このように処理容器203からのガスの排気を少なくすると、処理容器203内でのガスの流れが緩やかになり、ガスの密度が均一になるので、ウェハ面内の膜厚均一性が向上する。
In the film forming process, a film forming gas is supplied into the processing vessel 203 and the gas is activated by plasma to form a film on the wafer 200. In the step of forming this film, the exhaust of gas from the processing container 203 is reduced to the extent that the film thickness uniformity of the film formed on the wafer 200 is not affected.
When the exhaust of gas from the processing container 203 is reduced in this way, the gas flow in the processing container 203 becomes gentle and the gas density becomes uniform, so that the film thickness uniformity in the wafer surface is improved.

さらに、本実施の形態では、ガスを供給しつつ、ウェハ上に成膜される膜の膜厚均一性に影響を与えないよう処理容器203からのガスの排気を少なくしている。
上記のようにガスの排気を少なくするプロセスを行う場合に、マグネトロン放電によりガスが消費されるので、処理容器内の圧力が変化したり、それにより基板上に成膜される膜質に影響を及ぼすというような問題が生じやすい。そこで、実施の形態では、さらにガスの供給を止めないで供給を継続することにより、放電によりロスするガスと、これを補う供給ガスとのバランスをとるようにしている。これにより、圧力はAPC制御時と同等の安定性を確保している。そのため、膜質・膜厚には影響はない。
Further, in this embodiment mode, gas supply from the processing container 203 is reduced so as not to affect the film thickness uniformity of the film formed on the wafer while supplying the gas.
When performing the process of reducing the exhaust of gas as described above, the gas is consumed by the magnetron discharge, so the pressure in the processing container changes, thereby affecting the film quality formed on the substrate. Such a problem is likely to occur. Therefore, in the embodiment, by continuing the supply without stopping the supply of the gas, the gas lost due to the discharge is balanced with the supply gas that compensates for this. As a result, the pressure is as stable as that during APC control. Therefore, there is no effect on film quality and film thickness.

処理容器203からのガスの排気は少なくするほど好ましく、そのためにはAPCバルブ242の開度をより狭くするとよい。ガスの排気を最小限にするには、APCバルブ242の開度を0%にする。APCバルブ242はその開度を0%にしても完全密閉されないが、ガスの排気を最も少なくすることができる。APCバルブ242の開度が3%以上になると、面内均一性が1%以上となり、面内均一性の要請に応えることができない。開度を0%とすると、面内均一性を1%未満とすることが可能となり、面内均一性の要請に応えることができる。したがって、APCバルブ242の開度は0%〜3%の範囲内とすることが好ましい。   It is preferable that the amount of gas exhausted from the processing vessel 203 is reduced. For that purpose, the opening degree of the APC valve 242 is preferably narrowed. In order to minimize gas exhaust, the opening degree of the APC valve 242 is set to 0%. Even if the opening degree of the APC valve 242 is 0%, the APC valve 242 is not completely sealed, but gas exhaust can be minimized. If the opening degree of the APC valve 242 is 3% or more, the in-plane uniformity becomes 1% or more, and the request for in-plane uniformity cannot be met. If the opening is 0%, the in-plane uniformity can be made less than 1%, and the request for in-plane uniformity can be met. Therefore, the opening degree of the APC valve 242 is preferably in the range of 0% to 3%.

特に、フラッシュメモリのゲート絶縁膜である酸化膜にプラズマ酸化処理が適用されつつあるが、従来のウェハ面内の膜厚均一性はベストが2%程度であり、要請される1%未満を満足できていないのが現状である。この点で、本実施の形態のMMT装置によれば、この要請に応えることができる。また、プラズマ酸化処理の他に、高温プラズマ窒化処理にも適用が可能である。   In particular, plasma oxidation is being applied to an oxide film, which is a gate insulating film of flash memory. However, the film thickness uniformity within the conventional wafer surface is about 2%, which satisfies the required less than 1%. The current situation is not done. In this respect, the MMT apparatus according to the present embodiment can meet this requirement. In addition to the plasma oxidation process, the present invention can be applied to a high temperature plasma nitridation process.

以上述べたように実施の形態では、MMTプラズマ処理装置において、プラズマ処理時に、膜厚均一性に影響の無い程度にガスの排気を極力抑えてガスの流れを緩やかにし、ガスの密度をできるだけ均一にすることで、面内膜厚の均一性を上げている。これにより供給されるガスの流れを均一にすることができ、その結果、基板面内の膜厚均一性の良好な処理を行うことができる。   As described above, in the embodiment, in the MMT plasma processing apparatus, during plasma processing, the gas flow is moderated as much as possible by suppressing gas exhausting as much as possible without affecting the film thickness uniformity, and making the gas density as uniform as possible. By doing so, the uniformity of the in-plane film thickness is increased. As a result, the flow of the supplied gas can be made uniform, and as a result, processing with good film thickness uniformity within the substrate surface can be performed.

[実施例]
次に図3に示したMMT装置を用いて窒化処理と酸化処理とに適用した実施例と比較例とについて説明する。通常、MMT装置は低温窒化処理や高温窒化処理に好適なものとして用いられるが、ここでは、厚膜形成を前提として高温窒化処理と高温酸化処理とを行っている。
[Example]
Next, examples and comparative examples applied to nitriding treatment and oxidation treatment using the MMT apparatus shown in FIG. 3 will be described. Usually, the MMT apparatus is used as suitable for low-temperature nitridation and high-temperature nitridation, but here, high-temperature nitridation and high-temperature oxidation are performed on the premise of thick film formation.

ウェハ上に窒化膜を形成した(高温窒化処理)。その処理条件は、ウェハ温度700℃、筒状電極215に供給する電力300W、処理時間300秒、処理容器203内の圧力200Paとした。また、処理容器203内に供給するN2ガスの流量は450sccmとした。このときAPCバルブ242の開度は0%とした。その結果、ウェハ上に形成された窒化膜の膜厚は5nmで、ウェハ面内均一性は0.6%であった。 A nitride film was formed on the wafer (high temperature nitriding treatment). The processing conditions were a wafer temperature of 700 ° C., a power of 300 W supplied to the cylindrical electrode 215, a processing time of 300 seconds, and a pressure in the processing container 203 of 200 Pa. The flow rate of N 2 gas supplied into the processing container 203 was 450 sccm. At this time, the opening degree of the APC valve 242 was set to 0%. As a result, the film thickness of the nitride film formed on the wafer was 5 nm, and the wafer in-plane uniformity was 0.6%.

比較例1Comparative Example 1

2ガスの流量を500sccmとし、APCバルブ242の開度を3%とした以外は、実施例1と同じ条件で、ウェハ上に窒化膜を形成した。その結果、ウェハ上に形成された窒化膜の膜厚は5nmで、ウェハ面内均一性は1.0%であった。 A nitride film was formed on the wafer under the same conditions as in Example 1 except that the flow rate of N 2 gas was 500 sccm and the opening degree of the APC valve 242 was 3%. As a result, the film thickness of the nitride film formed on the wafer was 5 nm, and the wafer in-plane uniformity was 1.0%.

図3に示したMMT装置を用いてウェハ上に酸化膜を形成した(高温酸化処理)。その処理条件は、ウェハ温度は700℃、筒状電極に供給するパワーは350W、処理時間は240秒、処理容器203内の圧力は200Paとした。また、処理容器203内に供給するO2ガスの流量は450sccmとした。そのときのAPCバルブ242の開度は0%とした。その結果、ウェハ上に形成された酸化膜の膜厚は4nmで、ウェハ面内均一性は7.0%であった。 An oxide film was formed on the wafer using the MMT apparatus shown in FIG. 3 (high temperature oxidation treatment). The processing conditions were such that the wafer temperature was 700 ° C., the power supplied to the cylindrical electrode was 350 W, the processing time was 240 seconds, and the pressure in the processing container 203 was 200 Pa. The flow rate of O 2 gas supplied into the processing vessel 203 was 450 sccm. The opening degree of the APC valve 242 at that time was 0%. As a result, the film thickness of the oxide film formed on the wafer was 4 nm, and the wafer in-plane uniformity was 7.0%.

比較例2Comparative Example 2

2ガスの流量を500sccmとし、APCバルブ242の開度を3%とした以外は、実施例2と同じ条件で、ウェハ上に酸化膜を形成した。その結果、ウェハ上に形成された酸化膜の膜厚は4nmで、ウェハ面内均一性は8.0%であった。 An oxide film was formed on the wafer under the same conditions as in Example 2 except that the flow rate of O 2 gas was 500 sccm and the opening degree of the APC valve 242 was 3%. As a result, the thickness of the oxide film formed on the wafer was 4 nm, and the wafer in-plane uniformity was 8.0%.

なお、上記実施例2では、ウェハ面内均一性が7.0%と悪いが、これは比較例2に示したように、もともと均一性の悪いデータを採り上げて、比較例2との有意差を強調し、発明の効果を分りやすくするため行ったものである。   In Example 2, the uniformity within the wafer surface is as bad as 7.0%. However, as shown in Comparative Example 2, data with poor uniformity was originally taken and a significant difference from Comparative Example 2 was obtained. This was done to make it easier to understand the effects of the invention.

図1に、上述したイベントのうち、特に、圧力調整から放電安定に至るイベントにおける比較例をBとし、実施例をAとしたAPC開度の説明図を示す。ここで、ガス流量は圧力調整時と放電安定時とで同じである。また、実施例Aでは放電安定時にAPC=0%となるように排気流量を調整しているので、放電安定時にAPC=3%となるように排気流量を調整する比較例Bよりも、圧力調整の時点で、すでに排気流量は少なくなる。よって圧力調整時の実施例AのAPC開度は、図示するように、比較例Bよりも小さくなる。   FIG. 1 is an explanatory diagram of an APC opening degree in which the comparative example is B and the example is A in the above-described event, particularly, the event from pressure adjustment to discharge stabilization. Here, the gas flow rate is the same when the pressure is adjusted and when the discharge is stable. In Example A, since the exhaust gas flow rate is adjusted so that APC = 0% when the discharge is stable, the pressure adjustment is higher than in Comparative Example B where the exhaust gas flow rate is adjusted so that APC = 3% when the discharge is stable. At this point, the exhaust flow rate has already decreased. Therefore, the APC opening degree of Example A at the time of pressure adjustment is smaller than that of Comparative Example B as illustrated.

2ガスの流量を200または150sccmとし、処理時間600秒、圧力50Paとした以外は、実施例2と同じ条件で、ウェハ上に酸化膜を形成した(高温酸化処理)。その結果、ウェハ上に形成された酸化膜の膜厚は7nmで、ウェハ面内均一性は0.9%であった。 An oxide film was formed on the wafer under the same conditions as in Example 2 except that the flow rate of O 2 gas was 200 or 150 sccm, the processing time was 600 seconds, and the pressure was 50 Pa (high-temperature oxidation treatment). As a result, the film thickness of the oxide film formed on the wafer was 7 nm, and the wafer in-plane uniformity was 0.9%.

比較例3Comparative Example 3

APCバルブ242の開度を3%とした以外は、実施例3と同じ条件で、ウェハ上に酸化膜を形成した。その結果、ウェハ上に形成された酸化膜の膜厚は7nmで、ウェハ面内均一性は1.0%であった。   An oxide film was formed on the wafer under the same conditions as in Example 3 except that the opening degree of the APC valve 242 was set to 3%. As a result, the film thickness of the oxide film formed on the wafer was 7 nm, and the wafer in-plane uniformity was 1.0%.

圧力調整から放電安定に至るイベントにおける比較例と実施例とのAPC開度の説明図である。It is explanatory drawing of the APC opening degree of the comparative example and Example in the event from pressure adjustment to discharge stabilization. 実施の形態における基板処理装置としてのインライン型半導体製造装置の構成例を示す。1 shows a configuration example of an in-line type semiconductor manufacturing apparatus as a substrate processing apparatus in an embodiment. 実施の形態におけるMMT装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the MMT apparatus in embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

200 ウェハ(基板)
203 処理容器
235 排気管(排気口)
234 ガス導入口
242 APC
200 wafer (substrate)
203 Processing vessel 235 Exhaust pipe (exhaust port)
234 Gas inlet 242 APC

Claims (1)

電界と磁界とにより処理容器内にマグネトロン放電を起こしてプラズマを生成し、このプラズマを用いて基板をプラズマ処理する基板処理方法であって、
基板を前記処理容器内に搬入する工程と、
前記処理容器内にガスを供給して前記プラズマにより活性化させ、前記基板上に膜を形成する工程と、
処理後の基板を前記処理容器から搬出する工程と
を備え、
前記膜形成工程では、前記基板上に形成される膜の膜厚均一性に影響を与えないよう前記処理容器からのガスの排気を少なくする
ことを特徴とする基板処理方法。
A substrate processing method in which a magnetron discharge is generated in a processing container by an electric field and a magnetic field to generate plasma, and the substrate is subjected to plasma processing using this plasma,
Carrying the substrate into the processing container;
Supplying a gas into the processing vessel and activating it with the plasma to form a film on the substrate;
And a step of unloading the processed substrate from the processing container,
In the film forming step, the exhaust of gas from the processing container is reduced so as not to affect the film thickness uniformity of the film formed on the substrate.
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