JP2000192241A

JP2000192241A - 薄膜堆積装置及び薄膜堆積装置の運用方法

Info

Publication number: JP2000192241A
Application number: JP10366468A
Authority: JP
Inventors: Kimito Nishikawa; 公人西川; Toru Amamiya; 亨雨宮; Toru Matsunami; 徹松浪; Tsukasa Hayashi; 司林
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】溶液気化法を用いた高誘電率薄膜の形成装置
はアニールが不可欠であるが、成膜とアニールを異なる
チャンバで行っていたので、冷却してから搬送しなけれ
ばならず、搬送に時間が掛かるし、装置据え付け面積も
大きくなる。搬送時の事故もある。よりスループットの
高い装置を提供することが目的である。【解決手段】溶液気化法を用いたシャワーヘッドを有
するＣＶＤ装置において、反応室内に搬送位置、加熱位
置、成膜位置を縦方向に設け、それぞれの位置へサセプ
タを昇降させる事により、ウエハーを移動させ、各種処
理を行うと共にウエハー冷却のための冷却ステージを反
応室とは別のチャンバに設ける。運用方法は、反応室で
ウエハー受取（搬送位置）、予備加熱（加熱位
置）、成膜（成膜位置）、アニール（加熱位置）、
ウエハー受け出し（搬送位置）、ウエハー冷却（冷
却ステージ）の手順で行われる。成膜時以外は、シャワ
ーヘッドをクリーニングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶液気化法を用いた
ＣＶＤ装置及び運用方法に関する。ＣＶＤ法は気体の原
料を、加熱した基板に吹き付けて化学反応を起こさせて
反応生成物を基板の上に堆積させる方法である。多結晶
薄膜、単結晶薄膜を生成するための方法である。化学反
応を伴うから基板は加熱される。気体原料は、１種類の
こともあるが、２種類の場合もある。それは生成すべき
薄膜によって異なる。

【０００２】Ｓｉウエハーの上にＳｉ薄膜を生成する場
合は、シランのようなＳｉの水素化物を原料とする。こ
れはガス状であって熱分解してＳｉ薄膜となる。ＧａＡ
ｓ基板にＧａＡｓ薄膜を付ける場合は、トリメチルＧａ
のような有機金属をバブリングして気体にしたものと、
ＡｓＨ_３のような気体を原料とする。Ｇａのように原料
ガスがない場合は有機金属液体を無理にガス化して用い
る。トリメチルＧａやトリメチルＩｎなどは常温で液体
となるから、不活性ガスによってバブリングするとガス
に変化させることができる。ＣＶＤ法はこのように原料
がガスでなければならない。

【０００３】ＤＲＡＭの集積度がますます高まりつつあ
る。１６メガビット、６４メガビットなどのＤＲＡＭが
製造販売されている。３年程度で４倍に増えるといった
急激なテンポで集積度が増加してきている。メモリであ
るから一つの単位は、トランジスタとキャパシタと配線
とからなる。キャパシタ（Ｃ）は電荷の存在非存在によ
って情報を保持する。現在はＳｉＯ_２、やＳｉＮなどの
誘電体膜がキャパシタのために使われている。集積化を
進めるには、個々のコンデンサ（キャパシタ）の容量を
保ちつつ面積を減らす必要がある。コンデンサの容量は
面積、誘電率に比例し膜厚に反比例する。キャパシタの
容量を落とさないで面積を減らすには、膜厚を減らすか
誘電率を上げる必要がある。膜厚は極限まで薄くなって
いるからさらに薄くする余地はない。新しい誘電率の高
い物質が必要である。

【０００４】高誘電率物質としたタンタル酸化物（Ｔａ
_２Ｏ_５）が着目される。タンタルコンデンサとして単体
のキャパシタには古くから使われている。これをＤＲＡ
Ｍのキャパシタとして使おうというものである。タンタ
ル酸化膜のＤＲＡＭが研究されている。まだ実現されて
いないが、やがてタンタル誘電体キャパシタの生産装置
ができることであろう。しかし、これとてなお誘電率は
不十分である。１ギガビットの１世代だけしか役に立た
ない。

【０００５】次の世代の４ギガビット、１６ギガビット
となるとタンタルでも誘電率が足りない。そこで次の次
の世代を狙ってバリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓ
ｒ）、チタン（Ｔｉ）の酸化物薄膜ＢＳＴ｛（Ｂａ，Ｓ
ｒ）ＴｉＯ_３｝を使うキャパシタが試みられている。こ
の材料は誘電率が数百〜数千であり、現在のＳｉの酸化
物、窒化物の数十倍である。狭い面積で高い静電容量を
もつキャパシタを作る事ができる筈である。ところがこ
れらの高誘電率の材料は薄膜を作るのが難しい。

【０００６】従来ＢＳＴの成膜手段として真空蒸着法や
スパッタリング法が考えられていた。しかしＢＳＴを蒸
発材料あるいはターゲット材料として真空蒸着或いはス
パッタリングしても成分が変化して劣悪な性質の膜しか
できない。真空蒸着法、スパッタリング法では所望の性
質の誘電体膜を作ることはできない。それでＣＶＤ法が
試みられる。しかし原料のβ―ジケトン錯体は固体原料
であるからそのままではＣＶＤ法の原料とすることが出
来ない。

【０００７】そこでこの固体原料を使用する溶液気化法
という方法が近年使われている。この方法に使用するβ
−ジケトン系錯体固体原料を溶かす溶媒が存在する。Ｔ
ＨＦ（テトラヒドロフラン）などである。溶媒に前記固
体原料をとかすと溶液になる。溶液であるから配管系に
よって圧力を掛けて輸送することができる。溶液気化法
は、飽和状態の溶液を配管系を使って反応室の直前まで
輸送し、気化器によって気化し、反応室にはガスとして
供給するというものである。気化器というのは溶液を急
速加熱して気化する装置である。溶液気化法の要諦は気
化器にある。極めて巧妙な構造の気化器が考案されてい
る。

【０００８】例えば米国特許第５,３６１,８００号によ
って提案された気化器を用いることができる。中心に通
し穴のあるインコネル製の極めて薄い円板を９９枚重ね
て１．２ｍｍの厚みにする。９９枚のディスクの間には
狭い空隙（数μｍ）ができる。このディスクは加熱して
ある。室温から２５０℃までの範囲で±１℃の精度で温
度設定可能である。中心の通し穴に液体原料を１７ｋｇ
／ｃｍ^２もの高圧を掛けてディスク間の隙間に送り込
む。

【０００９】強い圧力のために液体はディスク間の狭い
隙間を放射状に通過する。粘性の高い液体原料を狭い流
路に高速で通すので、このような高圧を掛ける必要があ
る。ディスクが９９枚もあるので流路の表面積が広い。
互いに接触し、ディスクと液体は瞬時に熱交換すること
ができる。ディスクの外周に至ったときは熱によって気
化している。気化したものは溶媒と溶質を含むが、瞬時
に気化するので２相に分離しない。気化の時間が短いの
で相分離せず溶液のまま気化できる。

【００１０】つまり厚み１．２ｍｍのディスク群の中心
では液体で、外殻部では気体になっている。しかもディ
スク中心は高圧の液体状態で、外周部では真空である。
ディスクの間で液体から気体への状態変換と高圧から真
空への圧力減少を実現している。極めて巧みな構成の気
化器である。気化器で気化した原料がＣＶＤ反応室に供
給される。溶液気化法＋ＣＶＤ法によって高誘電率の薄
膜を作製するときに、もう一つの問題は薄膜をアニール
しなければならない、ということである。本発明は気化
器ではなくて、アニールを問題にする。アニールの問題
について次に説明する。

【００１１】

【従来の技術】溶液気化法は１ギガビット以上の集積度
を見越した未来技術であるから、広く生産技術に応用さ
れた従来技術というほどのものはない。本出願人が以前
に製作した溶液気化法による薄膜形成装置を図１に示
す。これは成膜室１、搬送室２、アニール炉３を横に並
べたものである。搬送室２にはこの流れに直交する方向
に搬入室と、搬出室がある。ここでは図示を略してい
る。

【００１２】成膜室１で加熱した基板上に薄膜を形成す
る。成膜室１には下方のサセプタ４があり、その上に基
板５が乗せられる。サセプタ４にはヒータ６があって内
部加熱することができる。成膜室１の上方にはシャワー
ヘッド７がある。これは多数の穴を穿孔した円盤状の空
間である。シャワーヘッド７はガス配管８につながり、
前記の気化器は配管８の前段にある。気化器で気化した
原料ガスはガス配管８の内部を通りシャワーヘッド７の
細孔から原料ガスが下方に向けて噴射される。これが加
熱された基板５に薄膜を生成する。成膜室１と搬送室２
とは搬送路９によってつながれる。搬送路９の途中には
ゲートバルブ１０がある。搬送室２にはフォークをもつ
搬送機構１１が設けられる。搬送室２とアニール炉３の
間も搬送路１２によって接続される。搬送路１２の途中
にゲートバルブ１３がある。アニール炉３にはランプ加
熱のための赤外線ランプ１４が設けられる。

【００１３】搬入室（図示しない）からウエハーが挿入
され、搬送機構１１に乗せられる。搬送室２と成膜室１
の真空度または不活性ガスの濃度を合わせゲートバルブ
１０を開いて、ウエハーを成膜室１のサセプタ６に乗せ
る。ヒータ６によって基板を成膜に適した温度に加熱す
る。たとえば５００℃〜６００℃である。その状態で原
料ガスをシャワーヘッド７から吹き付け、基板にＢＳＴ
の薄膜を堆積する。そのままでは搬送機構を痛めるので
冷却する。冷却してからゲートバルブ１０を開いて、搬
送機構１１のアームを延ばしてサセプタ４の上の処理済
みウエハーを取り出す。ゲートバルブ１０を閉じる。

【００１４】アニール炉３と搬送室２の真空度、ガス圧
力を合わせてからゲートバルブ１３を開く。搬送機構１
１の腕を反対側に延ばしてアニール炉３の中の何らかの
支持機構（図示しない）に乗せる。搬送機構１１を後退
させ、ゲートバルブ１３を閉じる。赤外線ランプ１４に
よってウエハーを加熱して薄膜をアニールする。アニー
ル温度は７００℃〜９００℃である。ＢＳＴのような高
誘電率薄膜は、ＣＶＤ法によって薄膜形成（５００℃〜
６００℃）したあと、さらに高温でアニール（７００℃
〜９００℃）しなければならない。これが、Ｓｉ、Ｇａ
Ａｓ、ＡｌＮなどのＣＶＤ法とは違うところである。ア
ニールの必要性が装置構造を複雑にしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】装置の全体が横に広が
っているから装置の設置面積が広くなる。設置面積をフ
ットプリントという。これが大きいというのは装置の欠
点である。これらの装置はクリーンルーム内に設置する
必要がある。クリーンルームは設備建設費も高いし、清
浄空気を絶えず循環させるための運転費も高い。クリー
ンルームの面積を広く占有する装置というのは好ましい
ものではない。つまりフットプリントのより小さい装置
が望まれる。

【００１６】次に水平方向にいくつもの部屋があるので
搬送頻度が高くて搬送トラブルが起こる可能性がある。
成膜室で成膜してから別の場所にあるアニール炉に運ば
なくてはいけない。実際には、搬送室２の前後に搬入
室、搬出室があるから、搬送機構はつぎのような忙しい
基板運搬をする。搬入室−搬送室−成膜室−搬送室−ア
ニール炉−搬送室−搬出室という動きである。

【００１７】もう一つの問題は処理時間が長いというこ
とである。ウエハーを成膜室１、搬送室２、アニール炉
３の間で往復させるのであるが、そのままの温度で搬送
できない。それぞれの室内で冷却、加熱しなければいけ
ない。それに時間がかかってしまう。ためにスループッ
トが低い。

【００１８】温度変化を一括して述べるとつぎのように
なる。（１）成膜室で…ウエハー受け取り−昇温−成膜−冷
却−成膜室からウエハー取り出し（２）アニール炉で…ウエハー受け取り−昇温−アニー
ル−冷却−アニール炉からウエハー取り出し

【００１９】図示していないが、搬送室の側方には、搬
入室、搬出室がある。搬入室と搬出室を兼ねた構造の搬
入搬出室となっているものもある。搬入室からウエハー
が導入される。搬送機構がこれを成膜室１に運ぶ、成膜
室１でサセプタ４の上にウエハーが乗せられる。ヒータ
６によって抵抗加熱（昇温）される。基板温度５００℃
〜６００℃になると気化器からの原料が基板に吹き付け
られてＣＶＤ反応がおこり、基板上に薄膜が形成（成
膜）される。そのままの高温では搬送機構を損傷させる
しウエハーにも良くないから、冷却する。これに時間が
かかる。ウエハーの大きさや初めの温度にもよるが、１
時間〜２時間程度の冷却時間がかかる。

【００２０】冷却してからゲートバルブ１０を開き、搬
送機構によってウエハー（基板）５を運び出し、アニー
ル炉３に入れる。アニール炉では低い温度から昇温しな
ければいけない。これにも３０分〜１時間かかる。アニ
ール温度は７００℃〜９００℃必要だからである。アニ
ールしたあとも直ちに取り出すという訳には行かない。
冷却して搬送機構に負担を与えない温度にしてからアニ
ール炉から取り出す。その冷却にも時間がかかる。

【００２１】最後に指摘したいのはシャワーヘッドの清
掃頻度である。図１の装置ではシャワーヘッドのクリー
ニングはパーティクルの発生や堆積物の付着状況に応じ
て随時或いは定期的に実施されていた。成膜室を開いて
シャワーヘッドの下面をアセトンなどをつけたガーゼな
どで拭いて汚れをとる。人手によって行わなければなら
ないから煩労である。また有害物も含まれるから衛生上
も問題がある。装置を大気にさらすから運転を再開する
までの立ち上げに時間がかかる。より簡単により高頻度
でシャワーヘッドの清掃ができるようにしたい。

【００２２】まとめると従来例の欠点として挙げられる
ものは以下のようである。搬送機構の両側に成膜室とアニール炉とがあり、装置
が大きくなる。フットプリントが広いということであ
る。搬送頻度が多く、搬送トラブルの可能性が高い。アニ
ール室と成膜室の間を基板が往復するからである。成膜やアニール前後の昇温過程や冷却過程に時間が掛
かり、スループットが稼げない。シャワーヘッドの清掃が面倒である。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜堆積装置
は、真空排気装置を備えた縦長の反応室に、成膜位置、
アニール位置、搬送位置を上から下に３段階に設定し、
上方に原料ガスを吹き出すシャワーヘッドを、中位にア
ニール装置を水平方向進退自在に設け、これらの３段階
位置を昇降できるようにサセプタを設け、最下の搬送位
置において基板を搬送機構によって搬送できるようにし
ている。同一の装置内で上下に基板を移動させるだけで
あるからアームのある搬送装置は用いない。サセプタは
昇降軸の上下によって昇降させる。ウエハーの運動が水
平長距離から垂直短距離に変わるという長所がある。

【００２４】成膜、アニール、搬送は次のような手順に
よって行う。搬送室から搬送機構によって基板を、反応
室の最下位置にあるサセプタに運ぶ。サセプタを持ち上
げて最上段の成膜位置まで基板を上昇させる。サセプタ
の抵抗加熱ヒータによって基板を適当な温度に昇温す
る。シャワーヘッドから原料ガス（溶液を気化器によっ
て気化したもの）を基板に吹き付ける。これによって高
誘電率の薄膜を生成する。サセプタを中段まで下げて横
方向からアニール装置を押し出す。成膜過程からアニー
ル過程までに冷却の必要はない。搬送機構による搬送が
不要だからである。だから冷却と再加熱が省ける。これ
によって処理時間を大幅に削減できる。電力費の点でも
有利である。アニール装置によって基板を囲み、基板を
さらに加熱しアニールする。

【００２５】アニールが終わると最下位置にサセプタを
下ろし冷却する。適当な温度にさがってからゲートバル
ブを開いて搬送機構のアームを延ばして基板を運び去
る。搬送室または別異の専用の冷却室のステージ、冷却
カセットに基板を乗せて冷却する。初めの基板が冷却し
ている間に、次の基板を搬送機構によって反応室に運ん
で成膜、アニールすることができる。

【００２６】成膜時以外においてはシャワーヘッドの下
方に電極を引き出しておき、プラズマを発生させシャワ
ーヘッドを清掃する。これにより目詰まりなどをなく
す。毎回シャワーヘッドを清掃するから成膜室を開き大
気開放して清掃する必要がない。

【００２７】

【実施例】本発明の実施例にかかる装置構成及び動作を
図２〜図４によって説明する。成膜とアニールを行う共
通の空間として縦長の反応室２０を設ける。反応室２０
の外部に搬送チャンバ２１を設ける。反応室２０は上方
から下方にかけ３段階の部位に分けられる。最上段が成
膜位置Ａである。中段がアニール位置Ｂである。最下段
が搬送位置Ｃである。反応室２０の外部に搬送室２１が
ある。図１は３つの空間があったが、本発明ではアニー
ル炉が成膜室に合体しているので必要な空間は２つしか
ない。

【００２８】反応室２０内部上方にはシャワーヘッド２
２が設けられる。外部の気化器とシャワーヘッド２２は
配管２３でつながっている。シャワーヘッド２２は広い
円板型の中空容器である。皿型の断面を有し周囲には筒
体２４があってガスの飛散を防ぐ。シャワーヘッド２２
の中空容器下面に細孔が穿たれる。下面の細孔を通して
気化した原料が下方に噴出するようになっている。広い
基板に一様に原料ガスが吹き付けるようにするためヘッ
ド下面に細孔が均等になるよう分布させる。シャワーヘ
ッド２２は反応室２０の最上部にあり固定されている。
基板の方が上下に移動できるようになっている。基板を
動かすものが昇降軸２５である。

【００２９】Ａ、Ｂ、Ｃの３つの位置を昇降することの
できる昇降軸２５が反応室２０の中心部に設けられる。
昇降軸２５は軸穴４４の中を上下に動く事が出来る。昇
降軸２５は単に上昇下降できるだけの軸であってもよ
い。また上昇下降に加えて回転する軸であっても良い。
軸２５が回転すれば基板の角度方向の膜質が均一にな
る。昇降軸２５の頂部にはサセプタ２６が取り付けられ
る。サセプタ２６はカーボン（Ｃ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）など耐熱材料で作られる。サセプタ２６の内部には
抵抗加熱ヒータ２７が設けられる。サセプタに乗せられ
た基板４３を加熱するためである。

【００３０】昇降軸２５が最上位置にあるばあい、基板
４３は成膜処理（４００℃〜６００℃）を受ける。昇降
軸２５が中間位置にある場合、基板は加熱処理（アニー
ル；７００℃〜９００℃）を受ける。昇降軸が最下位置
にあるとき基板は搬送可能な状態にある。

【００３１】昇降軸２５は昇降軸鍔板５０を上方に有
し、その上にサセプタ２６が固定される。鍔板５０はサ
セプタを把持する機能の他に、気密を保持する作用もあ
る。

【００３２】中間の位置Ｂが加熱位置である。この高さ
において、加熱機構２８が水平に進退自在に設けられ
る。加熱機構２８は基板を成膜時より高温の７００℃〜
９００℃に加熱するものである。ここではランプ加熱の
機構を示すが、そのほかの加熱機構であっても良い。加
熱機構２８は加熱機構カバー３０によって覆われさらに
外壁２９によって支持される。加熱機構２８は反応室２
０の軸線の上に進出できるが、ふだんは側方の退避室３
３の中に退避している。加熱機構２８を反応室２０の中
心（Ｂ位置）と退避室３３の間で水平に動かす加熱機構
移動装置４６があるが詳細は略す。加熱機構外壁２９の
上方には、プラズマ電極３２がある。これはシャワーヘ
ッド２２との間に電圧を掛けてプラズマを発生させるも
のである。

【００３３】退避位置にある加熱機構２８と、成膜室２
０の内部を隔離するために、仕切板３１が設けられる。
仕切板３１を閉じてしまえば成膜過程で生ずるパーティ
クルなどが加熱機構を汚染しない。反対に加熱機構２８
からの汚染物質が、反応室に入らない。

【００３４】昇降軸２５が取り得る最下位置Ｃが搬送位
置である。その側方には、連絡管３４があって搬送チャ
ンバ２１につながっている。連絡管３４の途中にゲート
バルブ３５がある。搬送チャンバ２１には搬送機構３６
が設けられる。搬送機構３６はアーム３７をもち、これ
に基板４３を乗せて運ぶようになっている。搬送チャン
バ２１の両側には搬入室、搬出室（図に現れない）があ
る。搬送機構３６のアーム３７は、搬入室、搬出室、反
応室のいずれにも伸長していき基板を運搬することがで
きる。

【００３５】搬送室２１の一隅には冷却ステージ３８が
設けられる。これはカセットを収納できるようになって
いる。成膜、アニールを終えた基板を冷却するための空
間である。基板冷却はサセプタの上でなくて搬送チャン
バ２１の一角で行われる。そのため装置全体の利用効率
が上がりスループットがさらに向上する。これに限らず
搬送室以外に別異の冷却室を設け、そこで冷却するよう
にもできる。

【００３６】反応室２０の下方はガス排出口４９があり
真空排気される。昇降軸２５の内部もポンプ４０につな
がり排気される。この例では昇降軸２５の上昇下降する
軸穴４４がガス排出口４９になっているがこれに限らな
い。側方にガス排出口を別に設けても良い。

【００３７】以上の構成においてその作用を説明する。
反応室２０は下から搬送エリア（搬送位置）Ｃ、加熱エ
リア（アニール位置）Ｂ、成膜エリア（成膜位置）Ａに
割り当てられる。基板４３はＳｉウエハーなどである。
６インチ径〜８インチ径のＳｉウエハーを基板とするこ
ともできる。基板４３は搬入室（図示しないが搬送チャ
ンバ２１に接している）から導入される。それが搬送機
構３６のアーム３７によって搬送チャンバ２１に運ばれ
る。反応室２０では昇降軸２５を下げておく。搬送チャ
ンバ室２１を反応室２０と同じ圧力にしてからゲートバ
ルブ３５を開き、搬送機構３６によって、搬送位置Ｃに
あるサセプタ２６の上に基板４３を乗せる。

【００３８】この状態を図２に示している。サセプタ２
６の中の抵抗加熱ヒータ２７に通電して基板４３を加熱
する。成膜時の温度は４００℃〜６００℃であるからそ
の温度まで加熱する。加熱機構２８は退避位置にある。
これが邪魔にならないので、サセプタ２６、昇降軸２
５、基板４３を上昇させることができる。

【００３９】このときふたつの選択肢がある。加熱機構
２８を予備加熱に使わない場合と、予備加熱に利用する
場合である。予備加熱する場合は、図３のように加熱機
構２８を横方向に迫り出して待機させ、昇降軸２５を上
げる。加熱機構によって適正な温度まで予備加熱する。
その後、最上位置Ａまで昇降軸２５、サセプタ２６を持
ち上げる。これが成膜時の基板の高さである。予備加熱
しない場合は、加熱機構２８は側方に退避させたまま、
昇降軸を一気にＡ位置まで上げる。

【００４０】成膜位置にある基板に対し、成膜のためシ
ャワーヘッド２２から原料ガスが噴霧状で供給される。
原料ガスは溶液を気化器によって霧状にしたものであ
る。溶液中の原料が化学反応し、生成物が加熱された基
板４３の上に堆積して行く。例えばＳｒＴｉＯ_３の薄膜
である。これが図４に示す成膜過程である。成膜過程に
よって高誘電率の薄膜（ＢＳＴ、ＰＺＴ、ＳＢＴなど）
が形成される。基板温度は先述のように４００℃〜６０
０℃の程度である。膜厚によって成膜に当てる時間は相
違するが、大体１０分〜２０分程度である。これで成膜
過程を終わる。

【００４１】ついで基板を冷却することなくサセプタ２
６を下げ、アニール位置Ｂより少し下へ移す。加熱機構
２８が側方から迫り出してくる。加熱機構２８が水平の
適正な位置に停止すると、昇降軸２５を上げて、昇降軸
鍔板５０を加熱機構外壁２９の底面に押しつける。間に
シールリング４８があるから加熱機構２８の内部が遮断
される。ランプ加熱であるからランプに通電し、基板を
所望の温度（７００℃〜９００℃）に加熱して保持す
る。このアニール過程はＢＳＴ、ＳＢＴ、ＰＺＴなどの
高誘電率の薄膜の場合不可欠の工程である。アニール時
間は５分〜１０分程度である。予備加熱する場合は、加
熱機構を２回利用することになる。予備加熱しない場合
は、加熱機構は成膜のあとアニールに一度使う。

【００４２】アニールが終わると昇降軸２５を下げる。
図２の搬送位置Ｃまで下げると、昇降軸鍔板５０と反応
室底板５１がシールリング３９を介して接触する。連絡
管３４のゲートバルブ３５が開く。搬送チャンバ２１の
搬送機構３６のアーム３７が伸びて、サセプタ２６の上
の基板４３を把持する。実際には基板は何らかのトレイ
に乗せておく事が多いので、アームの先はトレイを把持
することになる。搬送機構３６のアーム３７は基板４３
を乗せて縮退し、搬送チャンバ２１の冷却ステージ３８
の棚に、基板４３を乗せる。基板４３はここで放冷され
る。例えば冷却ステージとしてＡｌ製のカセットを使う
ことができる。

【００４３】搬送機構は次の基板を搬入室から取り込ん
で、搬送位置Ｃにあるサセプタ２６の上に乗せる。これ
から同じ過程が新しい基板に対して繰り返される。

【００４４】溶液気化法の問題の一つはシャワーヘッド
の目詰まりである。原料がもともと固体であってこれを
溶液によって無理に溶かし、さらに気化器によってガス
状にしている。だからシャワーヘッドの細孔に詰まるこ
とがある。これを防ぐために、次のような改善策を採用
できる。成膜時以外の時に、原料を含まない溶液だけを
シャワーヘッドに供給する。溶液を細孔に通すことによ
って細孔を洗う。原料を含まない溶液であるから細孔に
堆積している原料固体を溶解除去できる。また溶液によ
ってプラズマを生成し、これによっても目詰まりを防
ぐ。

【００４５】そのために、プラズマ電極３２が加熱機構
２８の位置に進退自在に設けられる。図３のようにプラ
ズマ電極がシャワーヘッド２２の直下に出ているとき
に、プラズマ電極３２とシャワーヘッド２２の間に、電
圧を印加して溶液のプラズマ４７を生成する。プラズマ
４７がシャワーヘッドの面に当たり、細孔をえぐるから
目詰まりを防ぐことができる。シャワーヘッドのクリー
ニングは溶液とプラズマによる洗浄を含む。

【００４６】シャワーヘッドのクリーニングは、成膜時
以外の時に行うことができるので、サセプタ上昇、予備
加熱、アニール、サセプタ下降、搬出などのときに平行
して行う。図５に現在の基板の処理工程、直前の基板の
処理工程、シャワーヘッドのクリーニングの工程を時系
列によって示す。前回の基板がサセプタから搬出され、
冷却ステージにおかれる。いまから処理を受ける基板が
搬入され、サセプタに置かれる。サセプタが上昇し予備
加熱位置に運ばれる。前回処理を受けた基板は冷却ステ
ージで冷却されている。シャワーヘッドはクリーニング
処理を受けている。

【００４７】予備加熱が終わると、サセプタがさらに上
昇し成膜位置にあがる。シャワーヘッドから原料ガスが
吹き出し、成膜が開始される。前回処理の基板は依然と
して冷却されている。シャワーヘッドはクリーニングを
中止し、原料を噴出している。成膜が終わるとサセプタ
が下降する。アニール位置でアニールされる。シャワー
ヘッドはクリーニングを再開する。さらにサセプタが下
降する。搬送位置で基板が搬出される。１行目と２行目
を比較すると、冷却をサセプタ上で行う従来型（図１）
のものに比較してスループットが高揚することがわか
る。またシャワーヘッドが常時洗浄されるから固まり易
い原料であってもシャワーヘッド細孔が目詰まりしない
ということがわかる。

【００４８】

【発明の効果】各プロセス（成膜、アニール、搬送）
を処理する位置を垂直に配置している。これによって装
置サイズを小さくすることができる。クリーンルーム内
でのフットプリント（装置設置面積）を節減することが
できる。

【００４９】成膜、アニール、搬送のプロセス間の移
動はサセプタを昇降させて行う。反応室内のサセプタの
昇降運動によって行い、搬送機構によらない。搬送機構
による搬送頻度を少なくすることができる。搬送トラブ
ルを減らす事が出来る。

【００５０】成膜前に加熱位置でウエハーの予備加熱
を行いアニールする。アニールのための昇温時間を短縮
することができる。成膜とアニールを同一反応室内で行
うのでプロセスが安定する。

【００５１】ウエハー冷却のための冷却ステージを反
応室とは別チャンバに設けることにより冷却のために占
有されるサセプタを解放できる。速やかに次の成膜処理
に移動できるためスループットを稼げる。

【００５２】一連のプロセスの中で、成膜ごとにシャ
ワーヘッドのクリーニングを行うことができる。煩労で
時間がかかる定期メンテナンスの必要がなくなる。

【００５３】成膜後直ちにシャワープレートから高温
のサセプタを遠ざけることができる。そのため輻射熱に
よるシャワープレートの昇温が回避できた。その結果シ
ャワープレートに熱分解による副生成物が付着しなくな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願人がかつて製造した溶液気化法ＣＶＤ装
置の概略構成図。

【図２】本発明の実施例にかかる溶液気化法ＣＶＤ装置
の搬送時の概略構成図。

【図３】本発明の実施例にかかる溶液気化法ＣＶＤ装置
の予備加熱・アニール時の概略構成図。

【図４】本発明の実施例にかかる溶液気化法ＣＶＤ装置
の成膜時の概略構成図。

【図５】成膜処理している基板と、その前に成膜処理し
た基板とシャワーヘッドの処理を時系列的にしめす時系
列図。

【符号の説明】

１成膜室２搬送室３アニール炉４サセプタ５基板６ヒータ７シャワーヘッド８配管９搬送路１０ゲートバルブ１１搬送機構１２搬送路１３ゲートバルブ１４赤外線ランプ２０反応室２１搬送チャンバ２２シャワーヘッド２３配管２４シャワーヘッド筒体２５昇降軸２６サセプタ２７ヒータ２８加熱機構２９加熱機構外壁３０加熱機構カバー３１仕切板３２プラズマ電極３３退避室３４連絡管３５ゲートバルブ３６搬送機構３７アーム３８冷却ステージ３９シールリング４０ポンプ４１中間板４２通し穴４３基板４４軸昇降穴４５シールリング４６加熱機構移動装置４７プラズマ４８シールリング４９排気口５０昇降軸鍔板５１反応室底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松浪徹京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者林司京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内Ｆターム(参考） 4K030 BA18 BA42 DA02 DA06 DA09 EA01 EA06 FA03 GA02 GA04 GA12 KA04 KA11 KA23 KA26 KA30 KA46 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に薄膜を成膜しアニールするための
縦長の反応室と、基板を搬送するための搬送チャンバ
と、反応室と搬送チャンバを連絡する連絡管と、連絡管
に設けられたゲートバルブと、搬送チャンバの内部に設
けられアームによって基板を搬送する搬送機構と、搬送
チャンバの内部に設けられる冷却ステージと、反応室の
上方に設けられ高誘電率材料を溶液に溶かし気化した溶
液気化法による気体原料をガス状に吹き出すシャワーヘ
ッドと、反応室の半ばの高さにおいて側方に進退自在に
設けられる加熱機構と、反応室の加熱機構の上に進退自
在に設けられシャワーヘッドとの間に電圧を掛けて溶液
をプラズマにするプラズマ電極と、反応室の内部に昇降
自在に設けられる昇降軸と、昇降軸の上頂部に取り付け
られ基板を乗せるべきサセプタと、サセプタの内部に設
けられるヒータと、反応室内部を排気する真空排気装置
とを有し、サセプタを下げた位置で、基板を搬送機構に
よって搬送し、サセプタを中位の高さに上げた状態で基
板を予備加熱あるいはアニールし、サセプタを最上位に
上げた状態でシャワーヘッドから原料気体を吹き付けて
高誘電率薄膜を基板上に生成し、搬送チャンバの冷却ス
テージに基板を搬送して冷却するようにしたことを特徴
とする薄膜堆積装置。
【請求項２】基板に薄膜を成膜しアニールするための
縦長の反応室と、基板を搬送するための搬送チャンバ
と、反応室と搬送チャンバを連絡する連絡管と、連絡管
に設けられたゲートバルブと、搬送チャンバの内部に設
けられアームによって基板を搬送する搬送機構と、搬送
チャンバの内部に設けられる冷却ステージと、反応室の
上方に設けられ高誘電率材料を溶液に溶かし気化した溶
液気化法による気体原料をガス状に吹き出すシャワーヘ
ッドと、反応室の半ばの高さにおいて側方に進退自在に
設けられる加熱機構と、反応室の加熱機構の上に進退自
在に設けられシャワーヘッドとの間に電圧を掛けて溶液
をプラズマにするプラズマ電極と、反応室の内部に昇降
自在に設けられる昇降軸と、昇降軸の上頂部に取り付け
られ基板を乗せるべきサセプタと、サセプタの内部に設
けられるヒータと、反応室内部を排気する真空排気装置
とを有する薄膜堆積装置において、搬送機構によって基
板を搬送チャンバに搬入し、昇降軸を下げておき、搬送
機構によって基板を運び、下方の搬送位置にある反応室
のサセプタに基板を乗せ、昇降軸を上げて直接にシャワ
ーヘッドの直下までサセプタを持ち上げるか、あるいは
加熱機構を側方から反応室中央に移動させ基板を上げて
予備加熱しさらに昇降軸を上げてシャワーヘッドの直下
までサセプタを持ち上げ、シャワーヘッドから気化原料
を噴出して加熱した基板に高誘電率薄膜を成膜し、昇降
軸を下げ、加熱機構を反応室中央に移動させ、基板を加
熱機構によってアニールし、さらに昇降軸をさげて基板
を搬送位置に戻し、搬送機構によって基板を搬送チャン
バの冷却ステージに運び、基板を冷却し、冷却した基板
を搬送機構によって搬出するようにした事を特徴とする
薄膜堆積装置の運用方法。
【請求項３】成膜時以外の、搬送時、アニール時、の
何れか或いは両方の時にシャワーヘッドから原料を含ま
ない溶液を噴出させ、シャワーヘッドとプラズマ電極の
間に電圧を掛けてプラズマを生成し、シャワーヘッドを
洗浄するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の
薄膜堆積装置の運用方法。