JP6201131B2 - Membrane manufacturing method and multi-chamber apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、膜を酸化して結晶化する膜の製造方法及びマルチチャンバー装置に関する。 The present invention relates to a film manufacturing method and a multi-chamber apparatus for oxidizing and crystallizing a film.
従来のPb(Zr,Ti)O3(以下、「PZT」という。)ペロブスカイト型強誘電体セラミックスの製造方法について説明する。 A conventional method for producing Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as “PZT”) perovskite ferroelectric ceramics will be described.
4インチSiウエハ上に膜厚300nmのSiO2膜を形成し、このSiO2膜上に膜厚5nmのTiOX膜を形成する。次に、このTiOX膜上に例えば(111)に配向した膜厚150nmのPt膜を形成し、このPt膜上にスピンコーターによってPZTゾルゲル溶液を大気雰囲気で回転塗布する。この際のスピン条件は、1500rpmの回転速度で30秒間回転させ、4000rpmの回転速度で10秒間回転させる条件である。 A 300 nm thick SiO 2 film is formed on a 4-inch Si wafer, and a 5 nm thick TiO x film is formed on the SiO 2 film. Next, a Pt film having a thickness of 150 nm, for example, oriented in (111) is formed on the TiO X film, and a PZT sol-gel solution is spin-coated on the Pt film by a spin coater in an air atmosphere. The spin condition at this time is a condition for rotating for 30 seconds at a rotational speed of 1500 rpm and for 10 seconds at a rotational speed of 4000 rpm.
次に、この塗布されたPZTゾルゲル溶液を250℃のホットプレート上で30秒間大気雰囲気で加熱保持して乾燥させ、水分を除去した後、さらに500℃の高温に保持したホットプレート上で60秒間加熱保持して仮焼成を行う。これを複数回繰り返すことで膜厚150nmのPZTアモルファス薄膜を生成する。 Next, this applied PZT sol-gel solution is heated and dried in an air atmosphere for 30 seconds on a hot plate at 250 ° C., dried, and after removing moisture, is further heated for 60 seconds on a hot plate kept at a high temperature of 500 ° C. Temporary firing is performed while heating. By repeating this several times, a 150 nm thick PZT amorphous thin film is produced.
この後、加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で600℃、1分間のRTA処理を行う。以下、詳細に説明する。 Thereafter, RTA treatment is performed at 600 ° C. for 1 minute in a pressurized oxygen atmosphere using a pressurized lamp annealing apparatus. Details will be described below.
4インチSiウエハを処理室内に導入し、その処理室内に酸素ガスを導入して酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、処理室内は1MPa未満の所定の圧力まで加圧され、その圧力に到達した時に処理室内への酸素ガスの導入を停止し、その圧力で処理室内が維持される。 A 4-inch Si wafer is introduced into the processing chamber, and oxygen gas is introduced into the processing chamber and gradually pressurized while maintaining an oxygen atmosphere. Then, the processing chamber is pressurized to a predetermined pressure of less than 1 MPa, and when the pressure is reached, the introduction of oxygen gas into the processing chamber is stopped, and the processing chamber is maintained at that pressure.
次に、ランプ光を4インチSiウエハに照射する。これにより、PZTアモルファス薄膜が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(例えば特許文献1参照)。 Next, a 4 inch Si wafer is irradiated with lamp light. As a result, the PZT amorphous thin film is rapidly heated to 600 ° C. and held at a temperature of 600 ° C. for 1 minute. As a result, PZT and oxygen react quickly, and the PZT film is crystallized (see, for example, Patent Document 1).
上記従来の製造方法では、温度と湿度を制御することなく大気雰囲気でPZTゾルゲル溶液を塗布するため、その塗布膜からアルコールや水分等の蒸発する量が塗布毎に異なり、その塗布膜の膜厚が変動することがある。 In the above conventional manufacturing method, since the PZT sol-gel solution is applied in an air atmosphere without controlling the temperature and humidity, the amount of evaporation of alcohol, moisture, etc. from the coating film differs for each coating, and the film thickness of the coating film May fluctuate.
また、上記従来の製造方法では、反応性が高いゾルゲル溶液の塗布膜を大気雰囲気で加熱保持して乾燥させるため、乾燥中に塗布膜の酸化が面内で均一に起こらず、酸化が進む領域と酸化が進まない領域が面内で混在し、酸化の面内均一性が悪くなる。また、大気雰囲気中の窒素が乾燥中の塗布膜の酸化を阻害することがあるため、面内で均一に塗布膜の酸化が起こりにくくなる。 Further, in the above conventional manufacturing method, since the coating film of the highly reactive sol-gel solution is heated and held in the air atmosphere and dried, the oxidation of the coating film does not occur uniformly in the surface during drying, and the oxidation proceeds. In other words, the region where the oxidation does not proceed is mixed in the plane, and the in-plane uniformity of the oxidation is deteriorated. In addition, since nitrogen in the air atmosphere may inhibit the oxidation of the coating film being dried, the coating film is less likely to be uniformly oxidized in the plane.
また、上記従来の加圧式ランプアニール装置では、PZTアモルファス薄膜を急速に加熱して結晶化するときに処理室内への酸素ガスの導入を停止しているため、PZTと酸素が反応した時に発生するCO2やH2OがPZTアモルファス薄膜の表面付近に残存して漂う。その表面付近のCO2やH2OがPZTの酸化を妨げるので、PZT膜の結晶化状態の面内均一性が悪くなり、結晶化が十分な領域と不十分な領域が面内で混在することになる。 Moreover, in the above-mentioned conventional pressure-type lamp annealing apparatus, since the introduction of oxygen gas into the processing chamber is stopped when the PZT amorphous thin film is rapidly heated and crystallized, it occurs when PZT reacts with oxygen. CO 2 and H 2 O remain and drift near the surface of the PZT amorphous thin film. Since CO 2 and H 2 O in the vicinity of the surface hinder the oxidation of PZT, the in-plane uniformity of the crystallized state of the PZT film is deteriorated, and a sufficient crystallization region and an insufficient region are mixed in the surface. It will be.
本発明の一態様は、基板上にゾルゲル溶液を塗布することで基板上に膜を形成する際に膜から蒸発する物質の量の変動を抑制することを課題とする。
また、本発明の一態様は、金属及びCaHbを含有する膜を結晶化した結晶化膜における結晶化状態の面内均一性を向上させることを課題とする。
An object of one embodiment of the present invention is to suppress variation in the amount of a substance that evaporates from a film when a film is formed over the substrate by applying a sol-gel solution over the substrate.
Another object of one embodiment of the present invention is to improve in-plane uniformity of a crystallized state in a crystallized film obtained by crystallizing a film containing a metal and C a H b .
以下に、本発明の種々の態様について説明する。
[1]第1の温度及び第1の湿度を有する雰囲気によって基板上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布することで、前記基板上に膜を形成し、
前記膜を、酸素ガス雰囲気または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気で且つ加圧雰囲気により熱処理することで、前記膜を酸化して結晶化する膜の製造方法であり、
前記第1の温度が10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度が30%以下であることを特徴とする膜の製造方法。
Hereinafter, various aspects of the present invention will be described.
[1] A film is formed on the substrate by applying a sol-gel solution on the substrate by spin coating in an atmosphere having a first temperature and a first humidity.
A method of producing a film in which the film is oxidized and crystallized by heat-treating the film in an oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of an oxygen gas and an inert gas and in a pressurized atmosphere;
The first temperature is within a range of 10 ° C to 40 ° C;
The method for producing a film, wherein the first humidity is 30% or less.
[2]上記[1]において、
前記第1の温度及び第1の湿度を有する雰囲気は、エアー雰囲気、不活性ガス雰囲気、酸素ガス雰囲気、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気であることを特徴とする膜の製造方法。
[2] In the above [1],
The method for producing a film, wherein the atmosphere having the first temperature and the first humidity is an air atmosphere, an inert gas atmosphere, an oxygen gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere of oxygen gas and inert gas.
[3]上記[1]または[2]において、
前記ゾルゲル溶液を第2の温度に制御し、前記第2の温度が20℃〜100℃の範囲内であることを特徴とする膜の製造方法。
[3] In the above [1] or [2],
The method for producing a film, wherein the sol-gel solution is controlled to a second temperature, and the second temperature is in a range of 20 ° C to 100 ° C.
[4]上記[1]乃至[3]のいずれか一項において、
前記膜を酸化して結晶化する際は、前記膜を第3の温度に保持した後に第4の温度に保持し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とする膜の製造方法。
[4] In any one of [1] to [3] above,
When the film is oxidized and crystallized, the film is held at a third temperature and then held at a fourth temperature,
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The method for producing a film, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
[5]上記[4]において、
前記膜を前記第3の温度に保持する際及び前記膜を前記第4の温度に保持する際の一方は、前記基板の上面にランプ光を照射し、
前記膜を前記第3の温度に保持する際及び前記膜を前記第4の温度に保持する際の他方は、前記基板の下面にランプ光を照射することを特徴とする膜の製造方法。
[5] In the above [4],
One of holding the film at the third temperature and holding the film at the fourth temperature irradiates the upper surface of the substrate with lamp light,
The other method of maintaining the film at the third temperature and the other of maintaining the film at the fourth temperature irradiates the lower surface of the substrate with lamp light.
[6]上記[1]乃至[5]のいずれか一項において、
前記膜を酸化して結晶化した膜は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、OSirPt、U、CO、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MOおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、MO、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とする膜の製造方法。
[6] In any one of [1] to [5] above,
A film obtained by oxidizing and crystallizing the film is represented by the general formula ABO 3 , where A is Al, Y, Na, K, Rb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, Ca, Pr, Nd, Bi. And at least one element selected from the group consisting of lanthanum series elements of the periodic table, wherein B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Ru, Rh, Pd, Re, OSirPt, U CO, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V, Nb, Ta, MO, and a film containing a perovskite material containing at least one element selected from the group consisting of W and W or a bismuth oxide layer And a perovskite type structural block, which includes a bismuth layered structure ferroelectric crystal having a structure in which the perovskite type structural block is alternately stacked. The perovskite type structural block includes Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba. , Y, Bi, Pb and at least one element L selected from rare earth elements, and at least one element R selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, MO, Mn, Fe, Si and Ge And a method for producing a film comprising oxygen.
[7]上記[6]において、
前記酸化して結晶化した膜の厚さは0.5μm以上であることを特徴とする膜の製造方法。
[7] In the above [6],
The method for producing a film, wherein the oxidized and crystallized film has a thickness of 0.5 μm or more.
[8]上記[1]乃至[7]のいずれか一項において、
前記膜を酸化して結晶化する膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し、前記膜上の雰囲気が第1の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、前記膜上の雰囲気が第2の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を加圧することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。
[8] In any one of the above [1] to [7],
The film that oxidizes and crystallizes the film is a film containing metal and C a H b .
During the heat treatment, a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas is introduced onto the film, and the atmosphere on the film is reduced when the atmosphere on the film reaches the first pressure. Then, H 2 O or CO 2 is removed from the film, and the atmosphere on the film is pressurized when the atmosphere on the film reaches the second pressure.
However, a and b are natural numbers.
[9]上記[8]において、
前記第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であることを特徴とする膜の製造方法。
[9] In the above [8],
The first pressure is 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more),
The second pressure is a pressure of 95% or less of the first pressure (preferably a pressure of 90% or less, more preferably a pressure of 85% or less, and further preferably a pressure of 80% or less). A method for manufacturing a film.
[10]上記[8]または[9]において、
前記膜上の雰囲気を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を停止し、前記膜上の雰囲気を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を開始することを特徴とする膜の製造方法。
[10] In the above [8] or [9],
The introduction of the oxygen gas or the mixed gas is stopped when the atmosphere on the film is decompressed, and the introduction of the oxygen gas or the mixed gas is started when the atmosphere on the film is pressurized. A method for producing a membrane.
[11]上記[1]乃至[7]のいずれか一項において、
前記膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながらH2OまたはCO2を前記膜上から除去することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。
[11] In any one of the above [1] to [7],
The film is a film containing a metal and C a H b ,
A method for producing a film, wherein, during the heat treatment, H 2 O or CO 2 is removed from the film while flowing a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas over the film. .
However, a and b are natural numbers.
[12]上記[11]において、
前記酸素ガスまたは前記混合ガスを流す量は、5リットル/min以上であることを特徴とする膜の製造方法。
[12] In the above [11],
The method for producing a film, wherein the flow rate of the oxygen gas or the mixed gas is 5 liters / min or more.
[13]上記[11]または[12]において、
前記膜上の雰囲気が第1の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、前記膜上の雰囲気が第2の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を加圧することを特徴とする膜の製造方法。
[13] In the above [11] or [12],
When the atmosphere on the film reaches the first pressure, the atmosphere on the film is depressurized to remove H 2 O or CO 2 from the film, and the atmosphere on the film reaches the second pressure. A method for producing a film, characterized in that the atmosphere on the film is sometimes pressurized.
[14][13]において、
前記第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であることを特徴とする膜の製造方法。
[14] In [13],
The first pressure is 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more),
The second pressure is a pressure of 95% or less of the first pressure (preferably a pressure of 90% or less, more preferably a pressure of 85% or less, and further preferably a pressure of 80% or less). A method for manufacturing a film.
[15]上記[11]乃至[14]のいずれか一項において、
前記膜上に流れる前記酸素ガスまたは前記混合ガスは、乱流またはカルマン渦を有することを特徴とする膜の製造方法。
[15] In any one of [11] to [14] above,
The method for producing a film, wherein the oxygen gas or the mixed gas flowing on the film has a turbulent flow or a Karman vortex.
[16]上記[8]乃至[15]のいずれか一項において、
前記熱処理は、前記膜を移動させながら行うことを特徴とする膜の製造方法。
[16] In any one of the above [8] to [15],
The method for producing a film, wherein the heat treatment is performed while moving the film.
[17]上記[16]において、
前記移動は、上下移動または回転運動または上下移動と回転運動の組み合せであることを特徴とする膜の製造方法。
[17] In the above [16],
The film movement method is characterized in that the movement is a vertical movement or a rotational movement or a combination of a vertical movement and a rotational movement.
[18]上記[1]乃至[7]のいずれか一項において、
前記膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜を移動させながらH2OまたはCO2を前記膜上から除去することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。
[18] In any one of the above [1] to [7],
The film is a film containing a metal and C a H b ,
A method of manufacturing a film, wherein, during the heat treatment, H 2 O or CO 2 is removed from the film while moving the film.
However, a and b are natural numbers.
[19]上記[18]において、
前記移動は、上下移動または回転運動または上下移動と回転運動の組み合せであることを特徴とする膜の製造方法。
[19] In the above [18],
The film movement method is characterized in that the movement is a vertical movement or a rotational movement or a combination of a vertical movement and a rotational movement.
[20]基板上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布することで前記基板上に膜を形成するスピンコート室と、
前記スピンコート室内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度になるように、前記スピンコート室内にガスを供給する第1の供給機構と、
前記スピンコート室内を排気する第1の排気機構と、
前記スピンコート室に第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続され、前記膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第1の熱処理室と、
前記第1の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第1の加熱機構と、
前記第1の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第2の供給機構と、
前記第1の熱処理室内を排気する第2の排気機構と、
を具備し、
前記第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度は30%以下であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[20] A spin coating chamber for forming a film on the substrate by applying a sol-gel solution on the substrate by spin coating;
A first supply mechanism for supplying a gas into the spin coat chamber so that the temperature and humidity in the spin coat chamber become the first temperature and the first humidity;
A first exhaust mechanism for exhausting the spin coat chamber;
A transfer chamber connected to the spin coat chamber via a first gate valve;
A transport mechanism for transporting the substrate, disposed in the transport chamber;
A first heat treatment chamber connected to the transfer chamber via a second gate valve and heat-treating the film in a pressurized oxygen atmosphere;
A first heating mechanism disposed in the first heat treatment chamber for heating the film;
A second supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber;
A second exhaust mechanism for exhausting the first heat treatment chamber;
Comprising
The first temperature is in the range of 10 ° C to 40 ° C;
The multi-chamber apparatus, wherein the first humidity is 30% or less.
[21]上記[20]において、
前記搬送室内の温度及び湿度を、前記第1の温度及び前記第1の湿度になるように、前記搬送室内にエアーを供給する第3の供給機構と、
前記搬送室内を排気する第3の排気機構と、
を有することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[21] In the above [20],
A third supply mechanism for supplying air into the transfer chamber so that the temperature and humidity in the transfer chamber become the first temperature and the first humidity;
A third exhaust mechanism for exhausting the transfer chamber;
A multi-chamber apparatus characterized by comprising:
[22]上記[20]において、
前記搬送室内に、不活性ガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第4の供給機構と、
前記搬送室内を排気する第4の排気機構と、
を有することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[22] In the above [20],
A fourth supply mechanism for supplying an inert gas, oxygen gas, or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the transfer chamber;
A fourth exhaust mechanism for exhausting the transfer chamber;
A multi-chamber apparatus characterized by comprising:
[23]上記[20]乃至[22]のいずれか一項において、
前記第1の供給機構が供給するガスは、エアー、Arガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスであることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[23] In any one of [20] to [22] above,
The gas supplied by the first supply mechanism is air, Ar gas, oxygen gas, or a mixed gas of oxygen gas and inert gas.
[24]上記[20]乃至[23]のいずれか一項において、
前記ゾルゲル溶液が第2の温度となるように、前記ゾルゲル溶液の温度を制御する温度制御機構を有し、前記第2の温度が20℃〜100℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[24] In any one of [20] to [23] above,
A temperature control mechanism for controlling the temperature of the sol-gel solution so that the sol-gel solution has a second temperature, wherein the second temperature is in a range of 20 ° C. to 100 ° C. Chamber device.
[25]上記[20]乃至[24]のいずれか一項において、
前記第1の熱処理室内で前記第1の加熱機構によって加熱した前記膜を第3の温度に保持した後に第4の温度に保持するように制御する第1の制御部を有し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[25] In any one of [20] to [24] above,
A first control unit for controlling the film heated by the first heating mechanism in the first heat treatment chamber to be held at a fourth temperature after being held at a third temperature;
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The multi-chamber apparatus, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
[26]上記[20]乃至[24]のいずれか一項において、
前記搬送室に第3のゲートバルブを介して接続され、前記第1の熱処理室で熱処理した膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第2の熱処理室と、
前記第2の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第2の加熱機構と、
前記第2の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第5の供給機構と、
前記第2の熱処理室内を排気する第5の排気機構と、
前記第1の熱処理室内で前記第1の加熱機構によって加熱した前記膜を第3の温度に保持するように制御する第2の制御部と、
前記第2の熱処理室内で前記第2の加熱機構によって加熱した前記膜を第4の温度に保持するように制御する第3の制御部と、
を有し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[26] In any one of the above [20] to [24],
A second heat treatment chamber that is connected to the transfer chamber via a third gate valve and heat-treats the film heat-treated in the first heat treatment chamber in a pressurized oxygen atmosphere;
A second heating mechanism disposed in the second heat treatment chamber for heating the film;
A fifth supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the second heat treatment chamber;
A fifth exhaust mechanism for exhausting the second heat treatment chamber;
A second control unit for controlling the film heated by the first heating mechanism in the first heat treatment chamber to be maintained at a third temperature;
A third controller for controlling the film heated by the second heating mechanism in the second heat treatment chamber to be maintained at a fourth temperature;
Have
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The multi-chamber apparatus, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
[27]上記[26]において、
前記第1の加熱機構及び前記第2の加熱機構の一方は、前記基板の上面にランプ光を照射する第1のランプヒータを有し、
前記第1の加熱機構及び前記第2の加熱機構の他方は、前記基板の下面にランプ光を照射する第2のランプヒータを有することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[27] In the above [26],
One of the first heating mechanism and the second heating mechanism has a first lamp heater that irradiates the upper surface of the substrate with lamp light,
The other of the first heating mechanism and the second heating mechanism includes a second lamp heater that irradiates a lower surface of the substrate with lamp light.
[28]上記[20]乃至[27]のいずれか一項において、
前記膜を熱処理することにより前記膜を酸化して結晶化した膜は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、OSirPt、U、CO、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MOおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、MO、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[28] In any one of [20] to [27] above,
A film obtained by oxidizing and crystallizing the film by heat-treating the film is represented by the general formula ABO 3 , where A is Al, Y, Na, K, Rb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, It comprises at least one element selected from the group consisting of Ca, Pr, Nd, Bi and a lanthanum series element of the periodic table, and B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Ru, Rh, Including a perovskite substance comprising at least one element selected from the group consisting of Pd, Re, OSirPt, U, CO, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V, Nb, Ta, MO, and W A film or a film containing a bismuth layer-structured ferroelectric crystal having a structure in which bismuth oxide layers and perovskite structure blocks are alternately stacked, and the perovskite structure blocks are Li , Na, K, Ca, Sr, Ba, Y, Bi, Pb and at least one element L selected from rare earth elements, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, MO, Mn, Fe, Si And a multi-chamber device comprising at least one element R selected from Ge and oxygen, and oxygen.
[29]上記[20]乃至[25]のいずれか一項において、
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第4の制御部と、
を具備し、
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、前記第1の熱処理室内が第1の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を減圧し、前記第1の熱処理室内が第2の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を加圧する雰囲気で前記基板を熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[29] In any one of the above [20] to [25],
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fourth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The fourth control unit supplies pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber, and when the first heat treatment chamber reaches the first pressure. The first heat treatment chamber is depressurized, and when the first heat treatment chamber reaches a second pressure, the substrate is heat treated in an atmosphere in which the first heat treatment chamber is pressurized. Multi-chamber device.
[30]上記[29]において、
前記第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であることを特徴とするマルチチャンバー装置。
[30] In the above [29],
The first pressure is 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more),
The second pressure is a pressure of 95% or less of the first pressure (preferably a pressure of 90% or less, more preferably a pressure of 85% or less, and further preferably a pressure of 80% or less). Multi-chamber device.
[31]上記[29]または[30]において、
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を停止し、前記第1の熱処理室内を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を開始するように、前記ガス導入機構を制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[31] In the above [29] or [30],
The fourth control unit stops introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber when depressurizing the first heat treatment chamber, and pressurizes the first heat treatment chamber. The gas introduction mechanism is controlled so that the introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber is started.
[32]上記[20]乃至[25]のいずれか一項において、
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第5の制御部と、
を具備し、
前記第5の制御部は、前記基板上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながら前記基板を加圧酸素雰囲気で熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[32] In any one of [20] to [25] above,
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fifth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The fifth control unit controls the substrate to be heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere while flowing a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas over the substrate. Chamber device.
[33]上記[32]において、
前記第5の制御部は、前記第1の熱処理室内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、前記第1の熱処理室内が第1の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を減圧し、前記第1の熱処理室内が第2の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を加圧する雰囲気で前記基板を熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[33] In the above [32],
The fifth control unit supplies pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber, and when the first heat treatment chamber reaches the first pressure. The first heat treatment chamber is depressurized, and when the first heat treatment chamber reaches a second pressure, the substrate is heat treated in an atmosphere in which the first heat treatment chamber is pressurized. Multi-chamber device.
[34]上記[32]または[33]において、
前記第2の供給機構は障害物を有し、
前記基板上に流れる前記酸素ガスまたは前記混合ガスに前記障害物によって乱流またはカルマン渦を形成することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[34] In the above [32] or [33],
The second supply mechanism has an obstacle;
A multi-chamber apparatus characterized by forming a turbulent flow or a Karman vortex in the oxygen gas or mixed gas flowing on the substrate by the obstacle.
[35]上記[29]乃至[34]のいずれか一項において、
前記第1の熱処理室内の前記保持部を移動させる駆動機構を有し、
前記熱処理は、前記駆動機構によって前記保持部とともに前記基板を移動させながら行うことを特徴とするマルチチャンバー装置。
[35] In any one of [29] to [34] above,
A drive mechanism for moving the holding portion in the first heat treatment chamber;
The multi-chamber apparatus, wherein the heat treatment is performed while moving the substrate together with the holding portion by the driving mechanism.
[36]上記[20]乃至[25]のいずれか一項において、
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記保持部を移動させる駆動機構と、
前記駆動機構、前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第6の制御部と、
を具備し、
前記第6の制御部は、前記保持部とともに前記基板を移動させながら前記基板を加圧酸素雰囲気で熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。
[36] In any one of [20] to [25] above,
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A drive mechanism for moving the holding part;
A sixth control unit that controls the drive mechanism, the second supply mechanism, and the second exhaust mechanism;
Comprising
The sixth control unit controls the substrate to be heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere while moving the substrate together with the holding unit.
本発明の一態様を適用することで、基板上にゾルゲル溶液を塗布することで基板上に膜を形成する際に膜から蒸発する物質の量の変動を抑制することができる。
また、本発明の一態様を適用することで、金属及びCaHbを含有する膜を結晶化した結晶化膜における結晶化状態の面内均一性を向上させることができる。
By applying one embodiment of the present invention, variation in the amount of a substance that evaporates from a film when the film is formed over the substrate by applying a sol-gel solution over the substrate can be suppressed.
In addition, by applying one embodiment of the present invention, in-plane uniformity of a crystallized state in a crystallized film obtained by crystallizing a film containing a metal and C a H b can be improved.
以下では、本発明の実施形態及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容及び実施例に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments and examples below.
(第1の実施形態)
≪マルチチャンバー装置≫
図1は、本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示すスピンコート室104を備えたスピンコーター装置を示す模式図である。図3は、図1に示す第1の熱処理室107を備えた第1の加圧式ランプアニール装置を模式的に示す断面図である。図4は、図1に示す第2の熱処理室108を備えた第2の加圧式ランプアニール装置を模式的に示す断面図である。第1及び第2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。
(First embodiment)
≪Multi-chamber device≫
FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a multi-chamber apparatus according to an aspect of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing a spin coater apparatus including the spin coat chamber 104 shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a first pressure-type lamp annealing apparatus provided with the first heat treatment chamber 107 shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a second pressure type lamp annealing apparatus provided with the second heat treatment chamber 108 shown in FIG. The first and second pressure-type lamp annealing apparatuses perform lamp annealing (RTA; rapid thermal anneal) in a pressurized state.
図1に示すマルチチャンバー装置は、ロードロック室101と、搬送室102と、搬送ロボット103と、スピンコート室104と、アライナー106と、第1の熱処理室107と、第2の熱処理室108とを有している。 The multi-chamber apparatus shown in FIG. 1 includes a load lock chamber 101, a transfer chamber 102, a transfer robot 103, a spin coat chamber 104, an aligner 106, a first heat treatment chamber 107, and a second heat treatment chamber 108. have.
ロードロック室101には真空ポンプ(図示せず)が接続されており、処理を施す基板(例えばSi基板、Siウエハ)23をロードロック室101内に導入し、真空ポンプによってロードロック室101内が真空排気されるようになっている。 A vacuum pump (not shown) is connected to the load lock chamber 101, and a substrate (for example, Si substrate, Si wafer) 23 to be processed is introduced into the load lock chamber 101, and the load lock chamber 101 is filled with the vacuum pump. Is evacuated.
搬送室102は、ゲートバルブ151を介してロードロック室101に接続されている。搬送室102内には搬送ロボット103が配置されている。搬送室102には真空ポンプ(図示せず)が接続されており、その真空ポンプによって搬送室102内が真空排気されるようになっている。 The transfer chamber 102 is connected to the load lock chamber 101 via a gate valve 151. A transfer robot 103 is disposed in the transfer chamber 102. A vacuum pump (not shown) is connected to the transfer chamber 102, and the inside of the transfer chamber 102 is evacuated by the vacuum pump.
また、マルチチャンバー装置は、搬送室102内の温度及び湿度を、後述する第1の温度及び第1の湿度になるように、搬送室102内にガス(例えばエアー)を供給する第3の供給機構と、搬送室102内を排気する第3の排気機構を有していてもよいし、搬送室102内に、Arガス等の不活性ガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第4の供給機構と、搬送室102内を排気する第4の排気機構を有していてもよい。 The multi-chamber apparatus supplies a third supply for supplying gas (for example, air) into the transfer chamber 102 so that the temperature and humidity in the transfer chamber 102 become the first temperature and the first humidity described later. A mechanism and a third exhaust mechanism for exhausting the inside of the transfer chamber 102 may be provided. In the transfer chamber 102, inert gas such as Ar gas, oxygen gas, or a mixture of oxygen gas and inert gas A fourth supply mechanism that supplies gas and a fourth exhaust mechanism that exhausts the inside of the transfer chamber 102 may be provided.
<図2のスピンコーター装置>
スピンコート室104は、ゲートバルブ151を介して搬送室102に接続されている。
図2に示すスピンコーター装置は、基板23上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布することで基板23上に膜を形成するスピンコート室104と、スピンコート室104内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度になるように、スピンコート室104内にガスを供給する第1の供給機構と、スピンコート室104内を排気する第1の排気機構を有している。第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、第1の湿度は30%以下(好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下)であるとよい。
<Spin coater apparatus of FIG. 2>
The spin coat chamber 104 is connected to the transfer chamber 102 via a gate valve 151.
The spin coater shown in FIG. 2 has a spin coat chamber 104 in which a film is formed on a substrate 23 by applying a sol-gel solution on the substrate 23 by spin coating, and the temperature and humidity in the spin coat chamber 104 are set as follows. A first supply mechanism for supplying gas into the spin coat chamber 104 and a first exhaust mechanism for exhausting the interior of the spin coat chamber 104 so that the temperature and the first humidity are the same. The first temperature is in the range of 10 ° C. to 40 ° C., and the first humidity is preferably 30% or less (preferably 20% or less, more preferably 10% or less).
第1の供給機構は、エアー供給源111が、レギュレータ112、冷凍式エアドライヤ113、フィルタ114、フローメータ115、バルブ116、バルブ・ニードル117及び熱交換器118を介してスピンコート室104に接続されたものである。
第1の排気機構は、スピンコート室104内の気体を、ダンパー119を通してカップに排気するものである。
In the first supply mechanism, an air supply source 111 is connected to the spin coat chamber 104 via a regulator 112, a refrigeration air dryer 113, a filter 114, a flow meter 115, a valve 116, a valve / needle 117 and a heat exchanger 118. It is a thing.
The first exhaust mechanism exhausts the gas in the spin coat chamber 104 to the cup through the damper 119.
なお、本実施形態では、第1の供給機構が供給するガスとしてエアーを用いているが、これに限定されるものではなく、第1の供給機構が供給するガスとしてArガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。 In the present embodiment, air is used as the gas supplied by the first supply mechanism. However, the present invention is not limited to this, and the gas supplied by the first supply mechanism may be Ar gas, oxygen gas, or A mixed gas of oxygen gas and inert gas may be used.
また、スピンコーター装置は、スピンコート室104内の温度と湿度を測定する温湿度計120と、第1の供給機構側とスピンコート室104内の差圧を測定する差圧計121を有する。 The spin coater device also includes a thermohygrometer 120 that measures the temperature and humidity in the spin coat chamber 104, and a differential pressure meter 121 that measures the differential pressure in the first supply mechanism and the spin coat chamber 104.
また、スピンコーター装置は、ゾルゲル溶液が第2の温度となるように、ゾルゲル溶液の温度を制御する温度制御機構を有している。第2の温度は20℃〜100℃(好ましくは40℃〜80℃)の範囲内であるとよい。ゾルゲル溶液のケミカルラインのラインヒーターの設定温度は40℃であるとよく、溶液塗布後のランプヒータ加熱時の実溶液温度は80℃であるとよい。 The spin coater device has a temperature control mechanism for controlling the temperature of the sol-gel solution so that the sol-gel solution becomes the second temperature. The second temperature may be in the range of 20 ° C to 100 ° C (preferably 40 ° C to 80 ° C). The set temperature of the line heater in the chemical line of the sol-gel solution is preferably 40 ° C., and the actual solution temperature when the lamp heater is heated after application of the solution is preferably 80 ° C.
<図3の第1の加圧式ランプアニール装置>
第1の熱処理室107は、ゲートバルブ151を介して搬送室102に接続されている。
図3に示す第1の加圧式ランプアニール装置は、スピンコート室104で塗布した膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第1の熱処理室107と、第1の熱処理室107内に配置された、前記膜を加熱する第1の加熱機構としてのランプヒータ5と、第1の熱処理室107内に酸素ガスを供給する第2の供給機構と、第1の熱処理室107内を排気する第2の排気機構と、第1の熱処理室107内でランプヒータ5によって加熱した前記膜を第3の温度に保持するように制御する制御部を有している。第3の温度は100℃〜450℃(好ましくは200℃〜450℃)の範囲内であるとよい。
<First Pressurized Lamp Annealing Apparatus in FIG. 3>
The first heat treatment chamber 107 is connected to the transfer chamber 102 via a gate valve 151.
The first pressure-type lamp annealing apparatus shown in FIG. 3 is disposed in a first heat treatment chamber 107 for heat-treating a film applied in the spin coat chamber 104 in a pressurized oxygen atmosphere, and the first heat treatment chamber 107. The lamp heater 5 as a first heating mechanism for heating the film, a second supply mechanism for supplying oxygen gas into the first heat treatment chamber 107, and a second exhaust for exhausting the interior of the first heat treatment chamber 107 An exhaust mechanism and a controller for controlling the film heated by the lamp heater 5 in the first heat treatment chamber 107 to be maintained at a third temperature are provided. The third temperature may be in the range of 100 ° C. to 450 ° C. (preferably 200 ° C. to 450 ° C.).
第2の供給機構は後述する加圧ラインである。第2の排気機構は後述する圧力調整ラインである。なお、本実施形態では、第2の供給機構が供給するガスとして酸素ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、第2の供給機構が供給するガスとして酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。 The second supply mechanism is a pressure line described later. The second exhaust mechanism is a pressure adjustment line to be described later. In this embodiment, oxygen gas is used as the gas supplied by the second supply mechanism. However, the present invention is not limited to this, and oxygen gas and inert gas are supplied as the gas supplied by the second supply mechanism. You may use the mixed gas of.
<図4の第2の加圧式ランプアニール装置>
第2の熱処理室108は、搬送室102にゲートバルブ151を介して接続されている。
図4に示す第2の加圧式ランプアニール装置は、第1の熱処理室107で熱処理した膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第2の熱処理室108と、第2の熱処理室108内に配置された、前記膜を加熱する第2の加熱機構としてのランプヒータ5と、第2の熱処理室108内に酸素ガスを供給する第5の供給機構と、第2の熱処理室108内を排気する第5の排気機構と、第2の熱処理室108内でランプヒータ5によって加熱した前記膜を第4の温度に保持するように制御する制御部を有している。第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であるとよい。
<Second Pressurized Lamp Annealing Apparatus in FIG. 4>
The second heat treatment chamber 108 is connected to the transfer chamber 102 via a gate valve 151.
The second pressure-type lamp annealing apparatus shown in FIG. 4 is disposed in the second heat treatment chamber 108 and the second heat treatment chamber 108 for heat-treating the film heat-treated in the first heat treatment chamber 107 in a pressurized oxygen atmosphere. In addition, the lamp heater 5 as a second heating mechanism for heating the film, a fifth supply mechanism for supplying oxygen gas into the second heat treatment chamber 108, and a second exhaust for exhausting the inside of the second heat treatment chamber 108. And a control unit for controlling the film heated by the lamp heater 5 in the second heat treatment chamber 108 so as to be maintained at a fourth temperature. The fourth temperature may be in the range of 451 ° C to 900 ° C.
第5の供給機構は後述する加圧ラインである。第5の排気機構は後述する圧力調整ラインである。なお、本実施形態では、第5の供給機構が供給するガスとして酸素ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、第5の供給機構が供給するガスとして酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。 The fifth supply mechanism is a pressure line described later. The fifth exhaust mechanism is a pressure adjustment line described later. In this embodiment, oxygen gas is used as the gas supplied by the fifth supply mechanism. However, the present invention is not limited to this, and oxygen gas and inert gas are supplied as the gas supplied by the fifth supply mechanism. You may use the mixed gas of.
<図3の第1の加圧式ランプアニール装置の詳細説明>
第1の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は冷却機構7によって水冷されるように構成されている。チャンバー1内には基板23を保持する保持部3が設けられている。保持部3の上方には石英ガラス4a,4bが配置されている。石英ガラス4a,4bは、チャンバー内を加圧する際の圧力に耐えられるように形成されている。
<Detailed Description of First Pressurized Lamp Annealing Apparatus in FIG. 3>
The first pressure-type lamp annealing apparatus has a chamber 1 made of Al. The chamber 1 is configured to be water cooled by a cooling mechanism 7. A holding unit 3 that holds the substrate 23 is provided in the chamber 1. Quartz glasses 4 a and 4 b are arranged above the holding unit 3. The quartz glasses 4a and 4b are formed so as to withstand the pressure when the inside of the chamber is pressurized.
石英ガラス4a,4b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(図示せず)が接続されており、この排気ダクトは筐体6内の熱を排気するものである。 A lamp heater 5 is disposed on the quartz glass 4 a and 4 b, and the lamp heater 5 is disposed inside a metal housing 6. An exhaust duct (not shown) is connected to the upper portion of the housing 6, and this exhaust duct exhausts heat in the housing 6.
保持部3の下方に位置するチャンバー1の下方には放射温度計9が配置されている。チャンバー1内に形成される第1の熱処理室107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。 A radiation thermometer 9 is disposed below the chamber 1 located below the holding unit 3. The first heat treatment chamber 107 formed in the chamber 1 is preferably narrow. This is because the time required to pressurize to a predetermined pressure can be shortened.
チャンバー1内の第1の熱処理室107は加圧バルブを有する加圧ライン(加圧機構)に接続されており、この加圧ラインは、不活性ガス供給源(例えばアルゴンガス供給源)を備えた加圧ライン、酸素ガス供給源O2を備えた加圧ライン及び窒素ガス供給源を備えた加圧ラインを有している。 The first heat treatment chamber 107 in the chamber 1 is connected to a pressurization line (pressurization mechanism) having a pressurization valve, and the pressurization line includes an inert gas supply source (for example, an argon gas supply source). pressurized line has a pressure line having an oxygen gas supply O 2 pressure lines and a nitrogen gas supply source having a.
また、チャンバー1内の第1の熱処理室107はバルブ39を備えた圧力調整ラインに接続されており、圧力調整ラインは排気機構を有している。この圧力調整ライン及び上記の加圧ラインによってチャンバー1内の第1の熱処理室107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。 The first heat treatment chamber 107 in the chamber 1 is connected to a pressure adjustment line having a valve 39, and the pressure adjustment line has an exhaust mechanism. The first heat treatment chamber 107 in the chamber 1 can be pressurized to a predetermined pressure (for example, less than 1 MPa) by the pressure adjustment line and the pressure line.
また、加圧式ランプアニール装置は、上記の加圧ライン及び圧力調整ラインを制御する制御部を有している。
制御部は、第1の熱処理室107内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し、第1の熱処理室107内が第1の圧力に到達した時に第1の熱処理室107内を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、第1の熱処理室107内が第2の圧力に到達した時に第1の熱処理室107内を加圧するような加圧酸素雰囲気で基板23を熱処理するように制御してもよい(第1の制御方法)。その場合、第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であるとよく、第2の圧力は第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であるとよい。例えば、第1の圧力が1気圧以上の場合は第2の圧力が0.9気圧以下であってもよいし、第1の圧力が5気圧以上の場合は第2の圧力が4気圧以下であってもよいし、第1の圧力が10気圧以上の場合は第2の圧力が9気圧以下であってもよい。
The pressurizing lamp annealing apparatus has a control unit that controls the pressurizing line and the pressure adjusting line.
The control unit introduces pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber 107, and the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure when the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure. The inside of the heat treatment chamber 107 is depressurized to remove H 2 O or CO 2 from the film, and the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized when the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the second pressure. The substrate 23 may be controlled to be heat-treated in a pressurized atmosphere (first control method). In that case, the first pressure may be 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more), and the second pressure is 95% or less of the first pressure (preferably 90%). The pressure is preferably less than 85%, more preferably less than 85%, and still more preferably less than 80%. For example, when the first pressure is 1 atm or more, the second pressure may be 0.9 atm or less, and when the first pressure is 5 atm or more, the second pressure is 4 atm or less. Or, when the first pressure is 10 atm or more, the second pressure may be 9 atm or less.
また、制御部は、第1の熱処理室107内を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの第1の熱処理室107内への導入を停止し、第1の熱処理室107内を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの第1の熱処理室107内への導入を開始するように、上記の加圧ライン及び圧力調整ラインを制御してもよい。 Further, the controller stops the introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber 107 when the pressure in the first heat treatment chamber 107 is reduced, and pressurizes the first heat treatment chamber 107. At this time, the pressurization line and the pressure adjustment line may be controlled so that introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber 107 is started.
また、制御部は、基板23上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながら基板23を加圧酸素雰囲気で熱処理するように制御してもよい(第2の制御方法)。その場合、前記酸素ガスまたは前記混合ガスを流す量は、5リットル/min以上(望ましくは10リットル/min以上)であるとよい。
また、上記の第1の制御方法と第2の制御方法を組合せてもよい。
Further, the control unit may control the substrate 23 to be heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere while flowing pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas onto the substrate 23 (second control). Method). In that case, the flow rate of the oxygen gas or the mixed gas may be 5 liter / min or more (desirably 10 liter / min or more).
Further, the first control method and the second control method may be combined.
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(図示せず)に接続されている。ドライエアー供給源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から排気することができる。 Each of the housing 6 and the lamp heater 5 is connected to a dry air supply source (not shown) via a pipe. By introducing dry air from the dry air supply source into the housing and the lamp heater, heat accumulated in the housing and the lamp heater can be exhausted from the exhaust duct.
なお、本実施形態では、ランプヒータ5を基板23の上方に配置し、ランプ光を基板23の上面に照射して上面から基板23を加熱しているが、これに限定されるものではなく、ランプヒータ5を基板23の下方に配置し、ランプ光を基板23の下面に照射して下面から基板23を加熱してもよいし、ランプヒータ5を基板23の上方及び下方の両方に配置し、ランプ光を基板23の上面及び下面に照射して両面から基板23を加熱してもよい。 In the present embodiment, the lamp heater 5 is disposed above the substrate 23, and the substrate 23 is heated from the upper surface by irradiating the upper surface of the substrate 23 with lamp light. However, the present invention is not limited to this. The lamp heater 5 may be disposed below the substrate 23, and the substrate 23 may be heated from the lower surface by irradiating lamp light to the lower surface of the substrate 23. The lamp heater 5 may be disposed both above and below the substrate 23. Alternatively, the substrate 23 may be heated from both sides by irradiating the upper and lower surfaces of the substrate 23 with lamp light.
チャンバー1内の第1の熱処理室107の平面形状は略円形である。加圧ラインから導入されるガスは、基板23の表面と略平行方向にシャワー状に分散させながら基板23上に供給されるようになっている。この基板23上に供給されたガスは、基板23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から排気されるようになっている。シャワー状ガス通路はチャンバー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を通して排気することにより、基板23上に均一性よくガスを供給することが可能となる。 The planar shape of the first heat treatment chamber 107 in the chamber 1 is substantially circular. The gas introduced from the pressurizing line is supplied onto the substrate 23 while being dispersed in a shower shape in a direction substantially parallel to the surface of the substrate 23. The gas supplied onto the substrate 23 is exhausted from a plurality of shower-like gas passages arranged in a direction substantially parallel to the surface of the substrate 23. The shower-like gas passage is formed in the chamber 1. As described above, the gas can be supplied to the substrate 23 with good uniformity by flowing the gas in a shower-like manner and exhausting the gas through the shower-like gas passage.
チャンバー1の一方側にはゲートバルブ151が配置されており、このゲートバルブ151の近傍には基板23を搬送する搬送ロボット103が配置されている。ゲートバルブ151を開いた状態で、チャンバー内の第1の熱処理室107に基板23を搬送ロボット103により搬入、搬出するようになっている。 A gate valve 151 is arranged on one side of the chamber 1, and a transfer robot 103 for transferring the substrate 23 is arranged in the vicinity of the gate valve 151. With the gate valve 151 opened, the substrate 23 is carried into and out of the first heat treatment chamber 107 in the chamber by the transfer robot 103.
ゲートバルブ151は、基板23を第1の熱処理室107内に導入するための開口部と、弁体49cを有している。この弁体49cを上下移動させることで開口部の開閉を行うことができるようになっている。 The gate valve 151 has an opening for introducing the substrate 23 into the first heat treatment chamber 107, and a valve body 49c. By opening and closing the valve body 49c, the opening can be opened and closed.
<図4の第2の加圧式ランプアニール装置の詳細説明>
図3の第1の加圧式ランプアニール装置は、基板23の上面にランプ光を照射するようにランプヒータ5を配置するのに対し、図4の第2の加圧式ランプアニール装置は、基板23の下面にランプ光を照射するようにランプヒータ5を配置する点が異なる。この点以外は、図4の第2の加圧式ランプアニール装置と図3の第1の加圧式ランプアニール装置がほぼ同様に構成されている。
<Detailed Description of Second Pressurized Lamp Annealing Apparatus in FIG. 4>
The first pressure-type lamp annealing apparatus of FIG. 3 arranges the lamp heater 5 so that the upper surface of the substrate 23 is irradiated with lamp light, whereas the second pressure-type lamp annealing apparatus of FIG. The lamp heater 5 is arranged so as to irradiate the lower surface of the lamp with lamp light. Except for this point, the second pressure-type lamp annealing device shown in FIG. 4 and the first pressure-type lamp annealing device shown in FIG.
詳細には、第2の加圧式ランプアニール装置は、図3に示す第1の加圧式ランプアニール装置と同様に、Al製のチャンバー1と、冷却機構7と、基板23を保持する保持部3と、保持部3の下方に配置された石英ガラス4a,4bと、石英ガラス4a,4bの下に配置されたランプヒータ5と、金属製の筐体6と、排気ダクト(図示せず)と、保持部3の上方に位置する放射温度計9と、チャンバー1内の第2の熱処理室108に接続された加圧ライン(加圧機構)と、第2の熱処理室108に接続された圧力調整ラインと、加圧ライン及び圧力調整ラインを制御する制御部を有している。 More specifically, the second pressure-type lamp annealing apparatus is similar to the first pressure-type lamp annealing apparatus shown in FIG. 3, the Al chamber 1, the cooling mechanism 7, and the holding unit 3 that holds the substrate 23. A quartz glass 4a, 4b disposed below the holding unit 3, a lamp heater 5 disposed under the quartz glass 4a, 4b, a metal housing 6, and an exhaust duct (not shown). , A radiation thermometer 9 located above the holding unit 3, a pressurization line (pressurization mechanism) connected to the second heat treatment chamber 108 in the chamber 1, and a pressure connected to the second heat treatment chamber 108 It has a control part which controls an adjustment line and a pressurization line and a pressure adjustment line.
≪膜の製造方法≫
図1に示すマルチチャンバー装置を用いた膜の製造方法について説明する。
≪Membrane manufacturing method≫
A film manufacturing method using the multi-chamber apparatus shown in FIG. 1 will be described.
基板23をロードロック室101内に導入し、真空ポンプによってロードロック室101内を真空排気する。また、搬送室102を真空ポンプによって真空排気する。また、アライナー106内の気体を排気する。 The substrate 23 is introduced into the load lock chamber 101, and the load lock chamber 101 is evacuated by a vacuum pump. Further, the transfer chamber 102 is evacuated by a vacuum pump. Further, the gas in the aligner 106 is exhausted.
次に、ゲートバルブ151を開き、搬送ロボット103によってロードロック室101内の基板23を搬送室102を通ってアライナー106内に搬送する。そして、ゲートバルブ151を閉じる。次いで、アライナー106をAr等の不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気または酸素ガス雰囲気とする。次いで、アライナー106によって基板23のアライメントを行う。 Next, the gate valve 151 is opened, and the transfer robot 103 transfers the substrate 23 in the load lock chamber 101 through the transfer chamber 102 into the aligner 106. Then, the gate valve 151 is closed. Next, the aligner 106 is set to a mixed gas atmosphere of an inert gas such as Ar and oxygen gas or an oxygen gas atmosphere. Next, alignment of the substrate 23 is performed by the aligner 106.
次に、スピンコート室104を第1の排気機構によって排気する。また、搬送室102を真空ポンプによって真空排気する。次いで、ゲートバルブ151を開き、搬送ロボット103によってアライナー106内の基板23を搬送室102を通ってスピンコート室104内に搬送し、ゲートバルブ151を閉じる。なお、基板23は、例えば6インチ又は8インチのシリコンウエハ上に熱酸化法によりSiO2膜を形成し、このSiO2膜上に導電膜(電極)を形成したものである。 Next, the spin coat chamber 104 is exhausted by the first exhaust mechanism. Further, the transfer chamber 102 is evacuated by a vacuum pump. Next, the gate valve 151 is opened, and the substrate 23 in the aligner 106 is transferred into the spin coat chamber 104 through the transfer chamber 102 by the transfer robot 103, and the gate valve 151 is closed. The substrate 23 is, for example, a SiO 2 film formed by thermal oxidation a 6-inch or 8-inch silicon wafer, and forming a conductive film (electrode) to the SiO 2 film.
<スピンコートによる塗布>
次に、エアー供給源111からレギュレータ112、冷凍式エアドライヤ113、フィルタ114、フローメータ115、バルブ116、バルブ・ニードル117及び熱交換器118を通してエアーをスピンコート室104内に供給し、スピンコート室104内の気体を、ダンパー119を通してカップに排気する(図2参照)。これにより、スピンコート室104内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度に調整する。第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、第1の湿度は30%以下(好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下)であるとよい。
<Application by spin coating>
Next, air is supplied from the air supply source 111 into the spin coat chamber 104 through the regulator 112, the refrigeration air dryer 113, the filter 114, the flow meter 115, the valve 116, the valve needle 117 and the heat exchanger 118. The gas in 104 is exhausted to the cup through the damper 119 (see FIG. 2). Thereby, the temperature and humidity in the spin coat chamber 104 are adjusted to the first temperature and the first humidity. The first temperature is in the range of 10 ° C. to 40 ° C., and the first humidity is preferably 30% or less (preferably 20% or less, more preferably 10% or less).
このように第1の温度及び第1の湿度を有するエアー雰囲気によって基板上にゾルゲル溶液をスピンコートにより塗布する。これにより、基板上に金属及びCaHb(a,b:自然数)を含有する膜(以下、「膜」という。)を形成する(図2参照)。ゾルゲル溶液の温度は第2の温度に温度制御機構によって制御されている。第2の温度は20℃〜100℃(好ましくは40℃〜80℃)の範囲内であるとよい。なお、膜は有機金属材料膜であってもよい。 Thus, the sol-gel solution is applied onto the substrate by spin coating in an air atmosphere having the first temperature and the first humidity. As a result, a film containing metal and C a H b (a, b: natural number) (hereinafter referred to as “film”) is formed on the substrate (see FIG. 2). The temperature of the sol-gel solution is controlled to the second temperature by the temperature control mechanism. The second temperature may be in the range of 20 ° C to 100 ° C (preferably 40 ° C to 80 ° C). Note that the film may be an organometallic material film.
上記のようにゾルゲル溶液を塗布する際に第1の温度及び第1の湿度を有するエアー雰囲気にするため、基板上に形成される膜から蒸発する物質(アルコール、水等)の量の変動を抑制することができる。その結果、基板上に形成される膜の膜厚や膜質の変動を抑制できる。また、ゾルゲル溶液の温度を第2の温度に制御することにより、基板上に形成される膜から蒸発する物質(アルコール、水等)の量の変動を抑制することができる。 As described above, when the sol-gel solution is applied, the amount of the substance (alcohol, water, etc.) that evaporates from the film formed on the substrate is changed in order to obtain an air atmosphere having the first temperature and the first humidity. Can be suppressed. As a result, fluctuations in the film thickness and film quality of the film formed on the substrate can be suppressed. In addition, by controlling the temperature of the sol-gel solution to the second temperature, fluctuations in the amount of a substance (alcohol, water, etc.) that evaporates from the film formed on the substrate can be suppressed.
なお、本実施形態では、ゾルゲル溶液を塗布する際の雰囲気をエアー雰囲気としているが、これに限定されるものではなく、ゾルゲル溶液を塗布する際の雰囲気をArガス等の不活性ガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスの雰囲気としてもよい。 In this embodiment, the atmosphere when applying the sol-gel solution is an air atmosphere, but the present invention is not limited to this, and the atmosphere when applying the sol-gel solution is an inert gas such as Ar gas or oxygen gas. Alternatively, an atmosphere of a mixed gas of oxygen gas and inert gas may be used.
<酸化方法>
次に、第1の熱処理室107内を排気機構によって排気し、搬送室102を真空ポンプによって真空排気する。次いで、ゲートバルブ151を開き、搬送ロボット103によってスピンコート室104内の基板23を搬送室102を通って第1の熱処理室107内に搬送する。そして、ゲートバルブ151を閉じる。
<Oxidation method>
Next, the inside of the first heat treatment chamber 107 is evacuated by an exhaust mechanism, and the transfer chamber 102 is evacuated by a vacuum pump. Next, the gate valve 151 is opened, and the substrate 23 in the spin coat chamber 104 is transferred into the first heat treatment chamber 107 through the transfer chamber 102 by the transfer robot 103. Then, the gate valve 151 is closed.
次いで、第1の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第3の温度、所定時間のRTA処理を行う。第3の温度は、100℃〜450℃の範囲内であるとよく、好ましくは200℃〜450℃である。以下、図3を参照しつつ詳細に説明する。 Next, RTA treatment is performed at a third temperature for a predetermined time in a pressurized oxygen atmosphere using the first pressure-type lamp annealing apparatus. The third temperature may be in the range of 100 ° C to 450 ° C, preferably 200 ° C to 450 ° C. Hereinafter, it will be described in detail with reference to FIG.
加圧ラインの酸素ガス供給源O2から酸素ガスを第1の熱処理室107内に導入する。これと共に、圧力調整ラインのバルブ39を徐々に閉じていくことにより、第1の熱処理室107内を酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、第1の熱処理室107内が第1の圧力に到達した時に圧力調整ラインによって第1の熱処理室107内を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、第1の熱処理室107内が第2の圧力に到達した時に第1の熱処理室107内を圧力調整ラインによって加圧する。そして再び第1の熱処理室107内が第1の圧力に到達した時に圧力調整ラインによって第1の熱処理室107内を減圧する。第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であるとよく、第2の圧力は第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であるとよい。なお、第1の熱処理室107内を減圧する際に酸素ガスの導入を停止してもよいし、第1の熱処理室107内を加圧する際に酸素ガスの導入を開始することにしてもよい。 Oxygen gas is introduced into the first heat treatment chamber 107 from the oxygen gas supply source O 2 of the pressurization line. At the same time, by gradually closing the valve 39 of the pressure adjustment line, the inside of the first heat treatment chamber 107 is gradually pressurized while maintaining an oxygen atmosphere. Then, when the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure, the pressure inside the first heat treatment chamber 107 is reduced by the pressure adjustment line to remove H 2 O or CO 2 from the film, When the inside of the heat treatment chamber 107 reaches the second pressure, the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized by a pressure adjustment line. Then, when the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure again, the inside of the first heat treatment chamber 107 is decompressed by the pressure adjustment line. The first pressure may be 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more), and the second pressure is 95% or less of the first pressure (preferably 90% or less). More preferably, the pressure is 85% or less, and further preferably 80% or less. Note that the introduction of oxygen gas may be stopped when the inside of the first heat treatment chamber 107 is decompressed, or the introduction of oxygen gas may be started when the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized. .
上記の加圧と減圧を繰り返しながら、ランプヒータ5から石英ガラス4a,4bを通してランプ光を基板23上の膜に照射する。これにより、膜が第4の温度まで急速に加熱され、第4の温度で所定時間保持される。その結果、膜中の金属と酸素が素早く反応され、膜が酸化される。 While repeating the above pressurization and decompression, the lamp heater 5 irradiates the film on the substrate 23 with lamp light through the quartz glasses 4a and 4b. As a result, the film is rapidly heated to the fourth temperature and held at the fourth temperature for a predetermined time. As a result, the metal and oxygen in the film react quickly and the film is oxidized.
次いで、ランプヒータ5を停止させることにより、膜は急速に冷却される。次いで、加圧ライン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を開き、第1の熱処理室107内を大気圧に戻す。 Then, the film is rapidly cooled by stopping the lamp heater 5. Next, the supply of oxygen from the oxygen supply source of the pressurization line is stopped, the open valve of the atmosphere release line is opened, and the inside of the first heat treatment chamber 107 is returned to atmospheric pressure.
上記の酸化の過程について図5を参照しつつさらに詳細に説明する。図5(A)〜(C)は、図3に示す加圧式ランプアニール装置を用いて基板23上の膜を酸化する方法を説明する断面図である。 The above oxidation process will be described in more detail with reference to FIG. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method for oxidizing the film on the substrate 23 using the pressure-type lamp annealing apparatus shown in FIG.
第1の熱処理室107内が第1の圧力(例えば10気圧)に到達するまでに膜中の金属と酸素51が反応する(図5(A)参照)。その際に膜中のCaHbと反応したCO252やH2O53が膜中から発生する(図5(B)参照)。次いで、第1の熱処理室107内を減圧し、第1の熱処理室107内が第2の圧力(例えば8.5気圧)に到達するまでに、膜の表面付近に残存して漂うCO252やH2O53は膜上から第1の熱処理室107の外へ排気される(図5(C)参照)。次いで、第1の熱処理室107内を加圧し、第1の熱処理室107内が第1の圧力(例えば10気圧)に到達するまでに膜中の金属と酸素51が反応する(図5(A)参照)。 The metal in the film reacts with the oxygen 51 until the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure (for example, 10 atm) (see FIG. 5A). At that time, CO 2 52 and H 2 O 53 that have reacted with C a H b in the film are generated from the film (see FIG. 5B). Next, the inside of the first heat treatment chamber 107 is depressurized, and the CO 2 52 that remains in the vicinity of the surface of the film and drifts until the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the second pressure (for example, 8.5 atmospheres). And H 2 O 53 are exhausted from the top of the film to the outside of the first heat treatment chamber 107 (see FIG. 5C). Next, the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized, and the metal in the film reacts with the oxygen 51 until the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches the first pressure (for example, 10 atm) (FIG. 5A )reference).
このように第1の熱処理室107内を加圧するときに膜上にフレッシュな酸素を供給し、金属と酸素51が反応する酸化反応の妨げとなるCO252やH2O53などのデガス成分(O2以外の酸素、窒素、炭素、水素を含むガス)を、第1の熱処理室107内を減圧するときに第1の熱処理室107の外へ排気し、その後に第1の熱処理室107内を加圧して膜上にフレッシュな酸素を供給することを繰り返す。これにより、膜を酸化する時に発生する酸化反応の妨げとなるCO2やH2Oなどを効果的に除去することができる。その結果、膜の酸化を促進させることができ、膜の酸化状態の面内均一性を飛躍的に向上させることができる。 In this way, when the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized, fresh oxygen is supplied onto the film, and degas components such as CO 2 52 and H 2 O 53 that hinder the oxidation reaction in which the metal and oxygen 51 react ( Oxygen other than O 2 , a gas containing nitrogen, carbon, and hydrogen) is exhausted out of the first heat treatment chamber 107 when the inside of the first heat treatment chamber 107 is depressurized, and then in the first heat treatment chamber 107. Is repeatedly applied to supply fresh oxygen onto the membrane. Thereby, CO 2 , H 2 O, and the like that hinder the oxidation reaction that occurs when the film is oxidized can be effectively removed. As a result, the oxidation of the film can be promoted, and the in-plane uniformity of the oxidized state of the film can be dramatically improved.
<結晶化方法>
次に、第2の熱処理室108内を排気機構によって排気し、搬送室102を真空ポンプによって真空排気する。次いで、ゲートバルブ151を開き、搬送ロボット103によって第1の熱処理室107内の基板23を搬送室102を通って第2の熱処理室108内に搬送する。そして、ゲートバルブ151を閉じる。
<Crystalling method>
Next, the inside of the second heat treatment chamber 108 is evacuated by an exhaust mechanism, and the transfer chamber 102 is evacuated by a vacuum pump. Next, the gate valve 151 is opened, and the transfer robot 103 transfers the substrate 23 in the first heat treatment chamber 107 through the transfer chamber 102 into the second heat treatment chamber 108. Then, the gate valve 151 is closed.
次いで、第2の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第4の温度、所定時間のRTA処理を行う。第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であるとよく、好ましくは620℃〜650℃である。以下、図4を参照しつつ詳細に説明する。 Next, an RTA treatment is performed at a fourth temperature for a predetermined time in a pressurized oxygen atmosphere using a second pressure-type lamp annealing apparatus. The fourth temperature may be in the range of 451 ° C to 900 ° C, and preferably 620 ° C to 650 ° C. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIG.
上記の第1の酸化方法と同様の方法により、第2の熱処理室108内を加圧して第1の圧力に到達した時に第2の熱処理室108内を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、第2の圧力に到達した時に第2の熱処理室108内を加圧する。そして再び第2の熱処理室108内が第1の圧力に到達した時に減圧する。第1の圧力は1気圧以上(好ましくは5気圧以上、より好ましくは9気圧以上)であるとよく、第2の圧力は第1の圧力の95%以下の圧力(好ましくは90%以下の圧力、より好ましくは85%以下の圧力、さらに好ましくは80%以下の圧力)であるとよい。 By the same method as the first oxidation method described above, the inside of the second heat treatment chamber 108 is pressurized to reach the first pressure and the inside of the second heat treatment chamber 108 is depressurized so that H 2 O or CO 2 is reduced. The inside of the second heat treatment chamber 108 is pressurized when it is removed from the film and the second pressure is reached. Then, when the inside of the second heat treatment chamber 108 reaches the first pressure again, the pressure is reduced. The first pressure may be 1 atm or more (preferably 5 atm or more, more preferably 9 atm or more), and the second pressure is 95% or less of the first pressure (preferably 90% or less). More preferably, the pressure is 85% or less, and further preferably 80% or less.
上記の加圧と減圧を繰り返しながら、ランプヒータ5から石英ガラス4a,4bを通してランプ光を基板23の下面に照射する。これにより、膜が第4の温度まで急速に加熱され、第4の温度で所定時間保持される。その結果、膜中の金属と酸素が素早く反応され、膜が酸化して結晶化される。 While repeating the pressurization and decompression, the lamp heater 5 irradiates the lower surface of the substrate 23 with the lamp light through the quartz glasses 4a and 4b. As a result, the film is rapidly heated to the fourth temperature and held at the fourth temperature for a predetermined time. As a result, the metal and oxygen in the film react quickly, and the film is oxidized and crystallized.
次いで、上記の第1の酸化方法と同様の方法により、ランプヒータ5を停止して膜を急速に40℃以下まで冷却し、酸素の供給を停止し、第2の熱処理室108内を大気圧に戻す。 Next, by the same method as the first oxidation method, the lamp heater 5 is stopped, the film is rapidly cooled to 40 ° C. or lower, the supply of oxygen is stopped, and the inside of the second heat treatment chamber 108 is atmospheric pressure. Return to.
上記の結晶化の過程は、図5に示す過程と同様である
第2の熱処理室108内が第1の圧力(例えば10気圧)に到達するまでに膜中の金属と酸素51が反応する。その際に膜中のCaHbと反応したCO252やH2O53が膜中から発生する。次いで、第2の熱処理室108内を減圧し、第2の熱処理室108内が第2の圧力(例えば8.5気圧)に到達するまでに、膜の表面付近に残存して漂うCO252やH2O53は膜上から第2の熱処理室108の外へ排気される。次いで、第2の熱処理室108内を加圧し、第2の熱処理室108内が第1の圧力(例えば10気圧)に到達するまでに膜中の金属と酸素51が反応する。
The above crystallization process is the same as the process shown in FIG. 5. The metal in the film and the oxygen 51 react until the inside of the second heat treatment chamber 108 reaches the first pressure (for example, 10 atm). At that time, CO 2 52 and H 2 O 53 reacted with C a H b in the film are generated from the film. Next, the inside of the second heat treatment chamber 108 is depressurized, and the CO 2 52 that remains in the vicinity of the surface of the film and floats until the inside of the second heat treatment chamber 108 reaches the second pressure (for example, 8.5 atmospheres). The H 2 O 53 is exhausted from the second heat treatment chamber 108 from above the film. Next, the inside of the second heat treatment chamber 108 is pressurized, and the metal in the film and the oxygen 51 react until the inside of the second heat treatment chamber 108 reaches the first pressure (for example, 10 atm).
このように第2の熱処理室108内を加圧するときに膜上にフレッシュな酸素を供給し、金属と酸素51が反応する酸化反応の妨げとなるCO252やH2O53などのデガス成分(O2以外の酸素、窒素、炭素、水素を含むガス)を、第2の熱処理室108内を減圧するときに第2の熱処理室108の外へ排気し、その後に第2の熱処理室108内を加圧して膜上にフレッシュな酸素を供給することを繰り返す。これにより、膜を酸化する時に発生する酸化反応の妨げとなるCO2やH2Oなどを効果的に除去することができる。その結果、膜の結晶化を促進させることができ、膜の結晶化状態の面内均一性を飛躍的に向上させることができる。また、結晶性の良い膜を作製することができる。 In this way, when the inside of the second heat treatment chamber 108 is pressurized, fresh oxygen is supplied onto the film, and degas components (such as CO 2 52 and H 2 O 53) that hinder the oxidation reaction in which the metal and oxygen 51 react ( (A gas containing oxygen, nitrogen, carbon, and hydrogen other than O 2 ) is exhausted out of the second heat treatment chamber 108 when the inside of the second heat treatment chamber 108 is depressurized, and then in the second heat treatment chamber 108. Is repeatedly applied to supply fresh oxygen onto the membrane. Thereby, CO 2 , H 2 O, and the like that hinder the oxidation reaction that occurs when the film is oxidized can be effectively removed. As a result, the crystallization of the film can be promoted, and the in-plane uniformity of the crystallization state of the film can be dramatically improved. In addition, a film with high crystallinity can be manufactured.
上記のように膜を酸化して結晶化した結晶化膜は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、OSirPt、U、CO、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MOおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、MO、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されるとよい。 The crystallized film obtained by oxidizing the film as described above is represented by the general formula ABO 3 , where A is Al, Y, Na, K, Rb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, Ca, Comprising at least one element selected from the group consisting of Pr, Nd, Bi and a lanthanum series element of the periodic table, wherein B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Ru, Rh, Pd, A film comprising a perovskite material comprising at least one element selected from the group consisting of Re, OSirPt, U, CO, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V, Nb, Ta, MO and W; Alternatively, it is a film including a bismuth layer-structured ferroelectric crystal having a structure in which a bismuth oxide layer and a perovskite structure block are alternately stacked, and the perovskite structure block includes Li, Na, K, C At least one element L selected from a, Sr, Ba, Y, Bi, Pb and rare earth elements, and selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, MO, Mn, Fe, Si and Ge It may be composed of at least one element R and oxygen.
上記のように膜を酸化して結晶化した膜の厚さは0.5μm以上(望ましくは1μm以上)であるとよい。 The thickness of the film obtained by oxidizing and crystallizing the film as described above is preferably 0.5 μm or more (preferably 1 μm or more).
本実施形態によれば、第1の熱処理室107では基板23の上面からランプ光を照射し、第2の熱処理室108では基板23の下面からランプ光を照射するため、基板23の熱による反りや変形を抑制することができる。
なお、本実施形態では、第1の熱処理室107で膜の酸化を行った後に、第2の熱処理室108で膜の結晶化を行っているが、第2の熱処理室108で膜の酸化を行い、第1の熱処理室107で膜の結晶化を行ってもよい。その場合においても基板23の熱による反りや変形を抑制することができる。
According to the present embodiment, the first heat treatment chamber 107 emits lamp light from the upper surface of the substrate 23, and the second heat treatment chamber 108 emits lamp light from the lower surface of the substrate 23. And deformation can be suppressed.
In this embodiment, after the film is oxidized in the first heat treatment chamber 107, the film is crystallized in the second heat treatment chamber 108. However, the film is oxidized in the second heat treatment chamber 108. The film may be crystallized in the first heat treatment chamber 107. Even in that case, warpage and deformation of the substrate 23 due to heat can be suppressed.
<酸化方法の第1変形例>
上記の酸化方法は、第1の熱処理室107内の加圧と減圧を繰り返すことにより、膜を酸化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去する方法であるのに対し、酸化方法の第1の変形例は、第1の熱処理室107内に加圧した酸素ガスを流しながら第1の熱処理室107内を排気することにより、膜を酸化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去する方法である。この点以外について酸化方法の第1の変形例は上記の酸化方法と同様である。なお、第1の熱処理室107内は一定圧力とするとよい。
<First Modification of Oxidation Method>
The above oxidation method is a method of effectively removing CO 2 and H 2 O generated when the film is oxidized by repeating pressurization and decompression in the first heat treatment chamber 107, whereas oxidation is performed. In the first modification of the method, CO 2 and H 2 generated when the film is oxidized by exhausting the inside of the first heat treatment chamber 107 while flowing pressurized oxygen gas into the first heat treatment chamber 107. This is a method for effectively removing O. Except for this point, the first modification of the oxidation method is the same as the above oxidation method. Note that the inside of the first heat treatment chamber 107 is preferably at a constant pressure.
第1の熱処理室107内に酸素ガスを流す量は、5リットル/min以上(望ましくは10リットル/min以上)であるとよい。 The amount of oxygen gas flowing into the first heat treatment chamber 107 is preferably 5 liter / min or more (preferably 10 liter / min or more).
<結晶化方法の第1変形例>
上記の結晶化方法は、第2の熱処理室108内の加圧と減圧を繰り返すことにより、膜を結晶化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去する方法であるのに対し、結晶化方法の第1の変形例は、第2の熱処理室108内に加圧した酸素ガスを流しながら第2の熱処理室108内を排気することにより、膜を結晶化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去する方法である。この点以外について結晶化方法の第1の変形例は上記の結晶化方法と同様である。なお、第2の熱処理室108内は一定圧力とするとよい。
<First Modification of Crystallization Method>
The above crystallization method is a method of effectively removing CO 2 and H 2 O generated when the film is crystallized by repeating the pressurization and decompression in the second heat treatment chamber 108. In the first modification of the crystallization method, CO gas generated when the film is crystallized by evacuating the second heat treatment chamber 108 while flowing pressurized oxygen gas into the second heat treatment chamber 108. This is a method of effectively removing 2 and H 2 O. Except for this point, the first modification of the crystallization method is the same as the crystallization method described above. Note that the inside of the second heat treatment chamber 108 is preferably at a constant pressure.
第2の熱処理室108内に酸素ガスを流す量は、5リットル/min以上(望ましくは10リットル/min以上)であるとよい。 The amount of oxygen gas flowing into the second heat treatment chamber 108 is preferably 5 liter / min or more (preferably 10 liter / min or more).
結晶化方法の第1の変形例によれば、膜上に酸素ガスを流すことにより、膜を結晶化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去することができる。その結果、膜の結晶化状態の面内均一性を飛躍的に向上させることができる。また、結晶性の良い膜を作製することができる。 According to the first modification of the crystallization method, CO 2 and H 2 O generated when the film is crystallized can be effectively removed by flowing oxygen gas over the film. As a result, the in-plane uniformity of the crystallized state of the film can be dramatically improved. In addition, a film with high crystallinity can be manufactured.
<酸化方法の第2変形例>
酸化方法の第2の変形例は、上記の酸化方法と上記の酸化方法の第1の変形例を組合せたものである。つまり、第1の熱処理室107内の加圧と減圧を繰り返し、且つ第1の熱処理室107内に加圧した酸素ガスを流すことにより、膜を酸化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去することができる。
<Second Modification of Oxidation Method>
The second modification of the oxidation method is a combination of the above oxidation method and the first modification of the above oxidation method. That is, by repeating the pressurization and decompression in the first heat treatment chamber 107 and flowing the pressurized oxygen gas into the first heat treatment chamber 107, CO 2 and H 2 O generated when the film is oxidized are reduced. It can be effectively removed.
<結晶化方法の第2変形例>
結晶化方法の第2の変形例は、上記の結晶化方法と上記の結晶化方法の第1の変形例を組合せたものである。つまり、第2の熱処理室108内の加圧と減圧を繰り返し、且つ第2の熱処理室108内に加圧した酸素ガスを流すことにより、膜を結晶化する時に発生するCO2やH2Oを効果的に除去することができる。
<Second Modification of Crystallization Method>
The second modification of the crystallization method is a combination of the crystallization method described above and the first modification of the crystallization method described above. That is, by repeating the pressurization and decompression in the second heat treatment chamber 108 and flowing the pressurized oxygen gas into the second heat treatment chamber 108, CO 2 or H 2 O generated when the film is crystallized. Can be effectively removed.
なお、本実施形態では、酸素ガスを第1の熱処理室107内に導入し、第1の熱処理室107内を加圧酸素雰囲気としているが、酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを第1の熱処理室107内に導入し、第1の熱処理室107内を加圧した酸素ガスと不活性ガスの混合雰囲気としてもよい。その場合、酸素ガスと不活性ガスの割合は処理室内の圧力に応じて適宜選択すればよい。 In this embodiment, oxygen gas is introduced into the first heat treatment chamber 107 and the inside of the first heat treatment chamber 107 is in a pressurized oxygen atmosphere. However, a mixed gas of oxygen gas and inert gas is used as the first gas treatment chamber 107. It may be introduced into the heat treatment chamber 107 and the inside of the first heat treatment chamber 107 may be a mixed atmosphere of pressurized oxygen gas and inert gas. In that case, the ratio between the oxygen gas and the inert gas may be appropriately selected according to the pressure in the processing chamber.
(第2の実施形態)
≪マルチチャンバー装置≫
本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置は、図1に示すマルチチャンバー装置から第2の熱処理室108を備えた第2の加圧式ランプアニール装置を除いたものと同一である。
(Second Embodiment)
≪Multi-chamber device≫
The multi-chamber apparatus according to one embodiment of the present invention is the same as the multi-chamber apparatus illustrated in FIG. 1 except for the second pressure-type lamp annealing apparatus including the second heat treatment chamber 108.
≪膜の製造方法≫
第1の実施形態による膜の製造方法では、第1の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第3の温度、所定時間のRTA処理を行うことで基板上の膜の酸化処理を行い、その後、第2の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第4の温度、所定時間のRTA処理を行うことで基板上の膜の結晶化処理を行っているのに対し、第2の実施形態による膜の製造方法では、第1の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第3の温度、所定時間のRTA処理を行うことで基板上の膜の酸化処理を行った後に連続して第1の加圧式ランプアニール装置を用いて加圧酸素雰囲気中で第4の温度、所定時間のRTA処理を行うことで基板上の膜の結晶化処理を行う。この点以外は、本実施形態による膜の製造方法と第1の実施形態による膜の製造方法は同一である。
≪Membrane manufacturing method≫
In the film manufacturing method according to the first embodiment, the film on the substrate is oxidized by performing the RTA process at a third temperature for a predetermined time in a pressurized oxygen atmosphere using the first pressure-type lamp annealing apparatus. After that, the film on the substrate is crystallized by performing the RTA treatment at a fourth temperature for a predetermined time in a pressurized oxygen atmosphere using the second pressurized lamp annealing apparatus. On the other hand, in the film manufacturing method according to the second embodiment, the RTA treatment at a third temperature for a predetermined time is performed in a pressurized oxygen atmosphere by using the first pressure-type lamp annealing apparatus, thereby forming the film on the substrate. After the oxidation treatment, the film on the substrate is crystallized by performing RTA treatment for a predetermined time at a fourth temperature in a pressurized oxygen atmosphere using the first pressure-type lamp annealing apparatus. . Except for this point, the film manufacturing method according to the present embodiment is the same as the film manufacturing method according to the first embodiment.
(第3の実施形態)
≪マルチチャンバー装置≫
本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置は、図1に示すマルチチャンバー装置における第1及び第2の加圧式ランプアニール装置それぞれに図6に示す障害物54を配置したものである。この点以外は、本実施形態によるマルチチャンバー装置と第1の実施形態によるマルチチャンバー装置は同一である。
(Third embodiment)
≪Multi-chamber device≫
The multi-chamber apparatus according to one aspect of the present invention is configured by disposing the obstacle 54 shown in FIG. 6 in each of the first and second pressure lamp annealing apparatuses in the multi-chamber apparatus shown in FIG. Except for this point, the multi-chamber apparatus according to the present embodiment and the multi-chamber apparatus according to the first embodiment are the same.
<第1の加圧式ランプアニール装置>
図6(A)は、第1の加圧式ランプアニール装置を模式的に示す断面図であり、図6(B)は、図6(A)に示す第1の熱処理室107内のガスの流れを示す平面図であり、図6(C)は、図6(B)に示すガスの流れを模式的に示す図である。
<First Pressurized Lamp Annealing Device>
6A is a cross-sectional view schematically showing the first pressure-type lamp annealing apparatus, and FIG. 6B is a gas flow in the first heat treatment chamber 107 shown in FIG. 6A. FIG. 6C is a diagram schematically showing the gas flow shown in FIG. 6B.
図6(A)に示す第1の加圧式ランプアニール装置は、障害物54を有するガス導入機構を備えている。 The first pressure lamp annealing apparatus shown in FIG. 6A includes a gas introduction mechanism having an obstacle 54.
≪膜の製造方法≫
本実施形態が第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
≪Membrane manufacturing method≫
Only the differences of this embodiment from the first embodiment will be described.
<酸化方法及び結晶化方法>
本実施形態による酸化方法及び結晶化方法では、加圧した酸素ガスを第1の熱処理室107内または第2の熱処理室108内に導入すると障害物54によって基板23上に流れる酸素ガス51に乱流またはカルマン渦が形成される。なお、本実施形態では、障害物54を固定しているが、これに限定されることなく、第1の熱処理室107内で障害物を移動させてもよい。また、カルマン渦とは、流れのなかに障害物を置いたとき、または流体中で固体を動かしたときにその後方に交互にできる渦の列である。
<Oxidation method and crystallization method>
In the oxidation method and the crystallization method according to the present embodiment, when the pressurized oxygen gas is introduced into the first heat treatment chamber 107 or the second heat treatment chamber 108, the obstacle 54 disturbs the oxygen gas 51 flowing on the substrate 23. A flow or Karman vortex is formed. In this embodiment, the obstacle 54 is fixed. However, the present invention is not limited to this, and the obstacle may be moved in the first heat treatment chamber 107. The Karman vortex is a row of vortices that can be alternated behind an obstacle when placed in a flow or when a solid is moved in a fluid.
詳細には、第1の実施形態による酸化方法、結晶化方法、酸化方法の第1変形例、結晶化方法の第1変形例、酸化方法の第2変形例、結晶化方法の第2変形例それぞれにおいて、酸素ガスを熱処理室内に導入した際に障害物54によって基板23上に流れる酸素ガスに乱流またはカルマン渦が形成される方法である。 Specifically, the oxidation method, the crystallization method, the first modification of the oxidation method, the first modification of the crystallization method, the second modification of the oxidation method, and the second modification of the crystallization method according to the first embodiment. In each method, when oxygen gas is introduced into the heat treatment chamber, turbulent flow or Karman vortex is formed in the oxygen gas flowing on the substrate 23 by the obstacle 54.
本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、本実施形態では、基板23上に流れる酸素ガスに乱流またはカルマン渦を形成するため、膜を酸化する時に発生するCO2やH2Oをより効果的に除去することができる。 In the present embodiment, since turbulent flow or Karman vortex is formed in the oxygen gas flowing on the substrate 23, CO 2 and H 2 O generated when the film is oxidized can be more effectively removed.
(第4の実施形態)
≪マルチチャンバー装置≫
本発明の一態様に係るマルチチャンバー装置は、図1に示すマルチチャンバー装置における第1及び第2の加圧式ランプアニール装置それぞれに保持部を移動させる駆動機構を配置したものである。この点以外は、本実施形態によるマルチチャンバー装置と第1の実施形態によるマルチチャンバー装置は同一である。
(Fourth embodiment)
≪Multi-chamber device≫
In the multi-chamber apparatus according to one embodiment of the present invention, each of the first and second pressure-type lamp annealing apparatuses in the multi-chamber apparatus shown in FIG. Except for this point, the multi-chamber apparatus according to the present embodiment and the multi-chamber apparatus according to the first embodiment are the same.
≪膜の製造方法≫
本実施形態が第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
≪Membrane manufacturing method≫
Only the differences of this embodiment from the first embodiment will be described.
<酸化方法及び結晶化方法>
本実施形態による酸化方法及び結晶化方法は、前記駆動機構によって保持部とともに基板を移動させながら酸化及び結晶化を行う点が第1の実施形態と異なり、その点以外については第1の実施形態と同様である。
<Oxidation method and crystallization method>
The oxidation method and the crystallization method according to the present embodiment are different from the first embodiment in that oxidation and crystallization are performed while moving the substrate together with the holding unit by the driving mechanism. It is the same.
詳細には、第1の実施形態による酸化方法、結晶化方法、酸化方法の第1変形例、結晶化方法の第1変形例、酸化方法の第2変形例、結晶化方法の第2変形例それぞれにおいて、前記駆動機構によって保持部とともに基板上の膜を移動させながら膜の結晶化を行う方法である。この移動は、上下移動または回転運動または上下移動と回転運動の組み合せであるとよい。 Specifically, the oxidation method, the crystallization method, the first modification of the oxidation method, the first modification of the crystallization method, the second modification of the oxidation method, and the second modification of the crystallization method according to the first embodiment. In each of the methods, the film is crystallized while the film on the substrate is moved together with the holding portion by the driving mechanism. This movement may be a vertical movement or rotational movement or a combination of vertical movement and rotational movement.
本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、本実施形態では、基板上の膜を機械的に移動させることにより、膜の表面付近に残存するCO2やH2Oなどを膜の表面から遠ざけることができ、膜の表面付近の酸素ガスの量を増やすことができる。その結果、膜の酸化を促進させることができる。 Further, in this embodiment, by moving the film on the substrate mechanically, CO 2 or H 2 O remaining in the vicinity of the surface of the film can be moved away from the surface of the film, and oxygen in the vicinity of the surface of the film can be obtained. The amount of gas can be increased. As a result, the oxidation of the film can be promoted.
なお、上述した第1〜第4の実施形態を適宜組合せて実施してもよい。 In addition, you may implement combining the 1st-4th embodiment mentioned above suitably.
[スピンコート]
Pb30%過剰ゾルゲルPZT溶液(Pb/Zr/Ti=130/55/45)を用い、スピンコートを実施した。これにより、6インチウエハ上にPZT薄膜を作製した。1層当たりの塗布量は5ccとし、スピン条件は以下の条件を用いてPZT膜の塗布を行った。
[Spin coat]
Spin coating was performed using a Pb 30% excess sol-gel PZT solution (Pb / Zr / Ti = 130/55/45). This produced a PZT thin film on a 6-inch wafer. The coating amount per layer was 5 cc, and the PZT film was applied using the following spin conditions.
<スピン条件>
0 〜 50 rpmまで、ランプ照射を行いながらSLOPE制御にて30秒で上昇。
0 〜 500 rpmまで、SLOPE制御にて10秒で上昇。
500 〜 2000 rpmまで、SLOPE制御にて10秒で上昇(バックリンス塗布有)。
2000 rpmにて、5秒間保持。
4500 rpmまで上昇させ、7秒間保持。
7500 rpmまで上昇させ、5秒間保持。
なお、SLOPE制御とは、回転数の上昇を段階的に行う制御をいい、回転数を階段状に上昇させる制御、回転数を連続的に上昇させる制御を含む意味である。
<Spin condition>
Increased from 0 to 50 rpm in 30 seconds with SLOPE control while performing lamp irradiation.
Increased from 0 to 500 rpm in 10 seconds with SLOPE control.
Increased to 500-2000 rpm in 10 seconds with SLOPE control (with back rinse applied).
Hold at 2000 rpm for 5 seconds.
Raise to 4500 rpm and hold for 7 seconds.
Increase to 7500 rpm and hold for 5 seconds.
SLOPE control refers to control for increasing the rotational speed stepwise, and includes control for increasing the rotational speed stepwise and control for continuously increasing the rotational speed.
[乾燥・加圧仮焼成]
塗布毎に、アルコール成分除去を目的とした乾燥工程を実施した。200℃に加熱したホットプレート上で90秒間保持し、乾燥させた。次に、有機成分の分解除去を目的とした加圧仮焼成工程を実施した。まずロータリポンプにて10-3Paまで真空引きを実施した。その後、9.8気圧まで酸素を導入し、第1の実施形態による図3の加圧式ランプアニール装置を用いながら、450℃、150秒間、加圧・加熱処理を実施した。
[Drying / Pressurized pre-firing]
For each application, a drying process was performed for the purpose of removing the alcohol component. It was kept for 90 seconds on a hot plate heated to 200 ° C. and dried. Next, a pressure calcination step for the purpose of decomposing and removing organic components was performed. First, evacuation was performed to 10 −3 Pa with a rotary pump. Thereafter, oxygen was introduced to 9.8 atm, and pressure and heat treatment were performed at 450 ° C. for 150 seconds using the pressure-type lamp annealing apparatus of FIG. 3 according to the first embodiment.
[加圧RTA(Rapid Thermal Anneal)]
第1の実施形態による図3の加圧式ランプアニール装置を用いて、PZT膜の酸化及び結晶化促進のため、9.8気圧、650℃、400秒の加圧RTA処理を実施した。その際、加圧式ランプアニール装置は、図7に示すように制御した。
[Pressurized RTA (Rapid Thermal Anneal)]
Using the pressurized lamp annealing apparatus of FIG. 3 according to the first embodiment, a pressurized RTA treatment at 9.8 atmospheres, 650 ° C., 400 seconds was performed to promote oxidation and crystallization of the PZT film. At that time, the pressure type lamp annealing apparatus was controlled as shown in FIG.
上記の塗布、乾燥、加圧仮焼成、加圧RTAプロセスを5回繰り返した。 The above coating, drying, pressure calcination, and pressure RTA processes were repeated 5 times.
図7に示す制御方法について以下に詳細に説明する。
第1の熱処理室107内が9.8気圧の圧力に到達した時に、圧力調整ラインによって第1の熱処理室107内を減圧し、第1の熱処理室107内が8.8気圧の圧力に到達した時に第1の熱処理室107内を圧力調整ラインによって再加圧する。そして再び処理室55内が9.8気圧の圧力に到達した時に、圧力調整ラインによって第1の熱処理室107内を減圧する。なお、第1の熱処理室107内を減圧する際には酸素ガスの導入を停止し、第1の熱処理室107内を加圧する際に酸素ガスの再導入を開始する。また、ランプヒータ5によって基板温度を図7に示すように制御する。
The control method shown in FIG. 7 will be described in detail below.
When the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches a pressure of 9.8 atm, the pressure inside the first heat treatment chamber 107 is reduced by the pressure adjustment line, and when the inside of the first heat treatment chamber 107 reaches a pressure of 8.8 atm. The inside of the heat treatment chamber 107 is re-pressurized by a pressure adjustment line. When the inside of the processing chamber 55 reaches the pressure of 9.8 atm again, the inside of the first heat treatment chamber 107 is depressurized by the pressure adjustment line. Note that the introduction of the oxygen gas is stopped when the inside of the first heat treatment chamber 107 is decompressed, and the reintroduction of the oxygen gas is started when the inside of the first heat treatment chamber 107 is pressurized. Further, the substrate temperature is controlled by the lamp heater 5 as shown in FIG.
このようにして、全膜厚1μmのPZT膜を作製した。この実施例のPZT膜の表面を撮影した写真を図8(B)に示す。 In this way, a PZT film having a total film thickness of 1 μm was produced. A photograph of the surface of the PZT film in this example is shown in FIG.
(比較例)
上記の450℃、150秒間、加圧・加熱処理及び9.8気圧、650℃、400秒の加圧RTA処理それぞれに加圧と減圧を繰り返す圧力制御を行わずに全膜厚1μmのPZT膜を比較例として作製した。つまり、比較例では、上記の450℃、150秒間、加圧・加熱処理及び9.8気圧、650℃、400秒の加圧RTA処理それぞれの圧力を一定とし、且つ排気を停止した状態で、それぞれの処理を行った。それ以外については、上記の実施例と同様の方法でPZT膜を作製した。この比較例のPZT膜の表面を撮影した写真を図8(A)に示す。
(Comparative example)
Compare the PZT film with a total thickness of 1 μm without the pressure control that repeats pressurization and depressurization for the above-mentioned 450 ° C, 150 seconds, pressurization / heating treatment and 9.8 atm, 650 ° C, 400 sec. Made as an example. In other words, in the comparative example, the pressures of the above-described 450 ° C., 150 seconds, pressurizing / heating treatment and 9.8 atm, 650 ° C., 400 seconds of pressurized RTA treatment were kept constant, and the exhaust was stopped. Processed. Other than that, a PZT film was produced in the same manner as in the above-described example. The photograph which image | photographed the surface of the PZT film | membrane of this comparative example is shown to FIG. 8 (A).
図8(A)に示す比較例のPZT膜の表面は黒色でPZT膜の結晶化状態の面内均一性が悪いのに対し、図8(B)に示す実施例のPZT膜の表面は透明で酸化が面内で均一に進んでおり、PZT膜の結晶化状態の面内均一性が向上していることが分かる。 The surface of the PZT film of the comparative example shown in FIG. 8A is black and the in-plane uniformity of the crystallized state of the PZT film is poor, whereas the surface of the PZT film of the example shown in FIG. It can be seen that the oxidation progresses uniformly in the plane, and the in-plane uniformity of the crystallized state of the PZT film is improved.
1 チャンバー
3 保持部
4a,4b 石英ガラス
5 ランプヒータ
6 筐体
7 冷却機構
9 放射温度計
23 基板
39 圧力調整ラインのバルブ
49c 弁体
51 酸素
52 CO2
53 H2O
54 障害物
101 ロードロック室
102 搬送室
103 搬送ロボット
104 スピンコート室
106 アライナー
107 第1の熱処理室
108 第2の熱処理室
111 エアー供給源
112 レギュレータ
113 冷凍式エアドライヤ
114 フィルタ
115 フローメータ
116 バルブ
117 バルブ・ニードル
118熱交換器
119 ダンパー
120 温湿度計
121 差圧計
151 ゲートバルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 3 Holding part 4a, 4b Quartz glass 5 Lamp heater 6 Case 7 Cooling mechanism 9 Radiation thermometer 23 Substrate 39 Pressure adjustment line valve 49c Valve body 51 Oxygen 52 CO 2
53 H 2 O
54 Obstacle 101 Load lock chamber 102 Transfer chamber 103 Transfer robot 104 Spin coat chamber 106 Aligner 107 First heat treatment chamber 108 Second heat treatment chamber 111 Air supply source 112 Regulator 113 Refrigeration air dryer 114 Filter 115 Flow meter 116 Valve 117 Valve Needle 118 heat exchanger 119 damper 120 temperature / humidity meter 121 differential pressure gauge 151 gate valve
Claims (36)
前記膜を、酸素ガス雰囲気または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気で且つ加圧雰囲気により熱処理することで、前記膜を酸化して結晶化する膜の製造方法であり、
前記第1の温度が10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度が30%以下であり、
前記膜を前記酸素ガス雰囲気または前記混合ガス雰囲気とする際に、障害物によって前記膜上に流される前記酸素ガスまたは前記混合ガスに乱流またはカルマン渦が形成されることを特徴とする膜の製造方法。 A film is formed on the substrate by applying a sol-gel solution onto the substrate by spin coating in an atmosphere having a first temperature and a first humidity,
A method of producing a film in which the film is oxidized and crystallized by heat-treating the film in an oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of an oxygen gas and an inert gas and in a pressurized atmosphere;
The first temperature is within a range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
Said film when said oxygen gas atmosphere or the mixed gas atmosphere, turbulent or Karman vortex to the oxygen gas or the mixed gas is flowed over the film is formed by the failure of the membrane, characterized in Rukoto Production method.
前記膜を、酸素ガス雰囲気または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気で且つ加圧雰囲気により熱処理することで、前記膜を酸化して結晶化する膜の製造方法であり、
前記第1の温度が10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度が30%以下であり、
前記膜を酸化して結晶化する膜は、金属及びC a H b を含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し、前記膜上の雰囲気が第1の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を減圧してH 2 OまたはCO 2 を前記膜上から除去し、前記膜上の雰囲気が第2の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を加圧し、
前記第1の圧力は9気圧以上であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力で、且つ8.5気圧以上9気圧以下であり、
前記膜上の雰囲気を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を停止し、前記膜上の雰囲気を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を開始することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。 A film is formed on the substrate by applying a sol-gel solution onto the substrate by spin coating in an atmosphere having a first temperature and a first humidity,
A method of producing a film in which the film is oxidized and crystallized by heat-treating the film in an oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of an oxygen gas and an inert gas and in a pressurized atmosphere;
The first temperature is within a range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
The film that oxidizes and crystallizes the film is a film containing metal and C a H b .
During the heat treatment, a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas is introduced onto the film, and the atmosphere on the film is reduced when the atmosphere on the film reaches the first pressure. Removing H 2 O or CO 2 from the film, and pressurizing the atmosphere on the film when the atmosphere on the film reaches a second pressure;
The first pressure is 9 atm or more;
The second pressure is 95% or less of the first pressure, and is 8.5 atmospheres or more and 9 atmospheres or less.
The introduction of the oxygen gas or the mixed gas is stopped when depressurizing the atmosphere above the membrane, and characteristics that you start the introduction of the oxygen gas or the mixed gas when pressurizing the atmosphere over the film A method for manufacturing a film.
However, a and b are natural numbers.
前記膜を、酸素ガス雰囲気または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気で且つ加圧雰囲気により熱処理することで、前記膜を酸化して結晶化する膜の製造方法であり、
前記第1の温度が10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度が30%以下であり、
前記膜を酸化して結晶化する膜は、金属及びC a H b を含有する膜であることを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。 A film is formed on the substrate by applying a sol-gel solution controlled to a second temperature of 40 ° C. to 80 ° C. by spin coating on the substrate in an atmosphere having a first temperature and a first humidity,
A method of producing a film in which the film is oxidized and crystallized by heat-treating the film in an oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of an oxygen gas and an inert gas and in a pressurized atmosphere;
The first temperature is within a range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
Membrane, method for producing a film, wherein the film Der Rukoto containing metal and C a H b to crystallize by oxidizing the film.
However, a and b are natural numbers.
前記第1の温度及び第1の湿度を有する雰囲気は、エアー雰囲気、不活性ガス雰囲気、酸素ガス雰囲気、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガス雰囲気であることを特徴とする膜の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The method for producing a film, wherein the atmosphere having the first temperature and the first humidity is an air atmosphere, an inert gas atmosphere, an oxygen gas atmosphere, or a mixed gas atmosphere of oxygen gas and inert gas.
前記ゾルゲル溶液を第2の温度に制御し、前記第2の温度が40℃〜80℃の範囲内であることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 1 or 2 ,
The method for producing a film, wherein the sol-gel solution is controlled to a second temperature, and the second temperature is in a range of 40 ° C to 80 ° C.
前記膜を酸化して結晶化する際は、前記膜を第3の温度に保持した後に第4の温度に保持し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とする膜の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
When the film is oxidized and crystallized, the film is held at a third temperature and then held at a fourth temperature,
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The method for producing a film, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
前記膜を前記第3の温度に保持する際及び前記膜を前記第4の温度に保持する際の一方は、前記基板の上面にランプ光を照射し、
前記膜を前記第3の温度に保持する際及び前記膜を前記第4の温度に保持する際の他方は、前記基板の下面にランプ光を照射することを特徴とする膜の製造方法。 In claim 6 ,
One of holding the film at the third temperature and holding the film at the fourth temperature irradiates the upper surface of the substrate with lamp light,
The other method of maintaining the film at the third temperature and the other of maintaining the film at the fourth temperature irradiates the lower surface of the substrate with lamp light.
前記膜を酸化して結晶化した膜は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、OSirPt、U、CO、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MOおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、MO、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とする膜の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
A film obtained by oxidizing and crystallizing the film is represented by the general formula ABO 3 , where A is Al, Y, Na, K, Rb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, Ca, Pr, Nd, Bi. And at least one element selected from the group consisting of lanthanum series elements of the periodic table, wherein B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Ru, Rh, Pd, Re, OSirPt, U CO, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V, Nb, Ta, MO, and a film containing a perovskite material containing at least one element selected from the group consisting of W and W or a bismuth oxide layer And a perovskite type structural block, which includes a bismuth layered structure ferroelectric crystal having a structure in which the perovskite type structural block is alternately stacked. The perovskite type structural block includes Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba. , Y, Bi, Pb and at least one element L selected from rare earth elements, and at least one element R selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, MO, Mn, Fe, Si and Ge And a method for producing a film comprising oxygen.
前記酸化して結晶化した膜の厚さは0.5μm以上であることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 8 ,
The method for producing a film, wherein the oxidized and crystallized film has a thickness of 0.5 μm or more.
前記膜を酸化して結晶化する膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを導入し、前記膜上の雰囲気が第1の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、前記膜上の雰囲気が第2の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を加圧することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。 In claim 1 or 3 ,
The film that oxidizes and crystallizes the film is a film containing metal and C a H b .
During the heat treatment, a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas is introduced onto the film, and the atmosphere on the film is reduced when the atmosphere on the film reaches the first pressure. Then, H 2 O or CO 2 is removed from the film, and the atmosphere on the film is pressurized when the atmosphere on the film reaches the second pressure.
However, a and b are natural numbers.
前記第1の圧力は1気圧以上であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力であることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 10 ,
The first pressure is 1 atm or more;
The method for producing a film, wherein the second pressure is 95% or less of the first pressure.
前記膜上の雰囲気を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を停止し、前記膜上の雰囲気を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの導入を開始することを特徴とする膜の製造方法。 In claim 10 or 11 ,
The introduction of the oxygen gas or the mixed gas is stopped when the atmosphere on the film is decompressed, and the introduction of the oxygen gas or the mixed gas is started when the atmosphere on the film is pressurized. A method for producing a membrane.
前記膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながらH2OまたはCO2を前記膜上から除去することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。 In claim 1 or 3 ,
The film is a film containing a metal and C a H b ,
A method for producing a film, wherein, during the heat treatment, H 2 O or CO 2 is removed from the film while flowing a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas over the film. .
However, a and b are natural numbers.
前記酸素ガスまたは前記混合ガスを流す量は、5リットル/min以上であることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 13 ,
The method for producing a film, wherein the flow rate of the oxygen gas or the mixed gas is 5 liters / min or more.
前記膜上の雰囲気が第1の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を減圧してH2OまたはCO2を前記膜上から除去し、前記膜上の雰囲気が第2の圧力に到達した時に前記膜上の雰囲気を加圧することを特徴とする膜の製造方法。 In claim 13 or 14 ,
When the atmosphere on the film reaches the first pressure, the atmosphere on the film is depressurized to remove H 2 O or CO 2 from the film, and the atmosphere on the film reaches the second pressure. A method for producing a film, characterized in that the atmosphere on the film is sometimes pressurized.
前記第1の圧力は1気圧以上であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力であることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 15 ,
The first pressure is 1 atm or more;
The method for producing a film, wherein the second pressure is 95% or less of the first pressure.
前記膜を前記酸素ガス雰囲気または前記混合ガス雰囲気とする際に、障害物によって前記膜上に流される前記酸素ガスまたは前記混合ガスに乱流またはカルマン渦が形成されることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 2 or 3 ,
When the previous SL oxygen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of the film, film, characterized in that the turbulence or Karman vortex to the oxygen gas or the mixed gas is flowed over the film by the obstacle is formed Manufacturing method.
前記膜は、金属及びCaHbを含有する膜であり、
前記熱処理する際に、前記膜を移動させながらH2OまたはCO2を前記膜上から除去することを特徴とする膜の製造方法。
但し、a,bは自然数である。 In any one of Claims 1 thru | or 17 ,
The film is a film containing a metal and C a H b ,
A method of manufacturing a film, wherein, during the heat treatment, H 2 O or CO 2 is removed from the film while moving the film.
However, a and b are natural numbers.
前記移動は、上下移動または回転運動または上下移動と回転運動の組み合せであることを特徴とする膜の製造方法。 In claim 18,
The film movement method is characterized in that the movement is a vertical movement or a rotational movement or a combination of a vertical movement and a rotational movement.
前記スピンコート室内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度になるように、前記スピンコート室内にガスを供給する第1の供給機構と、
前記スピンコート室内を排気する第1の排気機構と、
前記スピンコート室に第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続され、前記膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第1の熱処理室と、
前記第1の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第1の加熱機構と、
前記第1の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第2の供給機構と、
前記第1の熱処理室内を排気する第2の排気機構と、
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第5の制御部と、
を具備し、
前記第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度は30%以下であり、
前記第5の制御部は、前記基板上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながら前記基板を加圧酸素雰囲気で熱処理するように制御し、
前記第2の供給機構は障害物を有し、
前記基板上に流れる前記酸素ガスまたは前記混合ガスに前記障害物によって乱流またはカルマン渦を形成することを特徴とするマルチチャンバー装置。 A spin coating chamber for forming a film on the substrate by applying a sol-gel solution on the substrate by spin coating;
A first supply mechanism for supplying a gas into the spin coat chamber so that the temperature and humidity in the spin coat chamber become the first temperature and the first humidity;
A first exhaust mechanism for exhausting the spin coat chamber;
A transfer chamber connected to the spin coat chamber via a first gate valve;
A transport mechanism for transporting the substrate, disposed in the transport chamber;
A first heat treatment chamber connected to the transfer chamber via a second gate valve and heat-treating the film in a pressurized oxygen atmosphere;
A first heating mechanism disposed in the first heat treatment chamber for heating the film;
A second supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber;
A second exhaust mechanism for exhausting the first heat treatment chamber;
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fifth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The first temperature is in the range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
The fifth control unit controls the substrate to be heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere while flowing a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas over the substrate;
The second supply mechanism has an obstacle;
Multi-chamber apparatus which is characterized that you form a turbulent or Karman vortex by the obstacle to the oxygen gas or the mixed gas flowing through the substrate.
前記スピンコート室内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度になるように、前記スピンコート室内にガスを供給する第1の供給機構と、
前記スピンコート室内を排気する第1の排気機構と、
前記スピンコート室に第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続され、前記膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第1の熱処理室と、
前記第1の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第1の加熱機構と、
前記第1の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第2の供給機構と、
前記第1の熱処理室内を排気する第2の排気機構と、
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第4の制御部と、
を具備し、
前記第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度は30%以下であり、
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、前記第1の熱処理室内が第1の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を減圧し、前記第1の熱処理室内が第2の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を加圧する雰囲気で前記基板を熱処理するように制御し、
前記第1の圧力は9気圧以上であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力で、且つ8.5気圧以上9気圧以下であり、
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を停止し、前記第1の熱処理室内を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を開始するように、前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。 A spin coating chamber for forming a film on the substrate by applying a sol-gel solution on the substrate by spin coating;
A first supply mechanism for supplying a gas into the spin coat chamber so that the temperature and humidity in the spin coat chamber become the first temperature and the first humidity;
A first exhaust mechanism for exhausting the spin coat chamber;
A transfer chamber connected to the spin coat chamber via a first gate valve;
A transport mechanism for transporting the substrate, disposed in the transport chamber;
A first heat treatment chamber connected to the transfer chamber via a second gate valve and heat-treating the film in a pressurized oxygen atmosphere;
A first heating mechanism disposed in the first heat treatment chamber for heating the film;
A second supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber;
A second exhaust mechanism for exhausting the first heat treatment chamber;
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fourth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The first temperature is in the range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
The fourth control unit supplies pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber, and when the first heat treatment chamber reaches the first pressure. A pressure is reduced in the first heat treatment chamber, and the substrate is heat treated in an atmosphere in which the first heat treatment chamber is pressurized when the first pressure reaches the second pressure;
The first pressure is 9 atm or more;
The second pressure is 95% or less of the first pressure, and is 8.5 atmospheres or more and 9 atmospheres or less.
The fourth control unit stops introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber when depressurizing the first heat treatment chamber, and pressurizes the first heat treatment chamber. said oxygen gas or to initiate introduction into the first heat treatment chamber of the gas mixture, a multi-chamber apparatus which is characterized that you control the second supply mechanism and said second exhaust mechanism.
前記スピンコート室内の温度及び湿度を、第1の温度及び第1の湿度になるように、前記スピンコート室内にガスを供給する第1の供給機構と、
前記スピンコート室内を排気する第1の排気機構と、
前記スピンコート室に第1のゲートバルブを介して接続された搬送室と、
前記搬送室内に配置された、前記基板を搬送する搬送機構と、
前記搬送室に第2のゲートバルブを介して接続され、前記膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第1の熱処理室と、
前記第1の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第1の加熱機構と、
前記第1の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第2の供給機構と、
前記第1の熱処理室内を排気する第2の排気機構と、
を具備し、
前記第1の温度は10℃〜40℃の範囲内であり、
前記第1の湿度は30%以下であり、
前記ゾルゲル溶液が第2の温度となるように、前記ゾルゲル溶液の温度を制御する温度制御機構を有し、前記第2の温度が40℃〜80℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。 A spin coating chamber for forming a film on the substrate by applying a sol-gel solution on the substrate by spin coating;
A first supply mechanism for supplying a gas into the spin coat chamber so that the temperature and humidity in the spin coat chamber become the first temperature and the first humidity;
A first exhaust mechanism for exhausting the spin coat chamber;
A transfer chamber connected to the spin coat chamber via a first gate valve;
A transport mechanism for transporting the substrate, disposed in the transport chamber;
A first heat treatment chamber connected to the transfer chamber via a second gate valve and heat-treating the film in a pressurized oxygen atmosphere;
A first heating mechanism disposed in the first heat treatment chamber for heating the film;
A second supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber;
A second exhaust mechanism for exhausting the first heat treatment chamber;
Comprising
The first temperature is in the range of 10 ° C to 40 ° C;
The first humidity Ri der than 30%,
Wherein such sol-gel solution is a second temperature, a temperature control mechanism for controlling the temperature of the sol-gel solution, the second temperature, characterized in der Rukoto the range of 40 ° C. to 80 ° C. Multi-chamber device.
前記搬送室内の温度及び湿度を、前記第1の温度及び前記第1の湿度になるように、前記搬送室内にエアーを供給する第3の供給機構と、
前記搬送室内を排気する第3の排気機構と、
を有することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In any one of claims 20 to 22 ,
A third supply mechanism for supplying air into the transfer chamber so that the temperature and humidity in the transfer chamber become the first temperature and the first humidity;
A third exhaust mechanism for exhausting the transfer chamber;
A multi-chamber apparatus characterized by comprising:
前記搬送室内に、不活性ガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第4の供給機構と、
前記搬送室内を排気する第4の排気機構と、
を有することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In any one of claims 20 to 22 ,
A fourth supply mechanism for supplying an inert gas, oxygen gas, or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the transfer chamber;
A fourth exhaust mechanism for exhausting the transfer chamber;
A multi-chamber apparatus characterized by comprising:
前記第1の供給機構が供給するガスは、エアー、Arガス、酸素ガス、または酸素ガスと不活性ガスの混合ガスであることを特徴とするマルチチャンバー装置。 In any one of claims 20 to 24 ,
The gas supplied by the first supply mechanism is air, Ar gas, oxygen gas, or a mixed gas of oxygen gas and inert gas.
前記ゾルゲル溶液が第2の温度となるように、前記ゾルゲル溶液の温度を制御する温度制御機構を有し、前記第2の温度が20℃〜100℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 21 ,
A temperature control mechanism for controlling the temperature of the sol-gel solution so that the sol-gel solution has a second temperature, wherein the second temperature is in a range of 20 ° C. to 100 ° C. Chamber device.
前記第1の熱処理室内で前記第1の加熱機構によって加熱した前記膜を第3の温度に保持した後に第4の温度に保持するように制御する第1の制御部を有し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。 In any one of claims 20 to 26 ,
A first control unit for controlling the film heated by the first heating mechanism in the first heat treatment chamber to be held at a fourth temperature after being held at a third temperature;
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The multi-chamber apparatus, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
前記搬送室に第3のゲートバルブを介して接続され、前記第1の熱処理室で熱処理した膜を加圧酸素雰囲気により熱処理する第2の熱処理室と、
前記第2の熱処理室内に配置された、前記膜を加熱する第2の加熱機構と、
前記第2の熱処理室内に酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給する第5の供給機構と、
前記第2の熱処理室内を排気する第5の排気機構と、
前記第1の熱処理室内で前記第1の加熱機構によって加熱した前記膜を第3の温度に保持するように制御する第2の制御部と、
前記第2の熱処理室内で前記第2の加熱機構によって加熱した前記膜を第4の温度に保持するように制御する第3の制御部と、
を有し、
前記第3の温度は100℃〜450℃の範囲内であり、
前記第4の温度は451℃〜900℃の範囲内であることを特徴とするマルチチャンバー装置。 In any one of claims 20 to 26 ,
A second heat treatment chamber that is connected to the transfer chamber via a third gate valve and heat-treats the film heat-treated in the first heat treatment chamber in a pressurized oxygen atmosphere;
A second heating mechanism disposed in the second heat treatment chamber for heating the film;
A fifth supply mechanism for supplying oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the second heat treatment chamber;
A fifth exhaust mechanism for exhausting the second heat treatment chamber;
A second control unit for controlling the film heated by the first heating mechanism in the first heat treatment chamber to be maintained at a third temperature;
A third controller for controlling the film heated by the second heating mechanism in the second heat treatment chamber to be maintained at a fourth temperature;
Have
The third temperature is in the range of 100C to 450C;
The multi-chamber apparatus, wherein the fourth temperature is in a range of 451 ° C to 900 ° C.
前記第1の加熱機構及び前記第2の加熱機構の一方は、前記基板の上面にランプ光を照射する第1のランプヒータを有し、
前記第1の加熱機構及び前記第2の加熱機構の他方は、前記基板の下面にランプ光を照射する第2のランプヒータを有することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 28 ,
One of the first heating mechanism and the second heating mechanism has a first lamp heater that irradiates the upper surface of the substrate with lamp light,
The other of the first heating mechanism and the second heating mechanism includes a second lamp heater that irradiates a lower surface of the substrate with lamp light.
前記膜を熱処理することにより前記膜を酸化して結晶化した膜は、一般式ABO3で表され、Aは、Al、Y、Na、K、Rb、Cs、La、Sr、Cr、Ag、Ca、Pr、Nd、Biおよび周期表のランタン系列の元素からなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなり、Bは、Al、Ga、In、Nb、Sn、Ti、Ru、Rh、Pd、Re、OSirPt、U、CO、Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mg、V、Nb、Ta、MOおよびWからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでなるペロブスカイト物質を含む膜、または、酸化ビスマス層と、ペロブスカイト型構造ブロックとが交互に積層された構造を有するビスマス層状構造強誘電体結晶を含む膜であり、前記ペロブスカイト型構造ブロックは、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Y、Bi、Pbおよび希土類元素から選ばれる少なくとも1つの元素Lと、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、W、MO、Mn、Fe、SiおよびGeから選ばれる少なくとも1つの元素Rと、酸素とによって構成されることを特徴とするマルチチャンバー装置。 30.In any one of claims 20 to 29 .
A film obtained by oxidizing and crystallizing the film by heat-treating the film is represented by the general formula ABO 3 , where A is Al, Y, Na, K, Rb, Cs, La, Sr, Cr, Ag, It comprises at least one element selected from the group consisting of Ca, Pr, Nd, Bi and a lanthanum series element of the periodic table, and B is Al, Ga, In, Nb, Sn, Ti, Ru, Rh, Including a perovskite substance comprising at least one element selected from the group consisting of Pd, Re, OSirPt, U, CO, Fe, Ni, Mn, Cr, Cu, Mg, V, Nb, Ta, MO, and W A film or a film containing a bismuth layer-structured ferroelectric crystal having a structure in which bismuth oxide layers and perovskite structure blocks are alternately stacked, and the perovskite structure blocks are Li , Na, K, Ca, Sr, Ba, Y, Bi, Pb and at least one element L selected from rare earth elements, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, MO, Mn, Fe, Si And a multi-chamber device comprising at least one element R selected from Ge and oxygen, and oxygen.
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第4の制御部と、
を具備し、
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、前記第1の熱処理室内が第1の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を減圧し、前記第1の熱処理室内が第2の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を加圧する雰囲気で前記基板を熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 20 or 22 ,
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fourth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The fourth control unit supplies pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber, and when the first heat treatment chamber reaches the first pressure. The first heat treatment chamber is depressurized, and when the first heat treatment chamber reaches a second pressure, the substrate is heat treated in an atmosphere in which the first heat treatment chamber is pressurized. Multi-chamber device.
前記第1の圧力は1気圧以上であり、
前記第2の圧力は前記第1の圧力の95%以下の圧力であることを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 31 ,
The first pressure is 1 atm or more;
The multi-chamber apparatus, wherein the second pressure is 95% or less of the first pressure.
前記第4の制御部は、前記第1の熱処理室内を減圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を停止し、前記第1の熱処理室内を加圧する際に前記酸素ガスまたは前記混合ガスの前記第1の熱処理室内への導入を開始するように、前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 31 or 32 ,
The fourth control unit stops introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber when depressurizing the first heat treatment chamber, and pressurizes the first heat treatment chamber. The multi-chamber apparatus is characterized in that the second supply mechanism and the second exhaust mechanism are controlled so as to start introduction of the oxygen gas or the mixed gas into the first heat treatment chamber.
前記第1の熱処理室内に配置され、基板を保持する保持部と、
前記第2の供給機構及び前記第2の排気機構を制御する第5の制御部と、
を具備し、
前記第5の制御部は、前記基板上に加圧した酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを流しながら前記基板を加圧酸素雰囲気で熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 21 or 22 ,
A holding unit disposed in the first heat treatment chamber and holding a substrate;
A fifth control unit for controlling the second supply mechanism and the second exhaust mechanism;
Comprising
The fifth control unit controls the substrate to be heat-treated in a pressurized oxygen atmosphere while flowing a pressurized oxygen gas or a mixed gas of an oxygen gas and an inert gas over the substrate. Chamber device.
前記第5の制御部は、前記第1の熱処理室内に加圧された酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスの混合ガスを供給し、前記第1の熱処理室内が第1の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を減圧し、前記第1の熱処理室内が第2の圧力に到達した時に前記第1の熱処理室内を加圧する雰囲気で前記基板を熱処理するように制御することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 34 ,
The fifth control unit supplies pressurized oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and inert gas into the first heat treatment chamber, and when the first heat treatment chamber reaches the first pressure. The first heat treatment chamber is depressurized, and when the first heat treatment chamber reaches a second pressure, the substrate is heat treated in an atmosphere in which the first heat treatment chamber is pressurized. Multi-chamber device.
前記第2の供給機構は障害物を有し、
前記基板上に流れる前記酸素ガスまたは前記混合ガスに前記障害物によって乱流またはカルマン渦を形成することを特徴とするマルチチャンバー装置。 In claim 34 or 35 ,
The second supply mechanism has an obstacle;
A multi-chamber apparatus characterized by forming a turbulent flow or a Karman vortex in the oxygen gas or mixed gas flowing on the substrate by the obstacle.
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