JP3078528B2

JP3078528B2 - 被処理膜の改質装置

Info

Publication number: JP3078528B2
Application number: JP10274353A
Authority: JP
Inventors: 博神力; 正仁杉浦
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: JP2000087247A; TW512461B

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば酸化タンタ
ル等の絶縁膜に適する金属酸化膜等の被処理膜の改質装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造するに
は、半導体ウエハに成膜処理やパターンエッチング処理
を繰り返し行なって所望のデバイスを製造するが、中で
も成膜技術は半導体デバイスが高密度化及び高集積化す
るに伴ってその仕様が年々厳しくなっており、例えばデ
バイス中のキャパシタの絶縁膜やゲート絶縁膜のように
非常に薄い酸化膜などに対しても更なる薄膜化が要求さ
れ、これと同時に更に高い絶縁性が要求されている。

【０００３】これらの絶縁膜としては、シリコン酸化膜
やシリコンナイトライド膜等を用いることができるが、
最近にあっては、より絶縁特性の良好な材料として、金
属酸化膜、例えば酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）等が用い
られる傾向にある。この金属酸化膜は、薄くても信頼性
の高い絶縁性を発揮するが、この金属酸化膜の成膜後
に、この表面の改質処理を施すことにより、更に絶縁性
を向上させることができることが発見され、特開平２−
２８３０２２号公報にその技術が開示されている。

【０００４】この金属酸化膜を形成するには、例えば酸
化タンタルを形成する場合を例にとって説明すると、上
記公報に開示されているように成膜用の原料として、タ
ンタルの金属アルコキシド（Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ）を
用い、これを窒素ガス等でバブリングしながら供給して
半導体ウエハを例えば４００℃程度のプロセス温度に維
持し、真空雰囲気下でＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により酸化タンタル膜
（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）を積層させている。

【０００５】そして、必要に応じて更なる絶縁特性の向
上を図る場合には、この半導体ウエハを、オゾンを含む
雰囲気中に搬入し、大気圧下でこれに水銀ランプから紫
外線を照射することにより活性酸素原子を発生させ、こ
の活性酸素原子を用いて上記酸化タンタル膜を改質する
ことにより、一層、特性の良好な絶縁膜を得ている。そ
こで、本発明者等は、先の出願（特開平１０−７９３７
７号公報）において金属酸化膜の成膜処理とこの改質処
理を連続的に行なって、スループット等を向上させるク
ラスタツール装置を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したク
ラスタツール装置により一連の処理をある程度以上効率
的に行なうことができるようになったが、厳しい技術競
争の基では更なる効率の向上が求められている。このよ
うな状況下において、上記クラスタツール装置内の一部
である改質装置にあっては装置自体のコストを下げ、し
かもより迅速に金属酸化膜を改質して全体のスループッ
トを向上させることが求められている。例えば上記改質
装置では、紫外線を発生するために、容量の大きな大型
の水銀ランプを１つ設けたり、或いは容量の比較的小さ
な水銀ランプを多数本設けたりしているが、いずれも紫
外線発生のためにコストがかなり大きくなるという問題
があった。更には、被処理体表面上に水銀ランプからの
紫外線を均一に照射させるのが難しく、このため、改質
処理の均一性を十分に確保できない場合もあった。

【０００７】また、改質装置内にオゾンを供給する場
合、処理容器の天井部のシャワーヘッドからオゾンを供
給し、且つこのシャワーヘッドを透過してその上方より
紫外線を処理容器内へ導入するようにしているので、シ
ャワーヘッドの構成材料、例えば石英やシャワーヘッド
を流れるオゾンに紫外線が吸収されてしまい、紫外線を
効率的に利用することができないという問題点もあっ
た。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有
効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、改質用光線として紫外線のみならず、赤外線も改質
処理に利用することにより、この改質処理を効率的に行
ない、且つ耐圧絶縁特性を向上できる被処理膜の改質装
置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、
改質処理を均一に行なうために改質用光線を走査させる
ようにした被処理膜の改質装置を提供することにある。
更に、本発明の他の目的は、改質ガス導入手段と改質用
光線放射手段を被処理体に対してそれぞれ異なる方向に
設置するようにして、改質用光線の無駄な吸収を抑制し
て改質効率を向上させることができる被処理膜の改質装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、真空引き可能になされた処理容器と、金属酸化膜、
金属膜或いは金属窒化膜の内のいずれか１つの被処理膜
がその表面に形成された被処理体を載置する載置台と、
前記処理容器内へ改質ガスを導入する改質ガス導入手段
と、紫外線と赤外線とを含む改質用光線を前記処理容器
内へ導入するために設けられた透過窓と、前記紫外線と
赤外線とを含む改質用光線を放射する改質用光線放射手
段とを有する被処理膜の改質装置において、前記透過窓
は前記処理容器の天井部に設けられ、前記改質用光線放
射手段から放射された前記改質用光線を前記被処理体の
表面に走査させるために回動可能になされた走査反射ミ
ラー手段を有し、前記改質用光線は前記透過窓を介して
前記被処理体の表面に走査されるようになされているこ
とを特徴とする被処理膜の改質装置である。請求項２に
規定する発明は、真空引き可能になされた処理容器と、
金属酸化膜、金属膜或いは金属窒化膜の内のいずれか１
つの被処理膜がその表面に形成された被処理体を載置す
る載置台と、前記処理容器内へ改質ガスを導入する改質
ガス導入手段と、紫外線と赤外線とを含む改質用光線を
前記処理容器内へ導入するために設けられた透過窓と、
前記紫外線と赤外線とを含む改質用光線を放射する改質
用光線放射手段とを有する被処理膜の改質装置におい
て、前記透過窓は前記処理容器の天井部に設けられ、前
記改質用光線は前記透過窓を介して前記被処理体の表面
に走査されるようになされると共に、前記改質用光線の
走査速度は、前記被処理体の走査開始端側と走査終了端
側において低速になされることを特徴とする被処理膜の
改質装置である。このように、被処理膜の改質に際し
て、改質用光線として紫外線のみならず、赤外線も積極
的に照射することにより、被処理膜自体が赤外線により
加熱されるので、改質を効率的に行なうことができ、し
かも耐圧絶縁特性を向上させることが可能となる。

【０００９】この場合、紫外線と赤外線は別々の光源か
ら放射させるようにしてもよいし、或いは同一の光源か
ら放射させるようにしてもよい。この改質処理は、ガス
による改質用光線の吸収を抑制するためには、例えば１
〜６００Ｔｏｒｒの減圧雰囲気下で行なうのがよい。ま
た、前記被処理膜が金属酸化膜或いは金属窒化膜の時に
は、前記改質ガスは少なくともオゾン、或いは酸素のい
ずれか一方であり、前記被処理膜が金属膜の時には、前
記改質ガスは、窒素、水素、不活性ガスの少なくともい
ずれか１つのガスを含むようにする。

【００１０】また、改質用光線を走査させて被処理体に
照射することにより、照射量が略面内均一となり、改質
処理の面内均一性を向上させることができる。しかも、
改質用光線照射手段のコストも少なくて済む。

【００１１】また、前記改質用光線の走査速度は、前記
被処理体の走査開始端側と走査終了端側において低速に
なされるようにするのがよい。これによれば、改質用光
線の照射量が少なくなる走査方向の両端側において、そ
の減少分を補償することができ、改質処理の均一性を一
層向上させることができる。この場合、請求項３に規定
するように、前記改質用光線放射手段を、前記天井部の
上方に走査させる走査機構を有するようにしてもよい。

【００１２】請求項４に規定する発明は、真空引き可能
になされた処理容器と、金属酸化膜、金属膜或いは金属
窒化膜の内のいずれか１つの被処理膜がその表面に形成
された被処理体を載置する載置台と、前記処理容器内へ
改質ガスを導入する改質ガス導入手段と、紫外線と赤外
線とを含む改質用光線を前記処理容器内へ導入するため
に設けられた透過窓と、前記紫外線と赤外線とを含む改
質用光線を放射する改質用光線放射手段とを有する被処
理膜の改質装置において、前記透過窓は前記処理容器の
天井部に設けられると共に、前記改質用光源放射手段は
前記改質用光線を前記天井部の上方を水平方向に向けて
放射するように設けられており、前記天井部の上方には
前記改質用光線を前記透過窓に向けて反射すべく前記改
質用光線放射手段から遠くなるに従ってその走査速度が
低下するようになされた走査反射ミラーが設けられてお
り、前記改質用光線は前記透過窓を介して前記被処理体
の表面に走査されるようにしたものである。

【００１３】これによれば、改質用光線照射手段から走
査反射ミラーが遠くなるに従ってその走査速度を遅くし
ているので、遠くなっても光量を補償でき、改質の面内
均一性を向上させることができる。また、請求項５に規
定するように、前記改質用光線照射手段は、紫外線と赤
外線を放射する無電極マイクロウェーブ方式による放電
ランプを用いることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る被処理膜の
改質装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図
１は本発明に係る被処理膜の改質装置の一実施例を示す
断面図、図２は改質ガス導入手段を示す平面図である。
この改質装置２は、図示するように例えばアルミニウム
により略四角形のボックス状に成形された処理容器４を
有している。この処理容器４の底部６の周辺部には、複
数の排気口１２が設けられており、この排気口１２に
は、真空ポンプ８を介設した真空引き系１０が接続され
ており、容器内部を真空引き可能としている。

【００１５】処理容器４内には、非導電性材料、例えば
アルミナ製の円板状の載置台１４が設けられ、この上に
被処理体としての半導体ウエハＷを載置し得るようにな
っている。この載置台１４の下面中央部は容器底部６を
上下に貫通して設けられた中空の回転軸１６の先端に支
持固定されている。この回転軸１６の容器底部との貫通
部には、磁性流体シール１８を介設しており、これを気
密に回転可能に支持して上記載置台１４を必要に応じて
回転し得るようになっている。尚、この回転軸１６は、
図示しない回転モータ等からの駆動力により回転可能に
なされている。

【００１６】上記載置台１４には、載置台加熱手段とし
て例えば、ＳｉＣによりコーティングされたカーボン製
の抵抗発熱体２０が埋め込まれており、この上面側に載
置される被処理体としての半導体ウエハＷを所望の温度
に加熱し得るようになっている。この載置台１４の上部
は、内部に銅などの導電板よりなるチャック用電極２２
を埋め込んだ薄いセラミック製の静電チャック２４とし
て構成されており、この静電チャック２４が発生するク
ーロン力により、この上面にウエハＷを吸着保持するよ
うになっている。

【００１７】載置台１４の周辺部の所定の位置には、複
数のリフタ孔２６が上下方向に貫通して設けられてお
り、このリフタ孔２６に対応させて上下方向に昇降可能
にウエハリフタピン２８が配置されている。そして、こ
のウエハリフタピン２８は、容器底部６を貫通して上下
動可能になされたピン昇降ロッド３０によって一体的に
昇降移動可能になされている。また、このロッド３０の
貫通部には金属性の伸縮ベローズ３２が設けられてお
り、ロッド３０が気密性を保持しつつ上下動することを
許容している。このように、ピン２８を昇降させること
により、ウエハＷを持ち上げたり、持ち下げたりするよ
うになっている。このようなウエハリフタピン２８は、
一般的にはウエハ周縁部に対応させて３本設けられる。

【００１８】また、処理容器４の天井部には、後述する
紫外線や赤外線に対して透明な耐熱材料、例えば石英よ
りなる改質ガス導入手段としてのシャワーヘッド３４が
設けられており、供給された改質ガスを処理空間Ｓに向
けて放出するようになっている。具体的には、このシャ
ワーヘッド３４は、ウエハＷの直径よりも大きなリング
状になされた管径の太い分配リング管３６と、この分配
リング管３６間に縦横に格子状に配設して接続した複数
のガス噴射管３８により構成される。このリング管３６
及びガス噴射管３８の内径は、それぞれ１６ｍｍと４．
３５ｍｍ程度であり、各ガス噴射管の下面側には、直径
が例えば０．３〜０．５ｍｍ程度の多数の噴射孔４０が
等ピッチで形成されており、オゾン等の改質ガスを噴出
し得るようになっている。

【００１９】この場合、各ガス噴射管３８の載置台１４
上のウエハＷに対する投影面積は、ウエハ表面の面積の
２０％よりも小さく設定するのが好ましく、ガス噴射管
３８の格子間の空間部に、より多くの改質用光線が通過
して直接ウエハ面に照射するようになっている。このシ
ャワーヘッド３４のガス導入口４２は容器側壁を気密に
貫通して外部に臨ませており、これに図示しないマスフ
ローコントローラを介して公知の改質ガス発生器４４が
接続されており、ここで発生したオゾン等の改質ガスを
上記シャワーヘッド３４に向けて送出するようになって
いる。尚、シャワーヘッド３４は、紫外線や赤外線に対
して透明であれば、この種の構造に限定されない。一
方、処理容器４の天井部には、ウエハ径よりも大きく設
定された矩形状の開口４６が形成されており、この開口
には、紫外線や赤外線に対して透明な材料、例えば石英
により形成された矩形状の透過窓４８が天井部との間で
Ｏリング等のシール部材５０を介して固定枠５２により
気密に取り付けられている。この透過窓４８は、大気圧
に対して耐え得るように厚さが例えば２０ｍｍ程度に設
定されている。

【００２０】そして、この透過窓４８の上方には、処理
容器４内に向けて改質用光線５４を放射するための改質
用光線放射手段５６が設けられており、これより放出さ
れる改質用光線５４により活性酸素原子を発生させるよ
うになっている。具体的には、この改質用光線放射手段
５６は、主として紫外線ＵＶを発生するために水銀を封
入した略球形の水銀封入ランプ５８と、赤外線ＩＲを発
生するための略球形の赤外線ランプ６０とを有してい
る。この水銀封入ランプ５８には、例えば２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生手段６２が導
波管６４を介して接続されている。また、赤外線ランプ
６０には、赤外線電源６６がリード６８を介して接続さ
れている。そして、上記各ランプ５８、６０の上側を覆
って処理容器４内に向けて紫外線ＵＶと赤外線ＩＲの混
合光よりなる改質用光線５４を反射する略ドーム状の反
射鏡７０が設けられている。上記反射鏡７０は、例えば
アルミニウムをドーム状に成形することにより構成され
ており、この曲率は改質用光線５４の反射光が載置台１
４の表面に略均等に反射されるように設定されている。
また、処理容器４の側壁には、ウエハ搬出入口７２が設
けられ、ここに真空引き可能になされた前記ロードロッ
ク室７４との間を連通・遮断する、ゲートバルブ７６を
設けている。尚、図示されてないが、パージ用のＮ₂ガ
スの供給手段を設けているのは勿論である。

【００２１】次に、上述したような装置を用いて行なわ
れる本発明の改質方法について説明する。まず、絶縁膜
としてＴａ₂ Ｏ₅ 等の金属酸化膜よりなる被処理膜がそ
の表面に形成されている半導体ウエハＷを、真空状態に
維持された処理容器４内に、ロードロック室７４側から
ウエハ搬出入口７２を介して導入し、これを載置台１４
上に載置して静電チャック２４のクーロン力により吸着
保持する。そして、抵抗発熱体２０によりウエハＷを所
定のプロセス温度に維持すると共に、改質ガスとしてオ
ゾンを含むガスをシャワーヘッド３４から処理空間Ｓへ
供給しつつ処理容器４内を真空引きして所定のプロセス
圧力に維持し、改質処理を開始する。

【００２２】これと同時に、改質用光線放射手段５６の
マイクロ波発生手段６２からは２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波が発生されており、このマイクロ波は導波管６４を
介して伝搬された後に水銀封入ランプ５８に向けて照射
される。このマイクロ波の照射により水銀封入ランプ５
８からは多量の紫外線ＵＶが放出される。これと同時
に、赤外線電源６６からの電力により赤外線ランプ６０
からは多量の赤外線ＩＲが放出される。この紫外線ＵＶ
と赤外線ＩＲを含む改質用光線５４は直接、或いはドー
ム状の反射鏡７０で反射された後に石英製の透過窓４８
を透過して所定の真空圧に維持された処理容器４内に入
り、更に、石英製のシャワーヘッド３４を透過して処理
空間Ｓにおけるオゾンを主体成分とする改質ガス中に注
がれる。

【００２３】ここで、オゾンは紫外線ＵＶの照射により
励起されて多量の活性酸素原子を発生し、この活性酸素
原子が先のウエハ表面に形成されている被処理膜として
の金属酸化膜に作用してこれに含まれるＣ−Ｃ結合やハ
イドロカーボン等の有機不純物を解離し、改質を行なう
ことになる。この時、赤外線ＩＲによってウエハＷの表
面は特に加熱されるので、金属酸化膜の結晶格子中の原
子同士の熱振動がより激しく振動するので、活性酸素原
子が作用した時に有機不純物の脱離を促進させることが
できる。この場合、処理容器４は真空状態或いは減圧状
態に維持されていることから、発生した活性酸素原子が
他のガス原子或いはガス分子と衝突する確立が非常に少
なくなっており、しかもガス分子による改質用光線５４
の吸収も少ないので、その分、活性酸素原子の密度が向
上し、改質処理を迅速に行なうことができる。この改質
処理によって、金属酸化膜の絶縁性を迅速に且つ大幅に
向上させることが可能となる。

【００２４】改質用光線放射手段５６のドーム状の反射
鏡７０は、これからの反射光を載置台１４の表面上に略
均等に分布させるような適正な曲率に設定されているの
で、発生した紫外線ＵＶや赤外線ＩＲが無駄なく活性酸
素原子の発生のために使用することができる。また、改
質処理中にあっては、回転軸１６に支持された載置台１
４は、この上に載置されたウエハＷを一体的に回転して
いるので、ウエハ面上における改質ムラの発生をなくす
ことができ、金属酸化膜の前面を略均等に改質すること
ができる。

【００２５】改質中における容器の圧力は、１〜６００
Ｔｏｒｒの範囲内、例えば３０Ｔｏｒｒ程度に設定す
る。この範囲外の圧力では、改質の進行が遅かったり、
或いは十分でなく、金属酸化膜の絶縁耐圧が低下してし
まう。また、改質プロセス時のウエハ温度は、３００〜
７５０℃の範囲内、例えば４２５℃程度に設定する。ウ
エハ温度が３００℃よりも小さい場合は、絶縁耐圧が十
分でなく、また、７５０℃を越えると、金属の結晶化温
度が７５０℃程度であることから、結晶化により十分な
改質を得ることができない。また、このシャワーヘッド
３４に導入されたオゾン等の改質ガスは、まず、リング
状の分配リング管３６に沿って回り込んで、各ガス噴射
管３８に流入し、そして、この改質ガスはガス噴射管３
８に設けた多数の噴射孔４０より処理容器４内に供給さ
れることになり、ウエハ面に対して均一に改質ガスを供
給するすることができる。

【００２６】そして、このシャワーヘッド３４の格子状
の各ガス噴射管３８の間は空間部として形成されるの
で、多くの紫外線ＵＶや赤外線ＩＲがこの空間部を通過
することにより、シャワーヘッド３４内のオゾン等と干
渉することなく多くの紫外線ＵＶや赤外線ＩＲがウエハ
表面に直接照射することになり、従って、ウエハ表面上
における活性種の量がその分多くなって、改質をより効
率的に行なうことができる。ここで使用した水銀封入ラ
ンプ５８は大きな電力を投入できることからガスの活性
化に寄与できる波長１８５ｎｍ、２５４ｎｍを主体とす
る紫外線を多量に放出することができる。また、このラ
ンプ５８に代えて、ガスの活性化に更に寄与できる波長
１８０ｎｍ以下の紫外線を多量に放出するエキシマラン
プを用いれば、一層、改質の迅速化を期待することがで
きる。改質ガスへの添加ガスとしては、Ｏ₂ ガス、Ｎ₂
ガス、Ｎ₂ Ｏガス等を用いることができる。

【００２７】ここで、紫外線のみで改質を行なった従来
方法と紫外線と赤外線とを用いて改質を行なった本発明
方法を比較したので、その評価結果を図３に示す。図
中、○印は従来方法の結果を示し、△印は本発明方法の
結果を示す。この時の改質条件は、温度は４２５℃、圧
力は３０Ｔｏｒｒ、Ｏ₂ の流量は１０ｓｌｍ、Ｏ₃ の濃
度は１３０ｇ／ｍ³ 、処理時間は３０ｓｅｃである。こ
のグラフから明らかなように耐圧電圧は、従来方法より
も本発明方法の場合の方が大幅に高いことが判明する。
特に、膜厚が１０ｎｍ以下では両者の差は顕著であり、
本発明方法の方が特に良好な特性を示していることが判
明した。

【００２８】尚、上記実施例では、改質用光線放射手段
５６として水銀封入ランプ５８と赤外線ランプ６０の異
なる光源を用いたが、これに代えて、１つの光源で図４
に示すように紫外線領域と赤外線領域の波長を少なくと
も含む無電極マイクロウェーブ方式の発光ランプを用い
るようにしてもよい。この無電極マイクロウェーブ方式
の発光ランプは、１つのランプで図４に示すように紫外
線領域と赤外線領域の双方の帯域の光線（可視光領域も
含んでいる）を放出するので、使用ランプ数を減少させ
ることができる分だけ、ランニングコストや装置コスト
を低減することができる。また、図１に示す実施例にお
いては、水銀封入ランプ５８と紫外線ランプ６０に大容
量のものを用いて固定式としたが、これらのランプとし
て中容量或いは小容量のものを用いて各ランプから発す
る改質用光線５４を半導体ウエハＷ上に走査させるよう
にしてもよい。

【００２９】図５はこのような本発明装置の変形例を示
す断面図、図６は図５に示す装置の概略上面図である。
尚、図１に示す構成部分と同一部分については同一符号
を付して説明を省略する。図示するようにここでは、改
質用光線放射手段５６として細長い棒状の水銀封入ラン
プ５８Ａと細長い棒状の赤外線ランプ６０Ａを用い、そ
れぞれのランプ５８Ａ、６０Ａの背面側に、断面略円弧
状で細長い反射鏡７０Ａ、７０Ｂを配置して、図中、下
方に向けて高い指向性でもって紫外線ＵＶや赤外線ＩＲ
を放出できるようになっている。

【００３０】これらのランプ５８Ａ、６０Ａの全体は、
下方が開放された筐体７８に収容されている。そして、
この筐体７８は、走査機構９２に取り付けられており、
図６にも示すように処理容器４の上方を水平方向へ走査
できるようになっている。具体的には、この走査機構９
２は、処理容器４の上方の一側に設けた案内レール９４
と他側に設けた、例えばボールネジよりなる駆動レール
９６よりなり、これらのレール９４、９６間に上記筐体
７８をレールに沿って移動可能に掛け渡して設けてい
る。そして、駆動レール９６の一端に設けたステップモ
ータ等よりなる駆動モータ９８を正逆回転駆動すること
により、上記ランプ５８Ａ、６０Ａを一体的にレールに
沿って走査するようになっている。

【００３１】これによれば、上述のように走査機構９２
の駆動モータ７６を回転駆動することにより２つのラン
プ５８Ａ、６０Ａを収容した筐体７８は処理容器４の一
端から他端まで走査されるので、これに伴って水銀封入
ランプ５８Ａからの紫外線ＵＶと赤外線ランプＩＲから
の赤外線ＩＲとよりなる改質用光線５４がウエハＷの表
面上に走査されることになる。これによって、図１にお
いて説明したと同様に、ウエハＷの表面の金属酸化膜を
紫外線ＵＶと赤外線ＩＲの双方を含む改質用光線５４で
効率的に、且つ迅速に改質することが可能となる。特
に、この場合には、各ランプ５８Ａ、６０Ａを走査する
こととしているので、ウエハ表面に均一に改質用光線５
４を順に照射することができ、改質処理の面内均一性を
高めることが可能となる。

【００３２】この場合、各ランプ５８Ａ、６０Ａからの
光は、僅かではあるが、側部の方に拡散することは避け
られないので、走査方向におけるウエハ中心部に対して
ウエハ端部にて光量が僅かに減少することが考えられ
る。そこで、図７に示すように走査速度を、走査開始端
側と走査終了端側において走査速度を僅かに低速に設定
する。これにより、低速になった分だけ、走査開始端側
と走査終了端側における照射光量を増加させて減少分を
補償することができるので、改質処理の面内均一性を一
層向上させることが可能となる。また、この実施例では
それ程容量が大きくない２本のランプ５８Ａ、６０Ａを
用いるだけなので、処理容器４の天井部の上方に全面的
に多数のランプを設ける場合や、図１に示したように非
常に強力なランプを用いる場合と比較して、設備コスト
を大幅に削減することができる。

【００３３】図５に示す実施例では２つのランプ５８
Ａ、６０Ａを含む筐体７８を走査する構成としたが、こ
れに代えて、両ランプから放射される改質用光線を、ウ
エハＷの方向へ反射させる反射ミラーを移動させること
によって走査させるようにしてもよい。図８は上述した
ような本発明の他の変形例を示す断面図である。尚、図
５に示す構成部分と同一部分については同一符号を付し
て説明を省略する。この実施例では、水銀封入ランプ５
８Ａ、赤外線ランプ６０Ａ、両反射鏡７０Ａ、７０Ｂを
有する筐体７８を処理容器４の天井部の上方の一側に水
平方向を向けて配置固定し、これに対向するように水平
方向に対して略４５°で傾斜させた細長い走査反射ミラ
ー８０を走査機構９２の案内レール９４（図６参照）と
駆動レール９６との間に掛け渡して設けている。これに
より、走査反射ミラー８０は、レール７２、７４に沿っ
て移動可能になされている。

【００３４】この実施例においても、２つのランプ５８
Ａ、６０Ａから水平方向へ放射された紫外線ＵＶと赤外
線ＩＲよりなる改質用光線５４は、移動しつつある走査
反射ミラー８０により略下方に反射されてウエハＷ上に
照射されるので、先の図５に示す場合と同様に、改質を
迅速に且つ効率的に行なうことができる。しかも、改質
用光線５４を走査させるようにしているので、ウエハ面
内に均一に改質処理を施すことが可能となる。また、ラ
ンプ５８Ａ、６０Ａや筐体７８などの重量物を走査させ
た図５に示す実施例と比較して、比較的軽量物の走査反
射ミラー８０を移動させるので、その分、操作性が向上
するのみならず、走査機構９２の強度等を軽減させるこ
とができる。

【００３５】また、この実施例の場合には、光源ランプ
５８Ａ、６０Ａから走査反射ミラー８０が遠く成る程、
拡散光量が多くなるので、図８中の上方に併記した走査
速度グラフのように、走査反射ミラー８０が光源ランプ
５８Ａ、６０Ａから遠くなる程、その走査速度を低下す
るように設定すれば、走査反射ミラー８０が遠くなった
分だけ光量を補償することができ、改質処理の面内均一
性を一層向上させることができる。上記図８に示す変形
例では、走査反射ミラー８０を水平方向へ走査移動させ
ることにより、改質用光線を走査させるようにしたが、
これに代えて、走査反射ミラーを回動させることによっ
て、改質用光線を走査させるようにしてもよい。

【００３６】図９は上述したような本発明の更に他の変
形例を示す断面図である。尚、図８に示す構成部分と同
一部分については同一符号を付して説明を省略する。こ
の実施例では、図８において示した走査機構９２は不要
であり、代わりに処理容器４の天井部上方の中央部に走
査反射ミラー手段８２を設ける。具体的には、この走査
反射ミラー手段８２は、細長い走査反射ミラー８０と、
この反射ミラー８０を固定して一体的に回転する回動軸
８４とよりなり、この回動軸８４の一端に図示しない例
えばステップモータを設けてこの走査反射ミラー８０を
所定の角度範囲内で正逆回動できるようになっている。
そして、水銀封入ランプ５８Ａと赤外線ランプ６０Ａ、
両反射鏡７０Ａ、７０Ｂを有する筐体７８を処理容器４
の天井部の上方の一側に水平方向を向けて配置固定して
いる。

【００３７】この実施例においても、２つのランプ５８
Ａ、６０Ａから水平方向へ放射された紫外線ＵＶと赤外
線ＩＲよりなる改質用光線５４は回動しつつある走査反
射ミラー８０により反射されると、下方向へ一定の振れ
角でもって反射するので、ウエハＷの表面上にこの改質
用光線５４を走査させることができる。従って、この場
合にも、先の図８に示す場合と同様に改質を迅速に且つ
効率的に行なうことができる。しかも、改質用光線５４
を走査させるようにしているので、ウエハ面内に均一に
改質処理を施すことが可能となる。また、本実施例で
は、図５や図８に示したような大掛かりな走査機構は不
要なので、その分、装置を簡単化してコストダウンを図
ることができる。また、この実施例の場合には、走査反
射ミラー８０の回動速度は、反射光が直下に反射される
時に最も速くし、左右方向への回動角度が次第に大きく
なるに従って、光路長が次第に長くなって拡散光量が次
第に多くなるので、その回動速度を低速にすれば、拡散
によって減少した分のウエハ面上の光量を補償すること
ができ、改質処理の面内均一性を一層向上させることが
できる。

【００３８】以上の各実施例にあっては、処理容器４の
天井部側から改質用光線を導入するようにしたが、これ
に限定されず、処理容器４の側方より改質用光線を導入
するようにしてもよい。図１０は上述のような本発明装
置の更に他の変形例を示す断面図、図１１は図１０に示
す装置の概略上面図である。尚、図９に示す構成部分と
同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
この実施例では、処理容器４の天井部には透過窓を設け
ずに天井部全体を例えばアルミニウム板で構成し、処理
容器４の一側に開口８６を形成し、ここにシール部材８
８を介して図１中の透過窓４８と同じ材料の例えば石英
製の細長い透過窓９０を設けている。そして、この透過
窓９０の外側に、図９等において示したと同様な２つの
ランプ５８Ａ、６０Ａと２つの反射鏡７０Ａ、７０Ｂを
含んだ筐体７８を水平方向に向けて配置固定している。
この場合、両ランプ５８Ａ、６０Ａから放射される改質
用光線５４が処理空間Ｓを水平方向に通過するように設
定されている。

【００３９】この場合にも、水平方向から処理空間Ｓへ
導入された改質用光線５４はオゾンを主体とした改質ガ
スを励起するので、ウエハ表面の金属酸化膜を効率的に
改質することができる。この実施例の場合には、処理容
器４の側面に両ランプ５８Ａ、６０Ａを設けた結果、改
質用光線５４が天井部に設けたシャワーヘッド３４の部
分を透過しなくて済むので、照射された改質用光線５４
の途中での吸収量が減り、その分、多くの光線を処理空
間Ｓに投入できる。従って、処理空間Ｓに投入される改
質用光線５４の光量が多い分だけ、改質処理を迅速に行
なうことができる。また、両ランプ５８Ａ、６０Ａに近
い部分の光量は、拡散により光量が減少する遠い部分と
比較して多少多くなるが、載置台１４の回転によりウエ
ハＷは改質処理中は回転されているので、改質処理の面
内均一性を高く維持することができる。尚、ここでは赤
外線ＩＲがウエハ表面に直接当たらないので、赤外線に
よる効果は、前述した各実施例よりも少し低下してしま
う。

【００４０】尚、上記図５、図８、図９及び図１０に示
す各実施例では、紫外線ランプ５８Ａと赤外線ランプ６
０Ａを共に設ける場合を例にとって説明したが、これら
の各実施例において赤外線ランプ６０Ａを設けず、紫外
線ランプ５８Ａのみを設けるようにしてもよいのは勿論
である。また、各ランプの形状も直線状のものに限ら
ず、例えばＵ字状に折り返したもの等も用いることがで
きる。また、被処理膜としてＴａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ の有
機化合物ガスを原料ガスとして成膜されるＴａ₂ Ｏ₅ の
金属酸化膜を改質処理する場合を例にとって説明した
が、これに限定されず、有機化合物ガスやハロゲン化合
物ガスを原料ガスとして成膜される全ての膜、例えばＴ
ｉＮ、ＷＮ等の金属窒化膜、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ等
の金属膜を改質処理する場合にも本発明方法を適用でき
るのは勿論である。この場合、改質ガスとしては、金属
酸化膜や金属窒化膜を改質する場合にはオゾンや酸素を
用い、金属膜を改質する場合には腐食性ガスのオゾンは
用いることができず、窒素、水素、ＮｅやＨｅやＡｒ等
の不活性ガスを用いる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の被処理膜
の改質装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮
することができる。本発明によれば、紫外線のみならず
赤外線も含んだ改質用光線により被処理膜の改質を行な
うようにしたので、改質を迅速に行なって改質効率を増
大できるのみならず、絶縁特性も向上させることができ
る。

【００４２】また、改質用光線を被処理体の表面に走査
させるようにすれば、改質用光線を面内に均一に照射す
ることができるので、改質処理の面内均一性を向上させ
ることができる。特に、請求項１に規定する装置発明の
ように、走査反射ミラー手段を駆動して改質用光線を走
査させるようにすることにより、比較的重量物である改
質用光線照射手段は固定状態にして走査する必要がない
ので、装置構成を簡単化することができる。また、請求
項２に規定する装置発明のように、改質用光線の光路長
が長くなる傾向にある走査開始端側と走査終了端側にお
いて改質用光線の走査速度を低速にすることにより、そ
の部分における光量を補償することができ、改質処理の
面内均一性を高めることができる。

【００４３】特に、請求項４に規定する装置発明のよう
に、水平方向に改質用光線が放射されている場合には、
改質用光線照射手段から走査反射ミラーが遠くなるに従
ってその走査速度を遅くしているので、遠くなっても光
量を補償でき、改質の面内均一性を向上させることがで
きる。また、改質ガス導入手段（シャワーヘッド）を処
理容器の天井部に設け、改質用光線放射手段を処理容器
の側壁に設けて処理空間に対して水平方向から改質用光
線を導入するようにしたので、この改質用光線が光吸収
の原因となるシャワーヘッドを通過することなく処理空
間に導入されることになり、照射効率を高めて改質を迅
速に、且つ効率的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る被処理膜の改質装置の一実施例を
示す断面図である。

【図２】改質ガス導入手段を示す平面図である。

【図３】紫外線のみで改質を行なった従来方法と紫外線
と赤外線とを用いて改質を行なった本発明方法の評価結
果を示す図である。

【図４】無電極マイクロウェーブ方式の発光ランプの発
光スペクトラムを示す図である。

【図５】本発明装置の変形例を示す断面図である。

【図６】図５に示す装置の概略上面図である。

【図７】改質用光線の走査方向に対する走査速度の変化
を示すグラフである。

【図８】本発明の他の変形例を示す断面図である。

【図９】本発明の更に他の変形例を示す断面図である。

【図１０】本発明装置の更に他の変形例を示す断面図で
ある。

【図１１】図１０に示す装置の概略上面図である。

【符号の説明】

２改質装置４処理容器１４載置台３４シャワーヘッド（改質ガス導入手段）４４改質ガス発生器４８透過窓５４改質用光線５６改質用光線放射手段５８，５８Ａ水銀封入ランプ６０，６０Ａ赤外線ランプ６２マイクロ波発生手段７８筐体８０走査反射ミラー８２走査反射ミラー手段９０透過窓９２走査機構９４案内レール９６駆動レール９８駆動モータＩＲ赤外線ＵＶ紫外線Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

フロントページの続き (56)参考文献特開平10−79377（ＪＰ，Ａ) 特開平４−188621（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−158914（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−115327（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−32122（ＪＰ，Ａ) 特開平５−290608（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/316 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空引き可能になされた処理容器と、金
属酸化膜、金属膜或いは金属窒化膜の内のいずれか１つ
の被処理膜がその表面に形成された被処理体を載置する
載置台と、前記処理容器内へ改質ガスを導入する改質ガ
ス導入手段と、紫外線と赤外線とを含む改質用光線を前
記処理容器内へ導入するために設けられた透過窓と、前
記紫外線と赤外線とを含む改質用光線を放射する改質用
光線放射手段とを有する被処理膜の改質装置において、
前記透過窓は前記処理容器の天井部に設けられ、前記改
質用光線放射手段から放射された前記改質用光線を前記
被処理体の表面に走査させるために回動可能になされた
走査反射ミラー手段を有し、前記改質用光線は前記透過
窓を介して前記被処理体の表面に走査されるようになさ
れていることを特徴とする被処理膜の改質装置。
【請求項２】真空引き可能になされた処理容器と、金
属酸化膜、金属膜或いは金属窒化膜の内のいずれか１つ
の被処理膜がその表面に形成された被処理体を載置する
載置台と、前記処理容器内へ改質ガスを導入する改質ガ
ス導入手段と、紫外線と赤外線とを含む改質用光線を前
記処理容器内へ導入するために設けられた透過窓と、前
記紫外線と赤外線とを含む改質用光線を放射する改質用
光線放射手段とを有する被処理膜の改質装置において、
前記透過窓は前記処理容器の天井部に設けられ、前記改
質用光線は前記透過窓を介して前記被処理体の表面に走
査されるようになされると共に、前記改質用光線の走査
速度は、前記被処理体の走査開始端側と走査終了端側に
おいて低速になされることを特徴とする被処理膜の改質
装置。
【請求項３】前記改質用光線放射手段を、前記天井部
の上方に走査させる走査機構を有していることを特徴と
する請求項２記載の被処理膜の改質装置。
【請求項４】真空引き可能になされた処理容器と、金
属酸化膜、金属膜或いは金属窒化膜の内のいずれか１つ
の被処理膜がその表面に形成された被処理体を載置する
載置台と、前記処理容器内へ改質ガスを導入する改質ガ
ス導入手段と、紫外線と赤外線とを含む改質用光線を前
記処理容器内へ導入するために設けられた透過窓と、前
記紫外線と赤外線とを含む改質用光線を放射する改質用
光線放射手段とを有する被処理膜の改質装置において、
前記透過窓は前記処理容器の天井部に設けられると共
に、前記改質用光源放射手段は前記改質用光線を前記天
井部の上方を水平方向に向けて放射するように設けられ
ており、前記天井部の上方には前記改質用光線を前記透
過窓に向けて反射すべく前記改質用光線放射手段から遠
くなるに従ってその走査速度が低下するようになされた
走査反射ミラーが設けられており、前記改質用光線は前
記透過窓を介して前記被処理体の表面に走査されるよう
になされていることを特徴とする被処理膜の改質装置。
【請求項５】前記改質用光線照射手段は、紫外線と赤
外線を放射する無電極マイクロウェーブ方式による放電
ランプを有することを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の被処理膜の改質装置。
【請求項６】前記改質用光線は、ランプより放射され
る拡散光であることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の被処理体の改質装置。