JP2007042897A - Substrate processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は基板処理システムに関するものであり、特に、基板処理室より排気された処理室内雰囲気から残留成分を除去するためのトラップ装置を設けた基板処理システムに関するものである。 The present invention relates to a substrate processing system, and more particularly to a substrate processing system provided with a trap device for removing residual components from a processing chamber atmosphere exhausted from a substrate processing chamber.
図6は、従来の基板処理装置の排気系に介挿するトラップ装置の構造を示す解説図である。
このトラップ装置TRは、未反応成分や残留成分等の回収成分を捕獲するフィルタ壁aと、このフィルタ壁aを収容するトラップ本体(ケーシング)bと、トラップ本体bに処理室内雰囲気を導入するインレット部cと、フィルタ壁aによって浄化した後の浄化ガスを排出させるアウトレット部dとを備えている。
前記フィルタ壁aは、渦巻き状に形成されていてトラップ本体b内で渦巻き状のガス経路部eを形成しており、インレット部cの出口がガス経路部eの上流部に連通し、アウトレット部dの導入口(図示せず)がガス経路部eの下流部に連通している。
また、前記ガス経路部eには、流れを遮断するための邪魔板(図示せず)が一周毎に配置されていて、この邪魔板による流れの堰きとめにより、処理室内雰囲気がフィルタ壁aを通過するようになっている。
前記トラップ装置TRを、基板処理装置(図示せず)のガス排気管(図示せず)に取り付け、基板処理装置のガス排気管からインレット部cを通じてトラップ本体b内に処理室内雰囲気を導入すると、処理室内雰囲気は、フィルタ壁aに沿ってガス経路部e内を旋回し、邪魔板による一周毎の堰きとめにより、渦巻き状に配置されたフィルタ壁aを半径方向に通過して下流部に到達する。
このように、従来のトラップ装置TRでは、処理室内雰囲気がフィルタ壁aを複数回通過することによって、処理室内雰囲気中の未反応成分、残留成分等の回収成分が捕獲され、清浄化したガスがアウトレット部dから排出されようになっている。なお、また、アウトレット部dから排出されたガスは下流の除害装置(図示せず)によって無害化されるようになっている。
FIG. 6 is an explanatory view showing a structure of a trap device inserted in an exhaust system of a conventional substrate processing apparatus.
This trap device T R introduces a filter wall a capturing the recovered components such as unreacted components and residual components, and the trap body (casing) b for accommodating the filter wall a, the process chamber atmosphere trap body b An inlet part c and an outlet part d for discharging the purified gas purified by the filter wall a are provided.
The filter wall a is formed in a spiral shape and forms a spiral gas path portion e in the trap body b, and an outlet of the inlet portion c communicates with an upstream portion of the gas path portion e. An inlet (not shown) for d communicates with the downstream part of the gas path part e.
Further, a baffle plate (not shown) for interrupting the flow is arranged in the gas path section e every round, and the flow chamber dams the flow path by the baffle plate, so that the atmosphere in the processing chamber passes through the filter wall a. It has come to pass.
The trap device T R, attached to a gas exhaust pipe of a substrate processing apparatus (not shown) (not shown), the introduction of the processing chamber atmosphere in the trap body b through the gas exhaust pipe of a substrate processing apparatus through the inlet section c The atmosphere in the processing chamber swirls in the gas path e along the filter wall a, and passes through the filter wall a arranged in a spiral shape in the radial direction by damming every round by a baffle plate to the downstream part. To reach.
Thus, in the conventional trap apparatus T R, by processing chamber atmosphere to multiple passes through the filter wall a, unreacted components in the process chamber atmosphere, recovery components such as residual components are captured, cleaned gas Is discharged from the outlet part d. Further, the gas discharged from the outlet part d is rendered harmless by a downstream abatement device (not shown).
このように従来のトラップ装置は、処理室内雰囲気中の残留成分、反応生成物等の回収成分(以下、単に、回収成分ともいう)を層状の固体分としてフィルタ壁に捕獲するが、トラップ装置の捕獲性能を向上するには高性能のフィルタ材の開発を待たねばならないという問題がある。
このため、回収成分がフィルタ壁に捕獲されるメカニズムについて検討すると、まず、フィルタ壁全面に回収成分の核が形成され、成長した核同士の連結によって捕獲が進んでいくこと、核の形成及び核の成長はガス経路部の圧力に比例して高くなることが分かった。
そこで、金属素線のウール又は網板状部材からなるデミスタをガス流衝突部材としてガス経路部に設置した新規なトラップ装置を試作し、インレット部より導入する処理室内雰囲気流をガス流衝突部材に衝突させて減衰させると、ガス経路部の圧力が上昇し、回収成分の捕獲量が、ガス流衝突部材を設けなかった場合と比べて大幅に向上することが分かった。
しかし、このようにガス流衝突部材を設けると、圧力の上昇による背圧や乱れがインレット部内に影響し、長期間、運転を実施した場合には、インレット部に回収成分による詰まりが発生するという問題がある。つまり、ガス経路部にガス流衝突部材を設けると、ガス経路部での背圧や乱れがインレット部内に影響を及ぼし、その結果としてインレット部内の環境が、残留成分、反応生成物等の回収成分の核が生成されやすく、また、核が付着しやすい環境となるものと考えられる。
また、インレット部のメンテナンスに際しては、インレット部がトラップ本体に溶接されているので、トラップ本体ごと洗浄しなければならず、多くの時間を費やさざるを得ないという問題があった。
そこで、トラップ装置において、インレット部の詰まりに対応するために解決すべき課題が生じるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
As described above, the conventional trap apparatus captures a collected component (hereinafter, also simply referred to as a collected component) such as residual components and reaction products in the processing chamber atmosphere as a layered solid component on the filter wall. In order to improve the capture performance, there is a problem that it is necessary to wait for the development of a high-performance filter material.
For this reason, considering the mechanism by which the recovered component is captured by the filter wall, first, the core of the recovered component is formed on the entire surface of the filter wall. It has been found that the growth of the gas increases in proportion to the pressure in the gas path.
Therefore, we made a prototype of a new trap device in which a demister made of wool of metal strands or a net-plate-like member was installed as a gas flow collision member in the gas path part, and used the atmospheric flow in the processing chamber introduced from the inlet part as the gas flow collision member. It was found that when the collision was attenuated, the pressure in the gas path portion increased, and the amount of recovered components captured was significantly improved compared to the case where no gas flow collision member was provided.
However, when the gas flow collision member is provided in this way, back pressure and turbulence due to an increase in pressure affect the inlet portion, and when the operation is performed for a long time, the inlet portion is clogged with recovered components. There's a problem. In other words, if a gas flow collision member is provided in the gas path, back pressure and turbulence in the gas path will affect the inlet part, and as a result, the environment in the inlet part will be recovered components such as residual components and reaction products. It is considered that an environment in which nuclei are likely to be generated and that nuclei are likely to adhere is likely.
Further, in the maintenance of the inlet portion, since the inlet portion is welded to the trap body, the entire trap body has to be cleaned, and there is a problem that much time must be spent.
Therefore, in the trap device, there is a problem to be solved in order to deal with the clogging of the inlet portion, and the present invention aims to solve this problem.
第1の手段は、基板を処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記処理室に所望のガスを供給する供給系と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、前記処理室から排気されたガスを固化して捕獲する、前記排気系に設けられたトラップ装置であってトラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部内に設けられるガス流衝突部材とを有するトラップ装置とを備え、前記インレット部の内部に取り出し可能な内管を設けたものである。 The first means includes a processing chamber for processing the substrate, a heating means for heating the substrate, a supply system for supplying a desired gas to the processing chamber, an exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber, A trap device provided in the exhaust system for solidifying and capturing the gas exhausted from the processing chamber, provided in a trap body, an inlet connected to the trap body, and a gas path part of the trap body And a trap device having a gas flow impinging member, and an inner tube that can be taken out is provided inside the inlet portion.
排気系を通じて処理室内雰囲気ガスがガス経路部に導入され、この処理室内雰囲気流がガス流衝突部材に衝突すると、ガス経路部内の圧力の上昇乃至回復によってガス経路部内の環境が、回収成分の核ができやすく、また、核が成長しやすい環境に変化する。そして、衝突による背圧や乱れの影響によって、内管内の環境が、回収成分の核ができやすく、また、核が成長しやすい環境に変化する。このため、内管、ガス経路の両方で回収成分が捕獲される。内管に回収成分による詰まりが発生した際は、インレット部から内管を取り出して交換し、ガス経路部の捕獲容量に到達した際は、ガス経路部に洗浄等のメンテナンスを施す。内管はインレット部より小さいので短時間で交換作業が終了する。 When the atmospheric gas in the processing chamber is introduced into the gas passage through the exhaust system, and the atmospheric flow in the processing chamber collides with the gas flow collision member, the environment in the gas passage becomes the core of the recovered component due to the pressure increase or recovery in the gas passage. It is easy to do and changes to an environment where the nucleus grows easily. The environment inside the inner tube is changed to an environment in which the nuclei of the recovered components are easily formed and the nuclei are easy to grow due to the influence of back pressure and disturbance due to the collision. For this reason, the recovered components are captured by both the inner pipe and the gas path. When the inner pipe is clogged with the recovered component, the inner pipe is taken out from the inlet portion and replaced. When reaching the capture capacity of the gas passage portion, maintenance such as cleaning is performed on the gas passage portion. Since the inner tube is smaller than the inlet portion, the replacement work is completed in a short time.
第2の発明は、基板処理装置の排気系に設けられるトラップ装置であってトラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部に設けられるガス流衝突部材と、を備え、前記インレット部の内部に取り出し可能な内管を設けたものである。
かかるトラップ装置を基板処理装置に取り付けると回収成分の殆どを捕獲することができる。
A second invention is a trap device provided in an exhaust system of a substrate processing apparatus, wherein a trap body, an inlet connected to the trap body, a gas flow collision member provided in a gas path portion of the trap body, , And an inner tube that can be taken out is provided inside the inlet portion.
When such a trap apparatus is attached to the substrate processing apparatus, most of the recovered components can be captured.
本発明によれば、トラップ装置の捕獲能力を向上でき、また、内管の交換により捕獲能力を確保できるという効果がある。 According to the present invention, the trapping capability of the trap device can be improved and the trapping capability can be secured by exchanging the inner tube.
まず、本発明の実施の形態にて行った、ウエハ等の基板へのプロセス処理例としてCVD法の中の1つであるALD法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。 First, a film forming process using an ALD method, which is one of the CVD methods, will be briefly described as an example of a process processing on a substrate such as a wafer performed in the embodiment of the present invention.
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種類ずつ交互に基板上に供給し、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手法である。
即ち、利用する化学反応には、例えばSiN(窒化珪素)膜形成の場合、ALD法では、DCS(SiH2Cl2、ジクロルシラン)とNH3(アンモニア)を用いる。
これらの反応ガスは、300〜600℃の低温で高品質の成膜が可能となる。また、ガス供給は、複数種類の反応性ガスを1種類ずつ交互に供給する。
そして、膜厚制御は、反応性ガス供給のサイクル数で制御する。(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、処理を20サイクル行う。)
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 alternately supplied onto the substrate one by one, and one atomic layer unit. In this method, the film is adsorbed by using a surface reaction to form a film.
That is, for the chemical reaction used, for example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, DCS (SiH 2 Cl 2 , dichlorosilane) and NH 3 (ammonia) are used in the ALD method.
These reaction gases enable high-quality film formation at a low temperature of 300 to 600 ° C. Further, the gas supply alternately supplies a plurality of types of reactive gases one by one.
And film thickness control is controlled by the cycle number of reactive gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)
以下、添付図面を参照して本発明の基板処理システムにかかる基板処理炉の一実施の形態を説明する。図1は本実施の形態にかかる基板処理システムの縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面で示す。図2は本実施の形態にかかる基板処理システムの縦型の基板処理炉の概略構成図であり、処理室部分を横断面で示す。
加熱手段であるヒータ207の内側に、基板であるウエハ200を処理する反応容器として反応管203が設けられており、この反応管203下端部の開口は蓋体であるシールキャップ219により気密部材であるOリング220を介して気密に閉塞され、少なくとも、このヒータ207、反応管203、及びシールキャップ219により基板処理室201を形成している。
シールキャップ219には石英キャップ218を介して基板保持手段であるボート217が立設される。石英キャップ218はボート217を保持する保持体となっている。
ボート217は基板処理室201に挿入される。ボート217にはバッチ処理される複数のウエハ200が水平姿勢で管軸方向に多段に積載される。
ヒータ207は基板処理室201に挿入されたウエハ200を所定の温度に加熱する。
Hereinafter, an embodiment of a substrate processing furnace according to a substrate processing system of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace of the substrate processing system according to the present embodiment, and shows a processing furnace part in a vertical section. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a vertical substrate processing furnace of the substrate processing system according to the present embodiment, and shows a processing chamber portion in a cross section.
A
A
The
The
そして、基板処理室201へは複数種類、ここでは2種類のガスを供給する供給系としての2本のガス供給管232a、232bが設けられる。
ここでは第1のガス供給管232aからは流量制御手段である第1のマスフローコントローラ241a及び開閉弁である第1のバルブ243aを介し、更に後述する基板処理室201内に形成されたバッファ室237を介して基板処理室201に反応ガスが供給され、第2のガス供給管232bからは流量制御手段である第2のマスフローコントローラ241b、開閉弁である第2のバルブ243b、ガス溜め247、及び開閉弁である第3のバルブ243cを介し、更に後述するガス供給部249を介して基板処理室201に反応ガスが供給される。
The
Here, a
基板処理室201はガスを排気するガス排気系としてのガス排気管231により第4のバルブ243dを介して排気手段である真空ポンプ246に接続され、真空排気されるようになっている。
尚、この第4のバルブ243dは弁を開閉して基板処理室201の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。そして、トラップ装置100(後述する)は、このガス排気管231の途中に設けられている。
The
The
基板処理室201を構成している反応管203の内壁とウエハ200との間における円弧状の空間には、反応管203の下部より上部の内壁にウエハ200の積載方向に沿って、ガス分散空間であるバッファ室237が設けられており、バッファ室237のウエハ200と隣接する壁の端部にはガスを供給する供給孔である第1のガス供給孔248aが設けられている。
第1のガス供給孔248aは反応管203の中心へ向けて開口している。第1のガス供給孔248aは、下部から上部にわたってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
The arc-shaped space between the inner wall of the
The first
そしてバッファ室237の第1のガス供給孔248aが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル233が、やはり反応管203の下部より上部にわたりウエハ200の積載方向に沿って配設される。ノズル233には複数のガスを供給する供給孔である第2のガス供給孔248bが設けられている。
第2のガス供給孔248bの開口面積は、バッファ室237と基板処理室201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とすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくすると良い。
At the end of the
When the differential pressure between the
本実施の形態において、第2のガス供給孔248bの開口面積や開口ピッチを上流側から下流にかけて調節することで、まず、第2の各ガス供給孔248bよりガスの流速の差はあるが、流量はほぼ同量であるガスを噴出させる。そしてこの各第2のガス供給孔248bから噴出するガスをバッファ室237に噴出させて一旦導入し、前記ガスの流速差の均一化を行うこととした。
In the present embodiment, by adjusting the opening area and the opening pitch of the second gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, first, there is a difference in gas flow velocity from each of the second
すなわち、バッファ室237において、各第2のガス供給孔248bより噴出したガスはバッファ室237で各ガスの粒子速度が緩和された後、第1のガス供給孔248aより基板処理室201に噴出する。この間に、各第2のガス供給孔248bより噴出したガスは、各第1のガス供給孔248aより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。
That is, in the
さらに、バッファ室237に、細長い構造を有する第1の電極である第1の棒状電極269及び第2の電極である第2の棒状電極270が上部より下部にわたって電極を保護する保護管である電極保護管275に保護されて配設され、この第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270のいずれか一方は整合器272を介して高周波電源273に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。この結果、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間のプラズマ生成領域224にプラズマが生成される。
Further, in the
前記電極保護管275は、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270のそれぞれをバッファ室237の雰囲気と隔離した状態でバッファ室237に挿入できる構造となっている。ここで、電極保護管275の内部は外気(大気)と同一雰囲気であると、電極保護管275にそれぞれ挿入された第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270はヒータ207の加熱で酸化されてしまう。そこで、電極保護管275の内部は窒素などの不活性ガスを充填あるいはパージし、酸素濃度を充分低く抑えて第1の棒状電極269又は第2の棒状電極270の酸化を防止するための不活性ガスパージ機構が設けられる。
The
さらに、第1のガス供給孔248aの位置より、反応管203の内周を120°程度回った内壁に、ガス供給部249が設けられている。ガス供給部249は、ALD法による成膜においてウエハ200へ、複数種類のガスを1種類ずつ交互に供給する際に、バッファ室237とガス供給種を分担する供給部である。
Further, a
このガス供給部249もバッファ室237と同様にウエハ200と隣接する位置に同一ピッチでガスを供給する供給孔である第3のガス供給孔248cを有し、下部では第2のガス供給管232bが接続されている。
Similarly to the
第3のガス供給孔248cの開口面積はバッファ室237と基板処理室201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とすると良いが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか開口ピッチを小さくすると良い。
When the differential pressure between the
反応管203内の中央部には複数枚のウエハ200を多段に同一間隔で載置するボート217が設けられており、このボート217は図中省略のボートエレベータ機構(図示せず)により反応管203に出入りできるようになっている。
また処理の均一性を向上するため、ボート217を回転するための回転手段であるボート回転機構267が設けてあり、ボート回転機構267を回転することにより、石英キャップ218に保持されたボート217を回転するようになっている。
A
In order to improve the uniformity of processing, a
制御手段であるコントローラ121は、第1、第2のマスフローコントローラ241a、241b、第1〜第4のバルブ243a、243b、243c、243d、ヒータ207、真空ポンプ246、ボート回転機構267、図中省略のボート昇降機構、高周波電源273、整合器272に接続されており、第1、第2のマスフローコントローラ241a、241bの流量調整、第1〜第3のバルブ243a、243b、243cの開閉動作、第4のバルブ243dの開閉及び圧力調整動作、ヒータ207の温度調節、真空ポンプ246の起動・停止、ボート回転機構267の回転速度調節、ボート昇降機構の昇降動作制御、高周波電源273の電力供給制御、整合器272によるインピーダンス制御が行われる。
The
次にALD法による成膜例について、DCS及びNH3ガスを用いてSiN膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming an SiN film using DCS and NH 3 gas.
まず成膜しようとするウエハ200をボート217に装填し、基板処理室201に搬入する。搬入後、次の3つのステップを順次実行する。
First, a
[ステップ1]
ステップ1では、プラズマ励起の必要なNH3ガスと、プラズマ励起の必要のないDCSガスとを併行して流す。まず第1のガス供給管232aに設けた第1のバルブ243a、及びガス排気管231に設けた第4のバルブ243dを共に開けて、第1のガス供給管232aから第1のマスフローコントローラ241aにより流量調整されたNH3ガスをノズル233の第2のガス供給孔248bからバッファ室237へ噴出し、第1の棒状電極269及び第2の棒状電極270間に高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加してNH3をプラズマ:励起し、活性種として基板処理室201に供給しながらガス排気管231から排気する。
NH3ガスをプラズマ励起することにより活性種として流すときは、第4のバルブ243dを適正に調整して基板処理室201内圧力を10〜100Paとする。
第1のマスフローコントローラ241aで制御するNH3の供給流量は1000〜10000sccmである。NH3をプラズマ励起することにより得られた活性種にウエハ200を晒す時間は2〜120秒間である。このときのヒータ207の温度はウエハ200が300〜600℃になるよう設定してある。NH3は反応温度が高いため、上記ウエハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流すようにしており、このためウエハ温度は設定した低い温度範囲のままで行える。
[Step 1]
In Step 1, NH 3 gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are caused to flow in parallel. First, the
When flowing NH 3 gas as an active species by plasma excitation, the pressure in the
The supply flow rate of NH 3 controlled by the first
このNH3をプラズマ励起することにより活性種として供給しているとき、第2のガス供給管232bの上流側の第2のバルブ243bを開け、下流側の第3のバルブ243cを閉めて、DCSも流すようにする。これにより第2、第3のバルブ243b、243c間に設けたガス溜め247にDCSを溜める。このとき、基板処理室201内に流しているガスはNH3をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、DCSは存在しない。したがって、NH3は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったNH3はウエハ200上の下地膜と表面反応する。
When this NH 3 is supplied as an active species by plasma excitation, the
[ステップ2]
ステップ2では、第1のガス供給管232aの第1のバルブ243aを閉めて、NH3の供給を止めるが、引続きガス溜め247へ供給を継続する。ガス溜め247に所定圧、所定量のDCSが溜まったら上流側の第2のバルブ243bも閉めて、ガス溜め247にDCSを閉じ込めておく。
また、ガス排気管231の第4のバルブ243dは開いたままにし真空ポンプ246により、基板処理室201を20Pa以下に排気し、残留NH3を基板処理室201から排除する。また、この時にはN2等の不活性ガスを基板処理室201に供給すると、更に残留NH3を排除する効果が高まる。
ガス溜め247内には、圧力が20000Pa以上になるようにDCSを溜める。
また、ガス溜め247と基板処理室201との間のコンダクタンスが1.5×10−3m3/s以上になるように装置を構成する。また、反応管203の容積とこれに対する必要なガス溜め247の容積との比として考えると、反応管203の容積が100l(リットル)の場合においては、100〜300ccであることが好ましく、容積比としてはガス溜め247は反応室容積の1/1000〜3/1000倍とすることが好ましい。
[Step 2]
In Step 2, the
Further, the
DCS is stored in the
In addition, the apparatus is configured such that the conductance between the
[ステップ3]
ステップ3では、基板処理室201の排気が終わったらガス排気管231の第4のバルブ243dを閉じて排気を止める。第2のガス供給管232bの下流側の第3のバルブ243cを開く。これによりガス溜め247に溜められたDCSが基板処理室201に一気に供給される。このときガス排気管231の第4のバルブ243dが閉じられているので、基板処理室201内の圧力は急激に上昇して約931Pa(7Torr)まで昇圧される。
DCSを供給するための時間は2〜4秒設定し、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秒とした。このときのウエハ温度はNH3の供給時と同じく、300〜600℃である。DCSの供給により、下地膜上のNH3とDCSとが表面反応して、ウエハ200上にSiN膜が成膜される。
成膜後、第3のバルブ243cを閉じ、第4のバルブ243dを開けて基板処理室201を真空排気し、残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを排除する。また、この時にはN2等の不活性ガスを基板処理室201に供給すると、更に残留するDCSの成膜に寄与した後のガスを基板処理室201から排除する効果が高まる。また第2のバルブ243bを開いてガス溜め247へのDCSの供給を開始する。
[Step 3]
In step 3, when the exhaust of the
The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposure to the increased pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is 300 to 600 ° C. as in the case of supplying NH 3 . By supplying DCS, NH 3 and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the
After the film formation, the
上記ステップ1〜3を1サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ200上に所定膜厚のSiN膜を成膜する。
Steps 1 to 3 are defined as one cycle, and a SiN film having a predetermined thickness is formed on the
ALD装置では、ガスは下地膜表面に吸着する。このガスの吸着量は、ガスの圧力、及びガスの暴露時間に比例する。よって、希望する一定量のガスを、短時間で吸着させるためには、ガスの圧力を短時間で大きくする必要がある。この点で、本実施の形態では、第4のバルブ243dを閉めたうえで、ガス溜め247内に溜めたDCSを瞬間的に供給しているので、基板処理室201内のDCSの圧力を急激に上げることができ、希望する一定量のガスを瞬間的に吸着させることができる。
In the ALD apparatus, the gas is adsorbed on the surface of the base film. The amount of gas adsorption is proportional to the gas pressure and the gas exposure time. Therefore, in order to adsorb a desired amount of gas in a short time, it is necessary to increase the gas pressure in a short time. In this respect, in this embodiment, since the DCS stored in the
また、本実施の形態では、ガス溜め247にDCSを溜めている間に、ALD法で必要なステップであるNH3ガスをプラズマ励起することにより活性種として供給、及び基板処理室201の排気をしているので、DCSを溜めるための特別なステップを必要としない。また、基板処理室201内を排気してNH3ガスを除去してからDCSを流すので、両者はウエハ200に向かう途中で反応しない。供給されたDCSは、ウエハ200に吸着しているNH3とのみ有効に反応させることができる。
Further, in the present embodiment, while DCS is stored in the
図3は被処理基板である直径300mmのウエハ200を石英製の反応管203に多段に載置してCVD処理を実施する縦型CVDシステムとして、前記基板処理装置(図1及び図2参照)を組み込んだ様子を示す。
ウエハ200を収容したカセット32は、当該システムの前面に設置されたI/Oステージ33と装置外部との間で授受される。I/Oステージ33の内側にはカセットローダ35が設置されていて、I/Oステージ33上のカセット32をカセット棚34に搬送できるようになっている。また、カセット棚34の内側にはウエハ200をボート217に搬送するためのウエハ移載機38が配置され、カセット棚34のカセット32と石英製のボート217との間でウエハ200を搬送できるようになっている。
なお、本実施形態にかかるカセット32には25枚のウエハ200を収容でき、ボート217には、100枚のウエハ200が装填されるので、ウエハ移載機38の搬送は何度か繰り返される。
前記ボート217は、ボートエレベータ36に設置され、ボートエレベータ36の昇降機構(図示せず)によるボート217の上昇によって反応管203内部に装填される。ボート217の反応管203内への挿入後は、ボート217下部のボートエレベータ36に付属する台座をかねたシールキャップ219が反応管203に気密部材であるOリング220を介して密着するので気密性が保持される。
ガス排気管231には、真空ポンプ246(図3参照)より上流側に本実施形態にかかるトラップ装置100が設けられ、下流側に、除害装置40が設けられる。なお、トラップ装置100は、真空ポンプ246と除害装置40との間に設置してもよい。
FIG. 3 shows the substrate processing apparatus (see FIGS. 1 and 2) as a vertical CVD system for performing CVD processing by placing
The
Since the
The
The
前記CVDシステムで成膜処理を実施する際は、まず、ウエハ200を装填したカセット32がI/Oステージ33にセットされる。I/Oステージ33にカセット32がセットされると、カセットローダ35によってカセット32が順次、カセット棚34に搬送される。
ボート217へのウエハ200の搬送が終了すると、ボートエレベータ36が作動し、ボート217の上昇によってボート217が反応管203内に挿入される。
ボート217の挿入が完了すると、ボート217下部のシールキャップ219によって反応管203が閉鎖され気密性が保持される。
この状態を保持しながら反応管203内に一定流量のCVD用の反応性ガスを供給し、反応管203内の圧力を一定の圧力に保持する。このとき、反応管203及び内部のウエハ200は、前記ヒータ207によって所定温度に保持される。
When performing the film forming process by the CVD system, first, the
When the transfer of the
When the insertion of the
While maintaining this state, a reactive gas for CVD at a constant flow rate is supplied into the
反応管203内の温度を、例えば、750℃に保持し、反応管203内の圧力を、例えば、1Torrに保持しながら、前記したように、SiH2Cl2(ジクロロシラン)とNH3(アンモニア)とを交互に供給するとウエハ200の表面にSiNx膜(窒化膜)が形成される。
なお、残留成分等の付着物としては、不活性ガスによって反応管203から排気されたNH3の未反応分(残留分)と、反応管203から排気されたDCS(SiH2Cl2、ジクロルシラン)の未反応分(残留分)とが該当する。
As described above, while maintaining the temperature in the
In addition, as deposits such as residual components, unreacted NH 3 exhausted from the
図4(a)は上部蓋を取り出した状態のトラップ装置100の解説図、図4(b)は図4(a)のx−x線断面図である。また、図5は前記トラップ装置100をインレット部103の軸方向に沿って切断した断面図である。
図4(a)に示されるように、トラップ装置100には、処理室内雰囲気(基板処理室201からの排気)から未反応成分、残留成分等の回収成分を捕獲するフィルタ壁101と、このフィルタ壁101を収容するトラップ本体(ケーシング)102と、トラップ本体102内に前記ガス排気管231(排気系)から処理室内雰囲気を導入するためのインレット部103と、フィルタ壁101によって回収成分を捕獲した後の処理室内雰囲気を前記ガス排気管231に排気するためのアウトレット部108とが備えられる。なお、図4には詳細に示されていないが、フィルタ壁101は、処理室内雰囲気中の回収成分を捕獲するフィルタで形成され、渦巻き状に成形された後にトラップ本体102に内蔵される。渦巻き状のフィルタ壁101がトラップ本体102内に内蔵されると、トラップ本体102内には、処理室内雰囲気から未反応成分、残留成分等の回収成分を層状の固体分として捕獲するガス経路部105が形成される。なお、このガス経路部105には、一周毎に邪魔板(図示せず)が配置されていて、邪魔板が処理室内雰囲気流の流れを一周毎に遮断し、インレット部103からアウトレット部108に至る渦巻き状の流れを形成するようになっている。
トラップ本体102には厚み方向に貫通する連絡路106が設けられ、インレット部103は、その出口部を連絡路106に挿入した状態で溶接によってトラップ本体102に気密に取り付けられている。また、アウトレット部108はガス経路部105の下流部に連通されており、トラップ本体102の端部壁を内側から外側に貫通して外部に所定長さ延びている。
FIG. 4A is an explanatory view of the
As shown in FIG. 4A, the
The
図4(b)及び図5に示すように、前記インレット部103内には内管109が取り出し可能に挿入されていて、渦巻き状のガス経路部105の上流部に連通している。この内管109及びインレット部103の端部にはそれぞれフランジが設けられていて、前記ガス排気管231(図3参照)のフランジにクランプ継手の継手を介して接続するようになっている。また、内管109、インレット部103は、耐食性の高い、金属材料、例えば、ステンレスで形成されている。
As shown in FIGS. 4B and 5, an
ガス経路部105内には、金属素線を規則的あるいは不規則的に編みこんだ網板状のデミスタ107がガス流衝突部材として設置されている。このデミスタ107はガス経路部105の全長に及んで配置されており、内管109を通じてガス経路部105内に導入された処理室内雰囲気流を衝突させて減衰するようになっている。
In the
図3に示すように前記トラップ装置100を基板処理システムのガス排気管231に介挿し、前記内管109を通じて前記ガス経路部105内に基板処理室203の処理室内雰囲気を導入すると、図5に示すように、処理室内雰囲気流が、ガス経路部105内のデミスタ107と衝突して減衰し、処理室内雰囲気流の圧力が上昇乃至回復する。このため、ガス経路部105内の圧力が上昇し、ガス経路部105内の環境が、処理室内雰囲気中の回収成分、すなわち、残留成分や反応副生成物の核が生成されやすく、また、核が成長しやすい環境となる。そして、ガス経路部105内の圧力の上昇による背圧とデミスタ107との衝突による乱れの影響により、内管109内の環境が処理室内雰囲気中の回収成分の核が生成されやすく、また、核が成長しやすい環境となる。このため、処理室内雰囲気中の回収成分が、内管109の内面、デミスタ107の表面、フィルタ壁101の表面に捕獲され、トラップ装置100より下流側の真空ポンプ246や、真空ポンプ246より下流側の除害装置40の三方弁等の弁類への付着量が大幅に減少する。
回収成分が捕獲され、内管109が回収成分により閉塞された場合には、インレット部103より内管109を取り出して交換し、デミスタ107及びフィルタ壁101の捕獲容量に到達した際には、デミスタ107及びフィルタ壁101のメンテナンスを実施する。内管109の交換に際しては、内管109がインレット部103よりも小型なので交換時間が短縮される。
When the
When the recovered component is captured and the
なお、デミスタ107は、金属素線を束ねて板状としたデミスタ107に限らず、粗目の金属線のウールから構成してもよい。また、フィルタ壁101の表面に毛羽立ちや凹凸による突起又は植毛を設けてガス流衝突部材としてもよいし、フィルタ壁101を蛇腹状に形成し、半径方向に沿って突出する部分をガス流衝突部材としてもよい。
Note that the
また、ガス経路部105の流路断面を上流側から下流側に向かって段階的に狭くすることによってフィルタ壁101自身をガス流衝突部材としてもよい。
このようにすると、デミスタ107を設置した場合と同様に、処理室内雰囲気流がガス流衝突部材と衝突して減衰され、ガス経路部105の圧力が回復するので、処理室内雰囲気中の回収成分に対する、内管109、ガス経路部105全体の捕獲量が増大する。
Alternatively, the
In this way, as in the case where the
さらに、ガス経路部105のフィルタ壁101による捕集能力を増加させるため、少なくともインレット部103と前記トラップ本体102との接続部周辺のガス経路部105を除くガス経路部105の流路断面を、上流側で広く上流側から下流側に向かって順次狭くすることによってフィルタ壁101全体をガス流衝突部材とし、フィルタ壁101への衝突と、管路抵抗の増加によって回収成分に対する捕獲性能を向上するようにしてもよい。
このようにすると、デミスタ107を設置した場合と同様に、処理室内雰囲気流がガス流衝突部材と衝突して減衰され、ガス経路部105の圧力が回復するので、処理室内雰囲気中の回収成分に対する、内管109、ガス経路部105全体の捕獲量が増大する。
Furthermore, in order to increase the collection capability of the
In this way, as in the case where the
また、本実施形態の説明では、ガス流衝突部材を設けたトラップ装置100に内管109を取り出し可能に設けているが、ガス流衝突部材を設置しない場合でも内管109をインレット部103に取り出し可能に設けて交換することにより、回収成分の捕獲能力を向上するようにしてもよい。
また、本実施の形態では、縦型のCVD処理装置にトラップ装置100を組み込んだシステムを例示したが、横型の処理装置や枚葉式の処理装置を組んだシステムとしてもよい。また、本発明にかかるトラップ装置100は、排気ガスから微粒子状の成分を捕獲して浄化する他の処理装置への適用が可能である。
このように本発明は種々の改変が可能であり、この改変された発明に本発明が及ぶことは当然である。
In the description of the present embodiment, the
Further, in the present embodiment, a system in which the
As described above, the present invention can be variously modified, and the present invention naturally extends to the modified invention.
100 トラップ装置
101 フィルタ壁
102 トラップ本体
103 インレット部
105 ガス経路部
106 連絡路
107 デミスタ(ガス流衝突部材)
109 内管
201 基板処理室
207 ヒータ(加熱手段)
231 ガス排気管(排気系)
232a 第1のガス供給管(ガス供給系)
232b 第2のガス供給管(ガス供給系)
DESCRIPTION OF
109
231 Gas exhaust pipe (exhaust system)
232a First gas supply pipe (gas supply system)
232b Second gas supply pipe (gas supply system)
Claims (1)
前記基板を加熱する加熱手段と、
前記処理室に所望のガスを供給する供給系と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気系と、
前記処理室から排気されたガスを固化して捕獲する、前記排気系に設けられたトラップ装置であって、トラップ本体と、前記トラップ本体に接続されるインレット部と、前記トラップ本体のガス経路部内に設けられるガス流衝突部材と、を備え、
前記インレット部の内部に取り出し可能な内管を設けた
ことを特徴とする基板処理システム。 A processing chamber for processing the substrate;
Heating means for heating the substrate;
A supply system for supplying a desired gas to the processing chamber;
An exhaust system for exhausting the atmosphere in the processing chamber;
A trap device provided in the exhaust system that solidifies and captures gas exhausted from the processing chamber, the trap body, an inlet connected to the trap body, and a gas path portion of the trap body A gas flow collision member provided in the
A substrate processing system, wherein an inner tube that can be taken out is provided inside the inlet portion.
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