JP2006216625A - Thin-film forming device, thin film, formation method thereof, semiconductor device, and manufacturing method thereof - Google Patents

Thin-film forming device, thin film, formation method thereof, semiconductor device, and manufacturing method thereof Download PDF

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忠弘 大見
Kazumasa Kawase
和雅 河瀬
Akinobu Teramoto
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • C23C14/566Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases using a load-lock chamber

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film having improved quality for preventing an organic matter from adhering to a substrate. <P>SOLUTION: When introducing the substrate 1 into a treatment chamber 12 for treatment, the substrate 1 is introduced via two-stage load lock chambers 10, 11. The first-stage load lock chamber 10 performs substitution to an inert gas atmosphere as atmospheric pressure. The second-stage load lock chamber 11 has a baking heater 20. When pressure is reduced while the organic matter 5 adheres to the inner wall, it is eliminated and contaminates the substrate 1. However, the adhesion of the organic matter 5 to the substrate 1 is prevented by reducing the pressure in the second-stage load lock chamber 11 where no organic matters 5 adhere. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上に形成された薄膜及びその形成方法とその形成装置、及びその薄膜を用いた半導体装置及びその形成方法に関するものである。   The present invention relates to a thin film formed on a substrate, a method for forming the thin film, a forming apparatus therefor, a semiconductor device using the thin film, and a forming method therefor.

半導体デバイスや,液晶デバイスなどの特性は,薄膜の極表面(数nm以下)の組成,結合状態,不純物濃度,表面形状などにより大きく左右されるため,これらのデバイス開発及び解析には,表面分析装置の活用が必須となっている。   The characteristics of semiconductor devices, liquid crystal devices, etc. are greatly affected by the composition, bonding state, impurity concentration, surface shape, etc. of the thin film's extreme surface (several nm or less). Utilization of equipment is essential.

全てのX線光電子分光装置,オージェ電子分光装置,ダイナミック2次イオン質量分析装置,飛行時間型2次イオン質量分析装置の分析室,もしくは,一部の走査型原子間力顕微鏡,走査型トンネル顕微鏡では,超高真空槽内で分析もしくは観察が行われるため,ロードロック室で分析試料を減圧してから,分析室もしくは観察室に搬送され,分析及び観察される。   All X-ray photoelectron spectrometers, Auger electron spectrometers, dynamic secondary ion mass spectrometers, time-of-flight secondary ion mass spectrometer analysis rooms, or some scanning atomic force microscopes, scanning tunneling microscopes Then, since analysis or observation is performed in an ultra-high vacuum chamber, the analysis sample is depressurized in the load lock chamber and then transported to the analysis chamber or observation chamber for analysis and observation.

この際,ロードロック室の内壁に付着した有機汚染が脱離し,分析・観察試料表面を汚染する問題が起きる。   At this time, organic contamination adhering to the inner wall of the load lock chamber is desorbed, causing a problem of contaminating the analysis / observation sample surface.

ロードロックは試料導入の度に大気開放され、また、有機汚染をクリ−ニング除去する機構も持たないため、その内壁に有機汚染を蓄積しているからである。   This is because the load lock is released to the atmosphere each time a sample is introduced and has no mechanism for cleaning and removing organic contamination, so that organic contamination is accumulated on the inner wall thereof.

図4は大気圧下及び減圧下で放置された基板上に付着した有機物の総量の放置時間依存性を示すグラフ(林 輝幸、”減圧真空装置内ウエハー表面有機物汚染に関する研究”、博士学位論文より)であるが、減圧下では、非常に短時間で有機物が基板表面を汚染する。表面観察装置の場合,この有機物による微小なラフネス増加を招いたり,本来の表面形状の取得の妨害となる。一方,表面分析装置の場合,この有機物による感度の低下が起き測定を妨害する。また,炭素を含む試料の分析や,分析試料表面に付着した有機物を分析対象とする場合,ロードロックで汚染した有機物により妨害を受ける。   Fig. 4 is a graph showing the dependence of the total amount of organic substances adhering to a substrate left under atmospheric pressure and reduced pressure (Takeyuki Hayashi, "Study on Organic Contamination of Wafer Surfaces in a Vacuum Vacuum Apparatus", Doctoral Dissertation) However, under reduced pressure, organic substances contaminate the substrate surface in a very short time. In the case of a surface observation device, this organic matter causes a slight increase in roughness, or obstructs acquisition of the original surface shape. On the other hand, in the case of a surface analyzer, the sensitivity is reduced due to this organic substance, which hinders measurement. In addition, when analyzing samples containing carbon, or when analyzing organic substances adhering to the surface of the analyzed sample, they are disturbed by organic substances contaminated by the load lock.

例えば、X線光電子分光装置の場合,図1に示したように,Siの表面を分析すると,大気に触れた試料表面からは,必ず,C-C, C-O, C=O, COOなどのピークが観測される。例えばSi-Cの形成量を評価する場合,C-Cのピークが大いと,Si-Cのピーク強度を読み取るのを妨害するため,Si-Cの検出感度の低下,定量限界の増加,定量精度の低下などの問題が発生する。   For example, in the case of an X-ray photoelectron spectrometer, as shown in Fig. 1, when the surface of Si is analyzed, peaks such as CC, CO, C = O, and COO are always observed from the sample surface exposed to the atmosphere. Is done. For example, when evaluating the amount of Si-C formed, if the peak of CC is large, reading the peak intensity of Si-C is hindered, so the detection sensitivity of Si-C decreases, the limit of quantification increases, and the accuracy of quantification increases. Problems such as degradation occur.

このため,対象とする処理から,測定までの間に,有機汚染が表面に付着しないようにすることが強く望まれる。上述のように,ロードロック室を通って,分析室に分析試料が運ばれる際,必ず減圧雰囲気になるため,有機汚染が付着したロードロックの内壁から,減圧時に有機物が脱離し,試料表面を汚染する。   For this reason, it is highly desirable to prevent organic contamination from adhering to the surface between the target treatment and measurement. As described above, when an analysis sample is transported through the load lock chamber to the analysis chamber, a reduced pressure atmosphere is inevitably generated. Therefore, organic substances are detached from the inner wall of the load lock to which organic contamination has adhered, and the sample surface is removed. To contaminate.

一方、MOS(金属膜電極/シリコン酸化物誘電体膜/シリコン基板)トランジスタのゲート絶縁膜である,シリコン酸化物誘電体膜(以後シリコン酸化膜)には,低リーク電流特性,低界面準位密度,低しきい値電圧シフト,低しきい値バラツキ特性など,様々な高絶縁特性と高信頼性が要求される。   On the other hand, silicon oxide dielectric film (hereinafter referred to as silicon oxide film), which is the gate insulating film of MOS (metal film electrode / silicon oxide dielectric film / silicon substrate) transistor, has low leakage current characteristics and low interface state. Various high insulation characteristics and high reliability are required, such as density, low threshold voltage shift, and low threshold variation characteristics.

シリコン酸化膜は,高い絶縁特性を得るため,酸化方法に関して様々な研究や発明がなされているが,酸化前のシリコン基板表面には,できる限り清浄な表面が求められる。シリコン表面は大気中では自然酸化しており,自然酸化膜が0.5〜1.5 nm程度形成されているが,この酸化膜は絶縁特性が悪いため,HF等を含んだ薬液でエッチング除去する必要がある。   In order to obtain high insulating properties, various studies and inventions have been made on the oxidation method of the silicon oxide film, but the surface of the silicon substrate before oxidation is required to be as clean as possible. The silicon surface is naturally oxidized in the atmosphere, and a natural oxide film is formed to a thickness of about 0.5 to 1.5 nm, but this oxide film has poor insulating properties, so it must be etched away with a chemical solution containing HF. .

また,金属や,パーティクル,有機汚染を除去するために,H2SO4, O3等の酸化性の薬液による洗浄が実施される。この際,シリコン表面には絶縁特性の悪いケミカル酸化膜が形成されるため,この工程の後には,上記HF処理を実施しなければならない。 In order to remove metal, particles, and organic contamination, cleaning with oxidizing chemicals such as H 2 SO 4 and O 3 is performed. At this time, since a chemical oxide film having poor insulating properties is formed on the silicon surface, the HF treatment must be performed after this step.

また,洗浄と酸化処理の間には,数分から数時間程度のストレージ時間が必要となる。しかし、HF処理を行うと,シリコン表面のダングリングボンドがH原子で終端されることにより安定化され,自然酸化を抑制することが可能である。   In addition, a storage time of several minutes to several hours is required between cleaning and oxidation treatment. However, when HF treatment is performed, dangling bonds on the silicon surface are stabilized by termination with H atoms, and natural oxidation can be suppressed.

半導体デバイスの高性能化は,素子の微細化により達成されてきたが,それに伴いシリコン酸化膜の厚さは極薄化しなければならず,2 nm以下の極薄膜では,上記の自然酸化膜やケミカル酸化膜を除去できるHF処理が必須となっている。   High performance of semiconductor devices has been achieved by miniaturization of elements, but the thickness of the silicon oxide film has to be made extremely thin along with it, and the above-mentioned natural oxide film and HF treatment that can remove chemical oxide film is essential.

一方,熱酸化によりシリコン酸化膜を形成する際,室温のシリコン基板を高温の酸化炉に挿入すると,例え炉内を非酸化性雰囲気に保っていても,周辺の大気を巻き込み,本来の処理温度よりも低い温度で酸化膜が形成し始める問題がある。   On the other hand, when a silicon oxide film is formed by thermal oxidation, if a silicon substrate at room temperature is inserted into a high-temperature oxidation furnace, even if the inside of the furnace is kept in a non-oxidizing atmosphere, the surrounding atmosphere is involved and the original processing temperature is increased. There is a problem that an oxide film starts to be formed at a lower temperature.

これを防止するためには,炉の前室として,ロードロック室を設け, N2 やArなどの不活性ガスや真空などの非酸化性雰囲気により,酸素や水分濃度を低下させてから,炉に基板を導入し非酸化性ガス雰囲気で昇温すればよい。しかし,HF処理と非酸化性雰囲気昇温の両方を用いると,シリコン酸化膜の絶縁特性が,逆に悪くなる問題がある。 In order to prevent this, a load lock chamber is provided as the front chamber of the furnace, and the oxygen and moisture concentration is reduced by an inert gas such as N 2 and Ar, or a non-oxidizing atmosphere such as vacuum, and then the furnace. The substrate may be introduced into the substrate and heated in a non-oxidizing gas atmosphere. However, when both HF treatment and non-oxidizing atmosphere temperature rise are used, there is a problem that the insulating properties of the silicon oxide film are deteriorated.

シリコン表面を終端しているHが430 ℃以上の昇温により脱離すると,ダングリングボンドを形成するが,シリコン表面に有機汚染が存在すると,シリコンのダングリングボンドと有機汚染が反応し,SiCを形成するためである。   If H that terminates the silicon surface is desorbed by a temperature rise of 430 ° C or more, a dangling bond is formed. However, if organic contamination exists on the silicon surface, the silicon dangling bond reacts with the organic contamination, and SiC It is for forming.

ラジカル酸化,プラズマ酸化等,430 ℃以下のプロセスの場合は,Hが膜中に取り込まれると,絶縁特性に悪影響を与えるため,希ガスイオンの照射等により,Hを除去してから処理を行う必要がある。この際も同様にダングリングボンドを形成するが,シリコン表面に有機汚染が存在すると,シリコン表面のダングリングボンドと有機汚染が反応し,SiCを形成するため,絶縁特性は劣化する。   In the case of processes below 430 ° C, such as radical oxidation, plasma oxidation, etc., if H is incorporated into the film, it will adversely affect the insulation characteristics. Therefore, after removing H by irradiation with rare gas ions, etc. There is a need. In this case, dangling bonds are similarly formed. However, if organic contamination is present on the silicon surface, the dangling bonds on the silicon surface react with organic contamination to form SiC, so that the insulation characteristics deteriorate.

図1(a)は,HF処理後の基板を非酸化性雰囲気であるArガス中で800 ℃に昇温した表面のXPS C1sコアレベル光電子スペクトルであり,Si-C結合に関係したピークが明瞭に観察される。酸化性雰囲気であるO2中で昇温した場合,及びSiO2表面(HF処理無しの基板)をArガス中で昇温した場合は,図1(b), 図1(c)に示すように,SiCのピークは全く観測されない。なお,メインピークから高結合エネルギー側に検出されるC-C, C-O, C=O, COOピークは,酸化処理後,測定までの間に大気から汚染した有機物に関係するピークである。 Fig. 1 (a) shows the XPS C1s core level photoelectron spectrum of the surface of the substrate after HF treatment heated to 800 ° C in Ar gas, which is a non-oxidizing atmosphere. The peak related to the Si-C bond is clear. Observed. As shown in Fig. 1 (b) and Fig. 1 (c), when the temperature is raised in O 2 , which is an oxidizing atmosphere, and when the temperature of the SiO 2 surface (substrate without HF treatment) is raised in Ar gas. In addition, no SiC peak is observed. The CC, CO, C = O, and COO peaks detected from the main peak to the high binding energy side are peaks related to organic substances contaminated from the atmosphere after the oxidation treatment and before measurement.

図2は,HF処理後の基板を真空中で昇温した際の,SiC形成量の温度依存性と,終端Hの脱離温度特性を示す。この結果からSiCの形成メカニズムは図3の反応モデルで示される。   FIG. 2 shows the temperature dependence of the SiC formation amount and the desorption temperature characteristics of the terminal H when the substrate after HF treatment is heated in vacuum. From this result, the formation mechanism of SiC is shown by the reaction model in FIG.

図3(a)に示すように,HF処理後のSi(100)表面は,再表面のSi原子が,4本の結合手の内2本がHで終端された構造となっている。300〜430 ℃にかけて,2本の結合手を終端しているHの一方が脱離し,Siはダングリングボンドを生成するが,隣り合うダングリングボンドとが結合してダイマーを形成し,図3(b)に示すような構造に変化する。   As shown in FIG. 3 (a), the Si (100) surface after HF treatment has a structure in which Si atoms on the resurface are terminated with H in two of the four bonds. From 300 to 430 ° C, one of the Hs terminating the two bonds is desorbed, and Si forms a dangling bond, but the adjacent dangling bond bonds to form a dimer. The structure changes as shown in (b).

430〜600 ℃にかけて,残りのHも脱離し,ダングリングボンドを形成するが,隣合うダングリングボンドとの距離が離れているため,結合することはできず,図3(c)に示すように,ダングリングボンドで一面に覆われた極めて活性な表面となる。一方,有機汚染は,昇温により分子構造の一部が分解し,一部が脱離するが,表面に残存する部分もある。これらはダングリングボンドを持つため,Si表面のダングリングボンドと容易に結合し,SiCを形成する。   The remaining H also desorbs and forms a dangling bond over 430-600 ° C, but it cannot be bonded due to the distance from the adjacent dangling bond, as shown in Fig. 3 (c). In addition, it becomes a very active surface covered with dangling bonds. On the other hand, part of the molecular structure of organic contamination decomposes and partly desorbs due to temperature rise, but there are also parts that remain on the surface. Since these have dangling bonds, they easily combine with dangling bonds on the Si surface to form SiC.

有機汚染の基板への付着を完全に防ぎ,SiCの形成を抑制するのは容易ではないため,従来は,数〜数十%のO2等の酸化性ガスを含んだ非酸化性ガス雰囲気で昇温し,低温で酸化膜を形成(以後、低温酸化膜という)し,その後、本酸化を実施する工程が一般に用いられている。低温酸化膜の絶縁特性は,自然酸化膜,ケミカル酸化膜,巻き込み酸化膜等よりは良いが,高温で形成される酸化膜よりは悪いため,低温酸化膜の形成を防止できれば,絶縁特性の向上が期待できる。 Since it is not easy to completely prevent organic contamination from adhering to the substrate and to suppress the formation of SiC, it has conventionally been in a non-oxidizing gas atmosphere containing an oxidizing gas such as several to several tens of percent O 2. A process is generally used in which the temperature is raised, an oxide film is formed at a low temperature (hereinafter referred to as a low temperature oxide film), and then the main oxidation is performed. Insulation characteristics of low-temperature oxide films are better than natural oxide films, chemical oxide films, entangled oxide films, etc., but they are worse than oxide films formed at high temperatures. Can be expected.

一旦付着した有機汚染は,Si基板表面を酸化や窒化等の変化をさせずに,かつ表面平坦性を損なわずに除去することは極めて困難である。O2, H2O, N2O, NO等の酸化性ガス,NH3, N2O, NO等の窒化性ガス,Kr, Xe, Ar等の希ガス,N2等の不活性ガス,H2等の還元性ガスの照射,もしくはそれらのプラズマ照射及びイオン照射等を行っても不可能である。 It is extremely difficult to remove organic contamination once adhered without changing the surface of the Si substrate, such as oxidation or nitridation, and without impairing surface flatness. Oxidizing gases such as O 2 , H 2 O, N 2 O, NO, nitriding gases such as NH 3 , N 2 O, NO, rare gases such as Kr, Xe, Ar, inert gases such as N 2 , Irradiation with reducing gas such as H 2 , or plasma irradiation or ion irradiation thereof is impossible.

このために,未制御酸化膜,SiC,Hの全てを排除したSi表面を実現し,これらの全てを含まない酸化膜を形成するためには,有機汚染が基板表面に付着しないようにする方法の開発が必須である。なお,ここでは,これら自然酸化膜,ケミカル酸化膜,巻き込み酸化膜,低温酸化膜など,本酸化で形成した酸化膜よりも絶縁特性が悪い酸化膜を,未制御酸化膜と呼ぶ。   Therefore, in order to realize a Si surface that excludes all of the uncontrolled oxide film, SiC, and H, and to form an oxide film that does not contain all of these, a method to prevent organic contamination from adhering to the substrate surface Development is essential. Here, an oxide film having an insulating property worse than that of the oxide film formed by the main oxidation, such as a natural oxide film, a chemical oxide film, an entrained oxide film, and a low-temperature oxide film, is referred to as an uncontrolled oxide film.

基板表面に有機汚染が付着しないようにするには,洗浄薬液,洗浄装置内雰囲気,クリーンルーム大気,搬送容器内雰囲気,ロードロック室内雰囲気,酸化処理室内雰囲気,プロセスガスなどから,有機物を除去することが必要であるが,あらゆる部材に有機物が用いられているため,完全に有機汚染を防止するのは非常に困難である。   To prevent organic contamination from adhering to the substrate surface, remove organic substances from cleaning chemicals, cleaning device atmosphere, clean room air, transfer container atmosphere, load lock chamber atmosphere, oxidation chamber atmosphere, process gas, etc. However, since organic materials are used in all parts, it is very difficult to completely prevent organic contamination.

クリーンルーム大気全体から有機汚染を完全に除去するには,膨大な量の空気をケミカルフィルタで除去しなければならないが,コストの面から不可能に近いため,装置周辺を局所的にクリーンにするか,基板搬送容器内を清浄にする方法が現実的である。   In order to completely remove organic pollution from the entire clean room atmosphere, a huge amount of air must be removed by chemical filters. A method of cleaning the inside of the substrate transfer container is realistic.

洗浄薬液,プロセスガス中の有機汚染はすでに低いレベルに抑制されている。また,高純度の不活性ガスを大気圧付近で用いることにより,洗浄装置内雰囲気,搬送容器内雰囲気についても,有機汚染を防ぐことが可能である。   Organic contamination in cleaning chemicals and process gases has already been suppressed to a low level. In addition, by using a high-purity inert gas near atmospheric pressure, it is possible to prevent organic contamination in the atmosphere in the cleaning apparatus and the atmosphere in the transfer container.

ただし,ロードロック室内雰囲気と,酸化処理室内雰囲気は,周辺の大気を巻き込まないようにするため,一旦減圧してから,高純度の不活性ガスやプロセスガスを導入するのが一般的である。   However, in order to prevent the surrounding atmosphere from being involved in the ambient atmosphere in the load lock chamber and the oxidation treatment chamber, it is common to introduce a high purity inert gas or process gas after reducing the pressure once.

クリーンルーム大気に触れたり,バックポンプからの拡散により,有機汚染が内壁に付着した状態で減圧にすると,内壁に付着した有機汚染が内壁から脱離し,一部が基板表面に付着する。   When the pressure is reduced while the organic contamination adheres to the inner wall due to contact with the clean room atmosphere or diffusion from the back pump, the organic contamination adhering to the inner wall is detached from the inner wall, and part of it adheres to the substrate surface.

図4は大気圧下及び減圧下で放置された基板上に付着した有機物の総量の,放置時間依存性を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing the dependence of the total amount of organic substances adhering to the substrate left under atmospheric pressure and reduced pressure on the standing time.

減圧下では,非常に短時間で有機物が汚染する。ただし,酸化処理室は,メンテナンス時以外大気開放されず,また,酸化処理を行う毎に有機汚染が燃焼分解除去されるため,有機汚染は,ロードロック室との間のゲートバルブを開けた際にロードロック室から流れ込むか,基板に付着した状態で持ち込まれるか,前の処理から次の処理までの間に,バックポンプから逆拡散して持ち込まれるかしかない。   Under reduced pressure, organic matter is contaminated in a very short time. However, the oxidation chamber is not opened to the atmosphere except during maintenance, and organic contamination is removed by combustion decomposition every time the oxidation treatment is performed, so organic contamination occurs when the gate valve to the load lock chamber is opened. In this case, it can only flow from the load lock chamber, be brought in a state of being attached to the substrate, or be brought back-spread from the back pump between the previous processing and the next processing.

これらが酸化処理室内壁を汚染し,減圧時に脱離して基板を汚染する量は,大気開放され,酸化処理等による有機物の除去が行われないロードロック室のそれと比べれば僅かであり,最も基板を有機物で汚染しやすいのは,ロードロック室であり,この部分の改良が最も重要である。   The amount of these contaminating the walls of the oxidation chamber and desorbing during depressurization and polluting the substrate is very small compared to that of the load-lock chamber that is open to the atmosphere and organic substances are not removed by oxidation. It is the load lock chamber that is easily contaminated with organic matter, and improvement of this part is the most important.

以上は酸化処理の場合を例に述べたが,CVD等の薄膜形成装置の場合であっても,SiCの形成が薄膜の特性に悪影響を与える。また,SiCを形成せずに有機物の状態であっても,基板上に付着していると,薄膜の特性に影響を与える場合は少なくない。したがって,一般的な薄膜形成装置全般に対しても,有機汚染の基板への付着防止は重用な課題である。   In the above, the case of oxidation treatment was described as an example. However, even in the case of a thin film forming apparatus such as a CVD, the formation of SiC adversely affects the characteristics of the thin film. In addition, even if it is in an organic state without forming SiC, it is often the case that if it adheres to the substrate, the characteristics of the thin film will be affected. Therefore, prevention of organic contamination from adhering to the substrate is an important issue for general thin film forming apparatuses in general.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、有機汚染の基板への付着抑制であり,これにより,未制御酸化膜フリー,有機汚染フリー,SiCフリー,Hフリーで,かつ原子レベルで平坦なシリコン酸化膜等の薄膜を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to suppress the adhesion of organic contamination to the substrate, thereby preventing uncontrolled oxide film free, organic contamination free, SiC free, and H free. And providing a thin film such as a silicon oxide film which is flat at the atomic level.

また、本発明の他の目的は、2段式のロードロックを用いることにより,分析試料表面への有機物の汚染を抑制することである。   Another object of the present invention is to suppress contamination of organic substances on the surface of an analysis sample by using a two-stage load lock.

上記目的を達成するために、本発明の薄膜形成装置では、基板を外部から導入し,大気圧を保持したまま不活性ガスで置換する1段目のロードロック室と,基板を収容し,内壁に有機物を吸着させないもしくは吸着した有機物を除去する機構を備えた2段目のロードロック室と、基板を収容し,所定の薄膜を形成するための膜形成機構を有した処理室と,1段目ロードロック室,2段目ロードロック室及び処理室の真空度及びガス濃度をそれぞれ所定の値に制御するためのガス雰囲気制御部と、1段目ロードロック室,2段目ロードロック室及び処理室間で,基板を移動させる搬送機構と,1段目ロードロック室と2段目ロードロック室間,2段目ロードロック室と処理室間を,それぞれ開閉し基板を通すためのゲートバルブとを有すること特徴とする。   In order to achieve the above object, in the thin film forming apparatus of the present invention, the substrate is introduced from the outside, the first-stage load lock chamber for replacing with an inert gas while maintaining atmospheric pressure, the substrate is accommodated, and the inner wall A second-stage load lock chamber having a mechanism that does not adsorb organic substances on the substrate or removes adsorbed organic substances, a processing chamber having a film-forming mechanism for accommodating a substrate and forming a predetermined thin film, and one stage A gas atmosphere control unit for controlling the vacuum degree and gas concentration of the first load lock chamber, the second stage load lock chamber, and the processing chamber to predetermined values, a first stage load lock chamber, a second stage load lock chamber, and Transfer mechanism for moving substrates between processing chambers, and gate valves for opening and closing the first-stage loadlock chamber and second-stage loadlock chamber, and the second-stage loadlock chamber and processing chamber, respectively. Having And butterflies.

好ましくは、前記ガス雰囲気制御部は,前記1段目ロードロック室,2段目ロードロック室,処理室をそれぞれ排気するための排気部と,排気量を制御する排気量制御ゲートバルブと,ガスを導入するためのガス導入部と,ガス流量を制御するガス流量制御バルブとをそれぞれ有する。   Preferably, the gas atmosphere control unit includes an exhaust unit for exhausting the first-stage load lock chamber, the second-stage load lock chamber, and the processing chamber, an exhaust amount control gate valve for controlling an exhaust amount, and a gas And a gas flow rate control valve for controlling the gas flow rate.

前記2段目のロードロック室は,炉内壁に付着した有機物を脱離させるかまたは有機物の付着を防止するためのクリーニング機構を有することが好ましい。   The second-stage load lock chamber preferably has a cleaning mechanism for detaching organic substances attached to the furnace inner wall or preventing the organic substances from attaching.

前記クリーニング機構は,例えば、内壁をベーキングする加熱機構を有する。   The cleaning mechanism has, for example, a heating mechanism for baking the inner wall.

前記クリーニング機構は,例えば、内壁にプラズマ照射するプラズマ生成機構を有する。   The cleaning mechanism has, for example, a plasma generation mechanism that irradiates plasma on the inner wall.

前記薄膜形成機構は,例えば、ラジカル酸化を行うためのプラズマ生成部と,酸化性ガス導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a plasma generation unit for performing radical oxidation and an oxidizing gas introduction unit.

前記薄膜形成機構は,例えば、ラジカル窒化を行うためのプラズマ生成部と,窒化性ガス導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a plasma generation unit for performing radical nitridation and a nitriding gas introduction unit.

前記薄膜形成機構は,例えば、ラジカル酸窒化を行うためのプラズマ生成部と,酸窒化性ガスもしくは酸化性ガスと窒化性ガスの導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a plasma generation unit for performing radical oxynitriding, and an introduction unit of an oxynitriding gas or an oxidizing gas and a nitriding gas.

前記薄膜形成機構は,例えば、熱酸化を行うための加熱部と,酸化性ガス導入部とを有する。   The thin film forming mechanism includes, for example, a heating unit for performing thermal oxidation and an oxidizing gas introduction unit.

前記薄膜形成機構は,例えば、熱窒化を行うための加熱部と,窒化性ガス導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a heating unit for performing thermal nitridation and a nitriding gas introduction unit.

前記薄膜形成機構は,例えば、熱酸窒化を行うための加熱部と,酸窒化性ガスもしくは酸化性ガスと窒化性ガスの導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a heating unit for performing thermal oxynitridation, and an introduction unit for an oxynitriding gas or an oxidizing gas and a nitriding gas.

前記薄膜形成機構は,例えば、CVD成膜を行うための加熱部と,原料ガス導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a heating unit for performing CVD film formation and a source gas introduction unit.

前記薄膜形成機構は,例えば、スパッタ成膜を行うためのターゲット、イオン発生部,加熱部及び原料ガス導入部とを有する。   The thin film formation mechanism includes, for example, a target for performing sputter film formation, an ion generation unit, a heating unit, and a source gas introduction unit.

前記ラジカル酸化,ラジカル窒化及びラジカル酸窒化を行うための前記プラズマ生成部は,マイクロ波発生部と,マイクロ波導波管とラジアルラインスロットアンテナとを有することが好ましい。   The plasma generation unit for performing radical oxidation, radical nitridation, and radical oxynitridation preferably includes a microwave generation unit, a microwave waveguide, and a radial line slot antenna.

前記ラジカル酸化,ラジカル窒化,及びラジカル酸窒化を行うための前記プラズマ生成部は,高周波を印加できる平行平板電極を有することが好ましい。   The plasma generation unit for performing radical oxidation, radical nitridation, and radical oxynitridation preferably includes parallel plate electrodes to which a high frequency can be applied.

好ましくは、前記CVD成膜は,SiO2, SiN, SiON, HfO2, HfSiO, HfSiONから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つのゲート絶縁膜用薄膜の成膜である。 Preferably, the CVD film formation is at least one gate insulating film thin film selected from the group consisting of SiO 2 , SiN, SiON, HfO 2 , HfSiO, and HfSiON.

好ましくは、前記スパッタ成膜は,Siまたは Hfのゲート絶縁膜形成用の下地薄膜の成膜である。   Preferably, the sputter film formation is a film formation of a base thin film for forming a Si or Hf gate insulating film.

また、少なくとも洗浄処理を行う前処理装置から大気圧の不活性雰囲気下で搬送される搬送容器が,有機物の付着を防止もしくは有機物の除去を行う2段目のロードロック室とゲートバルブを介して接続され,大気に触れずに基板を2段目のロードロック室に導入できる機構を有しており,この搬送容器が,大気圧のまま不活性ガス雰囲気にする1段目のロードロック室の役割を有していても良い。   In addition, a transport container that is transported in an inert atmosphere at atmospheric pressure from at least a pretreatment device that performs a cleaning process passes through a second-stage load lock chamber that prevents adhesion of organic substances or removes organic substances and a gate valve. It is connected and has a mechanism that allows the substrate to be introduced into the second stage load lock chamber without touching the atmosphere. This transfer container has an inert gas atmosphere at atmospheric pressure. It may have a role.

あるいは、少なくとも洗浄処理を行う前処理装置の処理室もしくはそのロードロック室と有機物の付着を防止もしくは有機物の除去を行う2段目のロードロック室が,ゲートバルブを介して直接連結され,この前処理装置の処理室もしくはそのロードロック室が大気圧のまま不活性ガス雰囲気にする1段目のロードロック室の役割を有していても良い。   Alternatively, at least the treatment chamber of the pretreatment apparatus that performs the cleaning treatment or the load lock chamber thereof and the second stage load lock chamber that prevents the organic matter from adhering or removes the organic matter are directly connected via a gate valve. The processing chamber of the processing apparatus or its load lock chamber may have a role of a first-stage load lock chamber in which an inert gas atmosphere is maintained with atmospheric pressure.

このように、本発明では,基板への有機汚染付着を低減するため,2段式のロードロック室を用い,1段目のロードロック室は大気圧で不活性ガスに置換し,2段目のロードロック室には,有機物が内壁に付着しない機構を持たせ清浄に保った上で減圧にし,不純物ガス濃度を充分下げてから処理室に基板を導入する。   In this way, in the present invention, in order to reduce organic contamination adhesion to the substrate, a two-stage load lock chamber is used, and the first-stage load lock chamber is replaced with an inert gas at atmospheric pressure, and the second-stage load lock chamber is replaced. The load lock chamber has a mechanism that prevents organic substances from adhering to the inner wall, keeps it clean, reduces the pressure of the impurity gas, and introduces the substrate into the processing chamber.

1段目のロードロック室は,基板導入時に大気開放されるため,その内壁への有機汚染の付着は免れないが,減圧せずに不活性ガスに置換することで,内壁から基板への有機汚染の付着は防止できる。ただし,1段目のロードロック室での不純物ガス濃度は,減圧した場合よりも高いレベルまでしか下げることができない。   The first stage load lock chamber is opened to the atmosphere when the substrate is introduced, so organic contamination on the inner wall is unavoidable. However, by replacing it with an inert gas without reducing the pressure, the organic material is transferred from the inner wall to the substrate. Contamination can be prevented. However, the impurity gas concentration in the first-stage load lock chamber can only be lowered to a higher level than when the pressure is reduced.

次に、2段目のロードロック室に基板を導入するが,2段目のロードロック室は,有機物が内壁に付着しない機構もしくは,有機物を除去できる機構を有している。   Next, the substrate is introduced into the second-stage load lock chamber. The second-stage load lock chamber has a mechanism that prevents organic substances from adhering to the inner wall or a mechanism that can remove organic substances.

例えば、内壁を常にベーキングしておくか,酸化性ガス,水素ガス、窒化性ガス等のCを含まないガスのプラズマを発生させる機構を持たせることで実現可能である。   For example, this can be realized by always baking the inner wall or by providing a mechanism for generating plasma of a gas not containing C, such as an oxidizing gas, a hydrogen gas, and a nitriding gas.

1段目のロードロック室から,2段目のロードロック室に基板が導入される際,有機汚染の持込はないが,微量の不純物ガスの持込がある。この不純物ガスを処理室に持ち込まないようにするため,2段目のロードロック室は減圧するが,2段目のロードロック室の内壁は有機汚染がないため,減圧にしても,基板が有機汚染されることはない。   When a substrate is introduced from the first-stage load lock chamber to the second-stage load lock chamber, there is no organic contamination, but there is a small amount of impurity gas. In order to prevent this impurity gas from being brought into the processing chamber, the second-stage load lock chamber is depressurized, but the inner wall of the second-stage load lock chamber is free from organic contamination. There is no contamination.

このようにしてから基板を処理室に導入すれば,基板表面への有機汚染と,処理室への不純物ガスの持込の両方が防止できる。なお,1段目のロードロック室の圧力は,100 Torr以上であれば,有機汚染の付着はほとんど無視できるが,大気圧以上の圧力であっても問題なく,むしろ高い程よい。   If the substrate is then introduced into the processing chamber, both organic contamination on the substrate surface and the introduction of impurity gas into the processing chamber can be prevented. If the pressure in the first-stage load lock chamber is 100 Torr or higher, the adhesion of organic contamination is almost negligible, but there is no problem even if the pressure is higher than atmospheric pressure.

上記は,大気に暴露された基板が搬送されてくる場合を想定しているが,有機汚染がなく,不活性ガスで満たされた容器で搬送されてきて,ロードロック室を大気開放せずに基板をロードロック室内に導入できる機構となっている場合は,1段目のロードロック室を省略することができる。すなわち,この搬送容器が1段目のロードロック室の役割を果たしている。   The above assumes that the substrate exposed to the atmosphere is transported, but it is transported in a container filled with inert gas without organic contamination, and the load lock chamber is not opened to the atmosphere. In the case of a mechanism capable of introducing the substrate into the load lock chamber, the first-stage load lock chamber can be omitted. That is, this transfer container plays the role of the first-stage load lock chamber.

また,洗浄装置と薄膜形成装置を物理的に接続し,有機汚染のないトランスファー室を介して搬送される場合はロードロック室は不要である。大気開放されないため1段目のロードロック室は不要である。また、トランスファー室に有機物が内壁に付着しない機構を持たせるための2段目のロードロック室も不要となる。   In addition, when the cleaning apparatus and the thin film forming apparatus are physically connected and transported through a transfer chamber free from organic contamination, the load lock chamber is not necessary. Since it is not open to the atmosphere, the first-stage load lock chamber is unnecessary. In addition, a second-stage load lock chamber is not required for providing the transfer chamber with a mechanism that prevents organic substances from adhering to the inner wall.

しかし,洗浄がバッチ処理で行われている現状,もしくは洗浄装置と様々な薄膜形成装置が別々に開発されている現状では,この方法はコストの面で問題があり,本発明の形態に優位性がある。   However, in the present situation where cleaning is performed by batch processing, or in the present situation where a cleaning apparatus and various thin film forming apparatuses are separately developed, this method has a problem in terms of cost, and is superior to the embodiment of the present invention. There is.

また,処理室内に不純物ガスが持ち込まれても,プロセスの精度に影響を与えず,かつ処理室を減圧に保つ必要が無い場合は,2段目のロードロック室を省略することができる,すなわち,処理室が2段目のロードロック室の役割を果たしている。   If the impurity gas is brought into the processing chamber without affecting the accuracy of the process and it is not necessary to keep the processing chamber at a reduced pressure, the second stage load lock chamber can be omitted. , The processing chamber plays the role of the second stage load lock chamber.

しかし,半導体装置に使用される薄膜が極薄化している現在,プロセスガス雰囲気は益々高純度化が求められており,本発明の形態への要求は高い。   However, at the present time when thin films used in semiconductor devices have become extremely thin, the process gas atmosphere is increasingly required to be highly purified, and the demand for the form of the present invention is high.

以上のように,ロードロック室内壁から基板への有機汚染を防止することにより,SiCの形成や,有機物の膜及び膜/基板界面への取込みが防止される。   As described above, by preventing organic contamination from the load-lock chamber wall to the substrate, the formation of SiC and the incorporation of organic substances into the film and film / substrate interface are prevented.

また、本発明では、2段式のロードロックを,表面分析装置や表面観察装置のロードロック室として用いることにより,分析試料表面への有機物の付着を防止する。   In the present invention, the use of a two-stage load lock as a load lock chamber of a surface analysis device or surface observation device prevents organic substances from adhering to the analysis sample surface.

本発明によれば,有機汚染のシリコン基板への付着を,低コストでかつプロセスガス雰囲気の純度を保ったまま,防止可能となる。このため,酸化処理直前にシリコン表面を終端しているHが除去されてもSiCが形成されない。これにより,未制御酸化膜フリー,有機汚染フリー,SiCフリー,Hフリーのシリコン表面に,良質な酸化膜のみを形成することが可能となり,絶縁特性を向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to prevent organic contamination from adhering to the silicon substrate at a low cost while maintaining the purity of the process gas atmosphere. For this reason, SiC is not formed even if H that terminates the silicon surface is removed immediately before the oxidation treatment. As a result, it becomes possible to form only a high-quality oxide film on the silicon surface of uncontrolled oxide film-free, organic contamination-free, SiC-free, and H-free, and the insulation characteristics can be improved.

酸化処理以外の場合でも有機汚染のシリコン基板への付着を防止することにより,膜中,膜/基板界面への有機物の取り込みを防止し,良質な薄膜を形成可能となる。これらにより,シリコン酸化膜やその他の薄膜を,現状よりも薄膜化することが可能となり,超LSIの高性能化が実現される。   By preventing the organic contamination from adhering to the silicon substrate even in cases other than the oxidation treatment, it is possible to prevent the organic matter from being taken into the film and the film / substrate interface and to form a high-quality thin film. As a result, silicon oxide and other thin films can be made thinner than they are currently, and high performance of VLSI can be realized.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る誘電体膜形成装置について説明する。
(Embodiment 1)
A dielectric film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described.

図5に示すように,処理室12の前室に1段目のロードロック室10と2段目のロードロック室11が設けられている。2つのロードロック室10, 11と処理室12は,それぞれ,ガス導入口30, 31, 32と,ガス流量制御バルブ53, 54, 55と,排気ポンプ13, 14, 15,排気量制御ゲートバルブ43, 44, 45と,前記ガス流量制御バルブ53, 54, 55と排気量制御バルブ43, 44, 45を制御して,真空度及びガス濃度を制御するガス雰囲気制御部50, 51, 52とを備えている。   As shown in FIG. 5, a first-stage load lock chamber 10 and a second-stage load lock chamber 11 are provided in the front chamber of the processing chamber 12. The two load lock chambers 10 and 11 and the processing chamber 12 have gas inlets 30, 31, 32, gas flow rate control valves 53, 54, 55, exhaust pumps 13, 14, 15, and displacement control gate valves, respectively. 43, 44, 45, and gas atmosphere control units 50, 51, 52 for controlling the degree of vacuum and gas concentration by controlling the gas flow rate control valves 53, 54, 55 and the displacement control valves 43, 44, 45, and It has.

1段目ロードロック室10と外部の間,1段目ロードロック室10と2段目のロードロック室11の間,2段目のロードロック室11と処理室12の間には,それぞれゲートバルブ40, 41, 42が設置されている。2段目のロードロック室11は,内壁への有機物の付着を防ぐためのベーキングヒータ20を備えている。処理室12には,ラジカル酸化を行うために必要なRLSAアンテナ21,導波管22,マイクロ波発生装置23が設置されている。   Gates are connected between the first-stage load lock chamber 10 and the outside, between the first-stage load lock chamber 10 and the second-stage load lock chamber 11, and between the second-stage load-lock chamber 11 and the processing chamber 12, respectively. Valves 40, 41 and 42 are installed. The second-stage load lock chamber 11 includes a baking heater 20 for preventing organic substances from adhering to the inner wall. In the processing chamber 12, an RLSA antenna 21, a waveguide 22, and a microwave generator 23 necessary for radical oxidation are installed.

1段目のロードロック室10に不活性ガスを導入し大気圧にした後,ゲートバルブ40を開けて大気開放し,装置外から1段目のロードロック室10に,処理される基板1が導入され,ゲートバルブ40を閉める。この際,外気から有機物5が僅かに侵入するが,処理毎に1段目のロードロック室10は大気開放されるため,有機物5がその内壁に蓄積している。処理される基板1は搬送ステージ2に支持される。1段目のロードロック室10は,ガス導入口30からN2等の不活性ガスが導入され,排気ポンプ13により排気されるが,ガス流量制御バルブ53と排気量制御ゲートバルブ43の開閉を,ガス雰囲気制御部50により調整することにより,大気圧を保ちながら,N2に置換される。ロードロック室10は減圧されないため,有機物5はロードロック室10の内壁から脱離せず,基板1は有機物5で汚染されることはない。 After introducing an inert gas into the first-stage load lock chamber 10 and bringing it to atmospheric pressure, the gate valve 40 is opened to release the atmosphere, and the substrate 1 to be processed is placed in the first-stage load lock chamber 10 from outside the apparatus. It is introduced and the gate valve 40 is closed. At this time, the organic matter 5 slightly enters from the outside air. However, since the first-stage load lock chamber 10 is opened to the atmosphere for each treatment, the organic matter 5 is accumulated on the inner wall. The substrate 1 to be processed is supported on the transfer stage 2. In the first-stage load lock chamber 10, an inert gas such as N 2 is introduced from the gas inlet 30 and exhausted by the exhaust pump 13, but the gas flow control valve 53 and the exhaust control gate valve 43 are opened and closed. By adjusting the gas atmosphere control unit 50, it is replaced with N 2 while maintaining the atmospheric pressure. Since the load lock chamber 10 is not depressurized, the organic substance 5 is not detached from the inner wall of the load lock chamber 10, and the substrate 1 is not contaminated by the organic substance 5.

一方,2段目のロードロック室11は,定常時は真空排気され,かつベーキングヒータ20により加熱され,内壁に有機物5が付着しない状態に保たれている。この2段目のロードロック室11に不活性ガスを導入し大気圧にした後,ゲートバルブ41を開け,基板1を搬送ステージ3上に移動させ,ゲートバルブ41を閉める。この際、1段目のロードロック室10内の,微量の不純物ガスが一部2段目のロードロック室11に流れ込むため,2段目のロードロック室11は一旦真空排気してから,不活性ガスでパージする。何度か真空排気と不活性ガスパージすることにより,不純物の濃度は充分低下する。2段目のロードロック室11の内壁には有機物5が付着していないため,減圧にしても有機物5が基板1を汚染することはない。   On the other hand, the load lock chamber 11 in the second stage is evacuated and heated by the baking heater 20 in a steady state, and is kept in a state where the organic matter 5 does not adhere to the inner wall. After introducing an inert gas into the second-stage load lock chamber 11 to bring it to atmospheric pressure, the gate valve 41 is opened, the substrate 1 is moved onto the transfer stage 3, and the gate valve 41 is closed. At this time, since a small amount of impurity gas in the first-stage load lock chamber 10 partially flows into the second-stage load lock chamber 11, the second-stage load lock chamber 11 is once evacuated and then discharged. Purge with active gas. By evacuating and purging with inert gas several times, the impurity concentration is sufficiently reduced. Since the organic substance 5 does not adhere to the inner wall of the second-stage load lock chamber 11, the organic substance 5 does not contaminate the substrate 1 even if the pressure is reduced.

ここでは,内壁に有機物5が付着しないようにするためベーキングヒータ20を用いたが,付着した有機汚染を酸素プラズマ,水素プラズマ、窒素プラズマ等のCを含まないガスを用いたプラズマを発生させ,内壁をクリーニングする方法も効果的である。   In this case, the baking heater 20 is used to prevent the organic matter 5 from adhering to the inner wall, but the adhering organic contamination is generated by using a plasma not containing C, such as oxygen plasma, hydrogen plasma, nitrogen plasma, etc. A method of cleaning the inner wall is also effective.

処理室12は,定常時は真空排気されている。直前に処理が行われていない場合は,排気ポンプ15からの逆拡散等により内壁に付着した微量の有機物が存在するので,一度ダミー基板を入れて,酸素プラズマ、水素プラズマや窒素プラズマで内壁をクリーニングしておくのが好ましい。熱酸化炉の場合であれば,熱酸化により有機物5を燃焼除去しておくのがよい。CVD炉の場合でも,酸化性ガスを流して,昇温するなど,有機物5を除去しておく。   The processing chamber 12 is evacuated in a steady state. If the treatment is not performed immediately before, there is a small amount of organic matter adhering to the inner wall due to back diffusion from the exhaust pump 15, etc., so a dummy substrate is once inserted and the inner wall is covered with oxygen plasma, hydrogen plasma or nitrogen plasma. It is preferable to clean it. In the case of a thermal oxidation furnace, it is preferable to burn and remove the organic substance 5 by thermal oxidation. Even in the case of a CVD furnace, the organic substance 5 is removed by flowing an oxidizing gas and raising the temperature.

2段目のロードロック室11と処理室12を1Kpa程度の同じ真空度にした後,ゲートバルブ42を開き,基板1を処理ステージ4に移動し,ゲートバルブ42を閉める。処理ステージ4をプロセス温度に昇温したあと,マイクロ波発生装置23から導波管22を通してラジアルラインスロットアンテナ21にマイクロ波を供給し,ラジアルラインスロットアンテナ21の直下にプラズマを発生させる。このプラズマによりKrガスのプラズマを発生させ,KrラジカルやKrイオンを基板1の表面に供給し,基板1の表面を終端しているHを除去する。その後,Kr/O2等により発生させた酸素ラジカルにより基板1を酸化処理する。 After the second-stage load lock chamber 11 and the processing chamber 12 have the same degree of vacuum of about 1 Kpa, the gate valve 42 is opened, the substrate 1 is moved to the processing stage 4, and the gate valve 42 is closed. After the processing stage 4 is heated to the process temperature, microwaves are supplied from the microwave generator 23 to the radial line slot antenna 21 through the waveguide 22, and plasma is generated immediately below the radial line slot antenna 21. This plasma generates a Kr gas plasma, supplies Kr radicals and Kr ions to the surface of the substrate 1, and removes H that terminates the surface of the substrate 1. Thereafter, the substrate 1 is oxidized by oxygen radicals generated by Kr / O 2 or the like.

ここでは、RLASを用いたKr/O2ラジカル酸化の例を示したが,並行平板,その他の方法により発生させたプラズマによるラジカル酸化の場合や,Kr以外のXeやAr等の不活性ガスを用いた場合についても同様である。また,熱酸化や,CVD酸化膜の成膜,ラジカル窒化,熱窒化,ラジカル酸窒化,熱酸窒化,スパッタその他の薄膜の成膜であっても同様である。重要なのは,2段のロードロック室10,11により,処理直前の基板1の表面に有機物5やSiC,その他,Hや未制御酸化膜が存在しない状態にすることである。 Here, an example of Kr / O 2 radical oxidation using RLAS has been shown, but in the case of radical oxidation by parallel plate, plasma generated by other methods, or inert gases such as Xe and Ar other than Kr. The same applies when used. The same applies to thermal oxidation, CVD oxide film formation, radical nitridation, thermal nitridation, radical oxynitridation, thermal oxynitridation, sputtering, and other thin film formations. What is important is that the two-stage load lock chambers 10 and 11 make the organic substance 5, SiC, and other H and uncontrolled oxide films not present on the surface of the substrate 1 immediately before processing.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る薄膜形成装置について説明する。
(Embodiment 2)
A thin film forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described.

図6に示すように,処理室12の前室に1段目のロードロック室10と2段目のロードロック室11が設けられている。2段目のロードロック室11と処理室12は,それぞれ,ガス導入口31, 32と,ガス流量制御バルブ54, 55と,排気ポンプ14, 15,排気量制御ゲートバルブ44, 45と,前記ガス流量制御バルブ54, 55と排気量制御バルブ44, 45を制御して真空度及びガス濃度を制御するガス雰囲気制御部51, 52とを備えている。   As shown in FIG. 6, a first-stage load lock chamber 10 and a second-stage load lock chamber 11 are provided in the front chamber of the processing chamber 12. The load lock chamber 11 and the processing chamber 12 in the second stage include gas inlets 31 and 32, gas flow rate control valves 54 and 55, exhaust pumps 14 and 15, exhaust amount control gate valves 44 and 45, respectively, Gas atmosphere control units 51 and 52 for controlling the degree of vacuum and the gas concentration by controlling the gas flow rate control valves 54 and 55 and the displacement control valves 44 and 45 are provided.

1段目ロードロック室10と外部の間,外部と2段目のロードロック室11の間,2段目のロードロック室11と処理室12の間には,それぞれゲートバルブ46, 40, 42が設置されている。2段目のロードロック室11は,内壁への有機物の付着を防ぐためのベーキングヒータ20を備えている。処理室12には,ラジカル酸化を行うために必要なラジアルラインスロットアンテナ(RLSAアンテナ)21,導波管22,マイクロ波発生装置23が設置されている。   Gate valves 46, 40, 42 between the first-stage load lock chamber 10 and the outside, between the outside and the second-stage load lock chamber 11, and between the second-stage load lock chamber 11 and the processing chamber 12, respectively. Is installed. The second-stage load lock chamber 11 includes a baking heater 20 for preventing organic substances from adhering to the inner wall. In the processing chamber 12, a radial line slot antenna (RLSA antenna) 21, a waveguide 22, and a microwave generator 23 necessary for radical oxidation are installed.

1段目のロードロック室10は,例えば洗浄装置など,別の前処理装置などで不活性ガスパージされ,本薄膜形成装置に搬送するための搬送容器として用いられる。1段目のロードロック室10は,2段目のロードロック室11と接続され,ゲートバルブ46とゲートバルブ40を開けることにより,基板1を1段目のロードロック室10から2段目のロードロック室11に搬送できる機構を有している。   The first-stage load lock chamber 10 is purged with an inert gas, for example, by another pretreatment device such as a cleaning device, and is used as a transfer container for transfer to the thin film forming apparatus. The first-stage load lock chamber 10 is connected to the second-stage load lock chamber 11, and the gate valve 46 and the gate valve 40 are opened to remove the substrate 1 from the first-stage load lock chamber 10. A mechanism capable of transporting to the load lock chamber 11 is provided.

1段目のロードロック室10は,別の装置により不活性ガスが導入され,大気圧にされている。一方,2段目のロードロック室11は,定常時は真空排気され,かつベーキングヒータ20により加熱され,内壁に有機物が付着しない状態に保たれている。この2段目のロードロック室11に不活性ガスを導入し大気圧にし,1段目のロードロック室10と2段目のロードロック室11を接続した後,ゲートバルブ46とゲートバルブ40を開けて,処理される基板1が2段目のロードロック室11に導入され,ゲートバルブ46とゲートバルブ40が閉められる。   The first-stage load lock chamber 10 is brought to atmospheric pressure by introducing an inert gas by another device. On the other hand, the load lock chamber 11 in the second stage is evacuated and heated by the baking heater 20 in a steady state so that organic substances do not adhere to the inner wall. An inert gas is introduced into the second-stage load lock chamber 11 to bring it to atmospheric pressure, and after the first-stage load lock chamber 10 and the second-stage load lock chamber 11 are connected, the gate valve 46 and the gate valve 40 are connected. The substrate 1 to be processed is introduced into the second-stage load lock chamber 11, and the gate valve 46 and the gate valve 40 are closed.

この際,外気の侵入はなく,2段目のロードロック室11の内壁には,有機物の汚染はない。ただし,1段目のロードロック室10内の,微量の不純物ガスが一部2段目のロードロック室11に流れ込むため,2段目のロードロック室11は一旦真空排気してから,不活性ガスでパージする。何度か真空排気と不活性ガスパージすることにより,不純物の濃度は充分低下する。2段目のロードロック室11の内壁には有機物が付着していないため,減圧にしても有機物が基板1を汚染することはない。処理される基板1は搬送ステージ3に支持される。   At this time, there is no intrusion of outside air, and the inner wall of the second-stage load lock chamber 11 is not contaminated with organic matter. However, since a small amount of impurity gas in the first-stage load lock chamber 10 partially flows into the second-stage load lock chamber 11, the second-stage load lock chamber 11 is evacuated and then inactive. Purge with gas. By evacuating and purging with inert gas several times, the impurity concentration is sufficiently reduced. Since organic matter does not adhere to the inner wall of the second-stage load lock chamber 11, the organic matter does not contaminate the substrate 1 even if the pressure is reduced. The substrate 1 to be processed is supported on the transfer stage 3.

ここでは,内壁に有機物が付着しないようにするためベーキングヒータ20を用いたが,付着した有機汚染を酸素プラズマ,窒素プラズマ等のCを含まないガスを用いたプラズマを発生させ,内壁をクリーニングする方法も効果的である。   Here, the baking heater 20 is used in order to prevent organic substances from adhering to the inner wall, but the inner wall is cleaned by generating plasma using a gas that does not contain C, such as oxygen plasma and nitrogen plasma, from the adhering organic contamination. The method is also effective.

処理室12は,定常時は真空排気されている。直前に処理が行われていない場合は,排気ポンプ15からの逆拡散等により内壁に付着した微量の有機物が存在するので,一度ダミー基板を入れて,酸素プラズマや窒素プラズマで内壁をクリーニングしておくのが好ましい。熱酸化炉の場合であれば,熱酸化により有機物を燃焼除去しておくのがよい。CVD炉の場合でも,酸化性ガスを流して,昇温するなど,有機物を除去しておく。   The processing chamber 12 is evacuated in a steady state. If no treatment has been performed immediately before, there is a trace amount of organic matter adhering to the inner wall due to reverse diffusion from the exhaust pump 15, so a dummy substrate is inserted and the inner wall is cleaned with oxygen plasma or nitrogen plasma. It is preferable to leave. In the case of a thermal oxidation furnace, it is better to burn off organic substances by thermal oxidation. Even in the case of a CVD furnace, an organic gas is removed by flowing an oxidizing gas and raising the temperature.

2段目のロードロック室11と処理室12を1KPa程度の同じ真空度にした後,ゲートバルブ42を開き,基板1を処理ステージ4に移動し,ゲートバルブ42を閉める。処理ステージ4を,プロセス温度に昇温したあと,マイクロ波発生装置23から導波管22を通してラジアルラインスロットアンテナ21にマイクロ波を供給し,ラジアルラインスロットアンテナ21の直下にプラズマを発生させる。このプラズマによりKrガスのプラズマを発生させ,KrラジカルやKrイオンを基板1の表面に供給し,基板1の表面を終端しているHを除去する。その後,Kr/O2等により発生させた酸素ラジカルにより基板1を酸化処理する。 After the second-stage load lock chamber 11 and the processing chamber 12 have the same degree of vacuum of about 1 KPa, the gate valve 42 is opened, the substrate 1 is moved to the processing stage 4, and the gate valve 42 is closed. After the processing stage 4 is heated to the process temperature, microwaves are supplied from the microwave generator 23 to the radial line slot antenna 21 through the waveguide 22, and plasma is generated immediately below the radial line slot antenna 21. This plasma generates a Kr gas plasma, supplies Kr radicals and Kr ions to the surface of the substrate 1, and removes H that terminates the surface of the substrate 1. Thereafter, the substrate 1 is oxidized by oxygen radicals generated by Kr / O 2 or the like.

ここではRLASを用いたKr/O2ラジカル酸化の例を示したが,並行平板,その他の方法により発生させたプラズマによるラジカル酸化の場合や,Kr以外のXeやAr等の不活性ガスを用いた場合についても同様である。また,熱酸化や,CVD酸化膜の成膜,ラジカル窒化,熱窒化,ラジカル酸窒化,熱酸窒化,その他の薄膜の成膜であっても同様である。重要なのは,2段のロードロック室10、11により,処理直前の基板1の表面に有機物やSiC,その他,Hや未制御酸化膜が存在しない状態にすることである。 Here, an example of Kr / O 2 radical oxidation using RLAS is shown, but in the case of radical oxidation by parallel plates, plasma generated by other methods, and inert gases such as Xe and Ar other than Kr are used. The same applies to the case where there is. The same applies to thermal oxidation, CVD oxide film formation, radical nitridation, thermal nitridation, radical oxynitridation, thermal oxynitridation, and other thin film formation. What is important is that the two-stage load lock chambers 10 and 11 make the organic substance, SiC, other H and uncontrolled oxide films not present on the surface of the substrate 1 immediately before the processing.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る表面分析装置または表面監査装置について説明する。
(Embodiment 3)
A surface analysis apparatus or surface inspection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described.

図7に示すように,処理室(分析室または観察室)12の前室に1段目のロードロック室10と2段目のロードロック室11が設けられている。2つのロードロック室10, 11と処理室12は,それぞれ,ガス導入口30, 31, 32と,ガス流量制御バルブ53, 54, 55と,排気ポンプ13, 14, 15,排気量制御ゲートバルブ43, 44, 45と,前記ガス流量制御バルブ53, 54, 55と排気量制御バルブ43, 44, 45を制御して,真空度及びガス濃度を制御する,ガス雰囲気制御部50, 51, 52とを備えている。   As shown in FIG. 7, a first-stage load lock chamber 10 and a second-stage load lock chamber 11 are provided in the front chamber of the processing chamber (analysis chamber or observation chamber) 12. The two load lock chambers 10 and 11 and the processing chamber 12 have gas inlets 30, 31, 32, gas flow rate control valves 53, 54, 55, exhaust pumps 13, 14, 15, and displacement control gate valves, respectively. 43, 44, 45, the gas flow rate control valves 53, 54, 55 and the displacement control valves 43, 44, 45 are controlled to control the degree of vacuum and gas concentration. And.

1段目ロードロック室10と外部の間,1段目ロードロック室10と2段目のロードロック室11の間,2段目のロードロック室11と処理室12の間には,それぞれゲートバルブ40, 41, 42が設置されている。2段目のロードロック室11には,内壁への有機物付着を防ぐためのベーキングヒータ20を備えている。処理室12には,分析や観察に必要な,X線源(励起源)24,検出器25を備えている。   Gates are connected between the first-stage load lock chamber 10 and the outside, between the first-stage load lock chamber 10 and the second-stage load lock chamber 11, and between the second-stage load-lock chamber 11 and the processing chamber 12, respectively. Valves 40, 41 and 42 are installed. The second-stage load lock chamber 11 is provided with a baking heater 20 for preventing organic substances from adhering to the inner wall. The processing chamber 12 includes an X-ray source (excitation source) 24 and a detector 25 necessary for analysis and observation.

1段目のロードロック室10に不活性ガスを導入し大気圧にした後,ゲートバルブ40を開けて大気開放し,装置外から1段目のロードロック室10に,分析または観察される基板1が導入され,ゲートバルブ40を閉める。この際,外気から有機物が僅かに侵入するが,処理毎に1段目のロードロック室10は大気開放されるため,有機物5がその内壁に蓄積している。処理される基板1は搬送ステージ2に支持される。1段目のロードロック室10は,ガス導入口30からN2等の不活性ガスが導入され,排気ポンプ13により排気されるが,ガス流量制御バルブ53と排気量制御ゲートバルブ43の開閉を,ガス雰囲気制御部50により調整することにより,大気圧を保ちながら,N2に置換される。ロードロック室10は減圧されないため,有機物5はロードロック室10の内壁から脱離せず,基板1は有機物5で汚染されることはない。 After introducing an inert gas into the first-stage load lock chamber 10 and bringing it to atmospheric pressure, the gate valve 40 is opened to release the atmosphere, and the substrate to be analyzed or observed from the outside of the apparatus into the first-stage load lock chamber 10 1 is introduced and the gate valve 40 is closed. At this time, the organic matter slightly enters from the outside air, but the first-stage load lock chamber 10 is opened to the atmosphere for each treatment, so that the organic matter 5 is accumulated on the inner wall. The substrate 1 to be processed is supported on the transfer stage 2. In the first-stage load lock chamber 10, an inert gas such as N 2 is introduced from the gas inlet 30 and exhausted by the exhaust pump 13, but the gas flow control valve 53 and the exhaust control gate valve 43 are opened and closed. By adjusting the gas atmosphere control unit 50, it is replaced with N 2 while maintaining the atmospheric pressure. Since the load lock chamber 10 is not depressurized, the organic substance 5 is not detached from the inner wall of the load lock chamber 10, and the substrate 1 is not contaminated by the organic substance 5.

一方,2段目のロードロック室11は,定常時は真空排気され,かつベーキングヒータ20により加熱され,内壁に有機物が付着しない状態に保たれている。この2段目のロードロック室11に不活性ガスを導入し大気圧にした後,ゲートバルブ41を開け,基板1を搬送ステージ3上に移動させ,ゲートバルブ41を閉める。この際1段目のロードロック室10内の,微量の不純物ガスが一部2段目のロードロック室11に流れ込むため,2段目のロードロック室11は一旦真空排気が必要である。処理室12が超高真空の場合,少なくとも高真空までロードロック室を排気する。2段目のロードロック室11の内壁には有機物が付着していないため,減圧にしても有機物が分析試料を汚染することはない。   On the other hand, the load lock chamber 11 in the second stage is evacuated and heated by the baking heater 20 in a steady state so that organic substances do not adhere to the inner wall. After introducing an inert gas into the second-stage load lock chamber 11 to bring it to atmospheric pressure, the gate valve 41 is opened, the substrate 1 is moved onto the transfer stage 3, and the gate valve 41 is closed. At this time, since a small amount of impurity gas in the first-stage load lock chamber 10 partially flows into the second-stage load lock chamber 11, the second-stage load lock chamber 11 needs to be evacuated once. When the processing chamber 12 is in an ultra-high vacuum, the load lock chamber is exhausted to at least a high vacuum. Since organic matter does not adhere to the inner wall of the second stage load lock chamber 11, even if the pressure is reduced, the organic matter does not contaminate the analysis sample.

ここでは,内壁に有機物が付着しないようにするためベーキングヒータ20を用いたが,付着した有機汚染を酸素プラズマ,窒素プラズマ等のCを含まないガスを用いたプラズマを発生させ,内壁をクリーニングする方法も効果的である。   Here, the baking heater 20 is used in order to prevent organic substances from adhering to the inner wall, but the inner wall is cleaned by generating plasma using a gas that does not contain C, such as oxygen plasma and nitrogen plasma, from the adhering organic contamination. The method is also effective.

処理室12は,定常時はイオンポンプ等により,超高真空に排気されている。超高真空を実現するために,すでにベーキング等により,分析室の内壁はクリーニングされている。   The processing chamber 12 is evacuated to an ultra-high vacuum by an ion pump or the like during normal operation. In order to achieve ultra-high vacuum, the inner wall of the analysis chamber has already been cleaned by baking or the like.

2段目のロードロック室11を高真空以上の真空度に高めた後,ゲートバルブ42を開き,分析試料1を処理ステージ4に移動し,ゲートバルブ42を閉める。この分析試料表面に,X線,電子線,イオン線の照射や,探針を近づけるなどして,分析もしくは観察を行う。図7はX線光電子分光装置の例であるが,X線源24からX線を分析試料表面に照射し,分析試料から飛び出す光電子を,エネルギー分光器を含む検出器25により検出する。重要なのは,2段のロードロック室11により,分析直前の基板表面に有機物が存在しない状態にすることである。   After raising the second-stage load lock chamber 11 to a vacuum level higher than the high vacuum, the gate valve 42 is opened, the analysis sample 1 is moved to the processing stage 4, and the gate valve 42 is closed. Analysis or observation is performed by irradiating the surface of the sample with X-rays, electron beams, ion beams, or bringing a probe closer. FIG. 7 shows an example of an X-ray photoelectron spectrometer. The X-ray source 24 irradiates the surface of the analysis sample with X-rays, and the photoelectrons jumping out of the analysis sample are detected by a detector 25 including an energy spectrometer. What is important is that the organic material is not present on the substrate surface immediately before the analysis by the two-stage load lock chamber 11.

本発明によれば,基板表面への有機汚染の付着を防止し,有機汚染のない薄膜を形成することが可能となる。ラジカル酸化の場合,未制御酸化膜の形成,有機汚染の付着,SiCの形成,Hのシリコン酸化膜中への取込を全て同時に防止することにより,シリコン酸化膜の絶縁特性を向上させる。これにより,本発明は、シリコン酸化膜を薄膜化や,その他薄膜の高信頼性化を実現することができ、高性能化が実現可能な超LSIに適用可能である。   According to the present invention, it is possible to prevent organic contamination from adhering to the substrate surface and to form a thin film free from organic contamination. In the case of radical oxidation, the insulating properties of the silicon oxide film are improved by simultaneously preventing the formation of an uncontrolled oxide film, the adhesion of organic contamination, the formation of SiC, and the incorporation of H into the silicon oxide film. As a result, the present invention can be applied to a VLSI capable of reducing the silicon oxide film thickness and increasing the reliability of other thin films and realizing higher performance.

(a)はHF処理後の基板をArガス中で800 ℃に昇温した表面,(b)は HF処理後の基板をO2ガス中で800 ℃に昇温した表面,(c)は HF処理無しでSiO2が表面に形成した基板をArガス中で800 ℃に昇温した表面,のXPS C1sコアレベル光電子スペクトルを表した図である。(A) The surface of the substrate after HF treatment was heated to 800 ° C. in Ar gas, (b) is the surface of the substrate after HF treatment heated to 800 ° C. in O 2 gas, (c) is the surface of HF the substrate on which SiO 2 is formed on the surface without the treatment temperature was raised to 800 ° C. in an Ar gas surface, a view showing the XPS C1s core level photoelectron spectra. HF処理後の基板を真空中で昇温した際の,SiC形成量の温度依存性と,終端Hの脱離温度特性を示すグラフを表した図である。It is a figure showing the graph which shows the temperature dependence of the amount of SiC formation, and the desorption temperature characteristic of termination | terminus H when the board | substrate after HF processing is heated in a vacuum. (a)〜(c)は、HF処理後のSi(100)表面が,昇温によりHを脱離し,再構成し,SiCを形成する様子を示したモデル図である。(A)-(c) is the model figure which showed a mode that Si (100) surface after HF processing desorbs H by temperature rising, reconfigure | reconstructs, and forms SiC. 減圧雰囲気及び大気圧で放置した基板に付着した有機物総量の放置時間依存性を示すグラフを表した図である。It is a figure showing the graph which shows the leaving time dependence of the organic substance total amount adhering to the board | substrate left to stand in a pressure-reduced atmosphere and atmospheric pressure. 実施の形態1に示した有機物の付着を防いだ薄膜形成装置(ラジカル酸化装置)の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the thin film formation apparatus (radical oxidation apparatus) which prevented adhesion of the organic substance shown in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に示した有機物の付着を防いだ薄膜形成装置(ラジカル酸化装置)の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the thin film formation apparatus (radical oxidation apparatus) which prevented adhesion of the organic substance shown in Embodiment 2. 実施の形態3に示した表面分析装置または表面監査装置の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the surface analysis apparatus or surface inspection apparatus shown in Embodiment 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 搬送ステージ
3 搬送ステージ
4 処理ステージ
5 有機物
10 1段目のロードロック室
11 2段目のロードロック室
12 処理室
13 排気ポンプ
14 排気ポンプ
15 排気ポンプ
20 ベーキングヒータ
21 ラジアルラインスロットアンテナ
22 マイクロ波導波管
23 マイクロ波発生装置
24 X線源
25 検出器
30 ガス導入口
31 ガス導入口
32 プロセスガス導入口
40 ゲートバルブ
41 ゲートバルブ
42 ゲートバルブ
43 排気量制御ゲートバルブ
44 排気量制御ゲートバルブ
45 排気量制御ゲートバルブ
46 搬送容器用ゲートバルブ
50 ガス雰囲気制御部
51 ガス雰囲気制御部
52 ガス雰囲気制御部
53 ガス流量制御バルブ
54 ガス流量制御バルブ
55 ガス流量制御バルブ
1 Board
2 Transfer stage
3 Transfer stage
4 Processing stage
5 Organic matter
10 1st stage load lock room
11 Second stage load lock room
12 Processing chamber
13 Exhaust pump
14 Exhaust pump
15 Exhaust pump
20 Baking heater
21 Radial line slot antenna
22 Microwave waveguide
23 Microwave generator
24 X-ray source
25 Detector
30 Gas inlet
31 Gas inlet
32 Process gas inlet
40 Gate valve
41 Gate valve
42 Gate valve
43 Displacement control gate valve
44 Displacement control gate valve
45 Displacement control gate valve
46 Gate valve for transfer container
50 Gas atmosphere control unit
51 Gas atmosphere controller
52 Gas atmosphere controller
53 Gas flow control valve
54 Gas flow control valve
55 Gas flow control valve

Claims (50)

所定の試料を外部から導入して収容し,10 kPa〜1000 kPaを保持したまま不活性ガスで置換できる1段目のロードロック室と,
所定の試料を収容し,内壁に有機物を吸着しないもしくは吸着した有機物を除去できる機構を備えた2段目のロードロック室とを有すること特徴とする2段式ロードロック室。
A first-stage load-lock chamber that can accommodate a predetermined sample introduced from outside and can be replaced with an inert gas while maintaining 10 kPa to 1000 kPa;
A two-stage load lock chamber having a mechanism for storing a predetermined sample and not adsorbing organic substances on the inner wall or having a mechanism capable of removing adsorbed organic substances.
表面分析装置のロードロック室として用いられることを特徴とする請求項1に記載の2段式ロードロック室。   2. The two-stage load lock chamber according to claim 1, which is used as a load lock chamber of a surface analysis apparatus. 表面観察装置のロードロック室として用いられることを特徴とする請求項1に記載の2段式ロードロック室。   The two-stage load lock chamber according to claim 1, wherein the load lock chamber is used as a load lock chamber of a surface observation device. 前記表面分析装置が,X線光電子分光装置,オージェ電子分光装置,ダイナミック2次イオン質量分析装置,飛行時間型2次イオン質量分析装置,走査型原子間力顕微鏡または走査型トンネル顕微鏡であることを特徴とする請求項1または2に記載の2段式ロードロック室。   The surface analyzer is an X-ray photoelectron spectrometer, an Auger electron spectrometer, a dynamic secondary ion mass spectrometer, a time-of-flight secondary ion mass spectrometer, a scanning atomic force microscope, or a scanning tunneling microscope. The two-stage load lock chamber according to claim 1 or 2, characterized by the above. 基板を外部から導入し,大気圧を10Kpa〜1000Kpaに保持したまま不活性ガスで置換する1段目のロードロック室と,
基板を収容し,内壁に有機物を吸着させないもしくは吸着した有機物を除去する機構を備えた2段目のロードロック室と,
基板を収容し,所定の薄膜を形成するための膜形成機構を有した処理室と,
1段目ロードロック室,2段目ロードロック室及び処理室の真空度及びガス濃度をそれぞれ所定の値に制御するためのガス雰囲気制御部と、
1段目ロードロック室,2段目ロードロック室及び処理室間で,基板を移動させる搬送機構と,
1段目ロードロック室と2段目ロードロック室間,2段目ロードロック室と処理室間を,それぞれ開閉し基板を通すためのゲートバルブとを有すること特徴とする薄膜形成装置。
A first-stage load lock chamber that introduces a substrate from the outside and replaces it with an inert gas while maintaining the atmospheric pressure at 10 Kpa to 1000 Kpa;
A second-stage load-lock chamber that houses a substrate and has a mechanism that does not adsorb organic substances on the inner wall or removes adsorbed organic substances;
A processing chamber having a film forming mechanism for accommodating a substrate and forming a predetermined thin film;
A gas atmosphere control unit for controlling the vacuum degree and gas concentration of the first-stage load lock chamber, the second-stage load lock chamber, and the processing chamber to predetermined values, respectively;
A transport mechanism for moving the substrate between the first-stage load lock chamber, the second-stage load lock chamber, and the processing chamber;
1. A thin film forming apparatus comprising: a gate valve for opening and closing a first stage load lock chamber and a second stage load lock chamber, and a second stage load lock chamber and a processing chamber, respectively, for passing the substrate.
前記ガス雰囲気制御部は,前記1段目ロードロック室,2段目ロードロック室,処理室をそれぞれ排気するための排気部と,排気量を制御する排気量制御ゲートバルブと,ガスを導入するためのガス導入部と,ガス流量を制御するガス流量制御バルブとをそれぞれ有することを特徴とする請求項5に記載の薄膜形成装置。   The gas atmosphere control unit introduces gas, an exhaust unit for exhausting the first-stage load lock chamber, the second-stage load lock chamber, and the processing chamber, an exhaust amount control gate valve for controlling the exhaust amount, and gas The thin film forming apparatus according to claim 5, further comprising a gas introduction unit for controlling the gas flow rate and a gas flow rate control valve for controlling a gas flow rate. 前記2段目のロードロック室は,炉内壁に付着した有機物を脱離させるかまたは有機物の付着を防止するためのクリーニング機構を有することを特徴とする請求項5または6に記載の薄膜形成装置。   7. The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the second-stage load lock chamber has a cleaning mechanism for detaching organic substances adhering to a furnace inner wall or preventing adhesion of organic substances. . 前記クリーニング機構は,内壁をベーキングする加熱機構を有すること特徴とする請求項7に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 7, wherein the cleaning mechanism has a heating mechanism for baking an inner wall. 前記クリーニング機構は,内壁にプラズマ照射するプラズマ生成機構を有すること特徴とする請求項7に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 7, wherein the cleaning mechanism includes a plasma generation mechanism that irradiates plasma on an inner wall. 前記薄膜形成機構は,ラジカル酸化を行うためのプラズマ生成部と,酸化性ガス導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film formation apparatus according to claim 5, wherein the thin film formation mechanism includes a plasma generation unit for performing radical oxidation and an oxidizing gas introduction unit. 前記薄膜形成機構は,ラジカル窒化を行うためのプラズマ生成部と,窒化性ガス導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the thin film forming mechanism includes a plasma generation unit for performing radical nitridation and a nitriding gas introduction unit. 前記薄膜形成機構は,ラジカル酸窒化を行うためのプラズマ生成部と,酸窒化性ガスもしくは酸化性ガスと窒化性ガスの導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The said thin film formation mechanism has a plasma production | generation part for performing radical oxynitriding, and the introduction part of oxynitriding gas or oxidizing gas, and nitriding gas, The said any one of Claims 5-9 characterized by the above-mentioned. Thin film forming equipment. 前記薄膜形成機構は,熱酸化を行うための加熱部と,酸化性ガス導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the thin film forming mechanism includes a heating unit for performing thermal oxidation and an oxidizing gas introduction unit. 前記薄膜形成機構は,熱窒化を行うための加熱部と,窒化性ガス導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the thin film forming mechanism includes a heating unit for performing thermal nitriding and a nitriding gas introduction unit. 前記薄膜形成機構は,熱酸窒化を行うための加熱部と,酸窒化性ガスもしくは酸化性ガスと窒化性ガスの導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The said thin film formation mechanism has a heating part for performing thermal oxynitriding, and an introduction part of an oxynitriding gas or oxidizing gas and a nitriding gas. Thin film forming equipment. 前記薄膜形成機構は,CVD成膜を行うための加熱部と,原料ガス導入部とを有すること特徴とする請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 5, wherein the thin film forming mechanism includes a heating unit for performing CVD film formation and a source gas introduction unit. 前記薄膜形成機構は,スパッタ成膜を行うためのターゲット、イオン発生部,加熱部及び原料ガス導入部とを有すること特徴とする含請求項5〜9のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to any one of claims 5 to 9, wherein the thin film forming mechanism includes a target for performing sputter film formation, an ion generation unit, a heating unit, and a source gas introduction unit. 前記ラジカル酸化,ラジカル窒化及びラジカル酸窒化を行うための前記プラズマ生成部は,マイクロ波発生部と,マイクロ波導波管とラジアルラインスロットアンテナとを有すること特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The plasma generation unit for performing the radical oxidation, radical nitridation, and radical oxynitridation includes a microwave generation unit, a microwave waveguide, and a radial line slot antenna. The thin film forming apparatus described in 1. 前記ラジカル酸化,ラジカル窒化,及びラジカル酸窒化を行うための,前記プラズマ生成部は,高周波を印加できる平行平板電極を有すること特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 10, wherein the plasma generation unit for performing the radical oxidation, radical nitridation, and radical oxynitridation includes parallel plate electrodes to which a high frequency can be applied. 前記CVD成膜は,SiO2, SiN, SiON, HfO2, HfSiO, HfSiONから成るグループの中から選ばれた少なくとも一つのゲート絶縁膜用薄膜の成膜であること特徴とする請求項16に記載の薄膜形成装置。 The CVD film formation is a film formation of at least one gate insulating film thin film selected from the group consisting of SiO 2 , SiN, SiON, HfO 2 , HfSiO, and HfSiON. Thin film forming equipment. 前記スパッタ成膜は,Siまたは Hfのゲート絶縁膜形成用の下地薄膜の成膜であること特徴とする請求項17に記載の薄膜形成装置。   The thin film forming apparatus according to claim 17, wherein the sputter film formation is a film formation of a base thin film for forming a gate insulating film of Si or Hf. 少なくとも洗浄処理を行う前処理装置から大気圧の不活性雰囲気下で搬送される搬送容器が,有機物の付着を防止もしくは有機物の除去を行う2段目のロードロック室とゲートバルブを介して接続され,大気に触れずに基板を2段目のロードロック室に導入できる機構を有しており,
この搬送容器が,大気圧のまま不活性ガス雰囲気にする1段目のロードロック室の役割を有していること特徴とする請求項5〜21のいずれかに記載の薄膜形成装置。
A transport container transported in an inert atmosphere at atmospheric pressure from at least a pretreatment device for performing a cleaning process is connected to a second stage load lock chamber for preventing adhesion of organic substances or removing organic substances via a gate valve. , It has a mechanism that can introduce the substrate into the second stage load lock chamber without touching the atmosphere,
The thin film forming apparatus according to any one of claims 5 to 21, wherein the transfer container has a role of a first-stage load lock chamber that maintains an inert gas atmosphere at atmospheric pressure.
少なくとも洗浄処理を行う前処理装置の処理室もしくはそのロードロック室と有機物の付着を防止もしくは有機物の除去を行う2段目のロードロック室が,ゲートバルブを介して直接連結され,
この前処理装置の処理室もしくはそのロードロック室が大気圧のまま不活性ガス雰囲気にする1段目のロードロック室の役割を有していること特徴とする請求項5〜21のいずれかに記載の薄膜形成装置。
At least the processing chamber of the pretreatment device that performs the cleaning process or its load lock chamber and the second stage load lock chamber that prevents the adhesion of organic substances or removes organic substances are directly connected via a gate valve,
The process chamber of this pretreatment apparatus or its load lock chamber has a role of a first-stage load lock chamber in which an inert gas atmosphere is maintained at atmospheric pressure. The thin film forming apparatus described.
処理基板上に形成された誘電体膜であって,
前記誘電体膜は未制御酸化膜を含まないことを特徴とする誘電体膜。
A dielectric film formed on a processing substrate,
The dielectric film according to claim 1, wherein the dielectric film does not include an uncontrolled oxide film.
前記誘電体膜中において,Si-C結合を,誘電体膜と前記処理基板表面との界面付近において,1E+12 原子/cm2以下の濃度で含むことを特徴とする請求項20に記載の誘電体膜。 The Si-C bond is contained in the dielectric film at a concentration of 1E + 12 atoms / cm 2 or less in the vicinity of the interface between the dielectric film and the surface of the processing substrate. Dielectric film. 前記誘電体膜中において,Hを1E+20 原子/cm3以下の濃度で含むことを特徴とする請求項24または25に記載の誘電体膜。 26. The dielectric film according to claim 24, wherein the dielectric film contains H at a concentration of 1E + 20 atoms / cm 3 or less. 前記誘電体膜中において,誘電体膜と前記処理基板表面との界面のラフネスがRMS値で0.2 nm以下であることを特徴とする請求項24〜26に記載の誘電体膜。   27. The dielectric film according to claim 24, wherein a roughness of an interface between the dielectric film and the surface of the processing substrate in the dielectric film is an RMS value of 0.2 nm or less. 処理基板と,処理基板上に形成された誘電体膜と,誘電体膜上に形成された電極とを備えた半導体装置において,
前記誘電体膜は,未制御酸化膜を含まないことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a processing substrate, a dielectric film formed on the processing substrate, and an electrode formed on the dielectric film,
The semiconductor device, wherein the dielectric film does not include an uncontrolled oxide film.
前記誘電体膜は,Si-C結合を,誘電体膜と前記処理基板表面との界面付近において,1E+12 原子/cm2以下の濃度で含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。 30. The semiconductor according to claim 28, wherein the dielectric film includes Si-C bonds at a concentration of 1E + 12 atoms / cm < 2 > or less in the vicinity of the interface between the dielectric film and the surface of the processing substrate. apparatus. 前記誘電体膜は,Hを1E+20 原子/cm3以下の濃度で含むことを特徴とする請求項28または29に記載の半導体装置。 30. The semiconductor device according to claim 28, wherein the dielectric film contains H at a concentration of 1E + 20 atoms / cm 3 or less. 前記誘電体膜は,誘電体膜と前記処理基板表面との界面のラフネスがRMS値で0.2 nm以下であることを特徴とする請求項28〜30のいずれかに記載の半導体装置。   31. The semiconductor device according to claim 28, wherein the dielectric film has an RMS roughness of 0.2 nm or less in terms of an interface between the dielectric film and the surface of the processing substrate. 処理表面上に誘電体膜を形成する際,ロードロック室で不活性ガス雰囲気に大気圧以上の圧力下で置換することを特徴とした薄膜の形成方法。   A method for forming a thin film, characterized in that, when forming a dielectric film on the surface to be treated, the load-lock chamber is replaced with an inert gas atmosphere at a pressure higher than atmospheric pressure. 前記処理基板の表面上に誘電体膜を形成する際,内壁がベーキングされたロードロック室を用いて減圧して、処理室に導入することをことを特徴とする請求項32に記載の薄膜の形成方法。   33. The thin film according to claim 32, wherein when forming the dielectric film on the surface of the processing substrate, the pressure is reduced using a load lock chamber whose inner wall is baked and introduced into the processing chamber. Forming method. 前記処理基板の表面上に誘電体膜を形成する際,内壁が酸素、水素もしくは窒素など炭素を含まないガスのプラズマによりプラズマクリーニングされたロードロック室を用いて減圧して,処理室に導入することを特徴とする請求項28に記載の薄膜の形成方法。   When forming a dielectric film on the surface of the processing substrate, the inner wall is decompressed using a load-lock chamber that is plasma-cleaned by plasma of a gas not containing carbon such as oxygen, hydrogen, or nitrogen, and introduced into the processing chamber. The method for forming a thin film according to claim 28. 処理基板の表面上に誘電体膜を形成する際,ロードロック室で不活性ガス雰囲気に大気圧以上の圧力下で置換することを特徴とした半導体装置の製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that, when a dielectric film is formed on a surface of a processing substrate, the load lock chamber is replaced with an inert gas atmosphere at a pressure higher than atmospheric pressure. 前記処理基板の表面上に誘電体膜を形成する際,内壁がベーキングされたロードロック室を用いて減圧して、処理室に導入することを特徴とする請求項35に記載の半導体装置の製造方法。   36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein when forming the dielectric film on the surface of the processing substrate, the pressure is reduced using a load-lock chamber whose inner wall is baked and introduced into the processing chamber. Method. 前記処理基板表面上に誘電体膜を形成する際,内壁が酸素、水素もしくは窒素など炭素を含まないガスのプラズマによりプラズマクリーニングされたロードロック室を用いて減圧して、処理室に導入することを特徴とする請求項35に記載の半導体装置の製造方法。   When forming a dielectric film on the surface of the processing substrate, the inner wall is decompressed using a load-lock chamber that is plasma-cleaned by a plasma of a gas not containing carbon such as oxygen, hydrogen, or nitrogen, and introduced into the processing chamber. 36. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35. 前記処理基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項24〜27のいずれかに記載の誘電体膜。   28. The dielectric film according to claim 24, wherein the processing substrate is a silicon substrate. 前記処理基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項28〜31のいずれかに記載の半導体装置。   32. The semiconductor device according to claim 28, wherein the processing substrate is a silicon substrate. 前記処理基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項32〜34のいずれかに記載の薄膜の形成方法。   The method for forming a thin film according to any one of claims 32 to 34, wherein the processing substrate is a silicon substrate. 前記処理基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項35〜37に記載の半導体装置の製造方法。   38. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the processing substrate is a silicon substrate. 前記誘電体膜の形成方法が,ラジカル酸化,プラズマ酸化もしくは熱酸化であることを特徴とする請求項24〜27もしくは38のいずれかに記載の誘電体膜。   The dielectric film according to claim 24, wherein the dielectric film is formed by radical oxidation, plasma oxidation, or thermal oxidation. 前記誘電体膜の形成方法が,ラジカル酸化,プラズマ酸化,もしくは熱酸化であることを特徴とする請求項28〜31もしくは39のいずれかに記載の半導体装置。   40. The semiconductor device according to claim 28, wherein the dielectric film is formed by radical oxidation, plasma oxidation, or thermal oxidation. 前記誘電体膜の形成方法が,ラジカル酸化,プラズマ酸化,もしくは熱酸化,であることを特徴とする請求項32〜34もしくは40のいずれかに記載の薄膜の形成方法。   41. The method for forming a thin film according to claim 32, wherein the dielectric film is formed by radical oxidation, plasma oxidation, or thermal oxidation. 前記誘電体膜の形成方法が,ラジカル酸化,プラズマ酸化,もしくは熱酸化であることを特徴とする請求項35〜37もしくは41のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   42. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the dielectric film is formed by radical oxidation, plasma oxidation, or thermal oxidation. 前記誘電体膜の形成方法が,CVDもしくはスパッタであることを特徴とする請求項24〜27もしくは38もしくは42のいずれかに記載の誘電体膜。   The dielectric film according to any one of claims 24 to 27, 38, or 42, wherein the method of forming the dielectric film is CVD or sputtering. 前記誘電体膜の形成方法が,CVDもしくはスパッタであることを特徴とする請求項28〜31もしくは39もしくは43のいずれかに記載の半導体装置。   45. The semiconductor device according to claim 28, wherein the dielectric film is formed by CVD or sputtering. 前記誘電体膜の形成方法が,CVDもしくはスパッタであることを特徴とする請求項32〜34もしくは40もしくは44のいずれかに記載の薄膜の形成方法。   45. The method for forming a thin film according to claim 32, wherein the method for forming the dielectric film is CVD or sputtering. 前記誘電体膜の形成方法が,CVDもしくはスパッタであることを特徴とする請求項35〜37もしくは41もしくは45のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   46. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 35, wherein the dielectric film is formed by CVD or sputtering. 処理基板上に形成された薄膜であって,
前記薄膜は未制御酸化膜を含まず,かつ有機物を薄膜と前記処理基板表面との界面付近において,1E+12 原子/cm2以下の濃度で含むことを特徴とする薄膜。
A thin film formed on a processing substrate,
The thin film does not contain an uncontrolled oxide film, and contains an organic substance at a concentration of 1E + 12 atoms / cm 2 or less near the interface between the thin film and the surface of the processing substrate.
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