JP4463583B2 - Film forming method and film forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、成膜技術に関し、特に、MOCVD法によって例えば強誘電性または高誘電性の金属酸化物膜を成膜する技術に関する。   The present invention relates to a film formation technique, and more particularly to a technique for forming a ferroelectric or high dielectric metal oxide film by MOCVD.

半導体製造工程においては、被処理体である基板(ウェハ)上に種々の物質からなる薄膜の形成が行われ、この薄膜に要求される物性の多様化等に呼応して、薄膜形成に使用される物質や組み合わせの多様化、複雑化が進行している。たとえば、近年、プレーナスタック型FeRAMのメモリキャパシタ材としてPZT膜の使用が注目されており、高品質なPZT膜を再現性良く生成する技術の開発が進められている。この多元系金属酸化物薄膜であるPZT膜は、Pb(Zr1−xTi)Oのペロブスカイト構造を有する結晶膜であり、強誘電性をもつ。 In the semiconductor manufacturing process, thin films made of various substances are formed on a substrate (wafer) that is an object to be processed. In response to the diversification of physical properties required for this thin film, it is used for thin film formation. Diversified and complicated materials and combinations are progressing. For example, in recent years, the use of a PZT film has attracted attention as a memory capacitor material for a planar stack type FeRAM, and development of a technique for generating a high-quality PZT film with high reproducibility is underway. The PZT film, which is a multi-component metal oxide thin film, is a crystal film having a perovskite structure of Pb (Zr 1-x Ti x ) O 3 and has ferroelectricity.

有機金属化合物を原料とする化学気相成長法(MOCVD)によってPZTなどの多元系金属酸化物薄膜を成膜する場合、反応容器内に設置した基板を加熱し、そこに原料ガスと酸化ガスを供給する(たとえば特許文献1)。PZTの成膜温度は通常、500〜650℃であり、酸化ガスにはOを用いるが、デバイス構造によっては、許容される成膜温度が500℃以下である場合があり、そのような低温域で成膜を行う場合には、酸化ガスとして酸化力のすぐれたNO(二酸化窒素)を使用する(たとえば特許文献2)。なお、原料ガスとしては、特許文献1や特許文献2に記載の有機金属原料の他、例えばPb(dpm)、Zr(O−i−C(dpm)、またはZr(O−i−C)(dpm)、またはZr(dpm)、およびTi(O−i−C(dpm)の組み合わせからなる有機金属原料等を使用することができる。 When a multi-component metal oxide thin film such as PZT is formed by chemical vapor deposition (MOCVD) using an organometallic compound as a raw material, the substrate placed in the reaction vessel is heated, and a raw material gas and an oxidizing gas are supplied thereto. (For example, Patent Document 1). The film formation temperature of PZT is usually 500 to 650 ° C., and O 2 is used as the oxidizing gas. However, depending on the device structure, the allowable film formation temperature may be 500 ° C. or less, and such a low temperature. When film formation is performed in a region, NO 2 (nitrogen dioxide) having excellent oxidizing power is used as the oxidizing gas (for example, Patent Document 2). As the source gas, for example, Pb (dpm) 2 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 , or Zr (in addition to the organometallic raw materials described in Patent Document 1 and Patent Document 2) Use an organometallic raw material or the like composed of a combination of Oi-C 3 H 7 ) (dpm) 3 or Zr (dpm) 4 and Ti (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2. Can do.

この場合、基板に対して良質の薄膜を形成すべく、ポストミックス型のシャワーヘッドを使用することが望ましい。すなわち、シャワーヘッド内に、原料ガスと酸化ガスの供給流路および吐出孔を独立に形成し、反応容器内における基板の直上空間で原料ガスと酸化ガスを混合させることで成膜反応を行わせるようにする。このようにすることによって、原料ガスと酸化ガスとの反応がウェハ表面近傍で主におこなわれるようになることから、膜質(例えば結晶性)の向上が期待でき、また、シャワーヘッド内部における気相反応が抑制されることから、パーティクル発生の抑制を期待できる。 In this case, it is desirable to use a postmix-type shower head in order to form a high-quality thin film on the substrate. That is, a source gas and an oxidizing gas supply channel and discharge holes are independently formed in the shower head, and the film forming reaction is performed by mixing the source gas and the oxidizing gas in the space immediately above the substrate in the reaction vessel. Like that. By doing so, the reaction between the source gas and the oxidizing gas mainly takes place in the vicinity of the wafer surface, so that an improvement in film quality (for example, crystallinity) can be expected, and the gas phase inside the shower head can be expected. Since the reaction is suppressed, the generation of particles can be expected to be suppressed.

シャワーヘッドの表面は原料ガスが絶えず接触するため、表面への原料凝縮が発生することのないように、シャワーヘッドはヒータによって加熱されている。成膜のためにシャワーヘッドから原料ガスと酸化ガスとを吐出供給することによって、ウェハ以外にも、例えばシャワーヘッド表面(原料ガス吐出孔および酸化ガス吐出孔近傍も含む)にもわずかに膜が堆積する。この膜は、加熱されたシャワーヘッド表面において原料ガスと酸化ガスとが反応することによって生成・堆積した、酸化物や原料分解物等と考えられる。一般的なCVD装置においてはこのような表面堆積膜を除去するためのドライクリーニングを定期的に実施することによって、常に清浄なシャワーヘッド表面を維持することが可能であるが、PZT成膜プロセスにおいては、有効なドライクリーニングを実施することは非常に困難であり、堆積膜を完全除去することは難しい。そのため、PZT成膜プロセスを長期間実施していくうちに、シャワーヘッド表面には原料反応物の膜が徐々に堆積してゆくことになる。この堆積膜がシャワーヘッド表面に密着していて、永久に剥れることが無ければ問題は生じないが、実際にはシャワーヘッドの温度変動等によってシャワーヘッドおよび堆積膜が熱膨張、あるいは熱収縮を起こした際に、シャワーヘッド部材(例えばアルミニウム)と堆積膜との熱膨張係数の違いによって、シャワーヘッド部材と堆積膜との界面等にストレスがかかり、堆積膜の剥離・崩落が発生する。この、堆積膜の剥離・崩落したものがパーティクルとなってウェハ上に降りそそぐと、ウェハ上に作成した半導体装置の製品歩留まりが悪化するという問題が生じる。   Since the raw material gas is constantly in contact with the surface of the shower head, the shower head is heated by a heater so that the raw material does not condense on the surface. By discharging and supplying the source gas and the oxidizing gas from the shower head for film formation, a film is slightly formed on the surface of the shower head (including the vicinity of the source gas discharging hole and the oxidizing gas discharging hole) as well as the wafer. accumulate. This film is considered to be an oxide, a raw material decomposition product, or the like generated and deposited by the reaction between the raw material gas and the oxidizing gas on the surface of the heated shower head. In a general CVD apparatus, it is possible to always maintain a clean shower head surface by periodically performing dry cleaning for removing such a surface deposited film, but in the PZT film forming process, It is very difficult to perform effective dry cleaning, and it is difficult to completely remove the deposited film. Therefore, as the PZT film forming process is carried out for a long period of time, a film of the raw material reactant is gradually deposited on the showerhead surface. If this deposited film is in close contact with the surface of the shower head and does not peel off permanently, there will be no problem, but in practice the shower head and the deposited film will thermally expand or contract due to temperature fluctuations of the shower head. When this occurs, stress is applied to the interface between the showerhead member and the deposited film due to the difference in thermal expansion coefficient between the showerhead member (for example, aluminum) and the deposited film, and the deposited film is peeled off or collapsed. If the deposited film is peeled off or collapsed as particles and falls onto the wafer, there arises a problem that the product yield of the semiconductor device formed on the wafer deteriorates.

CVD法によるPZTの成膜においては、前述したように、ドライクリーニングによる堆積物の除去を行うことが困難であるため、堆積膜の剥離・崩落が発生したり、酸化ガスの吐出孔の詰まりが発生したりしたシャワーヘッドは、そのたびに交換して洗浄しなければならず、装置の稼働率の低下やメンテナンスコストの増大を招くという問題もある。   In the PZT film formation by the CVD method, as described above, it is difficult to remove the deposit by dry cleaning, so that the deposited film is peeled off or collapsed or the discharge hole of the oxidizing gas is clogged. The generated shower head must be replaced and cleaned each time, and there is a problem that the operating rate of the apparatus is lowered and the maintenance cost is increased.

このような問題を回避するため、シャワーヘッドの温度を確実に制御するには、シャワーヘッドの内部に熱媒体を通流させる流路を設け、その中に熱媒体を循環させ、シャワーヘッドとの熱の授受を行う方法が挙げられる。   In order to avoid such a problem, in order to reliably control the temperature of the shower head, a flow path through which the heat medium flows is provided inside the shower head, and the heat medium is circulated therein, so that The method of giving and receiving heat is mentioned.

しかし、ポストミックス型のシャワーヘッドは、原料ガスと酸化ガスの供給経路や吐出孔が独立に設けられているとともに、ガス噴き出しの均一性を向上させるために吐出孔のピッチは狭くなっており、このような複雑で狭小な供給経路や吐出孔を避けながら冷却媒体流路を形成することは加工上大きな困難を伴う。また、仮に形成できたとしても、冷却媒体流路が細くなり、流通可能な冷却媒体の流量が小さな値に制限されるために、充分な温度制御能力を実現できないことが懸念されるとともに、冷却媒体流路の閉塞による故障も発生しやすいという問題もある。
特開2000−260766号公報 特開2000−58526号公報
However, the postmix type shower head is provided with the supply path and discharge holes for the source gas and the oxidizing gas independently, and the pitch of the discharge holes is narrowed in order to improve the uniformity of gas ejection, Forming the cooling medium flow path while avoiding such complicated and narrow supply paths and discharge holes is accompanied with great difficulty in processing. Further, even if it can be formed, the cooling medium flow path becomes narrower and the flow rate of the circulating cooling medium is limited to a small value. There is also a problem that failure due to blockage of the medium flow path is likely to occur.
JP 2000-260766 A JP 2000-58526 A

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、シャワーヘッドの目詰まりを有効に防止することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、成膜の均一性や再現性を向上させることができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、シャワーヘッド表面からのパーティクル発生を防止することができる成膜方法および成膜装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of effectively preventing clogging of a shower head.
Another object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of improving the uniformity and reproducibility of film formation.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus capable of realizing improvement in the operation rate of the apparatus and reduction in maintenance cost.
Still another object of the present invention is to provide a film forming method and a film forming apparatus that can prevent the generation of particles from the surface of the shower head.

上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより前記シャワーヘッドの温度を検出し、その温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, a shower head having a plurality of gas discharge holes for independently discharging an organic metal raw material and an oxidizing gas into a processing chamber for accommodating a substrate to be processed. And forming the metal oxide on the substrate to be processed by mixing the organometallic raw material and the oxidizing gas in the processing chamber, and facing the substrate to be processed of the shower head The temperature of the shower head is detected by a temperature sensor disposed in the vicinity of the processed surface, the temperature of the shower head gas deposition holes and the reaction product deposition on the surface facing the substrate to be processed, and the organometallic The shower head is heated or cooled by a heating means and / or a cooling means so as to suppress the condensation of the raw material, so that the temperature of the shower head is increased. To provide a film forming method characterized by controlling the.

本発明の第2の観点では、被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度を把握しておき、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより前記シャワーヘッドの温度を検出して、その温度が前記反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法を提供する。
In a second aspect of the present invention, an organometallic raw material and an oxidizing gas are supplied into a processing chamber that accommodates a substrate to be processed through a shower head having a plurality of gas discharge holes that discharge these separately and independently. A film forming method for forming a metal oxide on the substrate to be processed by mixing an organic metal raw material and an oxidizing gas in the processing chamber, wherein the shower is performed according to supply conditions of the organic metal raw material and the oxidizing gas. Knowing the temperature of the shower head capable of suppressing the deposition of reaction products and the condensation of the organometallic raw material on the gas discharge hole of the head and the surface facing the substrate to be processed, wherein the temperature sensor disposed in proximity to opposing surfaces by detecting the temperature of the shower head, the temperature of deposition and of the organic metal source of the reaction product So that the contraction in the suppressible temperature, by heating or cooling the shower head by the heating means and / or cooling means to provide a film forming method characterized by controlling the temperature of the shower head.

本発明の第3の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と、をさらに具備し、前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されたことを特徴とする成膜装置を提供する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, and a shower head that is provided in the processing chamber and has a plurality of gas discharge holes that separately discharge an organic metal raw material and an oxidizing gas. A film forming apparatus for forming a metal oxide on the substrate to be processed by mixing the organometallic raw material and the oxidizing gas in the processing chamber, and heating means and / or cooling the shower head. A cooling unit, a temperature detecting unit for detecting the temperature of the shower head, and a reaction product in which the temperature of the shower head detected by the temperature detecting unit faces the gas discharge hole of the shower head and the substrate to be processed. so that the deposition and condensation of the organometallic material to suppress the temperature, a temperature control mechanism for controlling the heating means and / or cooling means, Further comprising the cooling means of the shower head is a heat pipe, formed, characterized in that at least the heat absorption end of the heat pipe is arranged close to the surface facing the substrate to be processed of said showerhead A membrane device is provided.

本発明の第4の観点では、被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドとを具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じた、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度の情報が記憶される記憶手段と、前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と、をさらに具備し、前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されたことを特徴とする成膜装置を提供する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a processing chamber that accommodates a substrate to be processed, and a shower head that is provided in the processing chamber and has a plurality of gas discharge holes for separately discharging an organic metal source and an oxidizing gas. A film forming apparatus for forming a metal oxide on the substrate to be processed by mixing the organometallic raw material and the oxidizing gas in the processing chamber, and heating means and / or cooling the shower head. A cooling means, a temperature detecting means for detecting the temperature of the shower head, and reaction generation on the surface of the shower head facing the gas discharge hole and the substrate to be processed according to the supply conditions of the organometallic raw material and the oxidizing gas Storage means for storing information on the temperature of the shower head capable of suppressing accumulation of substances and condensation of the organometallic raw material, and information stored in the storage means The temperature of the shower head detected by the temperature detection means suppresses the deposition of reaction products and the condensation of the organometallic raw material on the gas discharge holes of the shower head and the surface facing the substrate to be processed. A temperature control mechanism for controlling the heating means and / or the cooling means so as to reach a temperature , wherein the cooling means of the shower head is a heat pipe, and at least the endothermic end of the heat pipe is the heat absorption end. Provided is a film forming apparatus characterized in that it is disposed close to a surface of a shower head facing a substrate to be processed .

本発明において、前記シャワーヘッドの加熱手段および/または冷却手段としては、シャワーヘッドに配置されたヒートパイプを採用することができる。シャワーヘッドの冷却手段としてヒートパイプを用いる場合には、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置することができる。また、前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段として、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面の温度を検出する温度センサを用いることができ、その温度センサは前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されることが好ましい。   In the present invention, a heat pipe disposed in the shower head can be adopted as the heating means and / or cooling means of the shower head. In the case where a heat pipe is used as the cooling means for the shower head, at least the endothermic end of the heat pipe can be disposed close to the surface of the shower head facing the substrate to be processed. In addition, a temperature sensor that detects the temperature of the surface of the shower head that faces the substrate to be processed can be used as a temperature detection unit that detects the temperature of the shower head, and the temperature sensor is the substrate to be processed of the shower head. It is preferable that it is arranged in the vicinity of the surface facing the.

また、本発明に用いる有機金属原料としては、金属βジケネートまたは金属アルコキシドを用いることができる。また、有機金属原料として、Pb(dpm)、Zr(dpm)、Zr(O−i−C)(dpm)、Zr(O−i−C(dpm)、Ti(O−i−C(dpm)、Ba(dpm)、Sr(dpm)からなる群から選択された複数種を用いることができ、この場合には酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであることが好ましい。 In addition, as the organometallic raw material used in the present invention, metal β-dikenate or metal alkoxide can be used. Moreover, Pb (dpm) 2 , Zr (dpm) 4 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) (dpm) 3 , Zr (OiC 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 , Ti (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 , Ba (dpm) 2 , Sr (dpm) 2 can be used, and in this case, oxidation The gas is preferably selected from the group consisting of N 2 O, NO 2 , and O 2 .

本発明に用いる有機金属原料としては、HTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)またはZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)を用いることもでき、この場合には、前記酸化ガスは、NOまたはOであることが好ましい。 As an organic metal raw material used in the present invention, HTB (hafnium tetratertiary terboxide) or ZTB (zirconium tetratertiary terboxide) can also be used. In this case, the oxidizing gas is NO 2 or O 3. It is preferable that

具体的例として、前記有機金属原料は、Pb含有原料としてのPb(dpm)、Zr含有原料としてのZr(dpm)またはZr(O−i−C(dpm)またはZr(O−i−C)(dpm)、Ti含有原料としてのTi(O−i−C(dpm)を含み、前記酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであり、これらによりPZT膜を形成することが例示される。 As a specific example, the organometallic raw material includes Pb (dpm) 2 as a Pb-containing raw material, Zr (dpm) 4 or Zr (OiC 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 as a Zr-containing raw material, or It includes Zr (O-i-C 3 H 7) (dpm) 3, Ti as Ti-containing raw material (O-i-C 3 H 7) 2 (dpm) 2, the oxidizing gas, N 2 O, NO 2 , selected from the group consisting of O 2 and the formation of a PZT film is exemplified by these.

本発明によれば、シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および有機金属原料の凝縮を抑制するように、シャワーヘッドの温度を制御することで、シャワーヘッドに設けられた複数の独立なガス供給経路が堆積物等によって狭小化したり閉塞されたりして目詰まりすることを防止することができ、成膜の均一性と再現性を高く維持することが可能となるとともに、シャワーヘッドのメンテナンス頻度も減少し、成膜装置の稼働率の向上およびメンテナンスコストの削減を実現できる。また、前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および有機金属原料の凝縮を抑制するように、シャワーヘッドの温度を制御することで、上記効果を一層高めることができる。   According to the present invention, the shower head temperature is controlled so as to suppress the deposition of reaction products and the condensation of the organometallic raw material on the gas discharge holes of the shower head and the surface facing the substrate to be processed. A plurality of independent gas supply paths provided in the head can be prevented from becoming clogged by being narrowed or clogged with deposits, etc., and film formation uniformity and reproducibility can be maintained high. In addition, the maintenance frequency of the shower head is reduced, and the operating rate of the film forming apparatus can be improved and the maintenance cost can be reduced. Further, depending on the supply conditions of the organometallic raw material and the oxidizing gas, the shower is controlled so as to suppress deposition of reaction products and condensation of the organometallic raw material on the gas discharge holes of the shower head and the surface facing the substrate to be processed. The above effect can be further enhanced by controlling the temperature of the head.

また、本発明によれば、必要に応じて、シャワーヘッドにヒートパイプを設けることにより、シャワーヘッド内に、加工コストの高い複雑な形状の熱媒体通路を形成することなく、シャワーヘッドの均熱化や効率的な冷却による温度制御が可能となり、シャワーヘッドの温度制御を低コストおよび高い信頼性にて効果的に行うことが可能となる。   Further, according to the present invention, if necessary, a heat pipe is provided in the shower head, so that the shower head can be soaked without forming a complicated heat medium passage having a high processing cost in the shower head. And temperature control by efficient cooling becomes possible, and temperature control of the shower head can be effectively performed at low cost and with high reliability.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図1は本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例の断面図であり、図2は、その作用の一例を示すフローチャート、図3は、その作用の一例を示す線図、図4は、その判定テーブルの一例を示す概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of the configuration of a film forming apparatus that performs a film forming method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation thereof, and FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of the determination table.

この成膜装置は、図1に示すように、例えばアルミニウム等により構成される平断面が略矩形の筐体1を有しており、この筐体1の内部には、有底円筒状に形成された処理容器2が設けられている。処理容器2の底部には開口2aが設けられ、この開口2aの外側より、透明石英からなる透過窓2dが、Oリングからなる封止部材2cにより処理容器2が気密を保つことが出来るように設置されている。この透過窓2dの下部には、図示しないランプユニットが接続される。処理容器2の上部には後述するシャワーヘッド40を支持するリッド3が開閉可能に設けられている。   As shown in FIG. 1, this film forming apparatus has a casing 1 having a substantially rectangular cross section made of, for example, aluminum, and is formed in a bottomed cylindrical shape inside the casing 1. The treated container 2 is provided. An opening 2a is provided at the bottom of the processing container 2. From the outside of the opening 2a, the transmission window 2d made of transparent quartz can be kept airtight by the sealing member 2c made of an O-ring. is set up. A lamp unit (not shown) is connected to the lower part of the transmission window 2d. A lid 3 that supports a shower head 40 described later is provided on the upper portion of the processing container 2 so as to be openable and closable.

シャワーヘッド40の上面には、環状の複数のヒータ91およびこのヒータ91の間に設けられ、冷却水等の熱媒体が流通する水冷用流路92からなる温度制御機構90が配置されており、後述の熱電対10にて測定されるシャワーヘッド40の温度の測定結果を用いた、後述のプロセスコントローラ80によるフィードバック制御にてシャワーヘッド40を加熱または冷却することで、シャワーヘッド40の温度を所定の値に制御することが可能になっている。   On the upper surface of the shower head 40, a temperature control mechanism 90 including a plurality of annular heaters 91 and a water cooling flow path 92 through which a heat medium such as cooling water flows is disposed. The temperature of the shower head 40 is set to a predetermined value by heating or cooling the shower head 40 by feedback control by a process controller 80 described later using a measurement result of the temperature of the shower head 40 measured by the thermocouple 10 described later. It is possible to control to the value of.

処理容器2の内部には円筒状のシールドベース8が処理容器2の底部から立設されている。シールドベース8上部の開口には、環状のベースリング7が配置されており、ベースリング7の内周側には環状のアタッチメント6が支持され、アタッチメント6の内周側の段差部に支持されてウェハWを載置する載置台5が設けられている。シールドベース8の外側には、後述するバッフルプレート9が設けられている。   A cylindrical shield base 8 is erected from the bottom of the processing container 2 inside the processing container 2. An annular base ring 7 is disposed in the opening above the shield base 8, and an annular attachment 6 is supported on the inner peripheral side of the base ring 7, and is supported by a step portion on the inner peripheral side of the attachment 6. A mounting table 5 on which the wafer W is mounted is provided. A baffle plate 9 described later is provided outside the shield base 8.

バッフルプレート9には、複数の排気口9aが形成されている。処理容器2の内周底部において、シールドベース8を取り囲む位置には、底部排気流路71が設けられており、バッフルプレート9の排気口9aを介して処理容器2の内部が底部排気流路71に連通することで、処理容器2の排気が均一に行われる構成となっている。   A plurality of exhaust ports 9 a are formed in the baffle plate 9. A bottom exhaust passage 71 is provided at a position surrounding the shield base 8 at the inner peripheral bottom of the processing container 2, and the inside of the processing container 2 is located at the bottom exhaust passage 71 through the exhaust port 9 a of the baffle plate 9. In this way, the processing container 2 is exhausted uniformly.

筐体1の側面には、処理空間Sに連通するウェハ出入り口15が設けられ、このウェハ出入り口15は、ゲートバルブ16を介して図示しないロードロック室に接続されている。   A wafer entrance / exit 15 communicating with the processing space S is provided on the side surface of the housing 1, and the wafer entrance / exit 15 is connected to a load lock chamber (not shown) via a gate valve 16.

前述のリッド3は処理容器2上部の開口部分に設けられており、このリッド3の載置台5上に載置されたウェハWと対向する位置に、後述するシャワーヘッド40が設けられている。   The above-described lid 3 is provided in an opening portion at the top of the processing container 2, and a shower head 40 described later is provided at a position facing the wafer W placed on the mounting table 5 of the lid 3.

載置台5、アタッチメント6、ベースリング7およびシールドベース8で囲繞された空間内には、円筒状のリフレクター4が処理容器2の底部から立設されており、このリフレクター4は、図示しないランプユニットから放射される熱線を反射して、載置台5の下面に導くことで、載置台5が効率良く加熱されるように作用する。また、加熱源としては上述のランプに限らず、載置台5に抵抗加熱体を埋設して当該載置台5を加熱するようにしてもよい。   A cylindrical reflector 4 is erected from the bottom of the processing vessel 2 in a space surrounded by the mounting table 5, the attachment 6, the base ring 7, and the shield base 8, and this reflector 4 is a lamp unit (not shown). The heat rays radiated from the laser beam are reflected and guided to the lower surface of the mounting table 5 so that the mounting table 5 is heated efficiently. Further, the heating source is not limited to the above-described lamp, and a resistance heating body may be embedded in the mounting table 5 to heat the mounting table 5.

このリフレクター4には例えば3箇所にスリット部が設けられ、このスリット部と対応した位置にウェハWを載置台5から持ち上げるためのリフトピン12を支持するアーム14がそれぞれ昇降可能に配置されている。リフトピン12は、このアーム14を介してリフレクター4の外側に設けられた円環状の保持部材13に支持されており、図示しないアクチュエータにて保持部材13を昇降させることで上下動する。このリフトピン12は、ランプユニットから照射される熱線を透過する材料、例えば石英やセラミック(Al,AlN,SiC)で構成されている。 The reflector 4 is provided with slit portions at, for example, three locations, and arms 14 that support lift pins 12 for lifting the wafer W from the mounting table 5 are disposed at positions corresponding to the slit portions so as to be movable up and down. The lift pin 12 is supported by an annular holding member 13 provided outside the reflector 4 via the arm 14, and moves up and down by moving the holding member 13 up and down by an actuator (not shown). The lift pins 12 are made of a material that transmits heat rays irradiated from the lamp unit, for example, quartz or ceramic (Al 2 O 3 , AlN, SiC).

リフトピン12は、ウェハWを受け渡しする際にはリフトピン12が載置台5から所定長さ突出するまで上昇され、リフトピン12上に支持されたウェハWを載置台5上に載置する際には、リフトピン12が載置台5に引き込まれる。   The lift pins 12 are raised until the lift pins 12 protrude from the mounting table 5 by a predetermined length when the wafer W is delivered, and when the wafer W supported on the lift pins 12 is mounted on the mounting table 5, The lift pins 12 are drawn into the mounting table 5.

載置台5の真下の処理容器2の底部には、開口2aを取り囲むようにリフレクター4が設けられており、このリフレクター4の内周には、石英等の熱線透過材料よりなるガスシールド17がその全周を支持されることによって取り付けられている。ガスシールド17には、複数の孔17aが形成されている。   A reflector 4 is provided at the bottom of the processing vessel 2 directly below the mounting table 5 so as to surround the opening 2a. A gas shield 17 made of a heat ray transmitting material such as quartz is provided on the inner periphery of the reflector 4. It is attached by being supported all around. The gas shield 17 has a plurality of holes 17a.

また、リフレクター4の内周に支持されたガスシールド17の下側の透過窓2dとの間の空間内には、パージガス供給機構からのパージガス(たとえばN、Arガス等の不活性ガス)が、処理容器2の底部に形成されたパージガス流路19、および、このパージガス流路19と連通する、リフレクター4の内側下部の8箇所に等配されたガス噴き出し口18を介して供給される。 In addition, purge gas (for example, inert gas such as N 2 or Ar gas) from the purge gas supply mechanism is formed in the space between the lower transmission window 2d supported by the inner periphery of the reflector 4 and the lower transmission window 2d. The gas is supplied through a purge gas channel 19 formed at the bottom of the processing vessel 2 and gas ejection ports 18 that are in communication with the purge gas channel 19 and are equally distributed at eight locations on the inner lower side of the reflector 4.

このようにして供給されたパージガスを、ガスシールド17の複数の孔17aを通じて、載置台5の背面側に流入させることにより、後述するシャワーヘッド40からの処理ガスが載置台5の裏面側の空間に侵入して透過窓2dに薄膜の堆積等のダメージを与えることを防止している。   The purge gas supplied in this way flows into the back side of the mounting table 5 through the plurality of holes 17 a of the gas shield 17, so that the processing gas from the shower head 40 to be described later is a space on the back side of the mounting table 5. To prevent the penetration window 2d from being damaged such as the deposition of a thin film.

アルミニウム等で構成されたシャワーヘッド40は、その外縁がリッド3上部と嵌合するように形成された筒状のシャワーベース41と、このシャワーベース41の下面に密着した円盤状のガス拡散板42と、このガス拡散板42の下面に取り付けられたシャワープレート43とを有している。   The shower head 40 made of aluminum or the like has a cylindrical shower base 41 formed so that its outer edge is fitted to the upper portion of the lid 3, and a disk-shaped gas diffusion plate 42 that is in close contact with the lower surface of the shower base 41. And a shower plate 43 attached to the lower surface of the gas diffusion plate 42.

シャワーベース41は、リッド3にねじ固定されている。このシャワーベース41とリッド3の接合部は、Oリングにより気密にシールされている。シャワーベース41とガス拡散板42の間は、Oリングにより気密にシールされており、シャワーベース41、ガス拡散板42、シャワープレート43はねじ止めされている。   The shower base 41 is fixed to the lid 3 with screws. The joint between the shower base 41 and the lid 3 is hermetically sealed by an O-ring. The shower base 41 and the gas diffusion plate 42 are hermetically sealed by an O-ring, and the shower base 41, the gas diffusion plate 42, and the shower plate 43 are screwed.

シャワーベース41は、当該シャワーベース41の中央に設けられ、原料ガス配管51が接続される原料ガス導入路41aと、この原料ガス導入路41aを挟んで対称な位置に配置され、酸化ガス配管52の酸化ガス分岐配管52aおよび酸化ガス分岐配管52bが接続される複数の酸化ガス導入路41bを備えている。   The shower base 41 is provided in the center of the shower base 41, and is disposed at a symmetrical position with a raw material gas introduction path 41a to which the raw material gas pipe 51 is connected, and the raw material gas introduction path 41a interposed therebetween, and an oxidizing gas pipe 52. The oxidizing gas branch pipes 52a and the oxidizing gas branch pipes 52b are connected to each other.

原料ガス配管51および酸化ガス配管52は、ガス供給機構60に接続されている。ガス供給機構60は各原料の原料タンクおよび気化器を有しており、各原料タンクから供給された液体原料、たとえば、酢酸ブチル、オクタン、THF(テトラヒドロフラン)等の溶媒で溶解されたPb(dmp)、Zr(O−i−C)(dmp)、Ti(O−i−C(dmp)が気化器で気化されて原料ガスとなり、これら原料ガスが所定の比率(たとえばPZTを構成するPb,Zr,Ti,O等の元素が所定の化学量論比となるような比率)で混合されて原料ガス配管51に供給される。また、ガス供給機構60は酸化ガス源を有しており、この酸化ガス源からNO等が酸化ガス配管52へ供給される構成となっている。 The source gas pipe 51 and the oxidizing gas pipe 52 are connected to the gas supply mechanism 60. The gas supply mechanism 60 has a raw material tank and a vaporizer for each raw material. The liquid raw material supplied from each raw material tank, for example, Pb (dmp) dissolved in a solvent such as butyl acetate, octane, or THF (tetrahydrofuran). ) 2 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) (dmp) 3 , Ti (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dmp) 2 are vaporized by a vaporizer to become a raw material gas, It is mixed at a predetermined ratio (for example, a ratio such that elements such as Pb, Zr, Ti, O constituting PZT have a predetermined stoichiometric ratio) and supplied to the source gas pipe 51. The gas supply mechanism 60 has an oxidizing gas source, and NO 2 or the like is supplied from the oxidizing gas source to the oxidizing gas pipe 52.

ガス拡散板42の上面側には、原料ガス配管51が接続される原料ガス導入路41aに連通する原料ガス拡散空間42aが設けられ、この原料ガス拡散空間42aは、ガス拡散板42およびシャワープレート43を貫通して穿設され、シャワープレート43の下面に開口する原料ガス通路42dに連通している。
ガス拡散板42の下面側には酸化ガス拡散空間42bが設けられ、この酸化ガス拡散空間42bは、当該ガス拡散板42を貫通して形成された酸化ガス通路42eを経由してシャワーベース41の酸化ガス導入路41bに連通している。また、下側の酸化ガス拡散空間42bには、複数の円柱状突起42jが設けられ、その一部は、中心部に原料ガス通路42dが貫通して形成されたガス通路柱42fとなっている。このガス通路柱42f(およびそれ以外の円柱状突起42j)の高さは、酸化ガス拡散空間42bの深さとほぼ等しくなっており、ガス拡散板42の下側に密着するシャワープレート43の上面に密着している。なお、ガス通路柱42fの位置は、下側に密着するシャワープレート43の後述の原料ガス吐出孔43aの位置に原料ガス通路42dと一致するように配置されている。また、円柱状突起42jはすべてガス通路柱42fであってもよい。
On the upper surface side of the gas diffusion plate 42, a source gas diffusion space 42a communicating with a source gas introduction path 41a to which the source gas pipe 51 is connected is provided. The source gas diffusion space 42a includes the gas diffusion plate 42 and the shower plate. 43 is formed so as to penetrate through 43 and communicate with a source gas passage 42 d opened on the lower surface of the shower plate 43.
An oxidizing gas diffusion space 42 b is provided on the lower surface side of the gas diffusion plate 42, and this oxidizing gas diffusion space 42 b is connected to the shower base 41 via an oxidizing gas passage 42 e formed through the gas diffusion plate 42. It communicates with the oxidizing gas introduction path 41b. The lower oxidant gas diffusion space 42b is provided with a plurality of cylindrical protrusions 42j, part of which is a gas passage column 42f formed with a source gas passage 42d penetrating through the center. . The height of the gas passage column 42f (and the other cylindrical projection 42j) is substantially equal to the depth of the oxidizing gas diffusion space 42b, and is formed on the upper surface of the shower plate 43 that is in close contact with the lower side of the gas diffusion plate 42. It is in close contact. The position of the gas passage column 42f is arranged at the position of a later-described source gas discharge hole 43a of the shower plate 43 that is in close contact with the lower side so as to coincide with the source gas passage 42d. Further, all the cylindrical protrusions 42j may be gas passage columns 42f.

このシャワープレート43には、複数の原料ガス吐出孔43aおよび複数の酸化ガス吐出孔43bが交互に隣り合うように配置形成されている。すなわち、複数の原料ガス吐出孔43aの各々は、上側のガス拡散板42の複数の原料ガス通路42dに連通するように当該原料ガス通路42dに重なり合う位置に配置され、複数の酸化ガス吐出孔43bは、上側のガス拡散板42の酸化ガス拡散空間42bにおける複数のガス通路柱42fの間隙に開口するように配置されている。   In the shower plate 43, a plurality of source gas discharge holes 43a and a plurality of oxidizing gas discharge holes 43b are alternately arranged and formed. That is, each of the plurality of source gas discharge holes 43a is arranged at a position overlapping the source gas passage 42d so as to communicate with the plurality of source gas paths 42d of the upper gas diffusion plate 42, and the plurality of oxidizing gas discharge holes 43b. Are arranged so as to open in the gaps between the plurality of gas passage columns 42 f in the oxidizing gas diffusion space 42 b of the upper gas diffusion plate 42.

このシャワープレート43では、原料ガス配管51に接続される複数の原料ガス吐出孔43aが最外周に配置され、その内側に、酸化ガス吐出孔43bおよび原料ガス吐出孔43aが交互に均等に配列される。   In the shower plate 43, a plurality of source gas discharge holes 43 a connected to the source gas pipe 51 are arranged on the outermost periphery, and the oxidizing gas discharge holes 43 b and the source gas discharge holes 43 a are alternately and evenly arranged inside thereof. The

すなわち、本実施の形態のシャワーヘッド40は、原料ガス配管51に接続される複数の原料ガス吐出孔43aと、酸化ガス分岐配管52aに接続される酸化ガス吐出孔43bがシャワープレート43の下面に独立に開口し、原料ガスおよび酸化ガスが処理容器2のウェハWの直上部の空間で混合される、いわゆるポストミックス型である。なお、ここでは上側の原料ガス拡散空間42aに原料ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間42bに酸化ガスを導入した例を基に説明しているが、場合によっては上側の原料ガス拡散空間42aに酸化ガスを導入し、下側の酸化ガス拡散空間42bに原料ガスを導入してもよい。   That is, the shower head 40 of the present embodiment has a plurality of source gas discharge holes 43 a connected to the source gas pipe 51 and an oxidizing gas discharge hole 43 b connected to the oxidizing gas branch pipe 52 a on the lower surface of the shower plate 43. This is a so-called postmix type in which the gas is opened independently and the source gas and the oxidizing gas are mixed in the space immediately above the wafer W in the processing chamber 2. Here, the description is based on the example in which the source gas is introduced into the upper source gas diffusion space 42a and the oxidizing gas is introduced into the lower oxidizing gas diffusion space 42b. The oxidizing gas may be introduced into the space 42a, and the source gas may be introduced into the lower oxidizing gas diffusion space 42b.

また、積層されたシャワーベース41、ガス拡散板42、シャワープレート43には、熱電対10を装着するための熱電対挿入孔41i、熱電対挿入孔42g、熱電対挿入穴43cが厚さ方向に重なり合う位置に設けられ、シャワープレート43の下面や、シャワーヘッド40の内部の温度を測定して、プロセスコントローラ80に入力することが可能になっている。   The laminated shower base 41, gas diffusion plate 42, and shower plate 43 have a thermocouple insertion hole 41i, a thermocouple insertion hole 42g, and a thermocouple insertion hole 43c for mounting the thermocouple 10 in the thickness direction. It is provided at the overlapping position, and the temperature inside the lower surface of the shower plate 43 and the shower head 40 can be measured and input to the process controller 80.

本実施の形態の場合、温度制御機構90は、温度制御部93、外部出力インタフェース83を介してプロセスコントローラ80に接続されている。また、シャワープレート43の下面および/あるいはシャワーヘッド40の内部の温度を測定する熱電対10は、外部入力インタフェース82を介してプロセスコントローラ80に接続され、シャワープレート43の下面および/あるいはシャワーヘッド40の内部の温度情報がプロセスコントローラ80に入力される。プロセスコントローラ80は、入力されたこれらの温度情報等を基に、外部出力インタフェース83、温度制御部93を介して温度制御機構90へのヒーター電力供給量、冷却水流量・温度等の制御信号を指令し、シャワーヘッド40、シャワープレート43の下面の温度が制御される。   In the present embodiment, the temperature control mechanism 90 is connected to the process controller 80 via the temperature control unit 93 and the external output interface 83. The thermocouple 10 that measures the temperature of the lower surface of the shower plate 43 and / or the interior of the shower head 40 is connected to the process controller 80 via the external input interface 82, and the lower surface of the shower plate 43 and / or the shower head 40. Is input to the process controller 80. The process controller 80 outputs control signals such as the heater power supply amount, the cooling water flow rate and the temperature to the temperature control mechanism 90 via the external output interface 83 and the temperature control unit 93 based on the input temperature information and the like. The temperature of the lower surface of the shower head 40 and the shower plate 43 is controlled.

プロセスコントローラ80は、プロセスデータベース84に格納された図示しない処理レシピに基づいて、シャワーヘッド40の温度制御を含めた装置全体の制御を行う。プロセスコントローラ80には、図示しないディスプレイやキーボード等のユーザインタフェース81が接続され、外部からコマンド等を入力することで処理レシピの指定を行う操作や、稼働状態をディスプレイに表示させて監視する等の操作が可能になっている。プロセスコントローラ80には制御用のソフトウェアを組み込んで動作させることとしてもよい。   The process controller 80 controls the entire apparatus including the temperature control of the shower head 40 based on a processing recipe (not shown) stored in the process database 84. The process controller 80 is connected to a user interface 81 (not shown) such as a display and a keyboard. The process controller 80 can be used to specify a processing recipe by inputting a command or the like from the outside, or to display the operation status on the display for monitoring. Operation is possible. The process controller 80 may be operated by incorporating control software.

ところで、シャワーヘッドが、シャワーヘッド40のようなポストミックス型であって、使用する酸化ガスがNO等の強酸化剤である場合、シャワープレート43に開口する酸化ガスの供給経路である酸化ガス吐出孔43bは、シャワープレート43の下面温度が高かった場合や、酸化ガスの流量が大きい場合に、酸化ガス吐出孔43bの周囲に白色または褐色の堆積物が成長して孔詰まりを起こしやすくなり、成膜均一性や再現性の低下の一因となる。 By the way, when the shower head is a post-mix type like the shower head 40 and the oxidizing gas to be used is a strong oxidizing agent such as NO 2 , the oxidizing gas which is the supply path of the oxidizing gas that opens to the shower plate 43 is used. When the lower surface temperature of the shower plate 43 is high or when the flow rate of the oxidizing gas is large, white or brown deposits grow around the oxidizing gas discharge hole 43b and the hole 43b tends to be clogged. This contributes to a decrease in film formation uniformity and reproducibility.

図9の(a)および(b)は、それぞれこの酸化ガス吐出孔43bが孔詰まりする前の状態、および孔詰まりした後の状態を示す断面図である。酸化ガス吐出孔43bの径d0が、例えば0.7mmである場合、図9の(a)の状態から(b)のように次第に堆積物が成長してゆき、最終的には、まるで“フジつぼ”の如くシャワープレート43の表面から突き出るような形状になると同時に、孔詰まりによって、実質径dが0.1mmまで狭くなり、成膜均一性や再現性を悪化させる。この白色または褐色の堆積物をEDX分析したところ、構成物はPbとZrとTiの酸化物であり、その主成分は恐らくPbの不完全な酸化物であると推察された。原料吐出孔の周囲においてはこのような堆積物がみられないことから、シャワーヘッド表面温度あたりの温度帯(およそ150〜250℃)においては、NOの分圧が極めて高い領域(すなわち、シャワーヘッドの酸化ガス吐出孔周辺)においてのみ生ずる現象であると考えられる。この現象は、上述のようにNOガスの流量が大きいほど顕著に現れて孔の詰まり方が早くなる一方、NOガスの流量が大きいほどシャワーヘッドの酸化ガス吐出孔周辺におけるNO分圧が高くなることからも説明がつく。 FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing a state before the oxidizing gas discharge hole 43b is clogged and a state after the clogging. When the diameter d0 of the oxidizing gas discharge hole 43b is, for example, 0.7 mm, the deposit gradually grows as shown in FIG. 9A from the state of FIG. At the same time as the shape protruding from the surface of the shower plate 43 like a pot, the clogging causes the substantial diameter d to be reduced to 0.1 mm, thereby deteriorating film formation uniformity and reproducibility. When this white or brown deposit was analyzed by EDX, it was inferred that the constituents were oxides of Pb, Zr, and Ti, and the main component was probably an incomplete oxide of Pb. Since such deposits are not seen around the raw material discharge holes, in the temperature zone around the shower head surface temperature (approximately 150 to 250 ° C.), a region where the partial pressure of NO 2 is extremely high (that is, shower) This phenomenon is considered to occur only in the vicinity of the oxidizing gas discharge hole of the head. This phenomenon, while clogging how holes becomes faster conspicuous as the flow rate of NO 2 gas is large as described above, NO 2 partial pressure in the oxidizing gas discharge holes near as the flow rate of NO 2 gas is large showerhead It can be explained from the fact that the price increases.

そこで、本実施の形態では、プロセスデータベース84に、酸化ガス吐出孔43bの孔詰まりが起こりやすいか否かを判定するために、図4に例示されるような判定テーブル85を設けるとともに後述の手法によって、酸化ガス吐出孔43bの孔詰まりを防止する。   Therefore, in the present embodiment, in order to determine whether or not clogging of the oxidizing gas discharge hole 43b is likely to occur in the process database 84, a determination table 85 as illustrated in FIG. Thus, the clogging of the oxidizing gas discharge hole 43b is prevented.

すなわち、この判定テーブル85には、種々の酸化ガス供給条件Y(たとえば酸化ガスの流量)と、その時の熱電対10で検出されるシャワープレート43の下面温度tの組み合わせの各々について、後述の酸化ガスの吐出孔の孔詰まり度合い値Dが格納されている。   That is, this determination table 85 includes an oxidation described later for each combination of various oxidizing gas supply conditions Y (for example, the flow rate of oxidizing gas) and the lower surface temperature t of the shower plate 43 detected by the thermocouple 10 at that time. A gas clogging degree value D of the gas discharge hole is stored.

この孔詰まり度合い値Dは、たとえば、図9(a)のように酸化ガス吐出孔43bの閉塞が起こりにくい、酸化ガスの標準的な供給量(NOを200mL/分)と、その時のシャワープレート43の下面温度(170℃)の場合を1としたときの、他の各条件での孔詰まり度合いを例えば、実質径dが0.1mmに狭くなるまでの装置使用期間あるいは成膜枚数あるいは処理ガス供給量等がどのくらいなのか、あるいは、発生した孔詰まりによって成膜均一性や再現性が悪化するまでの装置使用期間あるいは成膜枚数あるいは処理ガス供給量等がどのくらいなのかを比較するような方法で定量化して格納している。 For example, as shown in FIG. 9 (a), the hole clogging degree value D includes a standard supply amount of oxidizing gas (NO 2 is 200 mL / min) that is unlikely to block the oxidizing gas discharge hole 43b, and a shower at that time. The degree of clogging under other conditions when the temperature of the lower surface of the plate 43 (170 ° C.) is 1, for example, the period of use of the apparatus or the number of deposited films until the substantial diameter d is reduced to 0.1 mm, or Compare the processing gas supply amount, etc., or how long the equipment is used, the number of depositions, or the processing gas supply amount until the film formation uniformity and reproducibility deteriorate due to clogging of the generated holes. Quantified and stored in a simple way.

この図4のテーブルにおいて、この孔詰まり度合い値Dが1以下のところは、酸化ガス吐出孔43bの閉塞や狭小化が起こりにくく問題なく使用できる範囲であり、孔詰まり度合い値Dが2以上のところは、酸化ガス吐出孔43bの閉塞や狭小化が発生して使用に耐えない範囲である。このことから、本実施の形態では、プロセスコントローラ80は、孔詰まり度合い値Dが1と2の中間の1.5以下であれば、使用に耐える範囲であると判断する。   In the table of FIG. 4, when the hole clogging degree value D is 1 or less, the clogging or narrowing of the oxidizing gas discharge hole 43b is unlikely to occur and can be used without any problem. The clogging degree value D is 2 or more. However, this is a range in which the oxidizing gas discharge hole 43b is blocked and narrowed and cannot be used. Therefore, in the present embodiment, the process controller 80 determines that the hole is in a range that can be used if the hole clogging degree value D is 1.5 or less between 1 and 2.

図3は、この図4における孔詰まり度合い値Dの分布をプロットした線図であり、孔詰まり度合い値Dが1のものを「〇」で、2を「□」で、中間の1.5を「△」で示している。そして、本実施の形態では、孔詰まり度合い値Dが1.5のデータを連ねた曲線A以下の範囲を、酸化ガス吐出孔43bが閉塞せずに継続的に処理が可能な範囲と判断して、後述のようなプロセスの制御を行う。この判断は、判定テーブル85を直接に参照して孔詰まり度合い値Dが例えば1.5となるようなシャワープレート43の下面温度tを読み出すことで行ってもよいし、酸化ガスの供給条件をYとしたときに孔詰まり度合い値Dがたとえば1.5となるときのシャワープレート43の下面温度tを与える下記の(1)式に基づく判定論理86を用いて判定を行っても良い。この(1)式において、Dは孔詰まり度合い値、Aは定数であり、3.743×10−5である。 FIG. 3 is a diagram in which the distribution of the hole clogging degree value D in FIG. 4 is plotted, with the hole clogging degree value D of 1 being “◯”, 2 being “□”, and an intermediate 1.5 Is indicated by “Δ”. In the present embodiment, the range of the curve A or less obtained by connecting the data with the hole clogging degree value D of 1.5 is determined as the range in which the oxidizing gas discharge hole 43b can be continuously processed without being blocked. The process is controlled as described below. This determination may be made by directly referring to the determination table 85 and reading out the lower surface temperature t of the shower plate 43 such that the hole clogging degree value D becomes 1.5, for example, or the supply conditions of the oxidizing gas The determination may be made using determination logic 86 based on the following equation (1) that gives the lower surface temperature t of the shower plate 43 when the hole clogging degree value D becomes 1.5, for example. In the formula (1), D is a clogging degree value, A is a constant, and is 3.743 × 10 −5 .

Figure 0004463583
Figure 0004463583

すなわち、(1)式において、孔詰まり度合い値Dとして1.5を用い、酸化ガスの供給条件Yを与えることで、酸化ガス吐出孔43bが閉塞せずに継続的に処理が可能なシャワープレート43の使用可能限界下面温度t′を得るものである。   That is, in the equation (1), a shower plate that can be continuously processed without blocking the oxidizing gas discharge hole 43b by using 1.5 as the hole clogging degree value D and giving the oxidizing gas supply condition Y. 43 usable lower limit temperature t 'is obtained.

そして、プロセスコントローラ80は、ユーザインタフェース81を介して指示された処理レシピにて指示される酸化ガスの流量等の供給条件Yが与えられると、この供給条件Yでプロセスデータベース84をサーチして酸化ガス吐出孔43bの詰まりの発生しない範囲のシャワープレート43の下面温度tを決定して出力する動作を行う。あるいは、与えられた供給条件Yに基づいて、判定論理86にて(1)式を演算して対応するシャワープレート43の下面温度tを出力する動作を行う。つまり、プロセスコントローラ80が指令するシャワープレート43の下面温度tの範囲は、原料液化温度≦t≦t’ということになる。
なお、供給条件Yとしては、酸化ガスの流量のみならず、酸化ガスの分圧、または原料ガスの分圧と酸化ガスの分圧との比でもよい。
Then, when the supply condition Y such as the flow rate of the oxidizing gas specified by the processing recipe specified via the user interface 81 is given, the process controller 80 searches the process database 84 using this supply condition Y and oxidizes. The operation of determining and outputting the lower surface temperature t of the shower plate 43 in a range where the gas discharge holes 43b are not clogged is performed. Alternatively, based on the supplied supply condition Y, the determination logic 86 calculates the expression (1) and outputs the corresponding lower surface temperature t of the shower plate 43. That is, the range of the lower surface temperature t of the shower plate 43 commanded by the process controller 80 is that the raw material liquefaction temperature ≦ t ≦ t ′.
The supply condition Y may be not only the flow rate of the oxidizing gas but also the partial pressure of the oxidizing gas or the ratio of the partial pressure of the source gas and the partial pressure of the oxidizing gas.

なお、前述の(1)式の導出方法、および(1)式の係数の算出方法については、その詳細な説明はここでは省略するが、基本的には、反応速度定数をあらわすアレーニウスの式、および、反応速度定数とガス濃度と成膜速度との関係式の二つの式を変形し、温度に対する堆積速度のデータを入力することによって得ることが出来る。また、ここで挙げた(1)式の定数Aや、6862.6という値については、使用する原料や酸化ガスの種類によって適宜変更して使用可能であることはもちろんのこと、PZT以外の成膜プロセスにも応用可能であることは言うまでもない。本実施の形態においては、シャワープレート43の下面から載置台5までの距離が25mm、原料ガス吐出孔43aおよび酸化ガス吐出孔43bの径が0.7mm、孔ピッチが12mmという条件の下で(1)式の定数を決定したが、使用する装置の状況にあわせて各定数を適宜変更することが望ましい。   The detailed description of the method for deriving the equation (1) and the method for calculating the coefficient of the equation (1) is omitted here, but basically, the Arrhenius equation representing the reaction rate constant, Further, it can be obtained by modifying two equations of the reaction rate constant, the gas concentration, and the deposition rate, and inputting the deposition rate data with respect to the temperature. In addition, the constant A and the value 6862.6 in the formula (1) mentioned here can be used by appropriately changing depending on the type of raw material and oxidizing gas to be used, as well as components other than PZT. Needless to say, it can also be applied to membrane processes. In the present embodiment, the distance from the lower surface of the shower plate 43 to the mounting table 5 is 25 mm, the diameters of the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b are 0.7 mm, and the hole pitch is 12 mm ( 1) Although the constants of the equation have been determined, it is desirable to appropriately change each constant according to the situation of the apparatus to be used.

次に、本実施の形態の成膜装置を用いた成膜方法の一例について図1〜図4を参照しながら説明する。
まず、作業者が外部からユーザインタフェース81にて、たとえばPZT成膜用のレシピを選択すると(ステップ201)、プロセスコントローラ80は、プロセスデータベース84から指定されたレシピに対応した、処理空間Sの圧力、原料ガスの供給流量、酸化ガスの供給流量、載置台5におけるウェハWの加熱温度、等の各種の成膜条件データを読み出す(ステップ202)。
Next, an example of a film forming method using the film forming apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS.
First, when an operator selects, for example, a recipe for PZT film formation from the outside on the user interface 81 (step 201), the process controller 80 selects the pressure in the processing space S corresponding to the recipe specified from the process database 84. Then, various film formation condition data such as the supply flow rate of the source gas, the supply flow rate of the oxidizing gas, and the heating temperature of the wafer W on the mounting table 5 are read (step 202).

そして、プロセスコントローラ80は、酸化ガスの供給流量等の供給条件Yに基づいて、判定テーブル85をサーチしてシャワーヘッド40(シャワープレート43)の下面温度を設定する(ステップ203)。   Then, the process controller 80 searches the determination table 85 based on the supply condition Y such as the supply flow rate of the oxidizing gas and sets the lower surface temperature of the shower head 40 (shower plate 43) (step 203).

たとえば、供給条件Yとして、レシピで指定された酸化ガス(たとえばNO)の流量が200mL/分の場合、図4に例示した判定テーブル85では、シャワープレート43の下面温度tが190℃以上では、孔詰まり度合い値Dが1.5を超える(1.95〜6.35)ため好ましくなく、180℃では孔詰まり度合い値Dが1.41で、酸化ガス吐出孔43bの孔詰まりを生じにくい。したがって、この場合、シャワープレート43の使用可能限界下面温度t’を190℃であると判定する。ここで、その直前のシャワーヘッド40、シャワープレート43の設定温度が190℃未満であれば、設定温度を変更することなくシャワーヘッド40、シャワープレート43の温度制御を続行する。逆に、その直前のシャワーヘッド40、シャワープレート43の設定温度が190℃以上の場合には、プロセスコントローラ80は、シャワープレート43の下面温度tとして190℃未満の値、例えば180℃を設定する。 For example, when the flow rate of the oxidizing gas (for example, NO 2 ) specified in the recipe is 200 mL / min as the supply condition Y, the determination table 85 illustrated in FIG. 4 shows that the lower surface temperature t of the shower plate 43 is 190 ° C. or higher. Since the clogging degree value D exceeds 1.5 (1.95 to 6.35), it is not preferable. At 180 ° C., the clogging degree value D is 1.41, and clogging of the oxidizing gas discharge hole 43b hardly occurs. . Therefore, in this case, the usable lower limit temperature t ′ of the shower plate 43 is determined to be 190 ° C. Here, if the set temperature of the shower head 40 and the shower plate 43 immediately before that is lower than 190 ° C., the temperature control of the shower head 40 and the shower plate 43 is continued without changing the set temperature. Conversely, when the set temperatures of the shower head 40 and the shower plate 43 immediately before that are 190 ° C. or higher, the process controller 80 sets a lower surface temperature t of the shower plate 43 to a value lower than 190 ° C., for example, 180 ° C. .

なお、指定されたレシピ内で、酸化ガスの供給流量(供給条件Y)と、シャワープレート43の下面温度tの双方が指定されている場合(ステップ204)、プロセスコントローラ80は、供給条件Yと下面温度tの二つの情報に基づいて判定テーブル85を参照して、孔詰まり度合い値Dが、1.5以下か否かを判定し(ステップ205)、1.5以下の場合は、そのまま、以下の成膜処理を開始し(ステップ211)、1.5を超える場合は、シャワープレート43において酸化ガスを吹き出す酸化ガス吐出孔43bの閉塞が起こる条件であることを操作者に警告する(ステップ206)。ここで、操作者は、(1)閉塞が起こるリスクを承知の上でそのまま処理を続行する(ステップ211)、(2)シャワープレート43の下面温度tの値を変更した上で処理を続行する(ステップ209、ステップ210)、(3)処理を中止する、等からなる選択肢からいずれかを選択することができるようになっている(ステップ207)。   When both the supply flow rate of the oxidizing gas (supply condition Y) and the lower surface temperature t of the shower plate 43 are specified in the specified recipe (step 204), the process controller 80 sets the supply condition Y and With reference to the determination table 85 based on the two pieces of information of the lower surface temperature t, it is determined whether or not the hole clogging degree value D is 1.5 or less (step 205). The following film forming process is started (step 211), and if it exceeds 1.5, the operator is warned that the condition is that the oxidizing gas discharge hole 43b for blowing the oxidizing gas in the shower plate 43 is blocked (step). 206). Here, the operator (1) continues the process while being aware of the risk of the blockage (step 211), and (2) continues the process after changing the value of the lower surface temperature t of the shower plate 43. (Step 209, Step 210), (3) It is possible to select one of the options consisting of canceling the processing (Step 207).

なお、シャワープレート43の使用可能限界下面温度t’が220℃以上であると判定された場合についてであるが、前述したように、シャワーヘッド表面温度がおよそ220℃を超えると、シャワーヘッド表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルになるという別の問題が生じることから、シャワープレート43の下面温度tは220℃を超えない範囲で設定されることになる。一つ具体例を挙げると、シャワープレート43の使用可能限界下面温度t’が240℃であると判定された場合、シャワープレート43の下面温度tは220℃に設定される(ステップ208)。   In addition, although it is about the case where it is determined that the usable lower limit temperature t ′ of the shower plate 43 is 220 ° C. or higher, as described above, when the shower head surface temperature exceeds approximately 220 ° C., Another problem that the deposited film peels and collapses to become particles occurs, so that the lower surface temperature t of the shower plate 43 is set in a range not exceeding 220 ° C. As one specific example, when it is determined that the usable lower limit temperature t ′ of the shower plate 43 is 240 ° C., the lower temperature t of the shower plate 43 is set to 220 ° C. (step 208).

上述のステップ211の成膜処理では、一例として、以下のように行われる。まず、処理容器2内は、底部排気流路71等の排気経路を経由して図示しない真空ポンプによって排気されることにより、たとえば、1〜4Torrの真空度に排気されている。   The film forming process in step 211 described above is performed as follows as an example. First, the inside of the processing container 2 is exhausted to a vacuum degree of 1 to 4 Torr, for example, by being exhausted by a vacuum pump (not shown) via an exhaust path such as the bottom exhaust passage 71.

このとき、図示しないキャリア/パージガス供給源からパージガス流路19を経由して複数のガス噴き出し口18からガスシールド17の背面(下面)側にはAr等のパージガスが供給され、このパージガスは、ガスシールド17の孔17aを通過して載置台5の背面側に流入し、シールドベース8の隙間を経由して、底部排気流路71に流れこみ、ガスシールド17の下方に位置する透過窓2dへの薄膜の堆積等のダメージを防止するための定常的なパージガス流が形成されている。   At this time, a purge gas such as Ar is supplied from the carrier / purge gas supply source (not shown) to the back surface (lower surface) side of the gas shield 17 from the plurality of gas ejection ports 18 via the purge gas flow path 19. It passes through the hole 17 a of the shield 17 and flows into the back side of the mounting table 5, flows into the bottom exhaust passage 71 through the gap of the shield base 8, and enters the transmission window 2 d located below the gas shield 17. A steady purge gas flow is formed to prevent damage such as deposition of the thin film.

この状態の処理容器2において、図示しないロボットハンド機構等により、ゲートバルブ16、ウェハ出入り口15を経由してウェハWを搬入し、図示しないアクチュエータにより、保持部材13およびアーム14により支持されたリフトピン12を載置台5上に突出するように上昇させて、ウェハWをリフトピン12に載置させた後、図示しないロボットハンド機構等を処理容器2から退避させ、ゲートバルブ16を閉じる。   In the processing container 2 in this state, the wafer W is loaded via the gate valve 16 and the wafer entrance / exit 15 by a robot hand mechanism (not shown), and lift pins 12 supported by the holding member 13 and the arm 14 by an actuator (not shown). Is raised so as to protrude onto the mounting table 5, and the wafer W is placed on the lift pins 12. Then, a robot hand mechanism (not shown) is retracted from the processing container 2 and the gate valve 16 is closed.

次に、リフトピン12を降下させてウェハWを載置台5上に載置させるとともに、下方の図示しないランプユニットのランプを点灯させて熱線を透過窓2dを介して載置台5の下面(背面)側に照射し、載置台5に載置されたウェハWを、たとえば、450℃〜700℃の間で、たとえば、500℃の温度になるように加熱する。なお、上述のランプユニットのランプは、温度安定時間の短縮や、ランプ寿命の延長等を目的として、常時点灯させておいても構わない。   Next, the lift pins 12 are lowered to place the wafer W on the mounting table 5, and the lamp of a lamp unit (not shown) below is turned on so that the heat rays pass through the transmission window 2 d and the lower surface (rear surface) of the mounting table 5. The wafer W irradiated to the side and mounted on the mounting table 5 is heated to a temperature of, for example, 500 ° C., for example, between 450 ° C. and 700 ° C. Note that the lamp of the lamp unit described above may be lit at all times for the purpose of shortening the temperature stabilization time, extending the lamp life, or the like.

この時、載置台5およびウェハWからの輻射熱でシャワープレート43の下面は熱せられるので、プロセスコントローラ80は、シャワープレート43の下面温度tを熱電対10で検出し、この温度が、上述のステップ203で設定された値に維持されるように、温度制御機構90を制御して、シャワーヘッド40の加熱や冷却等の温度制御を行う。   At this time, since the lower surface of the shower plate 43 is heated by the radiant heat from the mounting table 5 and the wafer W, the process controller 80 detects the lower surface temperature t of the shower plate 43 by the thermocouple 10, and this temperature is the above-described step. The temperature control mechanism 90 is controlled so as to maintain the value set in 203, and temperature control such as heating and cooling of the shower head 40 is performed.

そして、このように加熱されたウェハWに対して、シャワーヘッド40の下面のシャワープレート43の複数の原料ガス吐出孔43aからは、たとえば、Pb(dmp)、Zr(O−i−C)(dmp)、Ti(O−i−C(dmp)が所定の比率(たとえばPZTを構成するPb,Zr,Ti等の元素が所定の化学量論比となるような比率)で混合された原料ガスが吐出供給され、酸化ガス吐出孔43bからは、NO等が、それぞれ吐出供給され、これらの原料ガスや酸化ガスの各々の熱分解反応や相互間の化学反応にて、ウェハWの表面には、PZTからなる薄膜が形成される。 Then, the thus heated the wafer W, from a plurality of raw material gas discharge holes 43a of the lower surface of the shower plate 43 of the shower head 40, for example, Pb (dmp) 2, Zr (O-i-C 3 H 7 ) (dmp) 3 , Ti (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dmp) 2 is a predetermined ratio (for example, elements such as Pb, Zr, Ti, etc. constituting PZT have a predetermined stoichiometric ratio) The raw material gas mixed at such a ratio is discharged and supplied, and NO 2 and the like are discharged and supplied from the oxidizing gas discharge holes 43b, respectively. Through the chemical reaction, a thin film made of PZT is formed on the surface of the wafer W.

すなわち、ガス供給源から到来する気化された原料ガスは、キャリアガスとともに原料ガス配管51からガス拡散板42の原料ガス拡散空間42a、原料ガス通路42d、シャワープレート43の原料ガス吐出孔43aを経由して、ウェハWの上部空間に吐出供給される。   That is, the vaporized source gas coming from the gas supply source passes through the source gas pipe 51 and the source gas diffusion space 42a of the gas diffusion plate 42, the source gas passage 42d, and the source gas discharge hole 43a of the shower plate 43 together with the carrier gas. Then, it is discharged and supplied to the upper space of the wafer W.

同様に、酸化ガス源から供給される酸化ガスは、酸化ガス配管52、酸化ガス分岐配管52aおよび52b、シャワーベース41の酸化ガス導入路41b、ガス拡散板42の酸化ガス通路42eを経由して酸化ガス拡散空間42bに至り、シャワープレート43の酸化ガス吐出孔43bを経由してウェハWの上部空間に吐出供給される。このようにして、原料ガスと酸化ガスは、それぞれシャワーヘッド40内で混合しないように処理容器2内に別々に供給される。そして、この原料ガスおよび酸化ガスの供給時間・流量や処理空間Sの圧力、載置台5の温度等の制御により、ウェハW上に形成される薄膜の膜厚・組成・結晶性が制御される。   Similarly, the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas source passes through the oxidizing gas pipe 52, the oxidizing gas branch pipes 52a and 52b, the oxidizing gas introduction path 41b of the shower base 41, and the oxidizing gas path 42e of the gas diffusion plate 42. It reaches the oxidizing gas diffusion space 42 b and is discharged and supplied to the upper space of the wafer W via the oxidizing gas discharge hole 43 b of the shower plate 43. In this way, the raw material gas and the oxidizing gas are separately supplied into the processing container 2 so as not to be mixed in the shower head 40. The film thickness, composition, and crystallinity of the thin film formed on the wafer W are controlled by controlling the supply time and flow rate of the source gas and the oxidizing gas, the pressure in the processing space S, the temperature of the mounting table 5, and the like. .

本実施の形態の場合には、孔詰まり度合い値Dが1.5以下になるように、酸化ガスの流量等の供給条件Yに対応して、下面温度tを設定しているので、長時間にわたって稼働させても、NO等の酸化ガスが吹き出すシャワープレート43の酸化ガス吐出孔43bが、図9(b)のように堆積物にて閉塞されたり、狭小化することがなく、図9(a)の好ましい開口状態が維持されるので、ウェハWに形成されるPZT膜の成膜均一性や再現性が悪化することが防止され、複数のウェハWを連続して処理する場合等において、良好な成膜均一性や再現性を実現することが可能になる。さらに、シャワープレートのメンテナンス頻度を少なく出来るので、メンテナンスコストの削減や装置稼働率の向上が可能になる。 In the case of the present embodiment, the lower surface temperature t is set in accordance with the supply condition Y such as the flow rate of the oxidizing gas so that the hole clogging degree value D is 1.5 or less. 9B, the oxidizing gas discharge hole 43b of the shower plate 43 through which the oxidizing gas such as NO 2 blows out is not blocked or narrowed by deposits as shown in FIG. 9B. Since the preferable opening state of (a) is maintained, it is possible to prevent the film formation uniformity and reproducibility of the PZT film formed on the wafer W from being deteriorated, and when processing a plurality of wafers W continuously. Therefore, it is possible to achieve good film formation uniformity and reproducibility. Furthermore, since the maintenance frequency of the shower plate can be reduced, the maintenance cost can be reduced and the apparatus operating rate can be improved.

次に、本発明の第2の実施の形態として、プロセスコントローラ80および温度制御機構90にて、シャワーヘッド40の温度を220℃以下、酸化ガスとしてNO等の強酸化剤を用いて成膜を行う場合にあっては、シャワーヘッド40の温度を175℃以下に温度制御する場合について説明する。 Next, as a second embodiment of the present invention, the process controller 80 and the temperature control mechanism 90 form a film using the shower head 40 at a temperature of 220 ° C. or lower and a strong oxidizing agent such as NO 2 as the oxidizing gas. In the case of performing the above, the case where the temperature of the shower head 40 is controlled to 175 ° C. or lower will be described.

前述したように、成膜のためにシャワーヘッドから原料ガスと酸化ガスとを吐出供給することによって、シャワーヘッド表面にもわずかに膜が堆積する。PZT成膜プロセスにおいては、ドライクリーニングの実施が難しく、堆積膜を完全除去できないことから、成膜を続けるにつれてシャワーヘッド表面には原料反応物の膜が徐々に堆積してゆくことになる。この堆積膜が剥離・崩落し、パーティクルとなってウェハ上に降りそそぐと、ウェハ上に作成した半導体装置の製品歩留まりが悪化するという問題が生じる。ここで、シャワーヘッド表面温度とウェハ上のパーティクル数との関係は、図10のように表すことができるので、シャワーヘッド表面温度がおよそ220℃以下であれば、シャワーヘッド表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルとなることを防止することが出来る。つまり、パーティクル発生防止の観点から、シャワーヘッド40の温度は220℃以下に制御する必要がある。   As described above, a film is slightly deposited on the surface of the shower head by discharging and supplying the source gas and the oxidizing gas from the shower head for film formation. In the PZT film forming process, it is difficult to perform dry cleaning and the deposited film cannot be completely removed. Therefore, as the film is continuously formed, a film of a raw material reactant is gradually deposited on the surface of the shower head. If the deposited film is peeled off or collapsed and falls onto the wafer as particles, there arises a problem that the product yield of the semiconductor device formed on the wafer deteriorates. Here, since the relationship between the shower head surface temperature and the number of particles on the wafer can be expressed as shown in FIG. 10, if the shower head surface temperature is about 220 ° C. or less, the deposited film on the shower head surface It can be prevented from peeling and collapsing into particles. That is, from the viewpoint of preventing particle generation, the temperature of the shower head 40 needs to be controlled to 220 ° C. or less.

また、PZT成膜プロセスにおいて一般に使用される、前述の有機金属原料(例えば、特許文献1や特許文献2に記載の有機金属原料の他、例えばPb(dmp)、Zr(O−i−C(dmp)、またはZr(O−i−C)(dmp)、またはZr(dmp)、およびTi(O−i−C(dmp)の組み合わせからなる有機金属原料等)の多くは熱分解温度が明確ではなく、およそ100〜200℃あたりから分解が始まり、200〜300℃にかけてさかんに分解し、300〜400℃あたりで完全に分解するような性質を持っている。シャワーヘッド40の内部の温度が高いと、シャワーヘッド40内部の原料ガス流通経路の高温部で不均一な当該原料ガス(成膜原料)の熱分解が起こり、ウェハWに形成される薄膜の膜組成の制御性、均一性に悪影響を与えることが懸念される。さらに、このシャワーヘッド40内での原料ガスの熱分解によって生成された固形物(分解反応物)は、異物(パーティクル)となってウェハWに付着し、半導体装置の製品歩留まりの悪化の一因となる。このことからも、シャワーヘッド40の温度は必要以上に高くしないことが重要である。 Further, the above-mentioned organometallic raw materials (for example, Pb (dmp) 2 , Zr (Oi-C) other than the organometallic raw materials described in Patent Document 1 and Patent Document 2, which are generally used in the PZT film forming process, are used. 3 H 7) 2 (dmp) 2 or Zr, (O-i-C 3 H 7) (dmp) 3, or Zr (dmp) 4, and Ti (O-i-C 3 H 7) 2 (dmp) Most of the organic metal raw materials composed of the combination of the two are not clearly pyrolyzed, and the decomposition starts from about 100 to 200 ° C., decomposes rapidly from 200 to 300 ° C., and completely around 300 to 400 ° C. It has the property of decomposing. When the temperature inside the shower head 40 is high, non-uniform thermal decomposition of the raw material gas (film forming raw material) occurs at a high temperature portion of the raw material gas flow path inside the shower head 40, and a thin film formed on the wafer W There is concern that the controllability and uniformity of the composition will be adversely affected. Further, the solid matter (decomposition reaction product) generated by thermal decomposition of the source gas in the shower head 40 becomes a foreign matter (particle) and adheres to the wafer W, which is a cause of deterioration of the product yield of the semiconductor device. It becomes. For this reason as well, it is important that the temperature of the shower head 40 is not set higher than necessary.

一方、前述の有機金属原料が凝縮し始める温度がおよそ100〜150℃であることから、シャワーヘッド40の温度は150℃以上に制御する必要がある。従って、シャワーヘッド40の温度は、少なくとも150〜220℃の範囲において制御し、好ましくは160〜180℃、例えば170℃に制御する。   On the other hand, the temperature at which the aforementioned organometallic raw material begins to condense is approximately 100 to 150 ° C., so the temperature of the shower head 40 needs to be controlled to 150 ° C. or higher. Accordingly, the temperature of the shower head 40 is controlled in the range of at least 150 to 220 ° C., preferably 160 to 180 ° C., for example, 170 ° C.

本実施の形態の場合、上述のようにシャワーヘッド40の温度を、150〜220℃の範囲にすることにより、シャワープレート43の表面上の堆積膜が剥離・崩落してパーティクルとなることを防止することができると共に、シャワーヘッド40の内部における原料ガスの流通経路で望ましくない熱分解が発生することが確実に回避され、ウェハWに反応生成物が異物(パーティクル)となって付着することが確実に防止され、ウェハWに形成されるPZT膜の品質や歩留まりを向上させることが可能になる。   In the case of the present embodiment, by setting the temperature of the shower head 40 in the range of 150 to 220 ° C. as described above, the deposited film on the surface of the shower plate 43 is prevented from peeling and collapsing into particles. In addition, it is possible to reliably avoid undesirable thermal decomposition in the flow path of the source gas inside the shower head 40, and the reaction product may adhere to the wafer W as foreign matter (particles). It is reliably prevented and the quality and yield of the PZT film formed on the wafer W can be improved.

また、酸化ガスとしてNO等の強酸化剤を用いて成膜をおこなう場合にあっては、シャワープレート43の下面温度tを175℃以下にすることにより、シャワープレート43に形成された酸化ガス吐出孔43bに堆積物が付着することに起因する閉塞や狭小化が防止され、ウェハWに対するPZT膜の成膜均一性や再現性を向上させることが可能になる。さらに、シャワープレートのメンテナンス頻度を少なく出来るので、メンテナンスコストの削減や装置稼働率の向上が可能になる。 Further, in the case of forming a film using a strong oxidant such as NO 2 as the oxidizing gas, the oxidizing gas formed on the shower plate 43 is set by setting the lower surface temperature t of the shower plate 43 to 175 ° C. or lower. Occlusion and narrowing due to deposits adhering to the discharge holes 43b are prevented, and the film formation uniformity and reproducibility of the PZT film on the wafer W can be improved. Furthermore, since the maintenance frequency of the shower plate can be reduced, the maintenance cost can be reduced and the apparatus operating rate can be improved.

図5を参照して、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、この図5において図1に例示した装置構成例と同一の要素には共通の符号を付して説明は割愛する。
上述の実施の形態においては、ヒータ91および水冷用流路92の設置場所はシャワーベース41の上部、すなわち大気側であり、この部分の温度制御は比較的容易である。しかし、PZT成膜などのMOCVD(有機金属化学気相成長)プロセスの多くにおいて、ウェハWの加熱温度は400〜650℃に達するため、載置台5およびウェハWからの熱輻射によってシャワープレート43の下面には過剰な熱入力が発生する。
The third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same elements as those in the apparatus configuration example illustrated in FIG.
In the above-described embodiment, the installation place of the heater 91 and the water cooling channel 92 is the upper part of the shower base 41, that is, the atmosphere side, and the temperature control of this part is relatively easy. However, in many MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) processes such as PZT film formation, the heating temperature of the wafer W reaches 400 to 650 ° C. Therefore, the heat radiation from the mounting table 5 and the wafer W causes the shower plate 43 to be heated. Excessive heat input is generated on the bottom surface.

その結果、シャワープレート43下面の温度は上昇し易くなることから、シャワーベース41上部(大気側)とシャワープレート43下面(ウェハに面した真空側)とで温度差が生じ易くなり、シャワーヘッド40の温度制御に影響を与える可能性がある。このような温度差は、シャワーヘッド40の厚みが大きい場合(たとえば50mm以上)や、シャワーヘッド40を構成するプレートの枚数が多い場合(たとえば、本実施の形態においては、シャワーベース41、ガス拡散板42、シャワープレート43の、計3枚)や、ガス拡散板42のガス拡散空間が大きいためにシャワープレート43からシャワーベース41への熱伝達がスムーズにいかない場合や、シャワーヘッド40がステンレススチールなどの熱伝導性が比較的良好とは言いがたい材質で構成されている場合等、に顕著となる可能性がある。   As a result, the temperature of the lower surface of the shower plate 43 is likely to rise, so that a temperature difference is likely to occur between the upper portion of the shower base 41 (atmosphere side) and the lower surface of the shower plate 43 (vacuum side facing the wafer). May affect the temperature control. Such a temperature difference is caused when the thickness of the shower head 40 is large (for example, 50 mm or more), or when the number of plates constituting the shower head 40 is large (for example, in this embodiment, the shower base 41, gas diffusion). Plate 42 and shower plate 43 in total) and the gas diffusion space of gas diffusion plate 42 is large, and heat transfer from shower plate 43 to shower base 41 does not go smoothly, or shower head 40 is made of stainless steel. This may be noticeable when the material is made of a material such as steel, which has a relatively poor thermal conductivity.

成膜前のシャワープレート下面はアルミニウムが露出しており、比較的熱吸収率が低いが、前述したように、成膜するにつれてシャワープレート下面には酸化物や原料分解物等の堆積膜が付着する。この堆積膜の表面は黒っぽく、熱吸収率が比較的高いため、成膜前のシャワープレート下面よりも多くの熱を吸収する性質がある。また、シャワープレート下面の温度が高くなると原料の分解・付着の傾向が加速するため、堆積膜の付着⇒シャワープレート下面の熱吸収率の増加⇒シャワープレート温度の上昇⇒堆積膜のさらなる付着、という好ましくない循環が生じる可能性もある。このような現象が生じると、成膜を重ねるにつれてシャワーヘッド上部とシャワープレート下面との温度差が益々拡大してゆく可能性が考えられる。   Aluminum is exposed on the lower surface of the shower plate before film formation, and the heat absorption rate is relatively low. However, as described above, deposited films such as oxides and raw material decomposition products adhere to the lower surface of the shower plate as described above. To do. Since the surface of this deposited film is dark and has a relatively high heat absorption rate, it has the property of absorbing more heat than the lower surface of the shower plate before film formation. In addition, as the temperature on the lower surface of the shower plate increases, the tendency of decomposition and adhesion of the raw material accelerates, so deposition film deposition ⇒ Increase in heat absorption rate on the lower surface of the shower plate ⇒ Increase in shower plate temperature ⇒ Further deposition film deposition Undesirable circulation can also occur. If such a phenomenon occurs, there is a possibility that the temperature difference between the upper portion of the shower head and the lower surface of the shower plate will gradually increase as the film formation is repeated.

シャワーヘッド上部とシャワープレート下面との温度差が仮に25℃であるとした場合、シャワープレート43下面を170℃に保持するためには、シャワーヘッド40上部の温度を145℃にまで低くしなければならない。しかし、前述したように有機金属原料が凝縮し始める温度はおよそ100〜150℃であることから、シャワーヘッド40内部に温度が150℃以下の部分をつくるのは好ましいことではない。   If the temperature difference between the upper portion of the shower head and the lower surface of the shower plate is 25 ° C., the temperature at the upper portion of the shower head 40 must be lowered to 145 ° C. in order to keep the lower surface of the shower plate 43 at 170 ° C. Don't be. However, as described above, the temperature at which the organometallic raw material begins to condense is approximately 100 to 150 ° C., so it is not preferable to create a portion having a temperature of 150 ° C. or less in the shower head 40.

上記のような問題を解決する手法としては、シャワーヘッド内部(あるいはシャワーヘッドの部材そのもの)に冷媒流路を設置し、その中に冷媒を循環させ、載置台等から受けた輻射熱を除去する手法が挙げられる。また、シャワーヘッド内部の冷媒流路は、載置台などからの輻射熱を受けるシャワープレート内部に設置することが理想であるが、シャワープレートの処理ガス(原料ガスおよび酸化ガス)の吐出孔の間隔(孔ピッチ)は、処理ガスの噴き出し均一性を向上させるために大変狭くなっており(本実施の形態では7mm)、その間に冷媒流路を掘ることは大変難しく、仮にうまく掘れたとしても冷媒流路が細いため、そこに流せる冷媒流量は小さい値となってしまい十分な冷却効果が得られないという問題や、冷媒流路が詰まり易いという問題が残る。   As a technique for solving the above problems, a refrigerant flow path is installed in the shower head (or the shower head member itself), the refrigerant is circulated therein, and the radiant heat received from the mounting table is removed. Is mentioned. Ideally, the coolant flow path inside the shower head should be installed inside the shower plate that receives radiant heat from the mounting table or the like, but the interval between the discharge holes of the processing gas (raw material gas and oxidizing gas) of the shower plate ( The hole pitch) is very narrow (in this embodiment, 7 mm) in order to improve the ejection uniformity of the processing gas, and it is very difficult to dig a refrigerant channel between them, and even if it is dug well, the refrigerant flow Since the path is narrow, the flow rate of the coolant that can flow there becomes a small value, and there remains a problem that a sufficient cooling effect cannot be obtained and a problem that the coolant flow path is easily clogged.

この第3の実施の形態は、シャワーヘッド40の温度制御を行う温度制御機構90の一部として、ヒートパイプ101を用いたものである。すなわち、複数のヒートパイプ101を、シャワーヘッド40を構成するシャワーベース41、ガス拡散板42を貫通させ、下端(吸熱端)部がシャワープレート43の下面近傍に位置するように配置したものである。   In the third embodiment, a heat pipe 101 is used as a part of a temperature control mechanism 90 that controls the temperature of the shower head 40. That is, the plurality of heat pipes 101 are arranged so as to penetrate the shower base 41 and the gas diffusion plate 42 constituting the shower head 40, and the lower end (endothermic end) portion is located near the lower surface of the shower plate 43. .

ヒートパイプとは、熱伝導性に優れた金属の密閉容器(パイプ)内に少量の液体(作動液)を真空封入し、内壁に毛細管構造(ウィック)を備えたものである。ヒートパイプの多くは作動液として脱イオン水を、パイプには銅を用いている。ヒートパイプ内部に封入された作動液の量は大変少ない(例えば1cc以下)ので、液体漏れの心配はほとんど無い。ここで、ヒートパイプの動作原理を以下に説明する。ヒートパイプの一部が加熱されると、加熱部で作動液が蒸発(蒸発潜熱の吸収)し、続いて低温部に蒸気が移動し、蒸気が低温部で凝縮(蒸発潜熱の放出)するとともに凝縮した液が毛細管現象で加熱部に環流するという一連の相変化が連続的に生じることによって熱が移動する。ヒートパイプ内部の蒸気流は音速に近いスピードで移動するため熱の移動速度は極めて速く、その結果、熱応答性が極めて速いという特徴を有している。また、ヒートパイプは非常に低い温度勾配で多量の熱輸送が可能であるとともに、銅棒に比べ約80倍という優れた熱伝導率を有するという特徴がある。また、ヒートパイプはその熱輸送能力を保ちながら、曲げ加工等、様々な形状へと加工出来るという特徴も有している。   A heat pipe is a container in which a small amount of liquid (working fluid) is vacuum-sealed in a metal sealed container (pipe) excellent in thermal conductivity, and a capillary structure (wick) is provided on the inner wall. Many heat pipes use deionized water as the working fluid and copper as the pipe. Since the amount of hydraulic fluid enclosed in the heat pipe is very small (for example, 1 cc or less), there is almost no risk of liquid leakage. Here, the operation principle of the heat pipe will be described below. When a part of the heat pipe is heated, the hydraulic fluid evaporates in the heating part (absorption of latent heat of vaporization), then the steam moves to the low temperature part, and the vapor condenses (releases latent heat of vaporization) in the low temperature part. Heat is transferred by a series of phase changes in which the condensed liquid circulates to the heating part by capillary action. Since the steam flow inside the heat pipe moves at a speed close to the speed of sound, the heat transfer speed is extremely fast, and as a result, the heat response is extremely fast. The heat pipe is characterized by being capable of transporting a large amount of heat with a very low temperature gradient and having an excellent thermal conductivity of about 80 times that of a copper rod. The heat pipe also has a feature that it can be processed into various shapes such as bending while maintaining its heat transport capability.

なお、前述したように、ヒートパイプ101は銅の筒体で構成されていることから、シャワーヘッドに組み込む方法には注意が必要である。それは、半導体製造工程において、銅によるウェハの汚染(Cuのメタルコンタミネーション)が発生すると、ウェハ上の半導体製品の特性に重大な影響を与えるため、半導体製造装置においては、銅が処理空間Sに露出することが無いように注意を払う必要があるためである。   As described above, since the heat pipe 101 is formed of a copper cylinder, care must be taken in the method of incorporating it into the shower head. In the semiconductor manufacturing process, if contamination of the wafer by copper (Cu metal contamination) occurs in the semiconductor manufacturing process, it seriously affects the characteristics of the semiconductor product on the wafer. This is because it is necessary to pay attention so as not to be exposed.

ヒートパイプ組み込みの例としては、たとえば、あらかじめドリル等でヒートパイプがおさまるだけの穴を掘った図示しないアルミニウム部材内部に、ヒートパイプ101の全体(もしくは一部)を挿入し、ロウ付けや電子ビーム溶接等で埋め込み封入する。大気側と真空側とを区分するためのOリングを使用することによって、ヒートパイプ101の露出部分は大気側のみとし、真空側に銅が露出しないようにする。このようにすることで、銅によるシャワーヘッド40や処理容器2等の汚染を防止することが可能である。後述の他のヒートパイプの例も同様である。   As an example of heat pipe incorporation, for example, the whole (or part) of the heat pipe 101 is inserted into an aluminum member (not shown) in which a hole enough to hold the heat pipe is drilled in advance, and brazing or electron beam Embedded and sealed by welding. By using an O-ring for separating the atmosphere side and the vacuum side, the exposed portion of the heat pipe 101 is limited to the atmosphere side, and copper is not exposed to the vacuum side. By doing in this way, it is possible to prevent contamination of the shower head 40, the processing container 2, etc. with copper. The same applies to other heat pipe examples described later.

個々のヒートパイプ101は、ガス拡散板42やシャワープレート43における原料ガス吐出孔43aと酸化ガス吐出孔43bの間に、両者に干渉しないように配置されている。ヒートパイプ101の配置本数および配置間隔は、除去したい熱量がいくらか等によって適宜決定すればよい。近年、マイクロヒートパイプと呼ばれる、直径が1〜3mmの細いヒートパイプが市販されており、株式会社フジクラや古河電気工業株式会社などのメーカーから入手可能である。ヒートパイプ101にこのマイクロヒートパイプを使用すれば、原料ガス吐出孔43aおよび酸化ガス吐出孔43bの配置間隔や配列ピッチが狭小(たとえば7mm以下)の場合でも、十分に設置可能である。原料ガス吐出孔43aと酸化ガス吐出孔43bの間に配置されたヒートパイプ101だけでは熱輸送量が不足する場合には、熱輸送量の大きな太いヒートパイプをシャワーヘッド40の側壁部に適宜追加配置してもよい。   The individual heat pipes 101 are arranged between the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b in the gas diffusion plate 42 and the shower plate 43 so as not to interfere with both. The number and arrangement interval of the heat pipes 101 may be appropriately determined depending on the amount of heat to be removed. In recent years, thin heat pipes having a diameter of 1 to 3 mm, called micro heat pipes, are commercially available and are available from manufacturers such as Fujikura Co., Ltd. and Furukawa Electric Co., Ltd. If this micro heat pipe is used for the heat pipe 101, it can be sufficiently installed even when the arrangement interval and arrangement pitch of the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b are narrow (for example, 7 mm or less). If only the heat pipe 101 disposed between the source gas discharge hole 43a and the oxidizing gas discharge hole 43b is insufficient in heat transport amount, a thick heat pipe having a large heat transport amount is appropriately added to the side wall portion of the shower head 40. You may arrange.

載置台などからの輻射熱を受けた状態で、シャワーヘッド40を170〜200℃に保持するためには、およそ2kWの熱を除去する能力が必要とされる。適当な性能のものを選択すれば、1本のヒートパイプで500W程度の熱輸送量を持つので、必要本数(例えば、4本以上)のヒートパイプを垂直方向に使用すれば、シャワーヘッド40の下部からシャワーヘッド40の上部に2kWの熱量を移動させることは容易である。   In order to hold the shower head 40 at 170 to 200 ° C. in a state of receiving radiant heat from a mounting table or the like, an ability to remove heat of about 2 kW is required. If one having an appropriate performance is selected, one heat pipe has a heat transport amount of about 500 W. Therefore, if the required number (for example, four or more) of heat pipes is used in the vertical direction, the shower head 40 It is easy to move 2 kW of heat from the lower part to the upper part of the shower head 40.

また、ヒートパイプ101の設置のためには、シャワーヘッド40のシャワーベース41およびガス拡散板42を厚さ方向に貫通する孔を穿設し、適宜Oリングを配置するだけであり、たとえば、原料ガス吐出孔43aや酸化ガス吐出孔43bの間隙を縫ってシャワープレート43内に微細な冷媒流路を形成する等の複雑で高コストの加工は全く不要である。従って、極めて低コストでヒートパイプ101をシャワーヘッド40に設置できる。また、ヒートパイプ101は、10万時間以上の平均寿命を持つので、信頼性は極めて高く、メンテナンスも不要である。   Further, in order to install the heat pipe 101, a hole that penetrates the shower base 41 and the gas diffusion plate 42 of the shower head 40 in the thickness direction is simply formed, and an O-ring is appropriately disposed. A complicated and expensive process such as forming a fine refrigerant flow path in the shower plate 43 by sewing the gap between the gas discharge hole 43a and the oxidizing gas discharge hole 43b is completely unnecessary. Therefore, the heat pipe 101 can be installed in the shower head 40 at an extremely low cost. Moreover, since the heat pipe 101 has an average life of 100,000 hours or more, the reliability is extremely high and maintenance is not required.

シャワーベース41から突き出たヒートパイプ101の上端(放熱端)部には、たとえば、ヒータ、放熱フィン、電動ファン、冷媒流路、ペルチェ素子等で構成される温度制御機構106が設けられており、この温度制御機構106における加熱・放熱量等を、プロセスコントローラ80が、外部出力インタフェース83および温度制御部93を介して制御することにより、シャワーヘッド40全体や、酸化ガス吐出孔43b等が形成されたシャワープレート43の温度制御を行う。なお、温度制御機構90には、第1の実施の形態で説明した、ヒータ91、水冷用流路92を適宜併用しても構わない。さらに、シャワーヘッド40内に熱電対10等の温度検出手段を設置しても構わないし、温度制御機構106に熱電対等の温度検出手段を設置しても構わないし、両者を併用しても構わない。後述の他のヒートパイプの例も同様である。   At the upper end (heat radiating end) portion of the heat pipe 101 protruding from the shower base 41, for example, a temperature control mechanism 106 including a heater, a heat radiating fin, an electric fan, a refrigerant flow path, a Peltier element, and the like is provided. The process controller 80 controls the amount of heating and heat dissipation in the temperature control mechanism 106 via the external output interface 83 and the temperature controller 93, whereby the entire shower head 40, the oxidizing gas discharge hole 43b, and the like are formed. The temperature of the shower plate 43 is controlled. The temperature control mechanism 90 may be appropriately used with the heater 91 and the water cooling channel 92 described in the first embodiment. Furthermore, temperature detection means such as a thermocouple 10 may be installed in the shower head 40, temperature detection means such as a thermocouple may be installed in the temperature control mechanism 106, or both may be used in combination. . The same applies to other heat pipe examples described later.

成膜プロセスやシャワーヘッドの構造によっては、垂直方向のヒートパイプ101をシャワーベース41よりも上に突出させずに設置し、シャワーヘッド全体の均熱性を向上させるだけで十分な効果が期待できる場合もあり、そのような場合にはヒートパイプのための温度制御機構106の代わりに、第1の実施の形態において説明した、シャワーベース41直上の温度制御機構90だけを設ければよい場合がある。これについても、後述の他のヒートパイプの例も同様である。   Depending on the film forming process and the showerhead structure, a vertical effect heat pipe 101 can be installed without protruding above the shower base 41, and a sufficient effect can be expected simply by improving the thermal uniformity of the entire showerhead. In such a case, instead of the temperature control mechanism 106 for the heat pipe, only the temperature control mechanism 90 directly above the shower base 41 described in the first embodiment may be provided. . The same applies to other heat pipe examples described later.

シャワーヘッド40の下面、すなわち、シャワープレート43の下端面は、対向する載置台5におけるウェハWの加熱による輻射熱によって温度が上昇しやすく、温度制御が比較的難しいが、本実施の形態のようにヒートパイプ101を配置して、シャワープレート43の下端面の熱をシャワーヘッド40の上部に放散させることで、原料ガス吐出孔43aや酸化ガス吐出孔43bが形成されたシャワープレート43の下面温度tを、載置台5およびウェハWからの輻射熱の影響を受けることなく、上述のような220℃以下、さらには175℃以下に確実に制御できる。   The lower surface of the shower head 40, that is, the lower end surface of the shower plate 43, is likely to rise in temperature due to radiant heat generated by heating the wafer W on the opposite mounting table 5, and temperature control is relatively difficult. By disposing the heat pipe 101 and dissipating the heat of the lower end surface of the shower plate 43 to the upper part of the shower head 40, the lower surface temperature t of the shower plate 43 in which the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b are formed. Can be reliably controlled to 220 ° C. or lower, and further to 175 ° C. or lower as described above, without being affected by radiant heat from the mounting table 5 and the wafer W.

また、ヒートパイプ101によってシャワーヘッド40内部の温度勾配を極めて小さくすることができ、シャワーヘッド40全体の熱的均一性が向上することから、シャワーヘッド40の精密な温度制御を容易に行うことが可能となる。   In addition, since the temperature gradient inside the shower head 40 can be extremely reduced by the heat pipe 101 and the thermal uniformity of the entire shower head 40 is improved, precise temperature control of the shower head 40 can be easily performed. It becomes possible.

この結果、シャワープレート43の下面温度tを220℃以下にすることで、ウェハWに対する異物(パーティクル)の付着低減によるPZT等の膜質や歩留まりの向上を実現できるとともに、使用する酸化剤の種類によっては、シャワープレート43の下面温度tを175℃以下にすることで、酸化ガス吐出孔43bの堆積物による閉塞や狭小化を防止でき、成膜均一性や再現性の向上を実現できる。   As a result, by setting the lower surface temperature t of the shower plate 43 to 220 ° C. or less, it is possible to improve the film quality and yield of PZT and the like by reducing the adhesion of foreign matter (particles) to the wafer W, and depending on the type of oxidizing agent used Since the lower surface temperature t of the shower plate 43 is 175 ° C. or less, the oxidation gas discharge holes 43b can be prevented from being blocked or narrowed by deposits, and film formation uniformity and reproducibility can be improved.

また、シャワープレート43の下面温度tを一定の値以下に保持可能となったことにより、シャワープレート43下面への堆積膜の付着量を少なく抑えることができるので、堆積膜の付着⇒シャワープレート下面の熱吸収率の増加⇒シャワープレート温度の上昇⇒堆積膜のさらなる付着、という好ましくない循環が生じることがない。つまり、成膜枚数を重ねてもシャワープレート43下面温度tを一定に保つことができるので、再現性の高い成膜をも実施することができる。
また、シャワーヘッド内部に冷媒流路を設置し、その中に冷媒を循環させ、載置台等から受けた輻射熱を除去する手法に比べると、高温チラーを必要としないことから装置をコンパクトにすることができ、メンテナンス頻度を減らして装置稼働率を向上することができるとともに、コストを低く抑えることができる。また、高温の冷媒を流す危険性やシャワーヘッド内部での冷媒漏れの際の危険性を回避することができる。具体的には、ヒートパイプ内部は負圧であり内部に封入されている液体は微量の水なので、万一ヒートパイプの気密が破れても危険性は少なく、冷媒を直接シャワーヘッド内部に流す方法に比べると安全性を向上させることができる。冷媒流路は入口と出口が必要であり、往々にして入口と出口との温度差が生ずるものであるが、ヒートパイプではただ1本の筒によって熱輸送がなされるので設置場所や設置方法の自由度が大きく、設置流路による温度差は無いに等しい。
In addition, since the lower surface temperature t of the shower plate 43 can be kept below a certain value, the amount of deposited film adhering to the lower surface of the shower plate 43 can be reduced, so that the deposited film adheres to the lower surface of the shower plate. There is no unfavorable circulation such as an increase in heat absorption rate of ⇒ an increase in shower plate temperature ⇒ further adhesion of the deposited film. That is, since the temperature t on the lower surface of the shower plate 43 can be kept constant even when the number of film formations is increased, film formation with high reproducibility can be performed.
Compared to the method of installing a refrigerant flow path inside the shower head, circulating the refrigerant in it, and removing the radiant heat received from the mounting table, etc., it does not require a high temperature chiller, so the device is made compact It is possible to reduce the maintenance frequency and improve the operation rate of the apparatus, and it is possible to keep the cost low. Moreover, the danger of flowing a high temperature refrigerant | coolant and the danger at the time of the refrigerant | coolant leak inside a shower head can be avoided. Specifically, since the heat pipe has a negative pressure and the liquid contained in the inside is a very small amount of water, there is little danger even if the air tightness of the heat pipe is broken. Compared with, safety can be improved. The refrigerant flow path requires an inlet and an outlet, and there is often a temperature difference between the inlet and the outlet. However, since heat is transported by a single tube in a heat pipe, the installation location and the installation method are different. The degree of freedom is large, and there is no temperature difference due to the installation channel.

ヒートパイプの耐熱温度は300℃程度のものがあるので、シャワーヘッド内部に冷媒を流す方式に比べてより広範囲なプロセス温度(たとえばウェハWが800℃)に対応することも可能である。ヒートパイプは比較的安価で品質が安定しており、信頼性も高いといった面からも、シャワーヘッド40等の部材のメンテナンスコストを低減させることができる。   Since the heat-resistant temperature of the heat pipe is about 300 ° C., it is possible to cope with a wider range of process temperatures (for example, the wafer W is 800 ° C.) than a method in which a coolant is flown inside the shower head. The heat pipe is relatively inexpensive, has a stable quality, and has high reliability, so that the maintenance cost of members such as the shower head 40 can be reduced.

本実施の形態においては、シャワープレート43の下面とウェハWとの距離は25mmに設定されている。成膜プロセス条件によっては、この距離を短く、例えば15mmにしなければならない場合もあるが、この距離が短いほど載置台5およびウェハWからの熱輻射の影響を受けやすくなるため、シャワープレート下面の温度が上昇しやすくなるという問題が生じるが、ヒートパイプを用いた本実施の形態のシャワーヘッドを使えば、このような問題をも回避することが可能である。   In the present embodiment, the distance between the lower surface of the shower plate 43 and the wafer W is set to 25 mm. Depending on the film forming process conditions, this distance may be short, for example, 15 mm. However, the shorter the distance, the more easily affected by the heat radiation from the mounting table 5 and the wafer W. Although the problem that the temperature easily rises occurs, such a problem can be avoided by using the shower head of the present embodiment using a heat pipe.

ヒートパイプの配置方法の変形例を図6に例示する。この図6では、シャワーヘッド40の内部にヒートパイプ102を折り曲げて配置した例を示している。前述したように、ヒートパイプ102は銅等の熱伝導性の良好な素材で構成されているため、加工性も良好であり、折り曲げ加工等も容易である。   A modification of the heat pipe arrangement method is illustrated in FIG. FIG. 6 shows an example in which the heat pipe 102 is bent and arranged inside the shower head 40. As described above, since the heat pipe 102 is made of a material having good thermal conductivity such as copper, the workability is good and the bending process is easy.

図6の例では、ヒートパイプ102をL字型に形成し、その下端(吸熱端)側が原料ガス吐出孔43aや酸化ガス吐出孔43bに干渉しないように、シャワープレート43内に放射状もしくは格子状に埋め込まれ、上端(放熱端)側はシャワーヘッド40の側壁部を貫通して、シャワーヘッド40の上に突出している。そして、このシャワーヘッド40上に突出した上端部に温度制御機構106が装着されて温度制御機構90を構成している。この図6の場合も、上述の図5の場合と同様の効果を得ることができる。なお、場合によっては、L字型に形成したヒートパイプ102の下端(吸熱端)側を原料ガス拡散空間42aや酸化ガス拡散空間42bに干渉しないように、ガス拡散板42内に放射状もしくは格子状に埋め込むようにしてもよい。   In the example of FIG. 6, the heat pipe 102 is formed in an L shape, and the lower end (endothermic end) side is radial or latticed in the shower plate 43 so as not to interfere with the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b. The upper end (heat radiating end) side penetrates the side wall of the shower head 40 and protrudes above the shower head 40. A temperature control mechanism 106 is attached to the upper end portion protruding on the shower head 40 to constitute a temperature control mechanism 90. In the case of FIG. 6 as well, the same effect as in the case of FIG. 5 described above can be obtained. In some cases, the lower end (endothermic end) of the L-shaped heat pipe 102 is radially or latticed in the gas diffusion plate 42 so as not to interfere with the source gas diffusion space 42a and the oxidizing gas diffusion space 42b. You may make it embed in.

図7および図8に、ヒートパイプを用いたシャワーヘッド40のさらに他の例を示す。図8は、図7のシャワープレート43を下側から見た水平断面図である。この図7の例では、シャワーヘッド40の下端のシャワープレート43内に複数のヒートパイプ103およびヒートパイプ104を、原料ガス吐出孔43aおよび酸化ガス吐出孔43bに干渉しないように、水平な姿勢で格子状に配列している。このヒートパイプ103およびヒートパイプ104には、前述のマイクロヒートパイプを用いることが望ましい。   7 and 8 show still another example of the shower head 40 using a heat pipe. FIG. 8 is a horizontal sectional view of the shower plate 43 of FIG. 7 as viewed from below. In the example of FIG. 7, a plurality of heat pipes 103 and heat pipes 104 are placed in a horizontal posture in the shower plate 43 at the lower end of the shower head 40 so as not to interfere with the source gas discharge holes 43a and the oxidizing gas discharge holes 43b. They are arranged in a grid. As the heat pipe 103 and the heat pipe 104, it is desirable to use the aforementioned micro heat pipe.

さらに、シャワーヘッド40の側壁部を厚さ方向に貫通する位置には、ヒートパイプ103およびヒートパイプ104とは独立なヒートパイプ105を垂直に配置し、この垂直なヒートパイプ105の下端は、水平なヒートパイプ103およびヒートパイプ104の両端部に近接しており、両者間で熱伝達が行われるようになっている。   Further, a heat pipe 105 independent of the heat pipe 103 and the heat pipe 104 is vertically arranged at a position penetrating the side wall portion of the shower head 40 in the thickness direction, and a lower end of the vertical heat pipe 105 is horizontally The heat pipe 103 and the heat pipe 104 are close to both ends, and heat is transferred between them.

垂直なヒートパイプ105の上端部はシャワーヘッド40の上部に突出し、温度制御機構106が装着されている。   The upper end portion of the vertical heat pipe 105 protrudes from the upper portion of the shower head 40, and a temperature control mechanism 106 is attached.

すなわち、この図7の例では、シャワープレート43の面内に水平に設置されたヒートパイプ103およびヒートパイプ104によって、シャワープレート43の面内の温度分布を均一化し、余剰の熱は、垂直なヒートパイプ105を経由してシャワーヘッド40の上部に放散される。   That is, in the example of FIG. 7, the temperature distribution in the surface of the shower plate 43 is made uniform by the heat pipe 103 and the heat pipe 104 installed horizontally in the surface of the shower plate 43, and the surplus heat is vertical. It is dissipated to the upper part of the shower head 40 via the heat pipe 105.

これにより、上述の図5および図6と同様の効果を奏するとともに、さらに、シャワープレート43の面内温度の均一化によるウェハWにおけるPZT等の膜質の面内分布の均一化を実現できる。
これにより、上述の図5および図6と同様の効果を奏するとともに、さらに、シャワープレート43の面内温度の均一化によるウェハWにおけるPZT等の膜質の面内分布の均一化を実現できる。
Accordingly, the same effects as those of FIGS. 5 and 6 described above can be obtained, and further, the in-plane distribution of the film quality such as PZT on the wafer W can be realized by equalizing the in-plane temperature of the shower plate 43.
Accordingly, the same effects as those of FIGS. 5 and 6 described above can be obtained, and further, the in-plane distribution of the film quality such as PZT on the wafer W can be realized by equalizing the in-plane temperature of the shower plate 43.

なお、ヒートパイプ103および/またはヒートパイプ104と、ヒートパイプ105との間の熱伝導性をより重視する場合には、溶接や曲げ加工等によってヒートパイプ103および/またはヒートパイプ104と、ヒートパイプ105とが直接繋がっているように構成してもよい。   In addition, when the heat conductivity between the heat pipe 103 and / or the heat pipe 104 and the heat pipe 105 is more important, the heat pipe 103 and / or the heat pipe 104 and the heat pipe are obtained by welding or bending. You may comprise so that it may connect with 105 directly.

また、場合によっては、ヒートパイプ103および/またはヒートパイプ104を、原料ガス拡散空間42aや酸化ガス拡散空間42bに干渉しないように、ガス拡散板42内に埋め込むこととしてもよいし、ヒートパイプ103および/またはヒートパイプ104を、ガス拡散板42内とシャワープレート43内の両方に埋め込むこととしてもよい。   In some cases, the heat pipe 103 and / or the heat pipe 104 may be embedded in the gas diffusion plate 42 so as not to interfere with the source gas diffusion space 42a and the oxidizing gas diffusion space 42b. Alternatively, the heat pipe 104 may be embedded in both the gas diffusion plate 42 and the shower plate 43.

また、上述の図5〜7に挙げた、ヒートパイプを使用したシャワーヘッド構造は、それぞれ単独で用いてもよいし、どれかを組み合わせて用いても構わない。
上述の、第3の実施の形態においては、シャワーヘッドの構造をポストミックス形式として説明したが、プレミックス形式のシャワーヘッドにおいても適用可能であることはもちろんである。
Moreover, the shower head structure using the heat pipe shown in the above-described FIGS. 5 to 7 may be used alone or in combination.
In the third embodiment described above, the structure of the shower head has been described as a postmix type, but it is needless to say that the present invention can also be applied to a premix type showerhead.

ヒートパイプを使用した本発明は、シャワーヘッドの厚みが大きい場合や、シャワーヘッドを構成するプレートの枚数が多い場合や、シャワーヘッド内部のガス拡散空間が大きい場合や、シャワーヘッドがステンレススチールなどの熱伝導性が比較的良好とは言いがたい材質で構成されている場合等、シャワーヘッドの上部と下部との温度差が顕著となりやすい例において、特に効果が大きくあらわれる。   In the present invention using a heat pipe, when the thickness of the shower head is large, the number of plates constituting the shower head is large, the gas diffusion space inside the shower head is large, or the shower head is made of stainless steel or the like. The effect is particularly significant in an example in which the temperature difference between the upper part and the lower part of the shower head tends to be noticeable, such as when the material is not relatively good in thermal conductivity.

本実施の形態においては、シャワープレート43で受けた、載置台等からの輻射熱を効果的に放散することを目的としてヒートパイプを利用する例について述べてきたが、冷やす方向のみではなく、場合によっては暖める方向でもヒートパイプの有効利用が可能である。たとえば、装置立上げ時などでシャワーヘッド40全体の温度を、速やかに室温から運転時温度まで上昇させたい場合に、温度制御機構106のヒータをONにして加熱すれば、その熱はヒートパイプを伝わって、瞬く間にシャワーヘッド40全体の温度を上昇させることができる。   In the present embodiment, an example of using a heat pipe for the purpose of effectively dissipating radiant heat received from the mounting table or the like received by the shower plate 43 has been described. Can effectively use heat pipes even in the warming direction. For example, when the temperature of the entire shower head 40 is to be quickly raised from room temperature to the operating temperature at the time of starting up the apparatus and the like, if the heater of the temperature control mechanism 106 is turned on and heated, the heat is supplied to the heat pipe. The temperature of the entire shower head 40 can be increased in a short time.

なお、本発明は上記実施の形態に限らず本発明の思想の範囲内で種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、金属βジケネートに分類される有機金属化合物原料を用いてPZT薄膜の成膜処理を例にとって説明したが、これに限らず、有機金属原料を用いた膜の成膜でれば適用することができる。例えば、PZT膜と同様に金属βジケネートに分類される有機金属化合物を原料としてBST膜の成膜に適用することができる。このBST膜はPZT薄膜と同様Ba(Sr1−xTi)Oのペロブスカイト構造を有する結晶膜であり、強誘電性をもつ。この膜は、Ba含有原料としてのBa(dpm)、Sr含有原料としてのSr(dpm)、Ti含有原料としてのTi(O−i−C(dpm)を用いて成膜することができる。また、上記実施形態では、酸化ガスとしてNOを用いたが、このような金属βジケネートに分類される有機金属化合物原料を用いてPZT薄膜等の強誘電性膜を成膜する場合には、酸化ガスとして他にNO、Oを用いることもできる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the PZT thin film forming process is described as an example using the organic metal compound raw material classified as the metal β-dikenate. However, the present invention is not limited to this, and the film forming using the organic metal raw material is performed. If so, it can be applied. For example, as in the case of the PZT film, an organometallic compound classified as a metal β-dikenate can be used as a raw material to form a BST film. This BST film is a crystalline film having a perovskite structure of Ba (Sr 1-x Ti x ) O 3 like the PZT thin film, and has ferroelectricity. This film uses Ba (dpm) 2 as a Ba-containing raw material, Sr (dpm) 2 as a Sr-containing raw material, and Ti (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 as a Ti-containing raw material. A film can be formed. Further, in the above embodiment, NO 2 is used as the oxidizing gas. However, when a ferroelectric film such as a PZT thin film is formed using such an organometallic compound material classified as a metal β-dikenate, In addition, N 2 O and O 2 can also be used as the oxidizing gas.

また、本発明は、SBT膜(SrとBiとTaとを含んだ酸化物)、BLT膜(BiとLaとTiとを含んだ酸化物)などの他の高・強誘電体膜や、RE−Ba−Cu−O系(REは希土類元素)、Bi−Sr−Ca−Cu−O系、Tl−Ba−Ca−Cu−O系などの高温超電導体膜や、Al、HfO、ZrOなどのゲート絶縁膜や、RuO、IrO、SrRuO系などの酸化物電極膜などの成膜に対しても有効である。特に、HfO、ZrOはゲート絶縁膜材料の中でも注目されており、それぞれ原料として金属アルコキシドに分類される有機金属化合物であるHTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)、ZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)を用いて成膜することができる。そして、この場合の酸化ガスとしては、NOまたはOが好適である。 The present invention also provides other high / ferroelectric films such as SBT films (oxides containing Sr, Bi and Ta), BLT films (oxides containing Bi, La and Ti), RE -Ba-Cu-O system (RE is a rare earth element), Bi-Sr-Ca- Cu-O system, and high-temperature superconductor film, such as Tl-Ba-Ca-Cu- O system, Al 2 O 3, HfO 2 It is also effective for forming a gate insulating film such as ZrO 2 or an oxide electrode film such as RuO 2 , IrO 2 , or SrRuO. In particular, HfO 2 and ZrO 2 are attracting attention among gate insulating film materials, and HTB (hafnium tetratertiary oxide) and ZTB (zirconium tetratertiary oxide), which are organometallic compounds classified as metal alkoxides as raw materials, respectively. Side) can be used for film formation. In this case, NO 2 or O 3 is suitable as the oxidizing gas.

本発明によれば、シャワーヘッドの目詰まりを防止することが可能となり、これにより、成膜の均一性や再現性を向上させることが可能となるとともに、装置の稼働率の向上やメンテナンスコストの削減を実現することが可能となるから、本発明は、処理容器内において、載置台に載置されて加熱された基板に対向して設けられたシャワーヘッドから処理ガスを供給して所望の処理を行うガス処理装置に広く適用することができる。   According to the present invention, it becomes possible to prevent clogging of the shower head, thereby improving the uniformity and reproducibility of film formation, improving the operating rate of the apparatus, and reducing the maintenance cost. Since the reduction can be realized, the present invention provides a desired processing by supplying a processing gas from a shower head provided facing a heated substrate mounted on a mounting table in a processing container. It can apply widely to the gas processing apparatus which performs.

本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の構成の一例を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a film forming apparatus that performs a film forming method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の作用の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of an effect | action of the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置の作用の一例を示す線図。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the operation of a film forming apparatus that performs a film forming method according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置にて用いられる判定テーブルの一例を示す概念図。The conceptual diagram which shows an example of the determination table used with the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the shower head of the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the shower head of the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the shower head of the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態である成膜方法を実施する成膜装置のシャワーヘッドの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the shower head of the film-forming apparatus which enforces the film-forming method which is one embodiment of this invention. シャワーヘッドにおける酸化ガス吐出孔が孔詰まりする前と孔詰まりした後の状態の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example before the oxidizing gas discharge hole in a shower head clogs, and after clogging. シャワーヘッド表面中央温度とシャワーヘッド起因パーティクル数との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between shower head surface center temperature and the number of shower head origin particle | grains.

符号の説明Explanation of symbols

1…筐体
2…処理容器
5…載置台
10…熱電対(温度検出機構)
40…シャワーヘッド
41…シャワーベース
41a…原料ガス導入路
41b…酸化ガス導入路
42…ガス拡散板
42a…原料ガス拡散空間
42b…酸化ガス拡散空間
42d…原料ガス通路
42e…酸化ガス通路
43…シャワープレート
43a…原料ガス吐出孔
43b…酸化ガス吐出孔
51…原料ガス配管
52…酸化ガス配管
52a…酸化ガス分岐配管
52b…酸化ガス分岐配管
60…ガス供給機構
80…プロセスコントローラ
81…ユーザインタフェース
82…外部入力インタフェース
83…外部出力インタフェース
84…プロセスデータベース
85…判定テーブル
86…判定論理
90…温度制御機構
91…ヒータ
92…水冷用流路
93…温度制御部
101…ヒートパイプ
102…ヒートパイプ
103…ヒートパイプ
104…ヒートパイプ
105…ヒートパイプ
106…温度制御機構
W…ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing 2 ... Processing container 5 ... Mounting stand 10 ... Thermocouple (temperature detection mechanism)
40 ... Shower head 41 ... Shower base 41a ... Source gas introduction passage 41b ... Oxidation gas introduction passage 42 ... Gas diffusion plate 42a ... Source gas diffusion space 42b ... Oxidation gas diffusion space 42d ... Source gas passage 42e ... Oxidation gas passage 43 ... Shower Plate 43a ... Source gas discharge hole 43b ... Oxidation gas discharge hole 51 ... Source gas pipe 52 ... Oxidation gas pipe 52a ... Oxidation gas branch pipe 52b ... Oxidation gas branch pipe 60 ... Gas supply mechanism 80 ... Process controller 81 ... User interface 82 ... External input interface 83 ... External output interface 84 ... Process database 85 ... Determination table 86 ... Determination logic 90 ... Temperature control mechanism 91 ... Heater 92 ... Water cooling channel 93 ... Temperature control unit 101 ... Heat pipe 102 ... Heat pipe 103 ... Heat Pipe 104 ... Heat pipe 1 5 ... the heat pipe 106 ... temperature control mechanism W ... wafer

Claims (19)

被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより前記シャワーヘッドの温度を検出し、その温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
An organometallic raw material and an oxidizing gas are supplied into a processing chamber containing a substrate to be processed through a shower head having a plurality of gas ejection holes for independently ejecting the organometallic raw material and the oxidizing gas, and the organometallic raw material and the oxidizing gas are supplied to the processing chamber. A film forming method for forming a metal oxide on the substrate to be processed by mixing in a room,
The temperature of the shower head is detected by a temperature sensor disposed close to the surface of the shower head facing the substrate to be processed, and the temperature is detected on the surface of the shower head facing the gas discharge hole and the substrate to be processed. The temperature of the shower head is controlled by heating or cooling the shower head by a heating means and / or a cooling means so as to suppress the deposition of reaction products and condensation of the organometallic raw material. A film forming method.
被処理基板を収容する処理室内に、有機金属原料および酸化ガスを、これらを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドを介して供給し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜方法であって、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じて、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度を把握しておき、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向した面に近接して配置された温度センサにより前記シャワーヘッドの温度を検出して、その温度が前記反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な温度になるように、加熱手段および/または冷却手段により前記シャワーヘッドを加熱または冷却して前記シャワーヘッドの温度を制御することを特徴とする成膜方法。
An organometallic raw material and an oxidizing gas are supplied into a processing chamber containing a substrate to be processed through a shower head having a plurality of gas ejection holes for independently ejecting the organometallic raw material and the oxidizing gas, and the organometallic raw material and the oxidizing gas are supplied to the processing chamber. A film forming method for forming a metal oxide on the substrate to be processed by mixing in a room,
The shower head capable of suppressing the deposition of reaction products and the condensation of the organometallic raw material on the surface of the shower head facing the gas discharge hole and the substrate to be processed according to the supply conditions of the organic metallic raw material and the oxidizing gas The temperature of the shower head is detected by a temperature sensor disposed in the vicinity of the surface of the shower head facing the substrate to be processed , and the temperature is determined by the deposition of the reaction product and the temperature. A film forming method characterized in that the temperature of the shower head is controlled by heating or cooling the shower head by a heating means and / or a cooling means so that the condensation of the organometallic raw material can be suppressed.
前記シャワーヘッドの加熱手段および/または冷却手段はシャワーヘッドに配置されたヒートパイプであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 1 or 2 , wherein the heating means and / or cooling means of the shower head is a heat pipe disposed in the shower head. 前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の成膜方法。 4. The film forming method according to claim 1, wherein the organometallic raw material is a metal β-dikenate or a metal alkoxide. 5. 前記有機金属原料は、Pb(dpm)、Zr(dpm)、Zr(O−i−C)(dpm)、Zr(O−i−C(dpm)、Ti(O−i−C(dpm)、Ba(dpm)、Sr(dpm)からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。 The organometallic raw materials are Pb (dpm) 2 , Zr (dpm) 4 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) (dpm) 3 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 , Ti (O-i-C 3 H 7) 2 (dpm) 2, Ba (dpm) 2, Sr (dpm) according claim 1, characterized in that a plurality of species selected from the group consisting of 2 Item 5. The film forming method according to any one of Items4. 前記酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項5に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 5 , wherein the oxidizing gas is selected from the group consisting of N 2 O, NO 2 , and O 2 . 前記有機金属原料は、HTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)またはZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。 5. The film forming method according to claim 1 , wherein the organometallic raw material is HTB (hafnium tetratertiary toboxide) or ZTB (zirconium tetratertiary toboxide). . 前記酸化ガスは、NOまたはOであることを特徴とする請求項7に記載の成膜方法。 The film forming method according to claim 7 , wherein the oxidizing gas is NO 2 or O 3 . 前記有機金属原料は、Pb含有原料としてのPb(dpm)、Zr含有原料としてのZr(dpm)またはZr(O−i−C(dpm)またはZr(O−i−C)(dpm)、Ti含有原料としてのTi(O−i−C(dpm)を含み、前記酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであり、これらによりPZT膜を形成することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。 The organometallic raw material is Pb (dpm) 2 as a Pb-containing raw material, Zr (dpm) 4 or Zr (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 or Zr (O-i as a Zr-containing raw material. include -C 3 H 7) (dpm) 3, Ti as Ti-containing raw material (O-i-C 3 H 7) 2 (dpm) 2, the oxidizing gas, N 2 O, from NO 2, O 2 The film forming method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the PZT film is formed by using a material selected from the group consisting of: 被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と、をさらに具備し、
前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されたことを特徴とする成膜装置。
A processing chamber for storing a substrate to be processed;
A shower head provided in the processing chamber and having a plurality of gas discharge holes for independently discharging the organic metal raw material and the oxidizing gas, and mixing the organic metal raw material and the oxidizing gas in the processing chamber; A film forming apparatus for forming a metal oxide on the substrate to be processed,
Heating means for heating the shower head and / or cooling means for cooling;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the shower head;
The temperature of the shower head detected by the temperature detection means is set to a temperature that suppresses deposition of reaction products and condensation of the organometallic raw material on the gas discharge holes of the shower head and the surface facing the substrate to be processed. A temperature control mechanism for controlling the heating means and / or the cooling means ,
The showerhead cooling means is a heat pipe, and at least the endothermic end of the heat pipe is disposed close to the surface of the showerhead facing the substrate to be processed .
被処理基板を収容する処理室と、
前記処理室内に設けられ、有機金属原料および酸化ガスを別個独立に吐出する複数のガス吐出孔を有するシャワーヘッドと
を具備し、前記有機金属原料および酸化ガスを前記処理室内で混合することで、前記被処理基板に金属酸化物を形成する成膜装置であって、
前記シャワーヘッドを加熱する加熱手段および/または冷却する冷却手段と、
前記シャワーヘッドの温度を検出する温度検出手段と、
前記有機金属原料および酸化ガスの供給条件に応じた、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制可能な前記シャワーヘッドの温度の情報が記憶される記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記温度検出手段により検出されたシャワーヘッドの温度が、前記シャワーヘッドのガス吐出孔および前記被処理基板に対向する面における反応生成物の堆積および前記有機金属原料の凝縮を抑制する温度になるように、前記加熱手段および/または冷却手段を制御する温度制御機構と、をさらに具備し、
前記シャワーヘッドの冷却手段はヒートパイプであって、前記ヒートパイプの少なくも吸熱端が前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されたことを特徴とする成膜装置。
A processing chamber for storing a substrate to be processed;
A shower head provided in the processing chamber and having a plurality of gas discharge holes for independently discharging the organic metal raw material and the oxidizing gas, and mixing the organic metal raw material and the oxidizing gas in the processing chamber; A film forming apparatus for forming a metal oxide on the substrate to be processed,
Heating means for heating the shower head and / or cooling means for cooling;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the shower head;
The shower head capable of suppressing the deposition of reaction products and the condensation of the organometallic raw material on the gas discharge hole of the shower head and the surface facing the substrate to be processed according to the supply conditions of the organometallic raw material and the oxidizing gas Storage means for storing the temperature information of
Based on the information stored in the storage means, the temperature of the shower head detected by the temperature detection means is such that the deposition of reaction products on the gas discharge holes of the shower head and the surface facing the substrate to be processed and the A temperature control mechanism for controlling the heating means and / or the cooling means so as to suppress the condensation of the organometallic raw material ,
The showerhead cooling means is a heat pipe, and at least the endothermic end of the heat pipe is disposed close to the surface of the showerhead facing the substrate to be processed .
温度検出手段は、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面の温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の成膜装置。 12. The film forming apparatus according to claim 10 , wherein the temperature detecting means is a temperature sensor that detects a temperature of a surface of the shower head that faces the substrate to be processed. 前記センサは、前記シャワーヘッドの被処理基板に対向する面に近接して配置されることを特徴とする請求項12に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 12 , wherein the sensor is disposed in proximity to a surface of the shower head that faces the substrate to be processed. 前記有機金属原料は、金属βジケネートまたは金属アルコキシドであることを特徴とする請求項10から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 10 , wherein the organometallic raw material is a metal β-dikenate or a metal alkoxide. 前記有機金属原料は、Pb(dpm)、Zr(dpm)、Zr(O−i−C)(dpm)、Zr(O−i−C(dpm)、Ti(O−i−C(dpm)、Ba(dpm)、Sr(dpm)からなる群から選択された複数種であることを特徴とする請求項10から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。 The organometallic raw materials are Pb (dpm) 2 , Zr (dpm) 4 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) (dpm) 3 , Zr (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 , Ti (O-i-C 3 H 7) 2 (dpm) 2, Ba (dpm) 2, Sr (dpm) according claim 10, characterized in that a plurality of species selected from the group consisting of 2 14. The film forming apparatus according to any one of items 13 . 前記酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項15に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 15 , wherein the oxidizing gas is selected from the group consisting of N 2 O, NO 2 , and O 2 . 前記有機金属原料は、HTB(ハフニウムテトラターシャリブトキサイド)またはZTB(ジルコニウムテトラターシャリブトキサイド)であることを特徴とする請求項10から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film-forming apparatus according to any one of claims 10 to 13 , wherein the organometallic raw material is HTB (hafnium tetratertiary toboxide) or ZTB (zirconium tetratertiary toboxide). . 前記酸化ガスは、NOまたはOであることを特徴とする請求項17に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 17 , wherein the oxidizing gas is NO 2 or O 3 . 前記有機金属原料は、Pb含有原料としてのPb(dpm)、Zr含有原料としてのZr(dpm)またはZr(O−i−C(dpm)またはZr(O−i−C)(dpm)、Ti含有原料としてのTi(O−i−C(dpm)を含み、前記酸化ガスは、NO、NO、Oからなる群から選択されたものであり、これらによりPZT膜を形成することを特徴とする請求項10から請求項13のいずれか1項に記載の成膜装置。
The organometallic raw material is Pb (dpm) 2 as a Pb-containing raw material, Zr (dpm) 4 or Zr (Oi-C 3 H 7 ) 2 (dpm) 2 or Zr (O-i as a Zr-containing raw material. include -C 3 H 7) (dpm) 3, Ti as Ti-containing raw material (O-i-C 3 H 7) 2 (dpm) 2, the oxidizing gas, N 2 O, from NO 2, O 2 The film forming apparatus according to claim 10 , wherein the PZT film is selected from the group consisting of:
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