JP4729035B2 - 加圧式ランプアニール装置 - Google Patents
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Description
本発明は、加圧した状態でランプアニール処理ができる加圧式ランプアニール装置及び加圧式ランプアニール処理方法、並びに前記加圧式ランプアニール装置又は前記加圧式ランプアニール方法を用いて作製された薄膜及びその薄膜を備えた電子部品に関する。
図５は、従来のランプアニール装置を示す構成図である。ランプ３０によって石英窓８０越しに基板１０にランプ光５０を照射する。基板１０は石英サセプタ９０に形成された突起で保持されている。フッ化バリウム１１０は、パイロメータ１２０で温度制御する場合、測定する波長領域の光を取り込むために配置している。温度制御する場合は、ガラス基板からの輻射光がフッ化バリウム１１０越しにパイロメータ１２０に入射し、温度をモニターすることでフィードバック制御を行う。図では、フッ化バリウム１１０の下に照度計６０が配置されているが、温度制御を行う場合は、照度計が自動的に移動し、フッ化バリウムを透過した光はパイロメータ１２０に到達する。
ランプアニール処理を行う場合は、基板１０をチャンバー１００内に導入し、ドライポンプやターボ分子ポンプで排気し、電力制御によるランプアニール処理を行う（特許文献１参照）。
上記従来のランプアニール装置は、減圧状態でランプアニール処理を行うものである。しかし、アニール対象物によっては加圧した状態でランプアニール処理を行うことが求められる。例えば、アニール対象物が沸点の低い材料を含む場合、減圧又は常圧でアニール処理を行うとその材料の一部が気化してしまうが、加圧状態でランプアニール処理を行えば材料の気化を抑制できる。また、アニール処理によってアニール対象物を反応させるような場合、加圧状態でランプアニール処理を行うことにより、アニール対象物を瞬時に加熱し且つ反応を促進させることが可能となる。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、加圧した状態でランプアニール処理ができる加圧式ランプアニール装置及び加圧式ランプアニール処理方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、前記加圧式ランプアニール装置又は前記加圧式ランプアニール方法を用いて作製された薄膜及びその薄膜を備えた電子部品を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る加圧式ランプアニール装置は、被処理基板を導入する処理室と、
前記処理室内を加圧する加圧機構と、
前記被処理基板にランプ光を照射するランプヒータと、
を具備することを特徴とする。
前記処理室内を加圧する加圧機構と、
前記被処理基板にランプ光を照射するランプヒータと、
を具備することを特徴とする。
上記加圧式ランプアニール装置によれば、処理室内を加圧する加圧機構を備えているため、加圧した状態でランプアニール処理を行うことができる。尚、前記ランプ光は例えば赤外線である。
本発明に係る加圧式ランプアニール装置は、処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理基板を保持する保持部と、
前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、
前記処理室に接して配置された透明部材と、
前記処理室の外部に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明部材を通して照射されるランプヒータと、
を具備することを特徴とする。
前記処理室内に配置され、被処理基板を保持する保持部と、
前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、
前記処理室に接して配置された透明部材と、
前記処理室の外部に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明部材を通して照射されるランプヒータと、
を具備することを特徴とする。
上記加圧式ランプアニール装置によれば、加圧されたガスを導入するガス導入機構を備えているため、加圧した状態でランプアニール処理を行うことができる。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記透明部材に接して配置された白色のＯリングをさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記処理室の内表面に形成された反射膜をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記処理室の内表面に形成された反射膜をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記透明部材に接して配置されたＯリングと、前記透明部材の表面に形成された、前記Ｏリングを前記ランプ光から遮るための反射膜と、をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記反射膜はＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分とした膜によって形成されたものであることが好ましい。つまり、前記反射膜は、前記一の金属を主成分としたコーティング膜であり、例えば前記一の金属の合金や酸化物によって形成されたコーティング膜であることも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記反射膜はＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分とした膜によって形成されたものであることが好ましい。つまり、前記反射膜は、前記一の金属を主成分としたコーティング膜であり、例えば前記一の金属の合金や酸化物によって形成されたコーティング膜であることも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記透明部材の厚さｔは、アニール処理を行う際の前記処理室内の設計圧力をＰ（単位：Ｐａ）とし、前記処理室内から前記透明部材が圧力を受ける面の面積をＡ（単位：ｍｍ２）とし、前記透明部材の曲げ応力をσb（単位：Ｎ／ｍｍ２）としたときに下記式を満たすものであることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記保持部に保持される被処理基板の表面と略垂直方向の前記処理室の長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。このように処理室の長さを５ｍｍ以上１００ｍｍ以下と短くすることにより、処理室内に配置された被処理基板とランプヒータとの間の距離を短くでき、それによって昇温レートを上げることができる。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構は、マスフローコントローラと、該マスフローコントローラの上流側と下流側の差圧を作るレギュレータと、をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構は、前記処理室内にシャワー状のガスを供給するものであることが好ましい。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス排気機構は、前記処理室内のガスをシャワー状に排気するものであることが好ましい。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構は、前記処理室内にシャワー状のガスを供給するものであることが好ましい。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス排気機構は、前記処理室内のガスをシャワー状に排気するものであることが好ましい。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記処理室内に前記被処理基板を導入する導入口及び該導入口を開閉させる弁体を備えたゲートバルブと、前記弁体に接して配置され、前記弁体に対して前記処理室とは逆側に配置されたＯリングとをさらに具備することも可能である。これにより、処理室内が加圧された場合、弁体には処理室とは逆側に押されるような力が加えられるため、この場合にＯリングによって十分な気密性を確保することができる。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより、前記処理室内を加圧した状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより前記処理室内を加圧した後、前記ガス導入機構及び前記ガス排気機構それぞれを停止させた状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより、前記処理室内を加圧した状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することも可能である。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール装置において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより前記処理室内を加圧した後、前記ガス導入機構及び前記ガス排気機構それぞれを停止させた状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することも可能である。
本発明に係る加圧式ランプアニール処理方法は、加圧雰囲気中で基板にランプアニール処理を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール処理方法において、前記基板は、該基板に有機金属材料が塗布されたものであることも可能である。
本発明に係る薄膜は、前述した加圧式ランプアニール装置によって加圧式ランプアニール処理が施されたことを特徴とする。
本発明に係る電子部品は、前記薄膜を有することを特徴とする。
また、本発明に係る電子部品は、基板上に形成された薄膜であって、該薄膜は加圧雰囲気中でランプアニール処理が施されていることを特徴とする。
また、本発明に係る加圧式ランプアニール処理方法において、前記基板は、該基板に有機金属材料が塗布されたものであることも可能である。
本発明に係る薄膜は、前述した加圧式ランプアニール装置によって加圧式ランプアニール処理が施されたことを特徴とする。
本発明に係る電子部品は、前記薄膜を有することを特徴とする。
また、本発明に係る電子部品は、基板上に形成された薄膜であって、該薄膜は加圧雰囲気中でランプアニール処理が施されていることを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、加圧した状態でランプアニール処理ができる加圧式ランプアニール装置及び加圧式ランプアニール処理方法を提供することができる。また、他の本発明によれば、前記加圧式ランプアニール装置又は前記加圧式ランプアニール方法を用いて作製された薄膜及びその薄膜を備えた電子部品を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すチャンバー及び筐体それぞれと石英ガラスとのシール部を拡大した断面図である。この加圧式ランプアニール装置は、加圧した状態でランプアニール処理（ＲＴＡ；rapid thermal anneal）を行うものである。
図１は、本発明の実施の形態による加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すチャンバー及び筐体それぞれと石英ガラスとのシール部を拡大した断面図である。この加圧式ランプアニール装置は、加圧した状態でランプアニール処理（ＲＴＡ；rapid thermal anneal）を行うものである。
図１に示すように、加圧式ランプアニール装置はＡｌ製のチャンバー１を有している。チャンバー１の肉厚は従来の減圧式ランプアニール装置に比べて厚く形成されている。このチャンバー１の内表面１ａには表面処理が施されている。つまり、チャンバー１のない表面１ａには反射膜が形成されている。具体的な表面処理としては、Ａｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理を用いることが可能である。これにより、チャンバー１の内表面１ａにはＡｕメッキ膜又はシュウ酸アルマイト膜が形成され、このＡｕメッキ膜又はシュウ酸アルマイト膜でランプ光を反射させることができる。その結果、昇温レートを上げることができる。また、消費電力を少なくすることができる。また、チャンバー１は図示せぬ冷却機構によって水冷されるように構成されている。
尚、本実施の形態では、前記表面処理としてＡｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分としたコーティング膜を用いることも可能である。
尚、本実施の形態では、前記表面処理としてＡｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分としたコーティング膜を用いることも可能である。
チャンバー１内には被処理基板としてのウエハ２を載置する載置台３が設けられている。載置台３はランプ光が透過する材料、例えば石英で形成されている。載置台３の上方には石英ガラス４が配置されている。この石英ガラス４は、略円柱部４ａとその上部の周囲に形成された鍔部４ｂから構成されている。石英ガラスの略円柱部４ａは、チャンバー内が加圧されるために従来の減圧式ランプアニール装置に比べて厚く形成されている。
石英ガラスの略円柱部４ａの厚さの決定方法について説明する。
設計圧力（例えば使用圧力×１．２倍）をＰ（単位：Ｐａ）とし、圧力を受ける面の面積をＡ（単位：ｍｍ２）とし、石英ガラスの曲げ応力をσb（単位：Ｎ／ｍｍ２）とした場合の石英ガラスの厚さｔは、下記式（１）を満たすことが好ましい。
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２・・・（１）
設計圧力（例えば使用圧力×１．２倍）をＰ（単位：Ｐａ）とし、圧力を受ける面の面積をＡ（単位：ｍｍ２）とし、石英ガラスの曲げ応力をσb（単位：Ｎ／ｍｍ２）とした場合の石英ガラスの厚さｔは、下記式（１）を満たすことが好ましい。
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２・・・（１）
石英ガラス４の上にはランプヒータ５が配置されており、このランプヒータ５は金属製の筐体６の内部に配置されている。筐体６の上部には排気ダクト７が接続されており、この排気ダクト７は筐体６内の熱を排気するものである。
図２に示すように、石英ガラスの鍔部４ｂの上部と筐体６との間には白色のＯリング５８が配置されており、筐体６とチャンバー１との間には黒色のＯリング５９が配置されている。これらのＯリング５８，５９は処理室５５内の気密性を保持するものである。白色のＯリング５８を用いる理由は、例えば黒色のＯリングを用いるとランプヒータ５からのランプ光６１によってＯリングが融けてしまうが、白色のＯリングを用いるとランプ光６１によってＯリングが融けることを抑制できるからである。尚、ここでは白色のＯリングを用いているが、これに限定されるものではなく、石英ガラスの鍔部４ｂの少なくとも一部に表面処理を施すことにより黒色などの色の付いたＯリングを用いることも可能である。具体的には、ランプヒータ５のランプ光６１からＯリングを遮光するように石英ガラスの鍔部４ｂにＡｕメッキ処理などの表面処理を行う。これにより、ランプ光やその反射光を表面処理したＡｕメッキ膜などの反射膜によって反射させることができ、その結果、Ｏリングが融けるのを抑制することができる。
前記載置台３の下方に位置するチャンバー１の下部には窓が設けられており、この窓にはフッ化カルシウム８が配置されている。フッ化カルシウム８の下方には放射温度計９が配置されている。フッ化カルシウム８は、放射温度計９で被処理基板の温度を測定するために、測定する波長領域の光（波長５μｍの赤外線）を取り込むために配置している。
チャンバー１内に形成される処理室５５は狭い方が好ましい。その理由は、所定の圧力まで加圧するのに必要な時間を短くすることができるからである。また、処理室５５内の高さ１１は低い方が好ましい。その理由は、処理室５５内に配置されたウエハ２とランプヒータ５との間の距離を短くでき、それによって昇温レートを上げることができるからである。具体的な処理室５５内の高さ１１としては、例えば６インチウエハを被処理基板とした場合、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましく、２２ｍｍ程度がさらに好ましい。
チャンバー１内の処理室５５は加圧ライン（加圧機構）１２に接続されている。加圧ライン１２は、アルゴンガスによる加圧ライン、酸素ガスによる加圧ライン及び窒素ガスによる加圧ラインを有している。
アルゴンガスによる加圧ラインはアルゴンガス供給源１３を備え、このアルゴンガス供給源１３は第１配管を介して逆止弁１４に接続されており、この逆止弁１４は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１７に接続されている。このフィルタ１７は第３配管を介してバルブ２３に接続されており、第３配管は圧力計２０に接続されている。バルブ２３は第４配管を介してレギュレータ２６に接続されており、このレギュレータ２６は第５配管を介してマスフローコントローラ３１に接続されている。レギュレータ２６は、ガスの圧力を徐々に上げることによりマスフローコントローラ３１の上流側と下流側の差圧を所定圧に設定するものである。マスフローコントローラ３１は第６配管を介してバルブ３４に接続されており、このバルブ３４は第７配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は、プロセスを安定させるためにガス温度を一定（例えば４０〜５０℃程度）にするものである。加熱ユニット３７は第８配管５１を介してチャンバー１内の処理室５５に接続されている。
酸素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、酸素ガスによる加圧ラインは酸素ガス供給源２９を備え、この酸素ガス供給源２９は第１配管を介して逆止弁１５に接続されており、この逆止弁１５は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１８に接続されている。このフィルタ１８は第３配管を介してバルブ２４に接続されており、第３配管は圧力計２１に接続されている。バルブ２４は第４配管を介してレギュレータ２７に接続されており、このレギュレータ２７は第５配管を介してマスフローコントローラ３２に接続されている。マスフローコントローラ３２は第６配管を介してバルブ３５に接続されており、このバルブ３５は第７配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は第８配管５１を介してチャンバー１内の処理室５５に接続されている。
窒素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、窒素ガスによる加圧ラインは窒素ガス供給源３８を備え、この窒素ガス供給源３８は第１配管を介して逆止弁１６に接続されており、この逆止弁１６は第２配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１９に接続されている。このフィルタ１９は第３配管を介してバルブ２５に接続されており、第３配管は圧力計２２に接続されている。バルブ２５は第４配管を介してレギュレータ２８に接続されており、このレギュレータ２８は第５配管を介してマスフローコントローラ３３に接続されている。マスフローコントローラ３３は第６配管を介してバルブ３６に接続されており、このバルブ３６は第７配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は第８配管５１を介してチャンバー１内の処理室５５に接続されている。
また、チャンバー１内の処理室５５は圧力調整ラインに接続されている。この圧力調整ライン及び前記加圧ライン１２によってチャンバー１内の処理室を所定の圧力（例えば１ＭＰａ未満）に加圧できるようになっている。前記圧力調整ラインは可変バルブ３９を備えており、この可変バルブ３９の一方側は第９配管５２を介してチャンバー内の処理室に接続されている。第９配管５２は圧力計４０に接続されており、この圧力計４０によって処理室５５内の圧力を測定できるようになっている。可変バルブ３９の他方側は第１０配管に接続されている。
また、チャンバー１内の処理室５５は安全ラインに接続されている。この安全ラインは、処理室５５内が異常に加圧され過ぎてある一定の圧力以上になった時に処理室内を大気圧まで下げるためのものである。安全ラインは開放バルブ４１を備えている。この開放バルブ４１の一方側は第９配管５２を介してチャンバー内の処理室５５に接続されており、開放バルブ４１の他方側は第１０配管に接続されている。開放バルブ４１はある一定の圧力がかかるとガス流れるようになっている。
また、チャンバー１内の処理室５５は大気開放ラインに接続されている。この大気開放ラインは、正常に加圧された処理室５５内を大気圧に戻すものである。大気開放ラインは開放バルブ４２を備えている。この開放バルブ４２の一方側は第９配管５２を介してチャンバー内の処理室５５に接続されており、開放バルブ４２の他方側は第１０配管に接続されている。開放バルブ４２は、処理室５５内を大気圧に戻すために該処理室内のガスを徐々に流すようになっている。
また、チャンバー１内の処理室５５は減圧状態から大気圧に戻すラインに接続されている。このラインは、処理室５５内が減圧状態（真空状態）となっている場合に、減圧状態から大気圧に戻すものである。前記ラインはリークバルブ４３を備えている。このリークバルブ４３の一方側は第９配管５２を介してチャンバー内の処理室５５に接続されており、リークバルブ４３の他方側は第１１配管を介して逆止弁４４に接続されている。この逆止弁４４は第１２配管を介して窒素ガス供給源４５に接続されている。つまり、前記ラインは、窒素ガス供給源４５から逆止弁４４、リークバルブ４３を介して処理室５５内に窒素ガスを徐々に導入することにより処理室内を大気圧に戻すようになっている。
また、チャンバー１内の処理室５５は、該処理室内を減圧状態にするための真空排気ラインに接続されている。この真空排気ラインはバルブ６９を有しており、このバルブ６９の一端は配管を介して処理室内に接続されている。バルブ６９の他端は配管を介して真空ポンプ７０に接続されている。この真空排気ラインは、例えば加圧ＲＴＡを行う前に一度真空排気を行う場合などに使用される。
また、チャンバー１内の処理室５５は、該処理室内を減圧状態にするための真空排気ラインに接続されている。この真空排気ラインはバルブ６９を有しており、このバルブ６９の一端は配管を介して処理室内に接続されている。バルブ６９の他端は配管を介して真空ポンプ７０に接続されている。この真空排気ラインは、例えば加圧ＲＴＡを行う前に一度真空排気を行う場合などに使用される。
前記筐体６及びランプヒータ５それぞれは配管を介してドライエアー供給源４６に接続されている。ドライエアー供給源４６からドライエアーを筐体内及びランプヒータ内に導入することにより、筐体内及びランプヒータ内に溜まる熱を排気ダクト７から排気することができる。
図３は、図１に示す加圧式ランプアニール装置をチャンバー内で切断した平面図である。チャンバー１内の処理室５５の平面形状は略円形である。加圧ライン１２から導入されるアルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスそれぞれは、ウエハ２の表面と略平行方向にシャワー状に分散させながらウエハ２上に供給されるようになっている。このウエハ上に供給されたガスは、ウエハ２の表面と略平行方向に並べられた複数のシャワー状ガス通路４８から排気されるようになっている。詳細には、前記第８配管５１はシャワー状ガス通路４７に接続されており、前記第９配管５２はシャワー状ガス通路４８に接続されている。シャワー状ガス通路４７，４８はチャンバー１に形成されている。このようにガスをシャワー状に分散させながら流し、且つシャワー状ガス通路４８を通して排気することにより、ウエハ２上に均一性よくガスを供給することが可能となる。
チャンバー１の一方側にはゲートバルブ４９が配置されており、このゲートバルブ４９の近傍にはウエハを搬送する搬送ロボット５３が配置されている。搬送ロボット５３の近傍にはウエハを収容するカセット５４が配置されている。ゲートバルブ４９を開いた状態で、チャンバー内の処理室５５にウエハ２を搬送ロボット５３により搬入、搬出するようになっている。
図４は、図３に示すゲートバルブの一部及び搬送ロボットを示す断面図である。ゲートバルブ４９はバルブ本体４９ａを有しており、このバルブ本体４９ａには開口部４９ｂが設けられている。この開口部（導入口）４９ｂは、ウエハ２を導入するためのものであってチャンバー内の処理室５５とチャンバー外部とを繋ぐように形成されている。バルブ本体４９ａの内部には弁体４９ｃが配置されており、この弁体４９ｃを矢印のように上下移動させることで開口部４９ｂの開閉を行うことができる。弁体４９ｃとバルブ本体４９ａとの間にはＯリング５６が配置されており、このＯリング５６によって処理室５５内の気密性を保持できるようになっている。
Ｏリング５６は開口部４９ｂ内において処理室５５とは逆側（即ちチャンバー外部側）に位置している。その理由は、処理室５５内が加圧された場合、弁体４９ｃにはチャンバー外部側に押されるような力が加えられるため、この場合にもＯリング５６によって十分な気密性を確保できるからである。
次に、電子部品を作製する方法の一例として、上記加圧式ランプアニール装置を用いて有機金属材料の一例であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）強誘電体キャパシタを作製する方法について説明する。
まず、６インチのシリコンウエハ上に熱酸化法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、このシリコン酸化膜上に下部電極を形成する。次いで、この下部電極上にゾルゲル法によりＰＺＴ膜を塗布し、このＰＺＴ膜上に上部電極を形成する。
まず、６インチのシリコンウエハ上に熱酸化法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、このシリコン酸化膜上に下部電極を形成する。次いで、この下部電極上にゾルゲル法によりＰＺＴ膜を塗布し、このＰＺＴ膜上に上部電極を形成する。
この後、上記加圧式ランプアニール装置を用いて酸素雰囲気中で６００℃、１分間のＲＴＡ処理を行う。以下、詳細に説明する。
図３及び図４に示すゲートバルブ４９の開口部を開き、搬送ロボット５３により前記シリコンウエハを処理室５５内に導入し、図１に示す載置台３上に前記シリコンウエハを載置する。次いで、ゲートバルブ４９の開口部を閉じ、加圧ライン１２の酸素ガス供給源２９から第１配管、逆止弁１５、第２配管、フィルタ１８、第３配管、バルブ２４、第４配管、レギュレータ２７、第５配管、マスフローコントローラ３２、第６配管、バルブ３５、第７配管、加熱ユニット３７、第８配管５１を通して酸素ガスを処理室５５内に導入する。これと共に、圧力調整ラインの可変バルブ３９を徐々に閉じていくことにより、処理室５５内を酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、処理室５５内は１ＭＰａ未満の所定の圧力まで加圧され、その圧力で維持される。
次に、ランプヒータ５から石英ガラス４を通してランプ光をシリコンウエハに照射する。これにより、ＰＺＴ膜が６００℃まで急速に加熱され、６００℃の温度で１分間保持される。その結果、ＰＺＴと酸素が素早く反応され、ＰＺＴ膜が結晶化される。
次いで、ランプヒータ５を停止させることにより、ＰＺＴ膜は急速に冷却される。次いで、加圧ライン１２の酸素供給源からの酸素の供給を停止し、大気開放ラインの開放バルブ４２を開き、処理室５５内を大気圧に戻す。
上記ＲＴＡ処理によれば、加圧状態でアニール処理を行うため、ＰＺＴ中の沸点の低い材料が気化されるのを抑制できると共に、ＰＺＴと酸素との反応を促進させることができる。また、ＰＺＴ膜を瞬時に６００℃まで昇温するため、ＰＺＴ膜中の酸素欠陥の発生を抑制でき、結晶性の良いＰＺＴ膜を作製することができる。
尚、上記実施の形態では、加圧ライン１２によって処理室５５内に酸素ガスを導入しつつ処理室５５内のガスを排気することにより、処理室５５内を加圧した状態で被処理基板をアニール処理しているが、加圧ライン１２によって処理室５５内にガスを導入しつつ処理室５５内のガスを排気することにより処理室５５内を加圧した後、バルブ３５及び可変バルブ３９それぞれを停止させ、処理室５５内を加圧した状態で被処理基板をアニール処理することも可能である。また、これらの制御は、図示せぬ制御部によって行われる。
次に、上記加圧式ランプアニール装置によるランプアニール処理実験及びその結果について説明する。
図６は、上記加圧式ランプアニール装置によってランプアニール処理を施すウエハ２を示す平面図である。参照符号６２〜６５は、ウエハ２にランプアニール処理を施した際にウエハ２の表面上の温度を測定した位置を示すものである。ウエハ２の直径は１５０ｍｍであり、測定位置６２と測定位置６５との間の距離は１４０ｍｍである。
図６は、上記加圧式ランプアニール装置によってランプアニール処理を施すウエハ２を示す平面図である。参照符号６２〜６５は、ウエハ２にランプアニール処理を施した際にウエハ２の表面上の温度を測定した位置を示すものである。ウエハ２の直径は１５０ｍｍであり、測定位置６２と測定位置６５との間の距離は１４０ｍｍである。
図７は、６００℃の温度、酸素ガスによって０．９ＭＰａの圧力で加圧式ランプアニール処理を施した際のウエハ上の測定位置６２〜６５それぞれの温度と時間の関係を示すグラフである。
図７によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が４１．０℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が８６．９℃であり、実プロセスの昇温レートが１０７℃／秒であり、６００℃になるまで約４．８秒要し、６００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が４．５℃であった。
図７によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が４１．０℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が８６．９℃であり、実プロセスの昇温レートが１０７℃／秒であり、６００℃になるまで約４．８秒要し、６００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が４．５℃であった。
図８は、７００℃の温度、酸素ガスによって０．９ＭＰａの圧力で加圧式ランプアニール処理を施した際のウエハ上の測定位置６２〜６５それぞれの温度と時間の関係を示すグラフである。
図８によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が９９．５℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が１４４．５℃であり、実プロセスの昇温レートが１１０．１℃／秒であり、７００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が４．７℃であった。
図８によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が９９．５℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が１４４．５℃であり、実プロセスの昇温レートが１１０．１℃／秒であり、７００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が４．７℃であった。
図９は、９００℃の温度、酸素ガスによって０．９ＭＰａの圧力で加圧式ランプアニール処理を施した際のウエハ上の測定位置６２〜６５それぞれの温度と時間の関係を示すグラフである。
図９によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が４９．２℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が９０．３℃であり、実プロセスの昇温レートが１５８．５℃／秒であり、９００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が２．８℃であった。その後の測定位置６２〜６５における均熱は、１分後が±１０．３５℃であり、５分後が±６．７０℃であり、１０分後が±４．１５℃であった。ヒーターオフ６６の後の降温レートが４２．４℃／秒であった。ヒーターをオフした後３１１秒経過した時６８の温度が１００℃であった。
図９によれば、ヒーターを予備加熱する為にオンした際の測定位置６３の温度が４９．２℃であり、ＲＴＡ（実プロセス）を行う為にヒーターをオンした際の測定位置６３の温度が９０．３℃であり、実プロセスの昇温レートが１５８．５℃／秒であり、９００℃まで昇温された直後のオーバーシュート６７が２．８℃であった。その後の測定位置６２〜６５における均熱は、１分後が±１０．３５℃であり、５分後が±６．７０℃であり、１０分後が±４．１５℃であった。ヒーターオフ６６の後の降温レートが４２．４℃／秒であった。ヒーターをオフした後３１１秒経過した時６８の温度が１００℃であった。
上記実験結果から、前記加圧式ランプアニール装置によって加圧式ランプアニール処理を行うことができることが確認された。
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、前記ランプとしては、種々のランプ光源を用いることが可能であり、ハロゲンランプを光源として用いても良いし、ランプメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどのＵＶランプを光源として用いても良い。
また、上記実施の形態では、ＰＺＴ強誘電体キャパシタを作製する方法について説明しているが、他の電子部品を作製することに本発明を適用することも可能である。
また、上記実施の形態では、ＰＺＴ強誘電体キャパシタを作製する方法について説明しているが、他の電子部品を作製することに本発明を適用することも可能である。
１…チャンバー
１ａ…チャンバーの内表面
２…ウエハ
３…載置台
４…石英ガラス
４ａ…略円柱部
４ｂ…鍔
５…ランプヒータ
６…筐体
７…排気ダクト
８…フッ化カルシウム
９…放射温度計
１０…基板
１１…処理室内の高さ
１２…加圧ライン
１３…アルゴンガス供給源
１４〜１６…逆止弁
１７〜１９…フィルタ
２０〜２２…圧力計
２３〜２５…バルブ
２６〜２８…レギュレータ
２９…酸素ガス供給源
３０…ランプ
３１〜３３…マスフローコントローラ
３４〜３６…バルブ
３７加熱ユニット
３８…窒素ガス供給源
３９…可変バルブ
４０…圧力計
４１，４２…開放バルブ
４３…リークバルブ
４４…逆止弁
４５…窒素ガス供給源
４６…ドライエアー供給源
４７，４８…シャワー状ガス通路
４９…ゲートバルブ
５０…ランプ光
５１…第８配管
５２…第９配管
５３…搬送ロボット
５４…カセット
５５…処理室
５６，５８，５９…Ｏリング
６０…照度計
６１…ランプ光
６２〜６５…測定位置
６６…ヒーターオフ
６７…オーバーシュート
６８…ヒーターをオフした後３１１秒経過した時
６９…バルブ
７０…真空ポンプ
８０…石英窓
９０…石英サセプタ
１００…チャンバー
１１０…フッ化バリウム
１２０…パイロメータ
１ａ…チャンバーの内表面
２…ウエハ
３…載置台
４…石英ガラス
４ａ…略円柱部
４ｂ…鍔
５…ランプヒータ
６…筐体
７…排気ダクト
８…フッ化カルシウム
９…放射温度計
１０…基板
１１…処理室内の高さ
１２…加圧ライン
１３…アルゴンガス供給源
１４〜１６…逆止弁
１７〜１９…フィルタ
２０〜２２…圧力計
２３〜２５…バルブ
２６〜２８…レギュレータ
２９…酸素ガス供給源
３０…ランプ
３１〜３３…マスフローコントローラ
３４〜３６…バルブ
３７加熱ユニット
３８…窒素ガス供給源
３９…可変バルブ
４０…圧力計
４１，４２…開放バルブ
４３…リークバルブ
４４…逆止弁
４５…窒素ガス供給源
４６…ドライエアー供給源
４７，４８…シャワー状ガス通路
４９…ゲートバルブ
５０…ランプ光
５１…第８配管
５２…第９配管
５３…搬送ロボット
５４…カセット
５５…処理室
５６，５８，５９…Ｏリング
６０…照度計
６１…ランプ光
６２〜６５…測定位置
６６…ヒーターオフ
６７…オーバーシュート
６８…ヒーターをオフした後３１１秒経過した時
６９…バルブ
７０…真空ポンプ
８０…石英窓
９０…石英サセプタ
１００…チャンバー
１１０…フッ化バリウム
１２０…パイロメータ
Claims (11)
- 処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理基板を保持する保持部と、
前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、
前記処理室に接して配置された透明部材と、
前記処理室の外部に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明部材を通して照射されるランプヒータと、
前記透明部材に接して配置されたＯリングと、
前記透明部材の表面に形成された、前記Ｏリングを前記ランプ光から遮るための反射膜と、
を具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。 - 請求項１において、前記処理室の内表面に形成された反射膜をさらに具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１又は２において、前記反射膜はＡｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分とした膜によって形成されたものであることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記透明部材の厚さｔは、アニール処理を行う際の前記処理室内の設計圧力をＰ（単位：Ｐａ）とし、前記処理室内から前記透明部材が圧力を受ける面の面積をＡ（単位：ｍｍ２）とし、前記透明部材の曲げ応力をσb（単位：Ｎ／ｍｍ２）としたときに下記式を満たすものであることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２ - 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記保持部に保持される被処理基板の表面と略垂直方向の前記処理室の長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至５のいずれか一項において、前記ガス導入機構は、マスフローコントローラと、該マスフローコントローラの上流側と下流側の差圧を作るレギュレータと、をさらに具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記ガス導入機構は、前記処理室内にシャワー状のガスを供給するものであることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至７のいずれか一項において、前記ガス排気機構は、前記処理室内のガスをシャワー状に排気するものであることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至８のいずれか一項において、前記処理室内に前記被処理基板を導入する導入口及び該導入口を開閉させる弁体を備えたゲートバルブと、前記弁体に接して配置され、前記弁体に対して前記処理室とは逆側に配置されたＯリングとをさらに具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至９のいずれか一項において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより、前記処理室内を加圧した状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
- 請求項１乃至９のいずれか一項において、前記ガス導入機構によって前記処理室内にガスを導入しつつ前記処理室内のガスを前記ガス排気機構によって排気することにより前記処理室内を加圧した後、前記ガス導入機構及び前記ガス排気機構それぞれを停止させた状態で前記被処理基板をアニール処理するように制御する制御部をさらに具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
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