JP2001262354A - Film deposition system - Google Patents

Film deposition system

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JP2001262354A
JP2001262354A JP2000070622A JP2000070622A JP2001262354A JP 2001262354 A JP2001262354 A JP 2001262354A JP 2000070622 A JP2000070622 A JP 2000070622A JP 2000070622 A JP2000070622 A JP 2000070622A JP 2001262354 A JP2001262354 A JP 2001262354A
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Japan
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substrate
gas
susceptor
temperature
heating
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JP2000070622A
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Japanese (ja)
Inventor
Kuniaki Horie
邦明 堀江
Yuji Araki
裕二 荒木
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition system where a wafer can be heated rapidly and uniformly in a treatment chamber to improve the throughput of film deposition treatment and lower the vapor growth treatment temperature. SOLUTION: The system has a wafer-holding means 18 for holding a wafer W to be subjected to film deposition, a heater 20 for radiation heating disposed in a manner to be opposed to the wafer held by the wafer-holding means, and gas flow passages 24, 10, and 26 for allowing gas to flow through the space between the wafer and the heater in such a way that it is in parallel with the wafer surface.

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、化学気相成長によ
る成膜装置に係り、特に、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
を基板上に形成するのに使用される枚葉式の成膜装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus by chemical vapor deposition, and more particularly, 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. The present invention relates to a single-wafer type film forming apparatus used for forming.

【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(Ta)薄膜、あるいは誘電率が300程
度であるチタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸
ストロンチウム(SrTiO)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。又、さらに誘電率が高いPZT、PLZT、Y1
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 Y1 having higher dielectric constants
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,BiTi12,YM
nO,ZnO,(Zn,Cd)S等が、ペロブスカイ
ト構造の電極材料として、SrRuO,BaRu
,IrO,CaRuO等が、バリア層やバッファ
層の材料として、MgO,Y,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、
化学気相成長法(CVD)が有望とされている。図6
は、この種のCu配線用のシード層、或いは配線自体を
形成するための成膜装置の全体構成を示す図であり、液
体原料を気化させる気化器(ガス発生装置)110の下
流側に原料ガス搬送流路112を介して密閉可能な成膜
室114が設けられ、さらにその下流側の排気流路11
8に真空ポンプ116が配置されている。成膜室114
には、例えば酸素・水素等の添加ガス等を供給する添加
ガス配管120が接続されている。
As a method of forming a film of such a material,
Chemical vapor deposition (CVD) is promising. FIG.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a film forming apparatus for forming a seed layer for this type of Cu wiring or a wiring itself, wherein a raw material is provided downstream of a vaporizer (gas generating device) 110 for vaporizing a liquid raw material. A film-forming chamber 114 that can be hermetically sealed via a gas transfer channel 112 is provided, and the exhaust channel 11 on the downstream side thereof is further provided.
A vacuum pump 116 is arranged at 8. Film formation chamber 114
Is connected to an additional gas pipe 120 for supplying an additional gas such as oxygen and hydrogen.

【0005】このような構成の成膜装置により、基板W
を基板保持・加熱台124上に載置し、基板Wを所定温
度に維持しつつガス噴射ヘッド128のノズル穴126
から原料ガスと添加ガスとの混合ガスを基板Wに向けて
噴射して、基板Wの表面に薄膜を成長させる。この場
合、原料ガスを成膜室内の被成膜基板に向けて安定的に
供給する必要がある。原料ガスは、Cu(hfac)t
mvs等の液体原料を気化器で加熱して気化させること
によって生成される。
[0005] With the film forming apparatus having such a configuration, the substrate W
Is placed on the substrate holding / heating table 124, and while maintaining the substrate W at a predetermined temperature, the nozzle hole 126 of the gas injection head 128 is
Then, a mixed gas of the source gas and the additive gas is injected toward the substrate W to grow a thin film on the surface of the substrate W. In this case, it is necessary to stably supply the source gas to the deposition target substrate in the deposition chamber. The source gas is Cu (hfac) t
It is generated by heating a liquid raw material such as mvs with a vaporizer to vaporize it.

【0006】又、化学気相成長(CVD)装置の一変形
例は、図7に示すようにガス噴射ノズル128より噴出
した処理ガスGを高温の熱線(ホットワイヤ)130に
接触させることで、電熱線の触媒作用により処理ガスを
活性化させつつ、基板Wの表面に成膜を行うものであ
る。これにより、基板W自体は比較的低温で気相成長が
可能であり、成膜の低温化及びプロセス時間(成膜自体
の時間)の短縮化が図れる。ここで、熱線130は高融
点金属であるタングステン又はタンタル等の電熱線が用
いられ、所要の電流を電源134から供給することで、
シリコン系の原料ガスの場合、1600〜1800℃程
度の高温に加熱する。この温度は赤外線温度計132を
用いて検出され、電流を調整することにより所定温度に
制御される。図中、符号136はシャッタであり、十分
な成膜条件が整った後に開くことにより良好な成膜を行
える。
In a modification of the chemical vapor deposition (CVD) apparatus, as shown in FIG. 7, a processing gas G ejected from a gas ejection nozzle 128 is brought into contact with a high-temperature hot wire 130 to thereby provide a hot gas. The film is formed on the surface of the substrate W while activating the processing gas by the catalytic action of the heating wire. Accordingly, the substrate W itself can be grown at a relatively low temperature in a vapor phase, so that the temperature of the film can be lowered and the process time (time of the film itself) can be reduced. Here, as the heating wire 130, a heating wire such as tungsten or tantalum which is a high melting point metal is used, and a required current is supplied from a power source 134,
In the case of a silicon-based source gas, it is heated to a high temperature of about 1600 to 1800 ° C. This temperature is detected using the infrared thermometer 132, and is controlled to a predetermined temperature by adjusting the current. In the figure, reference numeral 136 denotes a shutter, which can be opened well after sufficient film forming conditions are prepared, thereby performing a good film formation.

【0007】しかしながら、前記図7の装置の場合、処
理ガスG中に酸素が含まれると、高温のタングステン又
はタンタル線が酸化され、熱線が劣化してしまうという
問題がある。又、成膜対象の半導体基板W自体が基板の
保持台124に内蔵されたヒータと、熱線130との両
方から加熱されるため、基板自体の温度制御が難しいと
いう問題がある。
However, in the case of the apparatus shown in FIG. 7, when oxygen is contained in the processing gas G, there is a problem that a high-temperature tungsten or tantalum wire is oxidized and a hot wire is deteriorated. In addition, since the semiconductor substrate W to be formed is heated by both the heater built in the holding table 124 of the substrate and the heating wire 130, there is a problem that it is difficult to control the temperature of the substrate itself.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、枚葉式の成
膜装置においては、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、即ちスループットの向上が求
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、場合によっては冷却時間を含めた次の3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 冷却時間 このため、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)、及びの冷却時
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 film forming apparatus, the processing time per substrate in the processing chamber is shortened so that the number of substrates processed per apparatus time is increased as much as possible. That is, there is a demand for an improvement in throughput. Here, the processing time of the substrate in the processing chamber is roughly divided into the following two, and in some cases, the following three including the cooling time. Substrate heating time (preheating time) Actual processing time for film formation, etching, etc. Cooling time Therefore, if the above processing time is essentially short in the process, the above heating time (preheating time) and cooling time Length is a bottleneck in improving throughput.

【0009】基板の保持手段に内蔵された加熱手段を用
いて基板を処理室内で加熱(予熱)するようにした従来
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る。このた
め、基板が目標温度近くになると、基板と加熱手段(ヒ
ータ)との温度差が小さくなり、温度調整手段を備えた
ヒータを使用しても、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しまうという問題がある。又、熱
容量の大きなヒータ内蔵の基板保持台を使った装置で
は、その装置内での基板の冷却は非常に困難であるとい
う問題もある。
In the prior art in which the substrate is heated (preheated) in the processing chamber by using the heating means built in the substrate holding means, in order to maintain the temperature stability of the substrate,
A heater having a considerable heat capacity and a large time constant of temperature rise and fall is generally used as a heating means. For this reason, when the temperature of the substrate approaches the target temperature, the temperature difference between the substrate and the heating means (heater) becomes small, and even if a heater provided with the temperature adjusting means is used, it takes a very long time until the substrate reaches the target temperature. There is a problem that it takes time. Further, in an apparatus using a substrate holding table with a built-in heater having a large heat capacity, there is a problem that it is very difficult to cool the substrate in the apparatus.

【0010】一方で、半導体デバイスの製造においては
処理の低温化が要請されている。これは同一プロセスで
は低温になるほど処理時間が長くなり、高スループット
と矛盾した要請がなされているという状況にある。
[0010] On the other hand, in the manufacture of semiconductor devices, there is a demand for lower processing temperatures. This is because, in the same process, the processing time becomes longer as the temperature becomes lower, and demands contradictory to high throughput are made.

【0011】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・冷却し
て、スループットを向上させると共に、気相成長処理の
低温化及び成膜時間の短縮を図ることができるようにし
た成膜装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and uniformly and quickly heats and cools a substrate in a processing chamber, thereby improving throughput, lowering the temperature of a vapor phase growth process and forming a film. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus capable of reducing time.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被成膜基板を保持する基板保持手段と、該基板保持
手段に保持される前記基板に対面するように配置される
光源及び又は熱源と、前記基板と前記光源及び又は熱源
との間の空間にガスを前記基板面に平行に流通させるガ
ス流路とを備えたことを特徴とする成膜装置である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate holding means for holding a substrate on which a film is to be formed, a light source arranged so as to face the substrate held by the substrate holding means, and a light source. Alternatively, there is provided a film forming apparatus comprising: a heat source; and a gas flow path that allows a gas to flow in a space between the substrate and the light source and / or the heat source in parallel with the substrate surface.

【0013】保持手段に保持される基板に対面するよう
に配置された光源及び又は熱源は、例えば輻射加熱ヒー
タであるハロゲンランプヒータを用いることで、その高
い温度の応答性により処理対象基板を極めて短時間で所
定の温度まで昇温させることができる。これにより基板
の余熱時間を短縮することができ、基板の処理時間を短
縮することができるので、スループットを向上させるこ
とができる。
A light source and / or a heat source arranged so as to face the substrate held by the holding means is, for example, a halogen lamp heater which is a radiant heater. The temperature can be raised to a predetermined temperature in a short time. As a result, the remaining heat time of the substrate can be reduced, and the processing time of the substrate can be reduced, so that the throughput can be improved.

【0014】請求項2に記載の発明には、主として2つ
の方法がある。まず、1つ目は、前記基板と前記輻射加
熱ヒータ面との間の空間よりも上流側の前記ガス流路
に、電熱線を加熱して、処理ガスを活性化させる活性化
手段を備えたことを特徴とする。これにより、高温の電
熱線(ホットワイヤ)で、触媒反応により処理ガスが活
性化される。そして活性化された処理ガスが上述した光
源あるいは熱源と基板との間の空間に導入されるので、
処理対象の基板表面に活性化された処理ガスから気相成
長反応により処理を行うことができる。従って、係る構
造の装置によれば、活性化された処理ガスが基板に供給
されるので、基板自体を比較的低い温度に保ちつつ成膜
を行うことが可能となる。これにより例えば成膜プロセ
スの場合、成膜処理の低温化、及び成膜時間の短縮化が
図れる。
The invention according to claim 2 mainly includes two methods. First, in the gas flow path on the upstream side of the space between the substrate and the radiant heater surface, an activation unit for heating a heating wire and activating a processing gas was provided. It is characterized by the following. As a result, the processing gas is activated by a catalytic reaction using a high-temperature heating wire (hot wire). Then, since the activated processing gas is introduced into the space between the light source or the heat source and the substrate described above,
Processing can be performed by a vapor phase growth reaction from a processing gas activated on the surface of a substrate to be processed. Therefore, according to the apparatus having such a structure, since the activated processing gas is supplied to the substrate, it is possible to form a film while keeping the substrate itself at a relatively low temperature. Thus, for example, in the case of a film forming process, it is possible to lower the temperature of the film forming process and shorten the film forming time.

【0015】次いで基板の下地処理の場合、処理ガスを
流す前に酸化ガスや還元ガスを高温の電熱線を経由させ
ることによりそれらのガスを活性化、ラジカル化させ基
板の下地処理を迅速に且つ効果的に実施することができ
る。又、主として還元ガス雰囲気中での処理の例として
Cu−CVDプロセスがある。その場合、高温の電熱線
でCuの有機原料ガス自体を活性化させ反応を促進させ
ることもできる。又、原料ガスと共に流すキャリアガス
(例えばH)や添加ガス(例えばH,HO,
)を活性化させ、反応を促進させることもできる。
Next, in the case of substrate undercoating, an oxidizing gas or a reducing gas is passed through a high-temperature heating wire before the processing gas is flown to activate and radicalize these gases, whereby the substrate undercoating can be performed quickly and quickly. It can be implemented effectively. An example of the treatment mainly in a reducing gas atmosphere is a Cu-CVD process. In that case, the organic raw material gas of Cu itself can be activated by a high-temperature heating wire to promote the reaction. Further, a carrier gas (for example, H 2 ) and an additional gas (for example, H 2 , H 2 O,
O 2 ) can be activated to accelerate the reaction.

【0016】2つ目の方法として処理ガスの供給配管中
にプラズマ発生装置を設置し、プラズマ発生装置からラ
ジカルを処理室へ搬送する方法がある。例えば、ガスを
注入して高周波誘導装置でプラズマを発生させ、ガス同
伴によりラジカルを搬送する。ガスとしてHガスを注
入するとHガスはHラジカルに分離し、これらは電気
的に中性であるため、搬入路の壁面をラジカルに対して
反応性のない石英等で作りお互いの衝突が少ない真空圧
に保っておけばラジカルは存在し続けやすい。即ち、適
度に低圧に保つとラジカルは容易に搬送可能となるの
で、このラジカルにより上記のように反応促進や下地処
理等を行い、同様の効果を得ることができる。
As a second method, there is a method in which a plasma generator is installed in a processing gas supply pipe, and radicals are transferred from the plasma generator to a processing chamber. For example, a gas is injected, plasma is generated by a high-frequency induction device, and radicals are transported by gas entrainment. When H 2 gas is injected as a gas, the H 2 gas is separated into H radicals, which are electrically neutral. If the pressure is kept at a low level, the radicals are likely to continue to exist. That is, the radicals can be easily transported when the pressure is maintained at a moderately low level. Therefore, the radicals can promote the reaction, perform the base treatment, and the like as described above, and achieve the same effect.

【0017】更に前記電熱線に紫外線を照射する照射装
置を備えることにより、触媒反応による処理ガスの活性
化を効率的に行うこともできる。
Further, by providing an irradiation device for irradiating the heating wire with ultraviolet rays, the processing gas can be efficiently activated by a catalytic reaction.

【0018】請求項3に記載の発明は、前記成膜装置
は、基板を載置して冷却する冷却装置と、前記基板を該
冷却装置から浮上支持して前記光源及び又は熱源により
加熱可能とする機構とを備えたことを特徴とする。これ
により、処理対象基板の昇温及び降温を短時間で行うこ
とができ、スループットを向上させることができる。
又、1つの処理後のアニールの、処理温度と異なる温度
での実施も同一処理室で可能となる。又、気相成長によ
る成膜後に、例えばアニール処理を行う場合に、迅速に
処理対象基板を所定温度まで昇温させることができるの
で、成膜に引き続いてアニール処理を連続的に行うこと
ができる。即ち、1つのチャンバで連続的に2つの処理
を実施することができる。又、成膜対象の基板に対面す
るように輻射加熱ヒータを配置することにより、該輻射
加熱ヒータより照射される熱エネルギー線により基板表
面のみを加熱し基板の表面反応を促進することができ、
これにより、比較的低い温度で基板に成膜を行うことが
できる。又、光源及び又は熱源として、一般に使われて
いるような紫外線ランプを使用することもできる。これ
により処理ガスを活性化させることで、反応を促進させ
ることができる。又、紫外線源と赤外線源を同一装置内
に交互に配列し、使い分けをしてもよい。
According to a third aspect of the present invention, in the film forming apparatus, a cooling device for mounting and cooling the substrate, and the substrate being levitated and supported from the cooling device and capable of being heated by the light source and / or heat source. And a mechanism for performing the operation. Thus, the temperature of the substrate to be processed can be raised and lowered in a short time, and the throughput can be improved.
Further, it is possible to perform annealing at a temperature different from the processing temperature in one annealing after the one processing. Further, in the case of performing an annealing process, for example, after film formation by vapor phase growth, the substrate to be processed can be quickly heated to a predetermined temperature, so that the annealing process can be performed continuously after the film formation. . That is, two processes can be continuously performed in one chamber. Further, by arranging the radiant heater so as to face the substrate on which the film is to be formed, it is possible to heat only the substrate surface by the heat energy rays emitted from the radiant heater and to promote the surface reaction of the substrate,
Thus, a film can be formed on the substrate at a relatively low temperature. In addition, an ultraviolet lamp generally used can be used as a light source and / or a heat source. Thereby, the reaction can be promoted by activating the processing gas. Further, the ultraviolet light source and the infrared light source may be alternately arranged in the same device and used properly.

【0019】請求項4に記載の発明は、前記基板と前記
光源及び又は熱源との間には、熱及び又は光の透過性の
良好なサセプタカバーを備え、前記基板を載置するサセ
プタと該サセプタカバーで囲まれた前記基板を含む空間
に前記処理ガスを流通させることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a susceptor cover having good heat and / or light transmission between the substrate and the light source and / or the heat source. The process gas is circulated in a space including the substrate surrounded by a susceptor cover.

【0020】一般に枚葉式成膜装置の場合、処理ガスが
噴出するシャワーヘッドと基板が対向して設置される構
造となっており、成膜成分等が基板のみならずシャワー
ヘッドや基板の周辺にも付着してしまい、基板に対して
パーティクル汚染の原因となってしまう問題がある。こ
のため、基板の周辺に対しては、基板を保持手段(サセ
プタ)上に載置し、汚れたサセプタを定期的に交換する
等の方法で対処していた。しかしながらシャワーヘッド
に成膜成分等が付着すると、この除去に対しては抜本的
な対策がなく、装置のメンテナンス時に洗浄する等で対
応するため、メンテナンスサイクルが短くなり装置の稼
働率が低下してしまうという問題がある。本発明の成膜
装置では、ガスの流れが横流れであるため、シャワーヘ
ッドが存在しない。そして基板の上面は光源或いは熱源
であるため、熱・光を透過する石英ガラス等の材料を使
用したサセプタカバーを配置することができる。このた
め、紫外線又は赤外線ランプ等の光源及び又は熱源の下
に、これらの汚染を防止するためにサセプタカバーの上
面との間に付着防止用ガスを流す。これによりサセプタ
カバーより上への処理ガスの進入を防ぐことができ、常
に光源及び又は熱源を清浄に保つことができる。更に、
付着防止ガスが処理ガス側に進入すると、プロセスの安
定性、再現性、均一性が損なわれるため、付着防止ガス
と処理ガスとの間にシール排気を取り、両者が混入しな
いような構造とすることが好ましい。
In general, a single-wafer type film forming apparatus has a structure in which a shower head from which a processing gas is blown out and a substrate are installed so as to face each other. There is a problem that they adhere and cause particle contamination on the substrate. For this reason, the periphery of the substrate has been dealt with by placing the substrate on a holding means (susceptor) and periodically replacing the dirty susceptor. However, if film-forming components adhere to the shower head, there is no drastic measure against this removal, and cleaning is performed during maintenance of the equipment, etc., so that the maintenance cycle is shortened and the operation rate of the equipment is reduced. Problem. In the film forming apparatus of the present invention, the shower head does not exist because the gas flow is a horizontal flow. Since the upper surface of the substrate is a light source or a heat source, a susceptor cover using a material such as quartz glass that transmits heat and light can be provided. For this reason, an anti-adhesion gas flows between a light source such as an ultraviolet or infrared lamp and / or a heat source and the upper surface of the susceptor cover in order to prevent such contamination. This can prevent the processing gas from entering above the susceptor cover, and can always keep the light source and / or heat source clean. Furthermore,
If the anti-adhesion gas enters the processing gas side, the stability, reproducibility and uniformity of the process will be impaired. Therefore, a seal exhaust is taken between the anti-adhesion gas and the processing gas so that both are not mixed. Is preferred.

【0021】請求項5に記載の発明は、前記サセプタ
と、及び又は前記サセプタカバーとを前記成膜装置の外
部に出し入れする搬送機構を更に備えたことを特徴とす
る。これにより、処理ガスによる反応生成物がサセプタ
カバー内周面に付着し、洗浄により容易に除去すること
ができる。従って、反応生成物が成膜室内の洗浄が困難
な場所に付着せず、メンテナンス性の良好な成膜装置と
することができる。即ち、基板にもっとも近接している
サセプタと基板の上面を被覆するサセプタカバーとを適
時交換することが可能となるので、常に基板の周囲を清
浄な環境に維持したまま処理を継続できる。それ故、パ
ーティクル汚染の少ない装置を提供でき、或いは装置全
体のクリーニングサイクルを長くでき、装置の稼働率を
高めることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is further provided a transport mechanism for taking the susceptor and / or the susceptor cover in and out of the film forming apparatus. As a result, the reaction product of the processing gas adheres to the inner peripheral surface of the susceptor cover, and can be easily removed by washing. Therefore, the reaction product does not adhere to places in the film formation chamber where cleaning is difficult, and a film formation apparatus with good maintainability can be provided. In other words, the susceptor closest to the substrate and the susceptor cover that covers the upper surface of the substrate can be replaced as needed, so that the processing can be continued while always maintaining the environment around the substrate in a clean environment. Therefore, an apparatus with less particle contamination can be provided, or the cleaning cycle of the entire apparatus can be lengthened, and the operation rate of the apparatus can be increased.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図1乃至図5を参照して、
本発明の実施形態を説明する。図1は、薄膜気相成長装
置に適用した本発明の実施形態を示すもので、基板Wが
サセプタ12に保持され、サセプタ12にはピン14を
備え、そのピン14は透明な例えば石英ガラス等からな
るサセプタカバー16を支持している。そして、ピン1
4は例えば3本であり、3点でサセプタカバー16に設
けられた凹部又は溝に嵌合するように固定されている。
そして、サセプタカバー16とサセプタ12との間の空
間に処理ガスがその入り口側から導入され、基板に沿っ
て平行な方向に流れ、排気側に排出される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention applied to a thin film vapor phase growth apparatus, in which a substrate W is held by a susceptor 12, and the susceptor 12 has pins 14, which are made of a transparent material such as quartz glass. The susceptor cover 16 is supported. And pin 1
4 are, for example, three, and are fixed so as to fit into recesses or grooves provided in the susceptor cover 16 at three points.
Then, the processing gas is introduced into the space between the susceptor cover 16 and the susceptor 12 from the entrance side, flows in a parallel direction along the substrate, and is discharged to the exhaust side.

【0023】サセプタ12は、基板の加熱冷却装置18
上に載置され、この加熱冷却装置はその内部にヒータ及
び冷却水の流路を備え、サセプタ12を介して基板Wを
加熱又は冷却できるようになっている。又、加熱冷却装
置18は昇降及び回転可能な軸10に固定され、これに
より例えば成膜時には回転し、均一な成膜を行えるよう
になっている。又、図示する加熱冷却装置18の位置
は、基板Wの処理状態の位置であるが、この基板の位置
を搬出入口50の高さまで下げることで、ゲートバルブ
52を開きロボットハンド54が基板Wを搬出入できる
ようになっている。又、同様にロボットハンド54はサ
セプタ12及びサセプタカバー16を同様に外部に取り
出し、又外部で洗浄した後にこれを加熱冷却装置18上
に装着できるようになっている。
The susceptor 12 includes a substrate heating / cooling device 18.
This heating / cooling device is mounted on the upper side, and has a heater and a cooling water flow path therein, so that the substrate W can be heated or cooled through the susceptor 12. Further, the heating / cooling device 18 is fixed to the shaft 10 which can be moved up and down and rotatable, so that it rotates, for example, at the time of film formation so that uniform film formation can be performed. The position of the heating / cooling device 18 shown is the position of the processing state of the substrate W. By lowering the position of the substrate to the height of the loading / unloading port 50, the gate valve 52 is opened and the robot hand 54 holds the substrate W. It can be carried in and out. Similarly, the robot hand 54 similarly takes out the susceptor 12 and the susceptor cover 16 to the outside, and after washing it outside, it can be mounted on the heating / cooling device 18.

【0024】基板Wの取り出し時には、加熱冷却装置1
8が下がり、その貫通口18a内を通り支持台60に固
定された基板突き上げピン64が基板Wに当接し、更に
加熱冷却装置18が下がると、サセプタ12の表面に対
して基板Wが浮いた状態となる。そして、この隙間にロ
ボットハンド54を挿入することで、ロボットハンド5
4が基板Wを搬出することができる。同様にサセプタ1
2及びこの支柱14上に載置されたサセプタカバー16
を搬出する場合には、加熱冷却装置18が支持台60の
位置まで下がり、これによりサセプタ突き上げピン62
が加熱冷却装置18の貫通口18b内を通りサセプタ1
2の下面に当接し、これを突き上げることで加熱冷却装
置18の上面から少し浮いた状態とする。そしてこの浮
いた隙間にロボットハンド54を挿入することで、サセ
プタカバー16を支持ピン14によりサセプタ12に載
せた状態で、そのまま搬出入口50から外部に取り出す
ことができる。
When the substrate W is taken out, the heating / cooling device 1
8, the substrate push-up pins 64 fixed to the support base 60 pass through the through holes 18a and contact the substrate W. When the heating / cooling device 18 further lowers, the substrate W floats on the surface of the susceptor 12. State. Then, by inserting the robot hand 54 into this gap, the robot hand 5
4 can carry out the substrate W. Similarly, susceptor 1
2 and a susceptor cover 16 mounted on this support 14
When unloading the susceptor, the heating and cooling device 18 is lowered to the position of the
Is passed through the through-hole 18b of the heating / cooling device 18, and the susceptor 1
2 and is slightly lifted from the upper surface of the heating / cooling device 18 by pushing it up. Then, by inserting the robot hand 54 into the floating gap, the susceptor cover 16 can be taken out of the susceptor 12 from the carry-in / out port 50 as it is placed on the susceptor 12 by the support pins 14.

【0025】サセプタカバー16の上部には、紫外線ラ
ンプ又は赤外線ランプからなる光源及び又は熱源20が
配置され、光線・熱線が透明な石英ガラス等からなるラ
ンプカバー24及びサセプタカバー16を介して基板W
に照射される。ランプカバー24とサセプタカバー16
との間のガス流路には、例えばN等からなる付着防止
ガスがその入口側22aから流れ、出口側22bに排出
される。この付着防止ガスが流れることにより、処理ガ
スが光及び又は熱源20のランプカバー24側に入り込
まず、装置を常に清浄に保つことができる。サセプタカ
バー16と基板Wとの間には処理ガスが流れ、この処理
ガスは電熱線30により活性化され、基板Wに沿って平
行に流れることで成膜等の処理が行われる。サセプタカ
バーの支持ピン14は、細い例えば3本程度の柱状体で
あるので、処理ガスの流れに殆ど影響を及ぼさない。
Above the susceptor cover 16, a light source and / or a heat source 20 composed of an ultraviolet lamp or an infrared lamp are arranged.
Is irradiated. Lamp cover 24 and susceptor cover 16
An anti-adhesion gas composed of, for example, N 2 flows from the inlet side 22a into the gas flow path between the two , and is discharged to the outlet side 22b. By the flow of the anti-adhesion gas, the processing gas does not enter the light and / or heat source 20 on the lamp cover 24 side, and the apparatus can be always kept clean. A processing gas flows between the susceptor cover 16 and the substrate W, and the processing gas is activated by the heating wire 30 and flows in parallel along the substrate W to perform processing such as film formation. Since the support pins 14 of the susceptor cover are thin, for example, about three pillars, they hardly affect the flow of the processing gas.

【0026】そして、処理ガスと付着防止ガスとが混合
することを防止するためにシール排気口23が設けら
れ、シール排気が行われる。これにより、処理ガスの殆
どはサセプタカバー16とサセプタ12との間の空間に
流れ、成膜成分等の付着物はその大部分が、基板Wの表
面、サセプタ12の上面及びサセプタカバー16の下面
に付着する。しかしながら、上述したようにサセプタカ
バー16及びサセプタ12は外部に搬出入が可能なの
で、その洗浄が容易であり、定期的に洗浄を行うことで
常にパーティクル汚染を防止することができる程度の清
浄さを保つことができる。尚、サセプタカバー及びサセ
プタの搬出入に関しては、これらを同時に搬出入しても
よく、又別々に搬出入するようにしてもよい。
In order to prevent the processing gas and the adhesion preventing gas from being mixed, a seal exhaust port 23 is provided, and the seal exhaust is performed. As a result, most of the processing gas flows into the space between the susceptor cover 16 and the susceptor 12, and most of the deposits such as film forming components are deposited on the surface of the substrate W, the upper surface of the susceptor 12, and the lower surface of the susceptor cover 16. Adheres to However, as described above, since the susceptor cover 16 and the susceptor 12 can be carried in and out of the apparatus, the susceptor can be easily cleaned. Can be kept. As for the loading and unloading of the susceptor cover and the susceptor, these may be loaded and unloaded at the same time, or may be loaded and unloaded separately.

【0027】尚、支持台60は上下動可能であり、図示
する基板の加熱冷却装置18の下面に当接する位置まで
(図示しない)昇降装置により上昇すると、基板Wを加
熱冷却装置18から浮いた状態とすることができる。こ
れにより、光及び又は熱源20からの輻射熱を受けて、
その熱容量が極めて小さいので、迅速な加熱処理が可能
となる。例えば1つの処理を完了後にアニール処理を行
うような場合に、処理温度を変える必要がある場合に
も、迅速に所用の温度まで上昇させることができる。
又、加熱冷却装置18に冷却水等を流し冷却状態として
おき、処理終了後に支持台60を下げることにより、基
板Wが浮いた状態から加熱冷却装置18の表面にサセプ
タ12を介して接触させることで、急速な冷却が可能で
ある。
The support base 60 can be moved up and down, and is lifted by a lifting device (not shown) to a position (not shown) where the substrate W comes into contact with the lower surface of the heating / cooling device 18 shown in the figure. State. Thereby, receiving the radiant heat from the light and or the heat source 20,
Since the heat capacity is extremely small, rapid heat treatment can be performed. For example, in the case where annealing is performed after one process is completed, even when the processing temperature needs to be changed, the temperature can be quickly increased to the required temperature.
In addition, cooling water or the like is supplied to the heating / cooling device 18 to keep it in a cooling state, and after the processing is completed, the support table 60 is lowered to bring the substrate W into contact with the surface of the heating / cooling device 18 via the susceptor 12 from the floating state. Thus, rapid cooling is possible.

【0028】処理ガスを成膜室に供給するガス流路は、
ガス供給管26より成膜室Sに導入され、半導体基板W
とサセプタカバー16に沿って平行に流れ、排出管28
より排出される。処理ガスの流入管26には電熱線30
を備え、これに図示しない電源より電流を流すことによ
り、例えば1000〜1800℃程度の高温に加熱す
る。そして、流入管26に流れる処理ガスがこの高温の
電熱線(ホットワイヤ)30に接触して、これが触媒と
しての作用を為し、処理ガスを活性化する。
The gas flow path for supplying the processing gas to the film forming chamber is as follows:
The semiconductor substrate W is introduced from the gas supply pipe 26 into the film formation chamber S,
Flows along the susceptor cover 16 in parallel with the discharge pipe 28.
Is more exhausted. The heating wire 30 is connected to the processing gas inflow pipe 26.
Heating is performed to a high temperature of, for example, about 1000 to 1800 ° C. by flowing a current from a power supply (not shown) to the apparatus. Then, the processing gas flowing through the inflow pipe 26 comes into contact with the high-temperature heating wire (hot wire) 30, and this acts as a catalyst to activate the processing gas.

【0029】電熱線として還元性のガスを使用するプロ
セスでは一般的に、タングステン、タンタル線等が用い
られる。しかしながら酸化性のプロセスガスを使用する
プロセスの場合には電熱線が酸化されてしまい、劣化し
てしまう。このため、酸化物の電熱線、又は高温の酸化
性雰囲気でも表面が酸化されない金属の電熱線を検討す
る必要がある。その候補として金、白金、銀、レニウ
ム、モリブデン、炭化珪素、又はタングステン、あるい
はタンタル等の金属線をこれらで被覆したものが考えら
れる。これにより、酸化性あるいは腐食性のガス雰囲気
下においても、これらの電熱線が酸化されず触媒として
の機能を果たすことができる可能性がある。
In a process using a reducing gas as a heating wire, a tungsten, tantalum wire or the like is generally used. However, in the case of a process using an oxidizing process gas, the heating wire is oxidized and deteriorated. For this reason, it is necessary to consider an oxide heating wire or a metal heating wire whose surface is not oxidized even in a high-temperature oxidizing atmosphere. As a candidate thereof, a metal wire such as gold, platinum, silver, rhenium, molybdenum, silicon carbide, tungsten, or tantalum may be used. Thus, even in an oxidizing or corrosive gas atmosphere, these heating wires may not be oxidized and may function as a catalyst.

【0030】即ち、金及び銀は、融点がそれぞれ106
3℃、960℃であり、比較的融点が低いので低温での
使用が可能である。又、酸化性のガスに限らずハロゲン
性のガスにも耐性を有し、殆どの処理ガスに対して高温
で安定に使用できる。白金は、金、銀と同様に耐腐食性
を有し、且つ融点が1769℃と比較的高いので更に高
温用のプロセスに使用可能である。又、酸化タングステ
ンは、タングステンの酸化物であるが、タングステン自
体は通常400℃以上で酸化物を形成してしまうが、予
め稠密に酸化させておくことで、800〜900℃でも
殆どそれ以上酸化が進行することなく使用することがで
きる。WO2.7〜WO2.9程度の酸化の度合いが好
適であり、WOまで予め酸化すると、耐熱性は更に向
上するが脆くなり使用し難くなる。炭化珪素(SiC)
はそれ自体が発熱体となるセラミックスであり、耐熱性
も高く不純物も殆ど発生しない。但し、非常に高温にな
るとカーボンが微量に酸化してCOを発生して劣化し
てしまうという問題点があると考えられる。
That is, gold and silver each have a melting point of 106
Since the melting point is 3 ° C. and 960 ° C. and the melting point is relatively low, it can be used at a low temperature. In addition, it is resistant not only to oxidizing gases but also to halogenous gases, and can be used stably at high temperatures for most processing gases. Platinum has corrosion resistance similar to gold and silver, and has a relatively high melting point of 1769 ° C., so that it can be used in processes for higher temperatures. Tungsten oxide is an oxide of tungsten. Tungsten itself usually forms an oxide at a temperature of 400 ° C. or higher. However, if the oxide is densely oxidized in advance, it is almost oxidized even at 800 to 900 ° C. Can be used without progress. A degree of oxidation of about WO 2.7 to WO 2.9 is suitable, and if oxidized to WO 3 in advance, the heat resistance is further improved but becomes brittle and difficult to use. Silicon carbide (SiC)
Is a ceramic which itself becomes a heating element, has high heat resistance and hardly generates impurities. However, it is considered that at a very high temperature, there is a problem that carbon is slightly oxidized to generate CO 2 and deteriorate.

【0031】又、電熱線をガラス又はセラミックス等の
非反応性の材料で被覆することも非還元性雰囲気での使
用に有効である。被覆の方法としては次の2種類が考え
られる。第1に電熱線の素線自体にコーティングする方
法である。これは素線とコーティング材の熱膨張率が相
違すると両者は使用時に剥離してしまうが、ほぼ同じ値
であればこのような問題を生ぜず、処理ガスを高温の被
覆材に発熱材の負荷の小さな状態で接触させ、これによ
り発熱材の酸化を防止することができる。第2の方法と
して、電熱線の外側に該電熱線とスペースを保ちカバー
をする方法がある。この方法では被覆材が発熱体でなく
ても良いため、非反応性のガラスやセラミックスを素線
に被覆することでその内部に封入した電熱線を保護する
ことができる。この被覆体として透明材料あるいは透明
材料表面に触媒物質を被覆したものを使用すると、直接
輻射熱で処理ガスを加熱することで、処理ガスの活性化
に有効である場合もある。ガラスとして、例えば石英ガ
ラスを用いることで1000〜1200℃程度まで失透
を起こすことなく使用することができる。
Also, coating the heating wire with a non-reactive material such as glass or ceramics is effective for use in a non-reducing atmosphere. The following two types of coating methods can be considered. The first is a method of coating the heating wire itself. This is because if the strands and the coating material have different coefficients of thermal expansion, they will peel off during use.However, if the values are almost the same, such a problem will not occur. Contact in a small state, thereby preventing oxidation of the heating material. As a second method, there is a method in which a space is provided outside the heating wire while keeping a space between the heating wire and the heating wire. In this method, since the coating material does not need to be a heating element, it is possible to protect the heating wire enclosed in the element wire by coating the element wire with non-reactive glass or ceramic. When a transparent material or a transparent material surface coated with a catalytic substance is used as the coating, heating the processing gas with direct radiant heat may be effective in activating the processing gas in some cases. The glass can be used without devitrification up to about 1000 to 1200 ° C. by using, for example, quartz glass.

【0032】上述した装置においては、処理ガスの管路
26に配置した電熱線30を加熱して成膜用のガスを活
性化させる触媒手段を備えているが、その触媒手段に紫
外線を照射する紫外線ランプ(図示しない)を備えるよ
うにしてもよい。ここで触媒手段30は、上述したよう
に還元性雰囲気ではタングステン、タンタル線等が用い
られ、酸化性雰囲気では金、白金等の酸化性あるいは腐
食性のガス雰囲気下においても耐食性を有する金属が用
いられるか、又は電熱線を石英管内等に封入してその表
面に上記触媒として適当な金属等を付着したものであ
る。高温に加熱した触媒手段30に紫外線を照射するこ
とで触媒手段30の触媒効果を助長させることができ
る。
In the above-described apparatus, the catalyst means for activating the gas for film formation by heating the heating wire 30 disposed in the pipe 26 of the processing gas is provided, and the catalyst means is irradiated with ultraviolet rays. An ultraviolet lamp (not shown) may be provided. Here, as described above, tungsten or tantalum wire is used in the reducing atmosphere as described above, and a metal having corrosion resistance even in an oxidizing or corrosive gas atmosphere such as gold or platinum is used in the oxidizing atmosphere as described above. Alternatively, a heating wire is sealed in a quartz tube or the like, and a metal or the like suitable as the above-mentioned catalyst is attached to the surface thereof. By irradiating the catalyst means 30 heated to a high temperature with ultraviolet rays, the catalytic effect of the catalyst means 30 can be promoted.

【0033】触媒効果は、触媒を構成する物質の原子の
d軌道にある電子、即ち、d電子が大きく寄与している
と考えられる。このd軌道に存在する電子を紫外線によ
り放出させ、高温に加熱した触媒手段との電子の交換を
促進し、反応を促進させるものである。d軌道は大きな
軌道であるため、電子の活性化、即ち、解離エネルギー
は比較的小さくても十分であると考えられる。このた
め、300〜500nmの波長の紫外線のエネルギーで
十分にd軌道の電子を解離させることができると考えら
れる。加熱した電熱線30による触媒作用は、処理ガス
の流路に配置されているため、電熱線30に紫外線ラン
プ32より紫外線を照射すると、処理ガス自体にも紫外
線が照射されてしまう。従って、一般の紫外線には18
5nm、254nmという高エネルギーの波長を含んで
おり、そのエネルギーの紫外線が処理ガス自体を直接照
射して分解してしまうおそれがある。このため、触媒作
用を助長するための紫外線の波長は、エネルギーの低い
300〜500nm程度の波長を選ぶことが好ましい。
これにより、紫外線が処理ガス自体を直接照射しても、
直接的に処理ガスを分解するという作用が生じない。従
って、係る波長の紫外線の照射により電熱線30の原子
のd電子を活性化できるので、処理ガスは紫外線照射そ
のものでは分解されないが、触媒手段30に接触するこ
とで、処理ガスを活性化させることができる。従って、
紫外線を照射することにより、触媒手段自体の加熱温度
を下げて、処理ガスの活性化を行うことも可能である。
It is considered that the catalytic effect largely depends on electrons in the d-orbit of atoms of a substance constituting the catalyst, that is, d electrons. The electrons existing in the d-orbit are emitted by ultraviolet rays to promote exchange of electrons with the catalyst means heated to a high temperature, thereby promoting the reaction. Since the d-orbit is a large orbit, it is considered that even a relatively small activation or dissociation energy of electrons is sufficient. Therefore, it is considered that electrons in the d-orbit can be sufficiently dissociated with the energy of ultraviolet light having a wavelength of 300 to 500 nm. Since the catalysis by the heated heating wire 30 is arranged in the flow path of the processing gas, when the heating wire 30 is irradiated with ultraviolet rays from the ultraviolet lamp 32, the processing gas itself is also irradiated with ultraviolet rays. Therefore, for general ultraviolet light, 18
It contains high energy wavelengths of 5 nm and 254 nm, and the ultraviolet light of that energy may directly irradiate the processing gas itself and decompose. For this reason, as the wavelength of the ultraviolet light for promoting the catalytic action, it is preferable to select a wavelength having a low energy of about 300 to 500 nm.
Thereby, even if the ultraviolet rays directly irradiate the processing gas itself,
There is no effect of directly decomposing the processing gas. Therefore, since the d-electrons of the atoms of the heating wire 30 can be activated by the irradiation of the ultraviolet light having the wavelength, the processing gas is not decomposed by the irradiation of the ultraviolet light itself, but the processing gas is activated by contacting the catalyst means 30. Can be. Therefore,
By irradiating ultraviolet rays, it is possible to activate the processing gas by lowering the heating temperature of the catalyst means itself.

【0034】処理ガスの活性化の方法として、処理ガス
の供給配管中にプラズマ発生装置を設置し、プラズマ発
生装置からラジカルを処理室へ搬送する方法がある。例
えば、ガスを注入して高周波誘導装置でプラズマを発生
させ、ガス同伴によりラジカルを処理室内に搬送する。
ガスとして、例えばHガスを注入すると、Hガスは
Hラジカルに分離し、これらは電気的に中性であるた
め、搬入路の壁面をラジカルに対して反応性のない石英
等で作っておけば、ラジカルは存在し続け、処理室内に
搬送される。原料ガスと共に流すキャリアガス(例えば
)や添加ガス(例えばH,HO,O)をこの
方法で活性化させ、反応を促進させることができる。即
ち、適度にガス供給管内を低圧に保つとラジカルは容易
に搬送可能となるので、このラジカルにより上記のよう
に反応促進や下地処理等を行い、処理の低温化やプロセ
ス時間の短縮の効果を得ることができる。
As a method for activating the processing gas, there is a method in which a plasma generator is installed in a processing gas supply pipe, and radicals are transferred from the plasma generator to a processing chamber. For example, a gas is injected to generate plasma by a high-frequency induction device, and radicals are transferred into a processing chamber by gas entrainment.
When H 2 gas, for example, is injected as a gas, the H 2 gas is separated into H radicals, which are electrically neutral. Therefore, the wall of the loading path is made of quartz or the like which is not reactive to radicals. If so, the radicals will continue to exist and be transported into the processing chamber. A carrier gas (for example, H 2 ) or an additional gas (for example, H 2 , H 2 O, O 2 ) flowing together with the source gas can be activated by this method to promote the reaction. That is, radicals can be easily transported if the pressure in the gas supply pipe is appropriately kept at a low pressure. Therefore, the radicals are used to promote the reaction and the base treatment as described above, thereby reducing the processing temperature and shortening the processing time. Obtainable.

【0035】上述したように、図1に示す装置において
は、サセプタ12から成膜対象の半導体基板Wを浮かし
て支持するための突き上げピン64を備えている。この
突き上げピン64は支持台60が上下動自在なので、図
2(a)に示すように基板Wをサセプタ12から離隔し
た(浮いた)位置に保持することができる。そして、下
げた場合には半導体基板Wはサセプタ12上に直接載置
されることになる。加熱冷却装置18には、冷却水等の
冷媒を常時流しておくことで、一定温度に保つことがで
きる。従って、この冷却状態の加熱冷却装置に基板Wを
直接載置することで、加熱冷却装置は熱容量が大きく、
基板Wは上述したように熱容量が小さいため、極めて短
時間で所定温度まで冷却することができる。又、突き上
げピン64を押し上げることにより、浮いた位置に保持
し、これにより基板Wの熱容量が小さいので、輻射加熱
ヒータ20を用いて急速に基板Wを加熱し、その温度を
所定温度まで高めることができる。例えば、所定の成膜
温度で成膜を完了した後に、輻射加熱ヒータ20の加熱
量を変更することにより、基板温度を変えてアニール処
理に移行することも可能である。従って、基板Wの加熱
及び冷却を、上部からの輻射加熱ヒータ20による輻射
加熱により、及び下部からの基板保持台18に内蔵した
冷却装置による直接接触冷却により、1個の成膜室内で
基板を急速に加熱及び冷却することができる。
As described above, the apparatus shown in FIG. 1 is provided with the push-up pins 64 for floating the semiconductor substrate W to be formed from the susceptor 12 and supporting it. Since the support table 60 can move up and down, the push-up pins 64 can hold the substrate W at a position (floating) separated from the susceptor 12 as shown in FIG. Then, when lowered, the semiconductor substrate W is directly mounted on the susceptor 12. A constant temperature can be maintained by constantly flowing a coolant such as cooling water to the heating / cooling device 18. Therefore, by directly mounting the substrate W on the heating / cooling device in the cooled state, the heating / cooling device has a large heat capacity,
Since the heat capacity of the substrate W is small as described above, the substrate W can be cooled to a predetermined temperature in a very short time. Further, by pushing up the push-up pin 64, the substrate W is held at a floating position. As a result, since the heat capacity of the substrate W is small, the substrate W is rapidly heated using the radiant heater 20, and the temperature is increased to a predetermined temperature. Can be. For example, after the film formation is completed at a predetermined film formation temperature, it is possible to change the heating amount of the radiant heater 20 to change the substrate temperature and shift to the annealing process. Therefore, the substrate W is heated and cooled by radiant heating from above by the radiant heater 20 and by direct contact cooling from below by the cooling device built in the substrate holder 18 so that the substrate W can be cooled in one film forming chamber. Can be rapidly heated and cooled.

【0036】又、図2(b)は、サセプタ及びサセプタ
カバーを成膜装置外部に搬出入する機構を示している。
前記基板保持手段(サセプタ)12と該基板保持手段1
2に支柱14を介して搭載された前記サセプタカバー1
6とが、支持台60の突き上げピン62により突き上げ
られ、この隙間に搬出入口50からロボットハンド54
が挿入される。ロボットハンド54は僅かに上方に移動
することでサセプタ12、支柱14及びサセプタカバー
16を持ち上げ搬出入口50内に移動させる。これによ
り前記成膜装置の外部にサセプタカバー16等を搬出す
ることができる。そして、外部から加熱冷却装置18上
にサセプタカバー等を装填する場合もこの逆で行うこと
ができる。尚、サセプタカバーとサセプタとを別々に搬
出入するようにしてももちろん良い。これにより、処理
ガスによる反応生成物がサセプタカバー内周面に付着
し、洗浄により容易に除去することができる。従って、
反応生成物が成膜室内の洗浄が困難な場所に付着せず、
メンテナンス性の良好な成膜装置とすることができる。
即ち、基板にもっとも近接しているサセプタと基板の上
面を被覆するサセプタカバーとを適時交換することが可
能となるので、常に基板の周囲を清浄な環境に維持した
まま処理を継続できる。それ故、パーティクル汚染の少
ない装置を提供でき、或いは装置全体のクリーニングサ
イクルを長くでき、装置の稼働率を高めることができ
る。
FIG. 2B shows a mechanism for carrying the susceptor and the susceptor cover out of the film forming apparatus.
The substrate holding means (susceptor) 12 and the substrate holding means 1
Susceptor cover 1 mounted on support 2 via support 14
6 are pushed up by the push-up pins 62 of the support base 60, and the robot hand 54
Is inserted. The robot hand 54 lifts the susceptor 12, the support 14 and the susceptor cover 16 by moving slightly upward, and moves the susceptor 12 into the loading / unloading port 50. Thereby, the susceptor cover 16 and the like can be carried out of the film forming apparatus. When a susceptor cover or the like is loaded on the heating / cooling device 18 from the outside, the reverse can be performed. Note that the susceptor cover and the susceptor may be separately loaded and unloaded. As a result, the reaction product of the processing gas adheres to the inner peripheral surface of the susceptor cover, and can be easily removed by washing. Therefore,
Reaction products do not adhere to difficult-to-clean locations in the deposition chamber,
A film forming apparatus with good maintainability can be provided.
In other words, the susceptor closest to the substrate and the susceptor cover that covers the upper surface of the substrate can be replaced as needed, so that the processing can be continued while always maintaining the environment around the substrate in a clean environment. Therefore, an apparatus with less particle contamination can be provided, or the cleaning cycle of the entire apparatus can be lengthened, and the operation rate of the apparatus can be increased.

【0037】次に、基板Wの昇温特性について説明す
る。上述した輻射加熱ヒータは、例えばハロゲンランプ
ヒータ20を用いることで、その赤外線輻射熱により急
速な成膜対象基板の昇温が可能である。例えば、ハロゲ
ンランプヒータでは100℃/秒程度の被照射物の温度
上昇速度が得られる。図3(a)は、基板保持台18に
内蔵したヒータのみによる昇温特性を示す。基板保持台
18の温度を一定に保つように制御し、常温の基板Wを
保持台18に載置すると、基板保持台が比較的大きな熱
容量を有するので基板の温度は緩やかに上昇し、図示す
るように設定温度に到達するのに時間がかかる。尚、保
持台の温度も常温の基板Wの載置により少し温度が低下
するが、これも緩やかに所定温度に回復する。これに対
して、図3(b)は輻射加熱ヒータを併用し、且つこの
輻射熱を点線で図示するように温度の立ち上げ時にのみ
集中的に加えるようにすることで、基板温度を急速に所
定温度に到達させることができる。又、保持台18にヒ
ータと共にガス冷却パイプ等の冷却装置を備えておくこ
とが好ましい。これにより、前プロセスで余計に加熱さ
れた分を冷却でき再現性のあるプロセスを実現可能とな
る。更に、図3(c)は、基板保持台が冷却用の場合に
輻射加熱ヒータのみで加熱した場合の例で、ほぼ図3
(b)と同様の加熱速度を得ることができる。
Next, the temperature rise characteristics of the substrate W will be described. The above-mentioned radiation heater uses, for example, the halogen lamp heater 20, and can rapidly raise the temperature of the film formation target substrate by the infrared radiation heat. For example, with a halogen lamp heater, a temperature rise rate of the irradiated object of about 100 ° C./sec can be obtained. FIG. 3A shows a temperature rise characteristic only by a heater built in the substrate holding table 18. When the temperature of the substrate holding table 18 is controlled to be kept constant and the substrate W at room temperature is placed on the holding table 18, the substrate temperature gradually increases because the substrate holding table has a relatively large heat capacity. It takes time to reach the set temperature. Note that the temperature of the holding table slightly decreases due to the mounting of the substrate W at room temperature, but also gradually recovers to the predetermined temperature. On the other hand, in FIG. 3B, a radiation heater is used in combination, and the radiation heat is intensively applied only when the temperature rises as shown by a dotted line, so that the substrate temperature is rapidly set to a predetermined value. Temperature can be reached. Further, it is preferable that the holding table 18 be provided with a cooling device such as a gas cooling pipe together with the heater. As a result, the portion heated extra in the previous process can be cooled, and a reproducible process can be realized. Further, FIG. 3C shows an example in which the substrate holder is heated only by a radiation heater when the substrate holder is for cooling.
The same heating rate as in (b) can be obtained.

【0038】又、輻射加熱ヒータを利用して成膜処理後
のアニール処理を行うこともできる。アニール処理の温
度は一般に成膜温度よりも高いので、図2に示すように
加熱台18に内蔵した基板押し上げピン64を用いて、
基板保持台18から浮かすようにして加熱台、あるいは
冷却台から離し、その影響を受けない状態で、輻射加熱
を行うようにする。これにより、成膜時の基板温度より
も高い温度に短時間で上昇させることができ、例えばN
ガス等を流すことにより、アニール処理を行うことが
できる。
Further, an annealing process after the film forming process can be performed using a radiant heater. Since the temperature of the annealing process is generally higher than the film forming temperature, the substrate push-up pins 64 built in the heating table 18 are used as shown in FIG.
The radiant heating is performed so as to be floated from the substrate holding table 18 and separated from the heating table or the cooling table and not affected by the heating table or the cooling table. Thereby, the temperature can be raised to a temperature higher than the substrate temperature at the time of film formation in a short time.
Annealing treatment can be performed by flowing two gases or the like.

【0039】図4は、本発明の基板加熱機構の変形例を
示す。この実施の形態例においては、基板保持台18に
内蔵するヒータ34を輻射加熱ヒータとしたものであ
る。半導体基板Wはピン64で支持され、図1又は図2
に示す実施形態と同様な基板Wの上部に設けられた輻射
加熱ヒータ20と、この基板Wの下部に設けられた輻射
加熱ヒータ34とにより、両側から輻射熱を受けて加熱
される。輻射加熱ヒータ34を内蔵した基板保持台18
の表面は透明な石英板58で構成されていて、輻射熱を
良好に伝達すると共に、腐食性のガスに対しても反応し
ないようになっている。又、輻射加熱ヒータ34を内蔵
した加熱冷却装置18にはヒータ冷却用ガス流路36を
備える。この加熱冷却装置18は、それ自体の熱容量が
小さいので、容易に冷却することが可能である。従っ
て、このような構造により成膜対象基板の温度を更に早
い応答速度で変化させることができ、よりシビアな温度
条件のプロセスの要求に対応することが可能となる。
FIG. 4 shows a modification of the substrate heating mechanism of the present invention. In this embodiment, the heater 34 built in the substrate holder 18 is a radiation heater. The semiconductor substrate W is supported by the pins 64, as shown in FIG.
The radiant heater 20 provided on the upper portion of the substrate W and the radiant heater 34 provided on the lower portion of the substrate W as in the embodiment shown in FIG. Substrate holder 18 with built-in radiation heater 34
Is made of a transparent quartz plate 58 so as to transmit radiant heat well and not react to corrosive gas. The heating / cooling device 18 having the radiant heater 34 built therein is provided with a heater cooling gas flow path 36. Since the heating and cooling device 18 has a small heat capacity, it can be easily cooled. Accordingly, with such a structure, the temperature of the substrate on which a film is to be formed can be changed at a faster response speed, and it is possible to respond to a demand for a process under more severe temperature conditions.

【0040】透明な石英板58は、その表面に成膜成分
等が付着するので、外部に搬出して洗浄等を行い、その
後搬入する等の方法により交換が可能となっている。即
ち、基板保持台18の下部には突き上げピン62,64
を備えた支持台58が配置され、図4(a)に示すよう
に、輻射加熱時、又は処理対象基板Wの交換時には突き
上げピン64により石英板58から浮上した位置に保持
される。また、図4(b)に示すように、石英板58は
突き上げピン62により基板保持台18から浮上支持さ
れ、その隙間に図示しないロボットハンドを挿入するこ
とで、石英板58を外部に搬出入することができる。
The transparent quartz plate 58 can be replaced by a method such as carrying it out, cleaning it, and then carrying it in because the film-forming components adhere to the surface. That is, the push-up pins 62 and 64 are provided below the substrate holding table 18.
4A, and is held at a position floating above the quartz plate 58 by the push-up pins 64 at the time of radiation heating or at the time of replacement of the substrate W to be processed, as shown in FIG. As shown in FIG. 4B, the quartz plate 58 is floated and supported by the push-up pins 62 from the substrate holding table 18, and a robot hand (not shown) is inserted into the gap to carry the quartz plate 58 to the outside. can do.

【0041】処理ガスGが基板Wに沿って平行に流れる
場合に、一般的に言ってガスの流れ方向に沿った成膜速
度の分布は均一ではない。このため、基板保持台18を
回転させて、基板W上の膜厚分布を均一化することが好
ましい。
When the processing gas G flows in parallel along the substrate W, generally speaking, the distribution of the film forming speed along the gas flow direction is not uniform. For this reason, it is preferable that the substrate holder 18 be rotated to make the film thickness distribution on the substrate W uniform.

【0042】図5は、処理ガスの流路を上面から見た図
である。ガス流路は流入側配管(ガス供給管)26から
整流板40によりガス流路が拡大し、基板W上を流れ、
再び整流板40により収束し、流出側配管28に接続さ
れる。この処理ガスの上面から見た流路幅Aは可変であ
ることが好ましい。一般に気相成長における成膜速度は
拡散律速の時、拡散速度に相関する。即ち、 拡散速度=D/δ(Pb−Ps) 但し、D:拡散係数 δ:境界層厚さ Pb:主流の処理ガス分圧 Ps:基板表面の処理ガス分圧 上式によれば、境界層厚さδが薄くなると拡散速度(成
膜速度)は速くなる。即ち、流路幅Aを狭くすることに
よって、主流の流速は速くなり境界層厚さδを小さくす
ることができる。しかしながら、流路幅Aを狭くするに
も限界がある。即ち、装置の構造上の段差が問題となり
流れに乱れが生じる時、基板中央と外周部とでの圧力差
が大きくなり、あるいは変化が直線的でなくなり、基板
を回転しても均一性が得られなくなる時などである。こ
のような場合に、最適条件が得られるように流路幅Aは
調整可能であることが好ましい。
FIG. 5 is a view of the flow path of the processing gas as viewed from above. The gas flow path is expanded from the inflow side pipe (gas supply pipe) 26 by the rectifying plate 40, flows on the substrate W,
The light is converged again by the current plate 40 and is connected to the outflow side pipe 28. It is preferable that the flow path width A viewed from the upper surface of the processing gas is variable. In general, the deposition rate in vapor phase growth correlates with the diffusion rate when the diffusion is controlled. That is, Diffusion rate = D / δ (Pb−Ps) where D: Diffusion coefficient δ: Boundary layer thickness Pb: Mainstream processing gas partial pressure Ps: Processing gas partial pressure on substrate surface According to the above equation, the boundary layer As the thickness δ decreases, the diffusion speed (film formation speed) increases. That is, by reducing the flow channel width A, the flow velocity of the main flow increases, and the boundary layer thickness δ can be reduced. However, there is a limit in reducing the channel width A. In other words, when the flow is disturbed due to a step in the structure of the apparatus, the pressure difference between the center and the outer periphery of the substrate increases, or the change is not linear, and uniformity is obtained even when the substrate is rotated. Such as when it is no longer possible. In such a case, it is preferable that the flow path width A can be adjusted so as to obtain the optimum condition.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、成膜対象基板の上面に輻射加熱ヒータを備えること
により、基板の昇温速度を向上することができ、又基板
の上流側に熱線を配置することにより基板自体の温度を
上げることなく、処理ガスの活性化ができる。従って、
スループットが高く、且つ比較的低温による気相成長が
可能な成膜装置を提供できる。
As described above, according to the present invention, by providing a radiant heater on the upper surface of the substrate to be formed, the rate of temperature rise of the substrate can be improved. By arranging the heat rays, the processing gas can be activated without increasing the temperature of the substrate itself. Therefore,
It is possible to provide a film forming apparatus having a high throughput and capable of performing a vapor phase growth at a relatively low temperature.

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

【図1】本発明の実施形態の成膜装置(気相成長装置)
の概略を示す断面図である。
FIG. 1 shows a film forming apparatus (vapor phase growth apparatus) according to an embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the outline of.

【図2】図1の装置において、(a)は、基板Wを加熱
冷却装置から離隔した位置に保持した場合を示す図であ
り、(b)はサセプタカバー等をロボットハンドにより
外部に搬出入する場合を示す図である。
2A is a diagram showing a case where a substrate W is held at a position separated from a heating / cooling device in the apparatus of FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram showing a susceptor cover or the like carried in and out by a robot hand; FIG.

【図3】基板温度の上昇を示す図であり、(a)は加熱
台のヒータによる昇温特性を示し、(b)は基板加熱ヒ
ータと輻射加熱ヒータとを併用した場合の昇温特性を示
し、(c)は基板保持台に冷却装置を内蔵した場合の昇
温特性を示す。
3A and 3B are diagrams showing a rise in substrate temperature, wherein FIG. 3A shows a temperature rise characteristic by a heater of a heating table, and FIG. 3B shows a temperature rise characteristic when a substrate heater and a radiation heater are used together. (C) shows a temperature rise characteristic when a cooling device is built in the substrate holding table.

【図4】基板加熱ヒータの変形例を示す図であり、基板
の上下両側に輻射加熱ヒータを配置した場合を示す図で
あり、(a)は基板を浮上支持した状態を示し、(b)
は石英板を浮上支持した状態を示す。
FIG. 4 is a view showing a modification of the substrate heater, showing a case in which radiation heaters are arranged on the upper and lower sides of the substrate; FIG. 4 (a) shows a state in which the substrate is levitated and supported;
Indicates a state in which the quartz plate is supported by floating.

【図5】図1に示す成膜装置におけるガス流路の構成例
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a gas flow channel in the film forming apparatus shown in FIG.

【図6】従来の成膜装置の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional film forming apparatus.

【図7】従来の触媒方法による成膜装置の構成例を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a film forming apparatus using a conventional catalytic method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 容器本体 14 容器底部 18 基板保持台 20,34 輻射加熱ヒータ 24 輻射面(加熱面) 26 ガス流入路(ガス供給管) 28 ガス流出路 30 熱線(触媒用電熱線) 21 押し上げピン 36 ガス冷却パイプ 38 ガスポート 40 整流板 S 成膜室 W 半導体基板(ウエハ) 12 Container Main Body 14 Container Bottom 18 Substrate Holder 20, 34 Radiant Heater 24 Radiant Surface (Heating Surface) 26 Gas Inlet Channel (Gas Supply Pipe) 28 Gas Outlet Channel 30 Heat Wire (Catalytic Heating Wire) 21 Push-Up Pin 36 Gas Cooling Pipe 38 Gas port 40 Rectifier plate S Film formation chamber W Semiconductor substrate (wafer)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被成膜基板を保持する手段と、該基板の
保持手段に保持される前記基板に対面するように配置さ
れる光源及び又は熱源と、前記基板と前記光源及び又は
熱源との間の空間にガスを前記基板面に平行に流通させ
るガス流路とを備えたことを特徴とする成膜装置。
And a light source and / or a heat source arranged to face the substrate held by the holding means for holding the substrate, and a light source and / or a heat source disposed between the substrate and the light source and / or the heat source. A gas flow path for allowing a gas to flow in a space therebetween in parallel with the substrate surface.
【請求項2】 前記基板と前記光源及び又は熱源との間
の空間よりも上流側の前記ガス流路に、ガスを活性化さ
せる活性化手段を備えたことを特徴とする請求項1に記
載の成膜装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising an activation unit for activating a gas in the gas flow path upstream of a space between the substrate and the light source and / or the heat source. Film forming equipment.
【請求項3】 前記成膜装置は、基板を載置して冷却す
る冷却装置と、前記基板を該冷却装置から浮上支持して
前記光源及び又は熱源により加熱可能とする機構とを備
えたことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
3. The film forming apparatus includes a cooling device for mounting and cooling a substrate, and a mechanism for supporting the substrate by floating from the cooling device and heating the substrate with the light source and / or the heat source. The film forming apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記基板と前記光源及び又は熱源との間
には、熱及び又は光の透過性の良好なサセプタカバーを
備え、前記基板を載置するサセプタと該サセプタカバー
で囲まれた前記基板を含む空間に前記ガスを流通させる
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
4. A susceptor cover having good heat and / or light transmittance between the substrate and the light source and / or the heat source, wherein the susceptor on which the substrate is mounted and the susceptor cover are surrounded by the susceptor cover. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas is circulated in a space including the substrate.
【請求項5】 前記サセプタと、及び又は前記サセプタ
カバーとを前記成膜装置の外部に出し入れする搬送機構
を更に備えたことを特徴とする請求項4に記載の成膜装
置。
5. The film forming apparatus according to claim 4, further comprising a transport mechanism for taking the susceptor and / or the susceptor cover into and out of the film forming apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009001899A (en) * 2007-05-22 2009-01-08 Nagaoka Univ Of Technology Method and apparatus for production of metal oxide thin film

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