JP2000192241A - Thin film deposition device, and its operating method - Google Patents

Thin film deposition device, and its operating method

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JP2000192241A
JP2000192241A JP10366468A JP36646898A JP2000192241A JP 2000192241 A JP2000192241 A JP 2000192241A JP 10366468 A JP10366468 A JP 10366468A JP 36646898 A JP36646898 A JP 36646898A JP 2000192241 A JP2000192241 A JP 2000192241A
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JP
Japan
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substrate
reaction chamber
shower head
susceptor
transfer
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Pending
Application number
JP10366468A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimito Nishikawa
公人 西川
Toru Amamiya
亨 雨宮
Toru Matsunami
徹 松浪
Tsukasa Hayashi
司 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film deposition device high in throughput since the annealing is indispensable in a high permittivity thin film forming device using a solution vaporizing method, but the film forming and the annealing are achieved in different chambers, the thin film must be carried after it is cooled, it takes time in the carriage, the installation area of the device must be large, and there is a possibility of an accident during the carriage. SOLUTION: In a CVD device having a shower head 22 using a solution vaporizing method, a carrying position C, a heating position B and a film forming position A are longitudinally provided in a reaction chamber 20, a wafer is moved to achieve various treatments by elevating/lowering a susceptor 26 to each position, and a cooling stage 38 for cooling the wafer is provided in other chamber than the reaction chamber. The operation is achieved in the order of reception of the water (at the carrying position), preliminary heating (at the heating position), film forming (at the film forming position), annealing (at the heating position), delivery of the wafer (at the carrying position), and cooling of the wafer (at the cooling stage). The shower head is cleaned except when the film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a CVD apparatus using a solution vaporization method and an operation method. The CVD method is a method in which a gaseous raw material is sprayed on a heated substrate to cause a chemical reaction to deposit a reaction product on the substrate. This is a method for producing a polycrystalline thin film and a single crystal thin film. The substrate is heated because it involves a chemical reaction. The gas source may be one type or two types. It depends on the thin film to be produced.

【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。
When a Si thin film is formed on a Si wafer, a hydride of Si such as silane is used as a raw material. It is in a gaseous state and thermally decomposed into a Si thin film. GaAs
When attaching a GaAs thin film to the s substrate, trimethyl Ga
And bubbling an organic metal such as
A gas such as AsH 3 is used as a raw material. When there is no source gas like Ga, the organic metal liquid is forcibly gasified and used. Since trimethyl Ga and trimethyl In become liquid at room temperature, they can be changed to gas by bubbling with an inert gas. In the CVD method, the raw material must be gas.

【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、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。
[0003] The degree of integration of DRAMs is increasing. DRAMs of 16 megabits and 64 megabits are manufactured and sold. The degree of integration is increasing at a rapid tempo, such as quadrupling in about three years. Since it is a memory, one unit is composed of a transistor, a capacitor, and a wiring. The capacitor (C) holds information by the presence or absence of electric charge. At present, dielectric films such as SiO 2 and SiN are used for capacitors. To advance the integration, it is necessary to reduce the area while maintaining the capacity of each capacitor (capacitor). The capacitance of a capacitor is proportional to the area and dielectric constant and inversely proportional to the film thickness. In order to reduce the area without reducing the capacitance of the capacitor, it is necessary to reduce the film thickness or increase the dielectric constant. Since the film thickness is extremely thin, there is no room for further thinning. New high-k materials are needed.

【0004】高誘電率物質としたタンタル酸化物(Ta
)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。
[0004] Tantalum oxide (Ta) used as a high dielectric constant material
2 O 5 ) is noted. As a tantalum capacitor, a single capacitor has been used for a long time. This is DRA
It is intended to be used as an M capacitor. A tantalum oxide DRAM has been studied. Although not yet realized, it will soon be possible to produce a tantalum dielectric capacitor production device. However, the dielectric constant is still insufficient. Only one generation of one gigabit is useful.

【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}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。
In the next generation of 4 gigabits and 16 gigabits, even tantalum has insufficient dielectric constant. Therefore, aiming at the next next generation, barium (Ba) and strontium (S
r), titanium (Ti) oxide thin film BST {(Ba, S
r) capacitors using TiO 3} has been attempted. This material has a dielectric constant of several hundreds to several thousands, which is several tens times that of the current oxides and nitrides of Si. It should be possible to make capacitors with high capacitance in a small area. However, it is difficult to form a thin film with these high dielectric constant materials.

【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。
Conventionally, a vacuum deposition method or a sputtering method has been considered as a film forming means of BST. However, even if vacuum deposition or sputtering is performed using BST as an evaporation material or a target material, the composition changes and only a film having inferior properties can be formed. A dielectric film having desired properties cannot be formed by a vacuum deposition method or a sputtering method. Then the CVD method is attempted. However, since the raw material β-diketone complex is a solid raw material, it cannot be used as a raw material for the CVD method as it is.

【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。
Therefore, a method called a solution vaporization method using this solid raw material has been used in recent years. Β used in this method
A solvent for dissolving the diketone complex solid raw material is present; T
HF (tetrahydrofuran) and the like. When the solid raw material is dissolved in a solvent, a solution is obtained. Since it is a solution, it can be transported under pressure by a piping system. In the solution vaporization method, a saturated solution is transported to a position immediately before a reaction chamber using a piping system, vaporized by a vaporizer, and supplied as a gas to the reaction chamber. A vaporizer is a device for rapidly heating and vaporizing a solution. The key to the solution vaporization method is the vaporizer. Extremely sophisticated vaporizers have been devised.

【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もの高圧を掛けてディスク間の隙間に送り込
む。
For example, the vaporizer proposed by US Pat. No. 5,361,800 can be used. 99 very thin Inconel disks with through holes in the center are stacked to a thickness of 1.2 mm. A narrow gap (several μm) is formed between the 99 disks. This disc is heated. The temperature can be set with an accuracy of ± 1 ° C. from room temperature to 250 ° C. 17kg of liquid material in the center through hole
/ Cm 2 and applied to the gap between the disks.

【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。
Due to the strong pressure, the liquid passes radially through the narrow gap between the disks. Since high-viscosity liquid material is passed through a narrow flow path at high speed, it is necessary to apply such a high pressure. Since there are 99 disks, the surface area of the channel is large.
The disks and the liquid come into contact with each other and can exchange heat instantaneously. When the disk reaches the outer periphery, it is vaporized by heat. The vaporized material contains a solvent and a solute, but does not separate into two phases because it vaporizes instantaneously. Since the vaporization time is short, the solution can be vaporized without phase separation.

【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。
In other words, the center of the disk group having a thickness of 1.2 mm is liquid and the outer shell is gas. In addition, the center of the disk is in a high-pressure liquid state, and the outer periphery is in a vacuum.
A liquid-to-gas state transition between disks and a pressure reduction from high pressure to vacuum are realized. It is a very clever vaporizer. The raw material vaporized by the vaporizer is supplied to the CVD reaction chamber. Another problem when producing a high dielectric constant thin film by the solution vaporization method + CVD method is that the thin film must be annealed. The present invention addresses annealing, not vaporizer. The problem of annealing will now be described.

【0011】[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。
2. Description of the Related Art Since a solution vaporization method is a future technology that allows for a degree of integration of 1 gigabit or more, there is no conventional technology widely applied to production technology. FIG. 1 shows an apparatus for forming a thin film by a solution vaporization method which was previously manufactured by the present applicant. In this, a film forming chamber 1, a transfer chamber 2, and an annealing furnace 3 are arranged side by side. The transfer chamber 2 has a carry-in room and a carry-out room in a direction orthogonal to the flow. Here, illustration is omitted.

【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。
A thin film is formed on a substrate heated in the film forming chamber 1. The film forming chamber 1 has a lower susceptor 4 on which a substrate 5 is placed. The susceptor 4 has a heater 6 for internal heating. A shower head 7 is provided above the film forming chamber 1. This is a disk-shaped space with many holes. The shower head 7 is connected to the gas pipe 8,
The vaporizer is located upstream of the pipe 8. The raw material gas vaporized by the vaporizer passes through the inside of the gas pipe 8 and is injected downward from the fine holes of the shower head 7. This produces a thin film on the heated substrate 5. Deposition chamber 1 and transfer chamber 2
Are connected by a transport path 9. A gate valve 10 is provided in the middle of the transport path 9. The transfer chamber 2 is provided with a transfer mechanism 11 having a fork. The transfer path 2 is also connected between the transfer chamber 2 and the annealing furnace 3. A gate valve 13 is provided in the middle of the transport path 12. The annealing furnace 3 is provided with an infrared lamp 14 for lamp heating.

【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。
A wafer is inserted from a loading chamber (not shown) and is loaded on the transport mechanism 11. Transfer room 2 and film formation room 1
The gate valve 10 is opened by adjusting the degree of vacuum or the concentration of the inert gas, and the wafer is placed on the susceptor 6 in the film forming chamber 1. The substrate is heated by the heater 6 to a temperature suitable for film formation. For example, it is 500 ° C to 600 ° C. In this state, the raw material gas is sprayed from the shower head 7 and the substrate is blown with BST.
Deposit a thin film of Cooling the transport mechanism will damage the transport mechanism. After cooling, the gate valve 10 is opened, the arm of the transfer mechanism 11 is extended, and the processed wafer on the susceptor 4 is taken out. The gate valve 10 is closed.

【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。
After adjusting the degree of vacuum and the gas pressure of the annealing furnace 3 and the transfer chamber 2, the gate valve 13 is opened. Transport mechanism 1
The arm 1 is extended to the opposite side and placed on some support mechanism (not shown) in the annealing furnace 3. The transport mechanism 11 is retracted, and the gate valve 13 is closed. The wafer is heated by the infrared lamp 14 to anneal the thin film. The annealing temperature is between 700C and 900C. High dielectric constant thin films such as BST are formed by CVD (500 ° C.
(600 ° C) and then annealing at a higher temperature (700 ° C
900900 ° C.). This is Si, Ga
This is different from the CVD method such as As and AlN. The need for annealing complicates the device structure.

【0015】[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。
Since the entire device is spread horizontally, the installation area of the device is increased. The installation area is called the footprint. This is a disadvantage of the device. These devices need to be installed in a clean room. Clean rooms require high equipment construction costs and high operating costs to constantly circulate clean air. An apparatus that occupies a large area of the clean room is not preferable. That is, a device having a smaller footprint is desired.

【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。
Next, since there are a number of rooms in the horizontal direction, the transfer frequency is high, and a transfer trouble may occur.
After the film is formed in the film forming chamber, it must be transported to an annealing furnace in another place. In practice, there are a carry-in room and a carry-out room before and after the transfer chamber 2, so that the transfer mechanism carries out the following busy substrate transfer. The operation is as follows: carry-in room-transfer room-film formation room-transfer room-anneal furnace-transfer room-unload room.

【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。
Another problem is that the processing time is long. The wafer is reciprocated between the film forming chamber 1, the transfer chamber 2, and the annealing furnace 3, but cannot be transferred at the same temperature. Each room must be cooled and heated. It takes time. Due to low throughput.

【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
The temperature change will be described as follows. (1) In the film forming chamber: receiving the wafer-raising the temperature-forming the film-cooling-removing the wafer from the film forming chamber (2) In the annealing furnace-receiving the wafer-increasing the temperature-annealing-cooling-removing the wafer from the annealing furnace

【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。
Although not shown, a carry-in room and a carry-out room are provided beside the transfer room. In some cases, the loading / unloading chamber has a structure that also serves as a loading / unloading chamber. A wafer is introduced from the loading chamber. The transport mechanism transports the wafer to the film forming chamber 1, where the wafer is placed on the susceptor 4. The resistance heating (heating) is performed by the heater 6. Substrate temperature 500 ℃
When the temperature reaches about 600 ° C., the raw material from the vaporizer is sprayed on the substrate to cause a CVD reaction to form a thin film on the substrate. If the temperature is high as it is, it damages the transport mechanism and is not good for the wafer, so it is cooled. This takes time. Depending on the size of the wafer and the initial temperature,
It takes about 2 to 2 hours to cool.

【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。
After cooling, the gate valve 10 is opened, and the wafer (substrate) 5 is carried out by the transfer mechanism and put into the annealing furnace 3. In an annealing furnace, the temperature must be raised from a low temperature. This also takes 30 minutes to 1 hour. This is because the annealing temperature needs to be 700 ° C. to 900 ° C. It is not possible to take it out immediately after annealing.
After being cooled to a temperature that does not impose a load on the transfer mechanism, it is taken out of the annealing furnace. The cooling takes time.

【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。
The last point to be pointed out is the frequency of cleaning the shower head. In the apparatus shown in FIG. 1, the cleaning of the shower head is performed at any time or periodically in accordance with the state of generation of particles and adhesion of deposits. Open the film forming chamber, and wipe the lower surface of the shower head with gauze or the like with acetone or the like to remove dirt. It is troublesome because it must be performed manually. In addition, there is a problem in hygiene because it contains harmful substances. It takes a long time to start up the equipment until it resumes operation after exposing the equipment to the atmosphere. I want to be able to clean the shower head more easily and more frequently.

【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。
In summary, the drawbacks of the conventional example are as follows. There are a film forming chamber and an annealing furnace on both sides of the transfer mechanism, and the apparatus becomes large. That is, the footprint is wide. Frequent transfer and high possibility of transfer trouble. This is because the substrate reciprocates between the annealing chamber and the film forming chamber. A long time is required for a temperature raising process and a cooling process before and after film formation and annealing, and throughput cannot be achieved. Cleaning the shower head is troublesome.

【0023】[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。
According to the present invention, there is provided a thin film deposition apparatus comprising: a vertically elongated reaction chamber provided with a vacuum exhaust device;
Set the annealing position and transfer position in three stages from top to bottom,
A shower head that blows out the source gas is provided at an upper position, an annealing device is provided at a middle position so as to be able to move forward and backward in a horizontal direction, and a susceptor is provided so as to be able to move up and down these three-stage positions. Like that. Since only the substrate is moved up and down in the same device, a transfer device having an arm is not used. The susceptor is moved up and down by a vertical shaft. An advantage is that the movement of the wafer changes from a long horizontal distance to a short vertical distance.

【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。
The film formation, annealing and transport are performed in the following procedure. The substrate is transported from the transport chamber to the susceptor at the lowermost position of the reaction chamber by the transport mechanism. The susceptor is lifted to raise the substrate to the uppermost film forming position. The substrate is heated to an appropriate temperature by the resistance heater of the susceptor. A raw material gas (solution vaporized by a vaporizer) is sprayed onto the substrate from a shower head. Thereby, a thin film having a high dielectric constant is generated. The susceptor is lowered to the middle stage and the annealing device is extruded from the lateral direction. There is no need for cooling from the film forming process to the annealing process. This is because transfer by the transfer mechanism is unnecessary. So cooling and reheating can be omitted. This can significantly reduce the processing time. It is also advantageous in terms of power costs. The substrate is surrounded by an annealing device, and the substrate is further heated and annealed.

【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。
After the annealing, the susceptor is lowered to the lowermost position and cooled. After cooling to an appropriate temperature, the gate valve is opened, the arm of the transfer mechanism is extended, and the substrate is carried away. The substrate is placed on a stage or a cooling cassette of a transfer chamber or another dedicated cooling chamber, and cooled. While the first substrate is being cooled, the next substrate can be transported to the reaction chamber by the transport mechanism and formed and annealed.

【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。
At times other than the time of film formation, the electrodes are drawn out below the shower head, and plasma is generated to clean the shower head. This eliminates clogging and the like. Since the shower head is cleaned every time, there is no need to open the film forming chamber and open the atmosphere to perform cleaning.

【0027】[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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The construction and operation of an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A vertically long reaction chamber 20 is provided as a common space for film formation and annealing. Reaction chamber 20
Is provided outside the transfer chamber. The reaction chamber 20 is divided into three stages from the top to the bottom. The uppermost stage is a film forming position A. The middle stage is the annealing position B. The lowest position is the transfer position C. A transfer chamber 21 is provided outside the reaction chamber 20. Although FIG. 1 has three spaces, in the present invention, only two spaces are required since the annealing furnace is integrated with the film forming chamber.

【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。
The shower head 2 is located above the inside of the reaction chamber 20.
2 are provided. An external vaporizer and the shower head 22 are connected by a pipe 23. The shower head 22 is a wide disk-shaped hollow container. It has a dish-shaped cross section and has a cylindrical body 24 around it to prevent gas from scattering. Shower head 22
A pore is formed in the lower surface of the hollow container. The vaporized raw material is ejected downward through pores on the lower surface. The pores are distributed evenly on the lower surface of the head so that the source gas is sprayed uniformly on a wide substrate. The shower head 22 is located at the top of the reaction chamber 20 and is fixed.
The substrate can move up and down. What moves the substrate is an elevating shaft 25.

【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。
An elevating shaft 25 that can move up and down three positions A, B, and C is provided at the center of the reaction chamber 20.
The elevating shaft 25 can move up and down in the shaft hole 44. The elevating shaft 25 may be a shaft that can only ascend and descend. Further, a shaft that rotates in addition to ascending and descending may be used.
When the shaft 25 rotates, the film quality in the angular direction of the substrate becomes uniform. A susceptor 26 is attached to the top of the elevating shaft 25. The susceptor 26 is made of carbon (C), molybdenum (M
o) It is made of heat-resistant material. A resistance heater 27 is provided inside the susceptor 26. This is for heating the substrate 43 placed on the susceptor.

【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。
When the elevating shaft 25 is at the uppermost position, the substrate 43 undergoes a film forming process (400 ° C. to 600 ° C.). When the elevating shaft 25 is at the intermediate position, the substrate undergoes a heat treatment (annealing; 700 ° C. to 900 ° C.). When the elevating shaft is at the lowermost position, the substrate is in a transportable state.

【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。
The elevating shaft 25 has an elevating shaft flange plate 50 above, on which the susceptor 26 is fixed. In addition to the function of gripping the susceptor, the flange plate 50 also has the function of maintaining airtightness.

【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。
An intermediate position B is a heating position. At this height, the heating mechanism 28 is provided so as to be able to advance and retreat horizontally. The heating mechanism 28 has a temperature of 700 ° C.
Heating to 900 ° C. Here, a lamp heating mechanism is shown, but another heating mechanism may be used. The heating mechanism 28 is covered by a heating mechanism cover 30 and further supported by an outer wall 29. The heating mechanism 28 is a reaction chamber 2
Although it can advance on the axis of 0, usually the side evacuation room 3
3 has been evacuated. There is a heating mechanism moving device 46 for horizontally moving the heating mechanism 28 between the center (position B) of the reaction chamber 20 and the evacuation chamber 33, but details thereof are omitted. Above the outer wall 29 of the heating mechanism, there is a plasma electrode 32. This is to apply a voltage to the shower head 22 to generate plasma.

【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。
The heating mechanism 28 at the retracted position and the film forming chamber 2
A partition plate 31 is provided to isolate the inside of the partition.
If the partition plate 31 is closed, particles generated in the film forming process will not contaminate the heating mechanism. Conversely, the heating mechanism 28
Contaminants do not enter the reaction chamber.

【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。
The lowermost position C that the elevating shaft 25 can take is the transport position. On its side, there is a connecting pipe 34 which is connected to the transfer chamber 21. A gate valve 35 is provided in the communication pipe 34. A transfer mechanism 36 is provided in the transfer chamber 21.
Is provided. The transport mechanism 36 has an arm 37, on which the substrate 43 is carried. On both sides of the transfer chamber 21, there are a carry-in room and a carry-out room (not shown). The arm 37 of the transfer mechanism 36 can be extended to any of the loading chamber, the unloading chamber, and the reaction chamber to transport the substrate.

【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。
A cooling stage 38 is provided at one corner of the transfer chamber 21. This can accommodate a cassette. This is a space for cooling the substrate after film formation and annealing. The substrate is cooled not at the susceptor but at one corner of the transfer chamber 21. Therefore, the utilization efficiency of the entire apparatus is increased, and the throughput is further improved. However, the present invention is not limited to this, and another cooling chamber other than the transfer chamber may be provided and cooled there.

【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。
A gas outlet 49 is provided below the reaction chamber 20 and is evacuated. The inside of the elevating shaft 25 is also connected to the pump 40 and exhausted. In this example, the shaft hole 44 of the elevating shaft 25 ascending and descending serves as the gas discharge port 49, but is not limited thereto. A gas outlet may be separately provided on the side.

【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。
The operation of the above configuration will be described.
The reaction chamber 20 is assigned to a transfer area (transfer position) C, a heating area (annealing position) B, and a film forming area (film forming position) A from below. The substrate 43 is a Si wafer or the like.
A 6 inch to 8 inch diameter Si wafer can be used as the substrate. The substrate 43 is introduced from a loading chamber (not shown, but in contact with the transfer chamber 21). It is transferred to the transfer chamber 21 by the arm 37 of the transfer mechanism 36. In the reaction chamber 20, the elevating shaft 25 is lowered. After the transfer chamber chamber 21 is set to the same pressure as the reaction chamber 20, the gate valve 35 is opened, and the transfer mechanism 36 places the substrate 43 on the susceptor 26 at the transfer position C.

【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。
FIG. 2 shows this state. Susceptor 2
The substrate 43 is heated by energizing the resistance heater 27 in 6. Since the temperature at the time of film formation is 400 ° C. to 600 ° C., the film is heated to that temperature. The heating mechanism 28 is at the retracted position.
Since this does not get in the way, the susceptor 26 and the elevating shaft 2
5. The substrate 43 can be raised.

【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。
At this time, there are two options. There are a case where the heating mechanism 28 is not used for preheating and a case where it is used for preheating. In the case of preheating, the heating mechanism 28 protrudes laterally as shown in FIG. 3 to stand by, and the elevating shaft 25 is raised. Preheating is performed to an appropriate temperature by a heating mechanism.
Thereafter, the elevating shaft 25 and the susceptor 26 are lifted to the uppermost position A. This is the height of the substrate during film formation. If the preheating is not performed, the heating mechanism 28 is retracted to the side,
Raise the elevating shaft to the A position at a stretch.

【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。
A raw material gas is supplied to the substrate at the film forming position from the shower head 22 in the form of a spray for film formation.
The source gas is obtained by atomizing the solution with a vaporizer. The raw materials in the solution undergo a chemical reaction, and the products are deposited on the heated substrate 43. For example, a thin film of SrTiO 3 is used. This is the film forming process shown in FIG. High dielectric constant thin film (BST, PZT, SBT, etc.) depending on the film formation process
Is formed. The substrate temperature is 400 ° C. to 60 ° C. as described above.
On the order of 0 ° C. The time for film formation varies depending on the film thickness, but is generally about 10 to 20 minutes. This completes the film forming process.

【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。
Then, the susceptor 2 was cooled without cooling the substrate.
6 is lowered and moved slightly below the annealing position B. The heating mechanism 28 comes out from the side. When the heating mechanism 28 stops at a proper horizontal position, the elevating shaft 25 is raised, and the elevating shaft flange plate 50 is pressed against the bottom surface of the outer wall 29 of the heating mechanism. Since there is a seal ring 48 therebetween, the inside of the heating mechanism 28 is shut off. Since the lamp is heated, the lamp is energized, and the substrate is heated to a desired temperature (700 ° C. to 900 ° C.) and held. This annealing step is an indispensable step in the case of a thin film having a high dielectric constant such as BST, SBT, PZT or the like. The annealing time is about 5 to 10 minutes. In the case of preheating, the heating mechanism is used twice. If preheating is not performed, the heating mechanism is used once for annealing after film formation.

【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。
When the annealing is completed, the elevating shaft 25 is lowered.
When lowered to the transfer position C in FIG. 2, the elevating shaft flange plate 50 and the reaction chamber bottom plate 51 come into contact via the seal ring 39. The gate valve 35 of the connecting pipe 34 opens. The arm 37 of the transfer mechanism 36 of the transfer chamber 21 extends to grip the substrate 43 on the susceptor 26. In practice, the substrate is often placed on some sort of tray, so that the tip of the arm grips the tray. The arm 37 of the transport mechanism 36 is
To the cooling stage 38 of the transfer chamber 21.
The substrate 43 is placed on the shelf. The substrate 43 is cooled here. For example, an aluminum cassette can be used as the cooling stage.

【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。
The transport mechanism takes in the next substrate from the loading chamber and places it on the susceptor 26 at the transport position C. From now on, the same process is repeated for a new substrate.

【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。
One of the problems of the solution vaporization method is clogging of a shower head. The raw material is originally a solid, which is forcibly dissolved by a solution and further gasified by a vaporizer. Therefore, it may be clogged in the pores of the shower head. To prevent this, the following remedial measures can be adopted. At the time other than the time of film formation, only the solution containing no raw material is supplied to the shower head. The pores are washed by passing the solution through the pores. Since the solution does not contain the raw material, the raw solid deposited on the pores can be dissolved and removed. Plasma is also generated by the solution, which also prevents clogging.

【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。
For this purpose, the plasma electrode 32 is provided at the position of the heating mechanism 28 so as to be able to advance and retreat. When the plasma electrode is located immediately below the shower head 22 as shown in FIG. 3, a voltage is applied between the plasma electrode 32 and the shower head 22 to generate a solution plasma 47. Since the plasma 47 hits the surface of the shower head and goes through the pores, clogging can be prevented. Cleaning the showerhead includes cleaning with solution and plasma.

【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。
Since the cleaning of the shower head can be performed at times other than film formation, the cleaning is performed in parallel with the susceptor up, preheating, annealing, susceptor down, unloading, and the like. FIG. 5 shows the current substrate processing step, the immediately preceding substrate processing step, and the shower head cleaning step in chronological order. The previous board is unloaded from the susceptor,
Put on the cooling stage. A substrate to be processed now is carried in and placed on a susceptor. The susceptor rises and is brought to the preheating position. The substrate that has been processed last time is cooled by the cooling stage. The shower head has undergone a cleaning process.

【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。
After the completion of the preheating, the susceptor is further raised to reach the film forming position. Source gas is blown out from the shower head, and film formation is started. The substrate from the previous process is still cooling. The shower head has stopped cleaning and is spouting the raw material. When the film formation is completed, the susceptor is lowered. Annealed at the annealing position. The shower head resumes cleaning. Further, the susceptor descends. The substrate is unloaded at the transfer position. Comparing the first and second lines, a conventional type that performs cooling on the susceptor (Fig. 1)
It can be seen that the throughput is higher than that of the above. In addition, it can be seen that the showerhead pores are not clogged even with a raw material that is easily solidified because the showerhead is constantly washed.

【0048】[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。
[Effects of the Invention] Each process (film formation, annealing, transport)
Are vertically arranged. As a result, the size of the device can be reduced. The footprint (equipment installation area) in the clean room can be reduced.

【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。
The movement between the film forming, annealing and transport processes is performed by raising and lowering the susceptor. It is performed by the elevating motion of the susceptor in the reaction chamber, and does not depend on the transport mechanism. The frequency of transport by the transport mechanism can be reduced. Transport trouble can be reduced.

【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。
Prior to film formation, the wafer is preheated at the heating position and annealed. The time for raising the temperature for annealing can be shortened. Since the film formation and annealing are performed in the same reaction chamber, the process is stabilized.

【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。
By providing a cooling stage for cooling the wafer in a separate chamber from the reaction chamber, the susceptor occupied for cooling can be released. Since the process can be promptly moved to the next film forming process, the throughput can be increased.

【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。
In a series of processes, the shower head can be cleaned for each film formation. The need for time-consuming and time-consuming periodic maintenance is eliminated.

【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。
Immediately after the film formation, the high-temperature susceptor can be kept away from the shower plate. Therefore, the temperature rise of the shower plate due to radiant heat could be avoided. As a result, by-products due to thermal decomposition did not adhere to the shower plate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solution vaporization CVD apparatus once manufactured by the present applicant.

【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。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solution vaporization CVD apparatus according to an embodiment of the present invention during transportation.

【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。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram at the time of preheating and annealing of a solution vaporization CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram at the time of film formation of a solution vaporization CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 5 is a time-series diagram showing a substrate subjected to film formation processing, a substrate subjected to film formation processing before the processing, and processing of a shower head in time series.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 film forming chamber 2 transfer chamber 3 annealing furnace 4 susceptor 5 substrate 6 heater 7 shower head 8 pipe 9 transfer path 10 gate valve 11 transfer mechanism 12 transfer path 13 gate valve 14 infrared lamp 20 reaction chamber 21 transfer chamber 22 shower head 23 pipe 24 Shower head cylinder 25 Elevating shaft 26 Susceptor 27 Heater 28 Heating mechanism 29 Heating mechanism outer wall 30 Heating mechanism cover 31 Partition plate 32 Plasma electrode 33 Evacuation chamber 34 Communication pipe 35 Gate valve 36 Transport mechanism 37 Arm 38 Cooling stage 39 Seal ring 40 Pump 41 Intermediate plate 42 Through hole 43 Substrate 44 Shaft elevating hole 45 Seal ring 46 Heating mechanism moving device 47 Plasma 48 Seal ring 49 Exhaust port 50 Elevating shaft flange plate 51 Reaction chamber bottom plate

───────────────────────────────────────────────────── 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  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Toru Matsunami Inside Nisshin Electric Co., Ltd. 47, Umezu Takaune-cho, Ukyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture F term in the company (reference) 4K030 BA18 BA42 DA02 DA06 DA09 EA01 EA06 FA03 GA02 GA04 GA12 KA04 KA11 KA23 KA26 KA30 KA46 LA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A vertically long reaction chamber for forming a thin film on a substrate and annealing the substrate, a transfer chamber for transferring the substrate, a communication pipe connecting the reaction chamber and the transfer chamber, and a communication pipe. A gate valve, a transfer mechanism provided inside the transfer chamber to transfer the substrate by an arm, a cooling stage provided inside the transfer chamber, and a solution obtained by dissolving a high dielectric constant material in a solution and evaporating above the reaction chamber. A shower head for blowing a gaseous raw material in a gaseous state by a vaporization method, a heating mechanism provided to be able to advance and retreat laterally at a half height of the reaction chamber, and a shower head provided to be able to advance and retreat on the heating mechanism of the reaction chamber. A plasma electrode that applies a voltage between them to turn the solution into a plasma, an elevating shaft that can be raised and lowered inside the reaction chamber, and a substrate mounted on the top of the elevating shaft should be placed A susceptor, a heater provided inside the susceptor, and a vacuum exhaust device for evacuating the inside of the reaction chamber, the substrate is transported by a transport mechanism at a position where the susceptor is lowered, and the susceptor is raised to a medium height. The substrate is preheated or annealed with the susceptor raised to the top, and a raw gas is sprayed from the shower head to produce a high dielectric constant thin film on the substrate, and the substrate is transferred to the cooling stage of the transfer chamber. A thin film deposition apparatus characterized by cooling.
【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。
2. A vertical reaction chamber for forming a thin film on a substrate and annealing the substrate, a transfer chamber for transferring the substrate, a communication pipe connecting the reaction chamber and the transfer chamber, and a communication pipe. A gate valve, a transfer mechanism provided inside the transfer chamber to transfer the substrate by an arm, a cooling stage provided inside the transfer chamber, and a solution obtained by dissolving a high dielectric constant material in a solution and evaporating above the reaction chamber. A shower head for blowing a gaseous raw material in a gaseous state by a vaporization method, a heating mechanism provided to be able to advance and retreat laterally at a half height of the reaction chamber, and a shower head provided to be able to advance and retreat on the heating mechanism of the reaction chamber. A plasma electrode that applies a voltage between them to turn the solution into a plasma, an elevating shaft that can be raised and lowered inside the reaction chamber, and a substrate mounted on the top of the elevating shaft should be placed In a thin film deposition apparatus having a susceptor, a heater provided inside the susceptor, and a vacuum exhaust device for exhausting an inside of a reaction chamber, a substrate is carried into a transport chamber by a transport mechanism, and an elevating shaft is lowered. Carry the substrate, place the substrate on the susceptor of the reaction chamber at the lower transfer position, raise the elevating shaft and lift the susceptor directly to just below the shower head, or move the heating mechanism from the side to the center of the reaction chamber and move the substrate Raise the susceptor up to just below the shower head, raise the susceptor to just below the shower head, spout vaporized raw material from the shower head, deposit a high dielectric constant thin film on the heated substrate, lower the lifting shaft, Is moved to the center of the reaction chamber, the substrate is annealed by the heating mechanism, and the substrate is returned to the transfer position by lowering the elevating shaft. Transported to the cooling stage of the transfer chamber, the substrate is cooled, the method operation of a thin film deposition apparatus is characterized in that so as to discharge the cooled substrate by the transport mechanism.
【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。
3. A solution containing no raw material is ejected from a shower head at any one or both of transport time and annealing time other than film formation time, and a voltage is applied between the shower head and a plasma electrode to generate plasma. The method for operating a thin film deposition apparatus according to claim 2, wherein the shower head is generated and the shower head is cleaned.
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