JP2001040480A - Equipment and method for wafer treatment - Google Patents
Equipment and method for wafer treatmentInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばチタン酸バ
リウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜
や配線用の銅膜等を基板上に形成したり、基板にエッチ
ング処理を施すのに使用される基板処理装置及び方法に
関する。The present invention relates to a method for forming a high dielectric or ferroelectric thin film such as barium titanate / strontium or a copper film for wiring on a substrate, or for etching a substrate. The present invention relates to a substrate processing apparatus and method used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜
として、誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜に替えて、誘電率が２０程度である五酸化タ
ンタル（Ｔａ２Ｏ５）薄膜、あるいは誘電率が３００程
度であるチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸
ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）又はチタン酸バリウム
ストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料が有望視されて
いる。また、さらに誘電率が高いＰＺＴ、ＰＬＺＴ、Ｙ
１等の強誘電体の薄膜材料も有望視されている。2. Description of the Related Art In recent years, the degree of integration of integrated circuits in the semiconductor industry has been remarkably improved, and research and development of DRAMs from the current megabit order to the future gigabit order have been conducted. To manufacture such a DRAM,
A capacitor element that can obtain a large capacity with a small area is required. As a dielectric thin film used for manufacturing such a large-capacity element, a tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) thin film having a dielectric constant of about 20 is used instead of a silicon oxide film or a silicon nitride film having a dielectric constant of 10 or less. Or, a metal oxide thin film material such as barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), or barium strontium titanate having a dielectric constant of about 300 is considered promising. Further, PZT, PLZT, and Y having higher dielectric constants
Ferroelectric thin film materials such as 1 are also promising.
【０００３】上記の他、配線材料として、アルミニウム
に比べ配線抵抗が小さく、エレクトロマイグレーション
耐性に優れた銅も有望視されている。更に、ゲート絶縁
膜の材料として、ＢｉＶＯ，Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２，ＹＭ
ｎＯ３，ＺｎＯ，（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ等が、ペロブスカイ
ト構造の電極材料として、ＳｒＲｕＯ３，ＢａＲｕ
Ｏ ３，ＩｒＯ，ＣａＲｕＯ３等が、バリア層やバッファ
層の材料として、ＭｇＯ，Ｙ２Ｏ３，ＹＳＺ，ＴａＮ
が、超伝導材料として、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｌａ−
Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ，Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ，Ｈｇ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ等が有望視されている。In addition to the above, aluminum is used as a wiring material.
Electromigration with lower wiring resistance than
Promising copper is also promising. In addition, gate insulation
BiVO, Bi as the material of the film4Ti3O12, YM
nO3, ZnO, (Zn, Cd) S, etc. are perovskite
SrRuO as the electrode material of3, BaRu
O 3, IrO, CaRuO3Etc., barrier layer and buffer
MgO, Y as layer material2O3, YSZ, TaN
However, as a superconducting material, La-Ba-Cu-O, La-
Sr-Cu-O, Y-Ba-Cu-O, Bi-Sr-C
a-Cu-O, Tl-Ba-Ca-Cu-O, Hg-B
a-Ca-Cu-O and the like are promising.
【０００４】このような素材の成膜を行う方法として
は、めっき法、スパッタ法、化学気相成長法（ＣＶＤ）
等があるが、配線幅の小さいところでは、ＣＶＤ法が最
も有望とされている。[0004] As a method for forming a film of such a material, a plating method, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method is used.
However, where the wiring width is small, the CVD method is most promising.
【０００５】ここで、基板にＤＲＡＭの電極用誘電膜材
料のＢＳＴを成膜したり、配線用の銅膜、ＴｉＮ膜を成
膜する化学気相成長装置（ＣＶＤ）、或いはその他のエ
ッチング装置等の枚葉式の半導体製造装置においては、
プロセスチャンバとしての処理室を有し、この処理室内
に一枚ずつ搬入した基板を基板保持手段で保持し、基板
を基板保持手段に設けられた加熱手段を介して一定の温
度に加熱しつつ処理（成膜やエッチング）することが広
く行われている。[0005] Here, a chemical vapor deposition (CVD) apparatus for forming BST as a dielectric film material for a DRAM electrode, a copper film for wiring, and a TiN film on a substrate, or another etching apparatus, etc. In the single wafer type semiconductor manufacturing apparatus,
It has a processing chamber as a process chamber, holds substrates carried one by one into the processing chamber by a substrate holding means, and processes the substrate while heating the substrate to a certain temperature via a heating means provided in the substrate holding means. (Film formation and etching) are widely performed.
【０００６】例えば、チタン酸バリウム／ストロンチウ
ム等の高誘電体又は強誘電体薄膜を形成するための成膜
装置は、基板を処理室内に配置された基板保持台上に載
置し、基板保持台に内蔵されたヒータ等の加熱手段を介
して基板を所定温度に加熱しつつ、処理室の上部に設け
られたガス噴射ヘッドから原料ガスと酸化ガスとの混合
ガスを基板に向けて噴射して、基板Ｗの表面に薄膜を成
長させるようにしている。For example, a film forming apparatus for forming a high-dielectric or ferroelectric thin film such as barium titanate / strontium comprises a substrate mounted on a substrate holder provided in a processing chamber. While heating the substrate to a predetermined temperature through a heating means such as a heater built in, a mixed gas of a source gas and an oxidizing gas is injected toward the substrate from a gas injection head provided at an upper portion of the processing chamber. A thin film is grown on the surface of the substrate W.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、枚葉式の基
板処理装置においては、処理室内での基板の一枚当たり
の処理時間を短くして、装置の時間当たりの基板処理枚
数をできるだけ多くすることが求められている。ここ
で、処理室内での基板の処理時間は次の２つに大別され
る。 基板の加熱時間（予熱時間） 成膜やエッチング等の実際の処理時間 このため、特に、銅の成膜のように上記の処理時間が
プロセス上本質的に短い場合、上記の加熱時間（予熱
時間）の長さがスループットを向上させる上でネックと
なる。By the way, in a single-wafer type substrate processing apparatus, the processing time per substrate in the processing chamber is shortened so that the number of substrates processed per unit time is increased as much as possible. Is required. Here, the processing time of the substrate in the processing chamber is roughly divided into the following two. Substrate heating time (preheating time) Actual processing time such as film formation and etching For this reason, especially when the above processing time is essentially short in the process such as copper film formation, the above heating time (preheating time) ) Length is a bottleneck in improving throughput.
【０００８】しかしながら、加熱手段を用いて基板を処
理室内で加熱（予熱）する従来の技術においては、基板
の温度安定性を維持するため、少なからずの熱容量が必
要であり、加熱手段として昇降温の時定数が大きいヒー
タが一般に使用されていたため、基板が目標温度に近く
なると、基板と加熱手段（ヒータ）との温度差が小さく
なって、基板が目標温度に達するまでに非常に長い時間
を要していた。However, in the conventional technique of heating (preheating) a substrate in a processing chamber using a heating means, a considerable amount of heat capacity is required in order to maintain the temperature stability of the substrate. Since a heater having a large time constant is generally used, when the temperature of the substrate approaches the target temperature, the temperature difference between the substrate and the heating means (heater) decreases, and a very long time is required until the substrate reaches the target temperature. I needed it.
【０００９】なお、基板の昇温特性を上げるため、加熱
手段として温度調整手段を備え、ヒータ加熱温度を基板
の目標加熱温度以上にして、目標温度近くになっても大
きな温度差を持たせるようにヒータ温度を制御し、加熱
時間を短くすることも考えられるが、この場合も、基板
が目標温度近くになるとヒータの温度を降下させ、基板
の目標温度に合わせた温度制御をすることが必要とな
り、そのために強制冷却を用いなければ逆に時間がかか
ってしまうという問題が生じる。In order to increase the temperature rising characteristics of the substrate, a temperature adjusting means is provided as a heating means so that the heater heating temperature is set to be equal to or higher than the target heating temperature of the substrate so that a large temperature difference is obtained even when the temperature approaches the target temperature. It is conceivable to shorten the heating time by controlling the heater temperature, but also in this case, it is necessary to lower the heater temperature when the substrate approaches the target temperature, and to perform temperature control in accordance with the target temperature of the substrate. Therefore, if forced cooling is not used, there is a problem that it takes a long time.
【００１０】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
もので、基板を処理室内で均一且つ迅速に加熱して、ス
ループットを向上させることができるようにした基板処
理装置及び方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a substrate processing apparatus and method capable of heating a substrate uniformly and quickly in a processing chamber to improve throughput. The purpose is to:
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、処理室内に搬入した基板を基板保持手段で保持し加
熱しつつ処理する基板処理装置において、前記処理室内
の所定位置において基板の加熱及び／または冷却を行な
うための温度調整ガスを処理室内に導入する温度調整ガ
ス導入機構が設けられていることを特徴とする基板処理
装置である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus for processing a substrate carried into a processing chamber while holding the substrate by means of substrate holding means and heating the substrate at a predetermined position in the processing chamber. A substrate processing apparatus is provided with a temperature adjusting gas introduction mechanism for introducing a temperature adjusting gas for performing heating and / or cooling into a processing chamber.
【００１２】ガスは、流れのＯＮ−ＯＦＦ制御が容易で
あり、また、目標温度より高い温度調整ガスを用いて、
基板が目標温度になった時点でガスの流れを止めたり、
目標温度付近に達した時点で目標温度に近いガスを流す
ことにより、基板を目標温度に合致した温度に迅速に加
熱（予熱）及び／または冷却することができる。ガスと
しては、比熱及び熱伝導率が大きなＨ２ガス等を使用す
ることが基板の昇温及び降温時間を短縮する上で望まし
いが、プロセス上問題がある場合は、Ｎ２ガスや不活性
ガス等を使用することもできる。[0012] The gas is easy to ON-OFF control of the flow, and using a temperature adjusting gas higher than the target temperature,
When the substrate reaches the target temperature, stop the gas flow,
By flowing a gas close to the target temperature when the temperature approaches the target temperature, the substrate can be quickly heated (preheated) and / or cooled to a temperature that matches the target temperature. As the gas, it is desirable to use H 2 gas or the like having a large specific heat and thermal conductivity in order to shorten the time for raising and lowering the temperature of the substrate. However, if there is a problem in the process, it is preferable to use N 2 gas or an inert gas. Etc. can also be used.
【００１３】冷却を基板保持台から離れた位置で行なう
ことにより、基板保持台の加熱機構の温度自体は変える
必要がなくなり、結果として冷却の工程が迅速に行わ
れ、基板の処理時間も短くなってスループットが上昇す
る。加熱は基板保持台上に載置して行なうと、基板保持
台からの熱伝導も寄与して効率が良いが、基板へのヒー
トショックを避けるために、加熱の位置は基板保持台の
上部が良い。ここでは、基板保持台からの放射による熱
を併用でき、ハンドリングも容易で特にスペースを必要
としない。具体的には基板保持台に持ち上げピンを設け
るのがよい。この位置で加熱することにより、基板が基
板保持台の温度の影響を受けないので、プロセスによっ
ては、成膜後のアニールを成膜とは別の温度で所定のガ
スを所定の温度で流すことにより行うことが可能とな
る。このような持ち上げピンは、従来から基板の移送に
用いられている突き出しピンを用いることができる。By performing cooling at a position remote from the substrate holder, it is not necessary to change the temperature of the heating mechanism of the substrate holder, and as a result, the cooling step is performed quickly and the processing time of the substrate is shortened. Increase the throughput. If the heating is performed by placing it on the substrate holder, heat conduction from the substrate holder also contributes to the efficiency, but in order to avoid heat shock to the substrate, the heating position is the upper part of the substrate holder. good. Here, heat generated by radiation from the substrate holder can be used together, handling is easy, and no space is required. Specifically, it is preferable to provide a lifting pin on the substrate holder. By heating at this position, the substrate is not affected by the temperature of the substrate holding table. It is possible to do so. As such a lifting pin, a push-out pin conventionally used for transferring a substrate can be used.
【００１４】請求項２に記載の発明は、前記処理室の上
部に成膜用ガスを噴射するガス噴射ヘッドが設けられ、
このガス噴射ヘッドを用いて前記温度調整ガスを基板に
向けて噴射することを特徴とする請求項１に記載の基板
処理装置である。このような薄膜気相成長装置では、反
応ガスやキャリアガス等の成膜用ガスを噴射するための
ガス噴射ヘッドに温度調整ガスを供給すれば良い。ガス
噴射ヘッドから温度調整ガスを流すことにより、基板の
加熱と冷却を基板面全面にわたって均一に行なうことが
できる。According to a second aspect of the present invention, a gas injection head for injecting a film forming gas is provided above the processing chamber,
2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the temperature adjusting gas is jetted toward the substrate using the gas jet head. In such a thin film vapor phase epitaxy apparatus, a temperature adjusting gas may be supplied to a gas injection head for injecting a film forming gas such as a reaction gas or a carrier gas. By flowing the temperature adjusting gas from the gas ejection head, heating and cooling of the substrate can be performed uniformly over the entire surface of the substrate.
【００１５】請求項３に記載の発明は、前記ガス噴射ヘ
ッドは、少なくとも２つのガス通路を備え、この内の１
つのガス通路から前記温度調整ガスを基板に向けて噴射
することを特徴とする請求項２に記載の基板処理装置で
ある。これにより、ガス噴射ヘッド内の温度調整ガスの
ガス通路を、原料ガスが通過する低温のガス通路とは別
にするように選択することができる。成膜用等の処理ガ
ス経路と独立して温度調整ガス経路を持つことにより、
処理ガスとの切換時の処理ガスへの温度の影響をなく
し、また、ガスの混合を防止することができる。According to a third aspect of the present invention, the gas injection head has at least two gas passages, one of which is provided.
3. The substrate processing apparatus according to claim 2, wherein the temperature adjustment gas is jetted from two gas passages toward the substrate. Thereby, the gas passage of the temperature adjusting gas in the gas injection head can be selected to be different from the low-temperature gas passage through which the source gas passes. By having a temperature adjustment gas path independent of the processing gas path for film formation, etc.
The influence of the temperature on the processing gas at the time of switching to the processing gas can be eliminated, and the mixing of the gases can be prevented.
【００１６】処理室の上部空間にガス導入管をリング状
に配置し、このガス導入管に円周方向に沿った所定のピ
ッチで設けたガス噴射口から前記温度調整ガスを基板に
向けて噴射するようにしてもよい。これにより、ガス噴
射ヘッドの構造を採ることが困難な、例えばＥＣＲ等の
処理を施すようにした基板処理装置でもこの方法を採用
することができる。A gas introduction pipe is arranged in a ring shape in the upper space of the processing chamber, and the temperature adjusting gas is injected toward the substrate from a gas injection port provided at a predetermined pitch in a circumferential direction of the gas introduction pipe. You may make it. As a result, this method can be adopted even in a substrate processing apparatus in which it is difficult to adopt the structure of the gas injection head, for example, a substrate processing apparatus that performs processing such as ECR.
【００１７】請求項４に記載の発明は、処理室内に搬入
した基板を基板保持手段で保持し加熱しつつ処理する基
板の処理方法において、前記処理室内の所定位置におい
て基板に温度調整ガスを噴射して該基板の加熱及び／ま
たは冷却を行なうことを特徴とする基板処理方法であ
る。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of processing a substrate in which a substrate carried into a processing chamber is processed while being held and heated by a substrate holding means, wherein a temperature adjusting gas is injected to the substrate at a predetermined position in the processing chamber. And heating and / or cooling the substrate.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。図１乃至図３は、薄膜
気相成長装置に適用した本発明の第１の実施の形態を示
すもので、これは、気密な成膜室（処理室）１０を構成
する容器本体１２と、容器底部１４の中央に開口する筒
状部１６内を昇降可能な基板保持台（サセプタ）１８
と、容器本体１２の頂部に取り付けられたガス噴射ヘッ
ド（シャワーヘッド）２０とを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
An embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention applied to a thin film vapor phase growth apparatus, which comprises a container main body 12 constituting an airtight film forming chamber (processing chamber) 10, Substrate holding table (susceptor) 18 that can move up and down in cylindrical section 16 opening at the center of container bottom section 14
And a gas injection head (shower head) 20 attached to the top of the container body 12.
【００１９】これら容器本体１２、容器底部１４及び筒
状部１６には、オイルのような熱媒体を流通させる熱媒
体流路２２，２４，２６が形成され、これらの流路２
２，２４，２６は、外部配管３０を介して、ポンプ等の
抽送手段３２、及びヒータ等の加熱手段３４からなる主
熱媒体ユニット３６に連絡している。また、必要箇所を
冷却するために冷却水循環ユニットが設けられている
（図示せず）。容器底部１４には、生成ガスを排気する
排気孔３８が開口し、これは図示しない真空ポンプに連
結している。Heat medium passages 22, 24, and 26 through which a heat medium such as oil flows are formed in the container body 12, the container bottom portion 14, and the cylindrical portion 16.
2, 24 and 26 are connected via an external pipe 30 to a main heat medium unit 36 including a drawing means 32 such as a pump and a heating means 34 such as a heater. In addition, a cooling water circulation unit is provided for cooling required parts (not shown). An exhaust hole 38 for exhausting the generated gas is opened in the container bottom 14, and this is connected to a vacuum pump (not shown).
【００２０】基板保持台１８は、支持軸４０を介して成
膜室１０の下方に配置された昇降装置４２に連結され、
これにより筒状部１６の中を昇降する。筒状部１６の所
定高さには、搬送用のロボット４４を有するロボット室
４６に向かう位置に基板搬送口４８が開口しており、こ
れは通路５０を介してロボット室４６のゲート５２に接
続されている。この基板搬送口４８にはパージガス供給
口５４が開口している。基板保持台１８には、基板Ｗを
加熱するためのヒータ５６が設けられ、このヒータ５６
への電力を調整して基板温度を一定に維持するようにし
ている。The substrate holder 18 is connected via a support shaft 40 to an elevating device 42 disposed below the film forming chamber 10.
Thereby, it moves up and down inside the cylindrical portion 16. At a predetermined height of the cylindrical portion 16, a substrate transfer port 48 is opened at a position facing a robot chamber 46 having a transfer robot 44, and is connected to a gate 52 of the robot chamber 46 through a passage 50. Have been. A purge gas supply port 54 is opened at the substrate transfer port 48. The substrate holder 18 is provided with a heater 56 for heating the substrate W.
To maintain the substrate temperature constant.
【００２１】ガス噴射ヘッド２０は、図２に示すよう
に、成膜対象の基板Ｗに対向して配置されるノズル盤６
０を下端に一体に連接して上方に延びる外胴６２と、こ
の外胴６２の内側に所定間隔離間して配置された中間胴
６４とを有し、この外胴６２と中間胴６４との間に第１
ガス通路６６が形成されている。中間胴６４の内側に
は、内胴６８が配置され、この内胴６８の内部に第２ガ
ス通路７０が形成されている。As shown in FIG. 2, the gas injection head 20 is provided with a nozzle plate 6 which is disposed to face a substrate W on which a film is to be formed.
0 has an outer shell 62 integrally connected to a lower end thereof and extending upward, and an intermediate body 64 disposed inside the outer body 62 at a predetermined interval. First in between
A gas passage 66 is formed. An inner body 68 is disposed inside the intermediate body 64, and a second gas passage 70 is formed inside the inner body 68.
【００２２】外胴６２及び中間胴６４の周壁内部には、
第１熱媒体ユニット７２に流通する第１熱媒体流路７４
が形成され、内胴６８の周壁内部には、第２熱媒体ユニ
ット７６に流通する第２熱媒体流路７８が形成されてい
る。更に、中間胴６４と内胴６８との間には、例えば断
熱材からなる断熱層８０が設けられている。これによ
り、第１ガス通路６６と第２ガス通路７０内に個別に導
入されてこの内部を流れるガスは第１熱媒体流路７４内
を流れる加熱媒体によって、第２ガス通路７０内を流れ
るガスは第２熱媒体流路７８内を流れる加熱媒体によっ
て、個別に温度制御されるように構成されている。な
お、断熱層８０は、真空空間によって構成することもで
きる。Inside the outer shell 62 and the intermediate shell 64,
First heat medium passage 74 flowing through first heat medium unit 72
Is formed, and a second heat medium flow path 78 that flows through the second heat medium unit 76 is formed inside the peripheral wall of the inner body 68. Further, a heat insulation layer 80 made of, for example, a heat insulating material is provided between the intermediate body 64 and the inner body 68. As a result, the gas that is separately introduced into the first gas passage 66 and the second gas passage 70 and flows therethrough is heated by the heating medium that flows in the first heat medium passage 74 and flows through the second gas passage 70. Are configured to be individually temperature-controlled by a heating medium flowing in the second heat medium flow path 78. In addition, the heat insulation layer 80 can also be comprised by a vacuum space.
【００２３】ノズル盤６０には所定の間隔をおいて多数
のガス噴射孔（外側ノズル孔）８２が設けられ、また、
各ガス噴射孔８２を取り囲むように第１熱媒体流路７４
が形成されている。中間胴６４及び内胴６８の底部に
は、ノズル盤６０の各ガス噴射孔８２と対向する位置に
それぞれ開口が形成され、これには筒状のノズル部材
（内側ノズル）８４の上端が固着されて、ガス噴射孔８
２とノズル部材８４の外面の間に第１ガス通路６６につ
ながる管状流路８６が形成されている。各ノズル部材８
４は、上部の方が大径に形成され、これによって、この
ノズル部材８４の内部を流れる処理ガスが流速を速めて
第１ガス通路６６内を素早く通過できるように構成され
ている。このノズル部材８４としては、外胴６２及び中
間胴６４による熱の影響を極力防止するため、熱伝導性
の小さい材料で構成することが望ましい。The nozzle board 60 is provided with a large number of gas injection holes (outer nozzle holes) 82 at predetermined intervals.
The first heat medium flow path 74 surrounds each gas injection hole 82.
Are formed. Openings are respectively formed at the bottoms of the intermediate body 64 and the inner body 68 at positions facing the gas injection holes 82 of the nozzle panel 60, and the upper ends of the cylindrical nozzle members (inner nozzles) 84 are fixed thereto. And gas injection holes 8
A tubular flow passage 86 connected to the first gas passage 66 is formed between the outer surface of the nozzle member 84 and the outer surface of the nozzle member 84. Each nozzle member 8
The upper portion 4 is formed to have a larger diameter at the upper portion, so that the processing gas flowing inside the nozzle member 84 can flow quickly through the first gas passage 66 by increasing the flow velocity. The nozzle member 84 is desirably made of a material having low thermal conductivity in order to minimize the influence of heat caused by the outer shell 62 and the intermediate shell 64.
【００２４】前記基板保持台１８には、図３に示すよう
に、複数のピン９０が一体となって昇降するように配置
され、このピン９０が上昇することにより、基板Ｗを基
板保持台１８の上方に持ち上げた状態で保持できるよう
になっている。また、このピン９０の内方に位置して、
基板保持台１８を貫通して延びて基板Ｗの裏面温度を測
定する、例えば輻射型の温度センサ９２が配置されてい
る。As shown in FIG. 3, a plurality of pins 90 are integrally arranged on the substrate holder 18 so as to move up and down. Can be held in a state of being lifted upward. Also, located inside this pin 90,
For example, a radiation-type temperature sensor 92 that extends through the substrate holder 18 and measures the back surface temperature of the substrate W is disposed.
【００２５】このように構成された薄膜成長装置（基板
処理装置）の成膜プロセスについて説明する。基板保持
台１８を予め所定の成膜温度に維持しておき、ピン９０
を上昇位置にしておく。次に、搬送用のロボット４４に
よって成膜前の基板Ｗを成膜室１０内に搬入し、基板保
持台１８の上方に突出したピン９０によって受け取る。
これによって、比較的低温の基板Ｗが基板保持台１８に
直接接触して基板Ｗに熱衝撃が加わることを回避する。
このようにピン９０で基板Ｗを保持した状態で、基板保
持台１８を上昇させ、基板Ｗをガス噴射ヘッド２０に接
近させる。The film forming process of the thin film growth apparatus (substrate processing apparatus) configured as described above will be described. The substrate holder 18 is maintained at a predetermined film forming temperature in advance, and
To the raised position. Next, the substrate W before film formation is carried into the film formation chamber 10 by the transfer robot 44 and received by the pins 90 protruding above the substrate holding table 18.
Thus, it is possible to prevent the relatively low-temperature substrate W from directly contacting the substrate holding table 18 and applying a thermal shock to the substrate W.
With the substrate W held by the pins 90 in this manner, the substrate holding table 18 is raised to bring the substrate W closer to the gas ejection head 20.
【００２６】次に、基板Ｗの加熱目標温度或いはそれよ
り高い温度に加熱した加熱ガスをガス噴射ヘッド２０内
に導き、例えば第１ガス通路６６内を通過させて管状流
路８６から基板Ｗに向けて噴射して、基板Ｗを加熱ガス
で加熱する。この加熱ガスとしては、Ｎ２ガスまたは不
活性ガス等の成膜プロセス上問題のないガスを使用す
る。なお、プロセス上問題のない場合には、比熱及び熱
伝導率等の大きなＨ２ガスを使用して、昇温効果を高め
るようにすることができる。昇温速度の向上は、加熱ガ
スの圧力を高めることによっても可能である。Next, a heating gas heated to a target heating temperature of the substrate W or a temperature higher than the target temperature is introduced into the gas injection head 20 and passed through, for example, the first gas passage 66 from the tubular flow passage 86 to the substrate W. The substrate W is heated by the heating gas. As the heating gas, a gas having no problem in the film forming process, such as an N 2 gas or an inert gas, is used. Incidentally, in the absence of the process issue, using large H 2 gas, such as specific heat and thermal conductivity, it is possible to enhance the heating effect. The rate of temperature rise can also be increased by increasing the pressure of the heating gas.
【００２７】そして、基板Ｗの裏面温度を温度センサ９
２で測定し、目標温度になった時点で加熱ガスの供給を
止める。この時、目標温度よりも高い温度の加熱ガスを
使用した場合は、目標温度付近になった所で目標温度と
同じ温度の加熱ガスに切り換えて流すようにしても良
い。このように、基板Ｗの裏面の温度を測定しながら、
加熱ガスの流量、温度、圧力等を制御することにより、
基板Ｗを所定の時間で所定の温度に加熱することが可能
となる。Then, the back surface temperature of the substrate W is measured by the temperature sensor 9.
The measurement is performed in step 2, and when the temperature reaches the target temperature, the supply of the heating gas is stopped. At this time, if a heating gas having a temperature higher than the target temperature is used, the heating gas may be switched to a heating gas having the same temperature as the target temperature at a point near the target temperature. Thus, while measuring the temperature of the back surface of the substrate W,
By controlling the flow rate, temperature, pressure, etc. of the heating gas,
The substrate W can be heated to a predetermined temperature for a predetermined time.
【００２８】このようにして、基板Ｗが目標温度に達し
た時に、ピン９０を下降させ、基板Ｗを基板保持台１８
上に載置して、基板Ｗの温度をヒータ５６で一定に制御
しつつ、通常の成膜処理を行なう。つまり、例えば酸化
ガス雰囲気でＢＳＴ膜を成長させるのであれば、第１ガ
ス通路６６内を高温の酸化ガスが、第２ガス通路７０内
を、例えば、Ｂａ（ＤＰＭ）２，Ｓｒ（ＤＰＭ）２及び
Ｔｉ（ｉ−ＯＣ３Ｈ７）４等の有機金属化合物を溶剤に
溶解して気化し、Ａｒ等のキャリアガスと混合した原料
ガスがそれぞれ個別に温度制御されて流れるようにし
て、これらのガスを基板Ｗに向けて噴出させ、基板Ｗの
表面に薄膜を成長させる。In this way, when the substrate W reaches the target temperature, the pins 90 are lowered and the substrate W is
The substrate W is mounted thereon, and a normal film forming process is performed while the temperature of the substrate W is controlled to be constant by the heater 56. That is, if the BST film is grown in an oxidizing gas atmosphere, for example, a high-temperature oxidizing gas flows in the first gas passage 66, and Ba (DPM) 2 and Sr (DPM) 2 flow in the second gas passage 70. and Ti (i-OC 3 H 7 ) an organometallic compound, such as 4 vaporized dissolved in a solvent, as a raw material gas mixed with a carrier gas such as Ar flows are individually temperature controlled, these The gas is ejected toward the substrate W to grow a thin film on the surface of the substrate W.
【００２９】一方、還元ガス雰囲気で、例えばＣｕ配線
用のＣｕシード層を成長させるのであれば、図４に示す
ように、先ず、Ｃｕ（hfac（ヘキサフルオルアセチルア
セトン））tmvs（トリメチルビニシラン），tmvs（５
％）及びＨ(hfac)を混合し、容器２００内に貯蔵した液
体原料２０２を、例えばＨｅ等で液面を加圧して液用流
量調整器２０４から気化器２０６に送り、同時にＨｅ，
Ｈ２又はＡｒ等のキャリアガスをガス用流量調整器２０
８から気化器２０６に送り、この気化器２０６で、例え
ば５０〜７０℃に加熱し気化させて原料ガスを生成す
る。On the other hand, if, for example, a Cu seed layer for Cu wiring is grown in a reducing gas atmosphere, first, as shown in FIG. 4, Cu (hfac (hexafluoroacetylacetone)) tmvs (trimethylvinylsilane) , Tmvs (5
%) And H (hfac), and the liquid raw material 202 stored in the container 200 is sent from the liquid flow regulator 204 to the vaporizer 206 by pressurizing the liquid surface with, for example, He, and at the same time, He,
A carrier gas such as H 2 or Ar is supplied to a gas flow controller 20.
8 to a vaporizer 206, where the raw material gas is generated by heating to 50 to 70 ° C. and vaporizing, for example.
【００３０】そして、この原料ガスをガス噴射ヘッド２
０の第１ガス通路６６ｚ（図２参照）内に、Ｈ（hfa
c）、Ｈ２，Ａｒ，Ｎ２，Ｈｅ等の添加ガスを第２ガス
通路７０（図２参照）内にそれぞれ個別に温度制御して
流し、これらのガスを、例えば１４０〜２００℃に加熱
した基板保持台１８上に載置した基板Ｗに向けて噴射す
る。なお、成膜後の排ガス及び原料ガスの一部は、トラ
ップ２１０ａ，２１０ｂにより一部の成分がトラップさ
れ、真空ポンプ２１２を経て除害装置２１４から排気さ
れる。これにより、下記の反応式（１）及び（２）によ
り、基板Ｗの表面に銅が成膜される。 Ｃｕ（hfac）tmvs→Ｃｕ（hfac）＋tmvs （１） ２Ｃｕ(hfac)→Ｃｕ(hfac)２＋Ｃｕ↓ （２）Then, this raw material gas is supplied to the gas injection head 2.
H (hfa) in the first gas passage 66z (see FIG. 2).
c), additional gases such as H 2 , Ar, N 2 , He, etc. are individually flown in the second gas passage 70 (see FIG. 2) at a controlled temperature, and these gases are heated to, for example, 140 to 200 ° C. It is sprayed toward the substrate W placed on the substrate holding table 18 thus set. A part of the exhaust gas and a part of the raw material gas after the film formation are trapped by traps 210a and 210b, and are exhausted from the abatement apparatus 214 via a vacuum pump 212. Thereby, a copper film is formed on the surface of the substrate W by the following reaction formulas (1) and (2). Cu (hfac) tmvs → Cu (hfac) + tmvs (1) 2Cu (hfac) → Cu (hfac) 2 + Cu ↓ (2)
【００３１】そして、成膜処理が終了した後、ピン９０
を上昇させ該ピン９０で処理後の基板Ｗを基板保持台１
８の上方に持ち上げた状態で保持する。この状態で、今
度は、目標温度或いはそれより低い温度に冷却した冷却
ガスをガス噴射ヘッド２０内に導き、例えば第１ガス通
路６６内を通過させ管状流路８６から基板Ｗに向けて噴
射して、基板Ｗを冷却ガスで冷却する。この冷却ガスと
しては、前記加熱ガスと同様にＮ２ガスや不活性ガス等
を使用する。プロセス上問題がない場合には、Ｈ２ガス
を使用して、降温効果を高めるようにすることができ
る。After the film forming process is completed, the pins 90
And the substrate W processed by the pins 90 is placed on the substrate holding table 1.
8 and hold it. In this state, the cooling gas cooled to the target temperature or a lower temperature is guided into the gas injection head 20 and then, for example, passes through the first gas passage 66 and is injected from the tubular flow passage 86 toward the substrate W. Then, the substrate W is cooled by the cooling gas. As the cooling gas, an N 2 gas, an inert gas, or the like is used as in the case of the heating gas. If there is no problem in the process, H 2 gas can be used to enhance the temperature lowering effect.
【００３２】なお、この時、基板Ｗは基板保持台１８の
温度の影響を受けないので、成膜の次のプロセスである
アニールを行っても良い。すなわち、例えば、Ｎ２ガス
で基板Ｗを所定温度まで加熱し、ガスをアニールガスに
切り換えて流すことでこれに対応できる。At this time, since the substrate W is not affected by the temperature of the substrate holder 18, annealing which is the next process of the film formation may be performed. That is, for example, the substrate W is heated to a predetermined temperature with the N 2 gas, and the gas is switched to the annealing gas to be flown.
【００３３】そして、基板Ｗの裏面温度を温度センサ９
２で測定し、目標温度まで低下した時に、基板保持台１
８を下降させ、基板Ｗを搬送用のロボット４４に引き渡
す。これにより、基板Ｗを急速に冷却して、搬送用のロ
ボット４４のハンドと基板Ｗとの間での温度差による熱
衝撃を回避することができる。成膜室１０から取り出し
た基板Ｗは、さらに冷却室を介して、あるいは直接に、
例えばロード・ロック室内の樹脂製のカセットに直接戻
すことができる。冷却室を別に設けることにより、スル
ープットを向上させることができるが、その場合でも、
上記の方法を用いて一次冷却することにより、ロボット
ハンド等に与える熱影響を低下させてその寿命を延長さ
せることができる。Then, the back surface temperature of the substrate W is
2 and when the temperature drops to the target temperature, the substrate holder 1
8, the substrate W is transferred to the transfer robot 44. Thus, the substrate W can be cooled quickly, and thermal shock due to a temperature difference between the hand of the transfer robot 44 and the substrate W can be avoided. The substrate W taken out from the film forming chamber 10 is further passed through a cooling chamber or directly.
For example, it can be returned directly to the resin cassette in the load lock chamber. By providing a separate cooling chamber, the throughput can be improved, but even in that case,
By performing primary cooling using the above method, the thermal effect on the robot hand or the like can be reduced and the life thereof can be extended.
【００３４】なお、この実施の形態では、原料成分を含
まない酸化ガスのガス通路である第１ガス通路６６を加
熱ガス及び冷却ガスのガス通路として共用した例を示し
ているが、加熱ガス及び冷却ガス専用の第３のガス通路
を別途設けるようにしても良い。また、この実施の形態
では、基板をピン９０によって保持した状態で加熱を行
ったが、導入される基板Ｗの温度がある程度以上であっ
てヒートショックを起こす心配が無い場合は、基板保持
台１８上に直接載置して加熱してもよい。In this embodiment, an example is shown in which the first gas passage 66, which is a gas passage for an oxidizing gas containing no raw material components, is commonly used as a gas passage for a heating gas and a cooling gas. A third gas passage dedicated to the cooling gas may be separately provided. In this embodiment, the heating is performed with the substrate held by the pins 90. However, when the temperature of the introduced substrate W is not less than a certain level and there is no fear of causing a heat shock, the substrate holding table 18 may be used. It may be placed directly on top and heated.
【００３５】図５は、この発明の第２の実施の形態の基
板処理装置を示すもので、これは、処理室１００の上部
に、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入するマイ
クロ波導入装置１０２を設置し、周囲に、例えば８７５
Ｇのマグネットコイル１０４を巻回して、基板保持台１
０６上に載置した基板Ｗにプラズマ処理を施すようにし
たものである。そして、処理室１０の上部空間に長さ方
向に沿ってガス導入管１０８をリング状に配置し、この
ガス導入管１０８に円周方向に沿った所定のピッチで設
けたガス噴射口１１０から温度調整ガスを基板保持台１
０６に保持された基板Ｗに向けて斜め下方に噴射するよ
うにしたものである。FIG. 5 shows a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. The substrate processing apparatus comprises a microwave introducing apparatus 102 for introducing a microwave of, for example, 2.45 GHz into an upper part of a processing chamber 100. Is installed, and for example, around 875
The substrate holding table 1 is wound by winding the G magnet coil 104.
The plasma processing is performed on the substrate W placed on the substrate 06. Then, a gas introduction pipe 108 is arranged in a ring shape along the length direction in the upper space of the processing chamber 10, and a temperature from a gas injection port 110 provided in the gas introduction pipe 108 at a predetermined pitch along the circumferential direction. Adjusting gas to substrate holder 1
The nozzle is jetted obliquely downward toward the substrate W held at 06.
【００３６】この実施の形態によれば、構造上の制約で
ガス噴射ヘッドの構造が採れない基板処理装置でも、処
理室の上部空間内にリング状に配置したガス導入管に設
けたガス噴射口から温度調整ガスを処理室の内部に均一
に導入することができる。According to this embodiment, even in a substrate processing apparatus in which the structure of the gas injection head cannot be adopted due to structural restrictions, the gas injection port provided in the gas introduction pipe arranged in a ring shape in the upper space of the processing chamber. Thus, the temperature control gas can be uniformly introduced into the processing chamber.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板を目標温度に合致した温度に均一且つ迅速に加
熱（予熱）及び／または冷却することができ、これによ
って、スループットを向上させることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to uniformly and quickly heat (preheat) and / or cool a substrate to a temperature that matches a target temperature, thereby improving throughput. be able to.
【図１】本発明の第１の実施の形態の基板処理装置（気
相成長装置）の概略を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a substrate processing apparatus (vapor phase growth apparatus) according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１のガス噴射ヘッドの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the gas ejection head of FIG.
【図３】図１の基板保持台の一部切断の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the substrate holding table of FIG.
【図４】Ｃｕ配線用のＣｕシード層を形成する成膜プロ
セスの説明に付する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a film forming process for forming a Cu seed layer for Cu wiring.
【図５】本発明の第２の実施の形態の基板処理装置の概
略を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view schematically showing a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
１０ 成膜室（処理室） １６ 筒状部 １８ 基板保持台 ２０ ガス噴射ヘッド ６０ ノズル盤 ６６，７０ ガス通路 ７４，７８ 熱媒体流路 ８０ 断熱層 ８２ ガス噴射孔 ８４ ノズル部材 ９０ ピン ９２ 温度センサ １００ 処理室 １０２ マイクロ波導入装置 １０４ マグネットコイル １０６ 基板保持台 １０８ ガス導入管 １１０ ガス噴射口 Ｗ 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Film-forming chamber (processing chamber) 16 Cylindrical part 18 Substrate holding table 20 Gas injection head 60 Nozzle board 66, 70 Gas passage 74, 78 Heat medium flow path 80 Heat insulation layer 82 Gas injection hole 84 Nozzle member 90 Pin 92 Temperature sensor REFERENCE SIGNS LIST 100 Processing chamber 102 Microwave introduction device 104 Magnet coil 106 Substrate holder 108 Gas introduction tube 110 Gas injection port W Substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA14 AA16 AA17 AA18 BA01 BA42 EA01 EA05 EA06 FA10 KA23 KA26 LA15 4M104 BB04 DD44 DD45 5F033 HH11 PP06 XX34 5F045 AB40 BB08 EE01 EE14 EF05 EJ02 EJ10 EK27 EM10 GB05 5F058 BA11 BC03 BF06 BF27 BG02 BG03 BG10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 4K030 AA11 AA14 AA16 AA17 AA18 BA01 BA42 EA01 EA05 EA06 FA10 KA23 KA26 LA15 4M104 BB04 DD44 DD45 5F033 HH11 PP06 XX34 5F045 AB40 BB08 EE01 EE10 EB10 EB05 EB05 EB05 BF27 BG02 BG03 BG10
Claims (4)
で保持し加熱しつつ処理する基板処理装置において、 前記処理室内の所定位置において基板の加熱及び／また
は冷却を行なうための温度調整ガスを処理室内に導入す
る温度調整ガス導入機構が設けられていることを特徴と
する基板処理装置。1. A substrate processing apparatus for processing a substrate carried into a processing chamber while holding and heating the substrate by a substrate holding means, wherein a temperature adjusting gas for heating and / or cooling the substrate at a predetermined position in the processing chamber is supplied. A substrate processing apparatus provided with a temperature adjusting gas introduction mechanism for introducing a gas into a processing chamber.
るガス噴射ヘッドが設けられ、このガス噴射ヘッドを用
いて前記温度調整ガスを基板に向けて噴射することを特
徴とする請求項１に記載の基板処理装置。2. A gas injection head for injecting a film forming gas is provided at an upper portion of the processing chamber, and the temperature adjusting gas is injected toward a substrate using the gas injection head. 2. The substrate processing apparatus according to 1.
のガス通路を備え、この内の１つのガス通路から前記温
度調整ガスを基板に向けて噴射することを特徴とする請
求項２に記載の基板処理装置。3. The substrate according to claim 2, wherein the gas ejection head includes at least two gas passages, and the temperature adjustment gas is ejected from one of the gas passages toward the substrate. Processing equipment.
で保持し加熱しつつ処理する基板の処理方法において、
前記処理室内の所定位置において基板に温度調整ガスを
噴射して該基板の加熱及び／または冷却を行なうことを
特徴とする基板処理方法。4. A substrate processing method in which a substrate carried into a processing chamber is processed while being held by substrate holding means and heated.
A substrate processing method, wherein a temperature adjusting gas is injected to a substrate at a predetermined position in the processing chamber to heat and / or cool the substrate.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000057728A JP2001040480A (en) | 1999-05-21 | 2000-03-02 | Equipment and method for wafer treatment |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP11-141743 | 1999-05-21 | ||
| JP14174399 | 1999-05-21 | ||
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| JP (1) | JP2001040480A (en) |
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