KR20000011360A - Single-substrate-heat-processing apparatus and method for performing reformation and crystallization - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A sheet fed typed heat treating device is provided to improve a throughput and to reduce equipment cost and manufacturing cost. CONSTITUTION: A common returning chamber(3) of a film forming system(1) contains; two CVD devices(4, 6), a reforming device(8) and a heat treating device(10) being connected; and two cassette chambers(14A, 14B) connected for improving an efficiency of carrying in and out for a wafer. Therefore, the wafer is returned between each device and the cassette chambers through the common returning chamber while maintaining a vacuum state. In the heat treating device, the temperature of the wafer is raised from under the temperature of crystallizing of a metal oxide film to over the temperature of crystallizing in the state of the existence of an activated oxygen atom. Therefore, the reforming treatment of the metal oxide film formed on the top layer of the wafer and the crystallizing treatment of every metal oxide films filmed on the wafer are operated continuously.

Description

개질 및 결정화를 수행하기 위한 매엽식 열처리 장치 및 방법{SINGLE-SUBSTRATE-HEAT-PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING REFORMATION AND CRYSTALLIZATION}Single heat treatment apparatus and method for reforming and crystallization {SINGLE-SUBSTRATE-HEAT-PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING REFORMATION AND CRYSTALLIZATION}

본 발명은, 피처리 기판상에 배치된 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질(改質:reformation) 처리와, 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하기 위한 매엽식 열처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)에 의해 퇴적된 금속 산화막을 위한 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sheet type heat treatment apparatus and method for performing a reforming treatment for removing organic impurities contained in a thin film disposed on a substrate to be processed and a crystallization treatment for crystallizing the thin film. In particular, it relates to a heat treatment apparatus and method for a metal oxide film deposited by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

반도체 디바이스를 제조할 때, 반도체 웨이퍼에 대하여 막 형성 처리나 패턴 에칭 처리가 반복되어 실시된다. 막 형성 처리는 반도체 디바이스가 고밀도화 및 고집적화됨에 따라 그 사양이 해마다 엄격해지고 있다. 예를 들어, 캐패시터의 절연막이나 게이트 절연막과 같이 대단히 얇은 절연막 등에 대해서도 더 박막화될 것과, 높은 절연성이 요구되고 있다.When manufacturing a semiconductor device, a film formation process and a pattern etching process are performed repeatedly with respect to a semiconductor wafer. As the film forming process becomes more dense and highly integrated in semiconductor devices, the specifications thereof become stricter every year. For example, an extremely thin insulating film such as an insulating film or a gate insulating film of a capacitor is further thinned and a high insulating property is required.

이들의 절연막으로서, 종래부터 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 이용되고 있다. 그러나, 최근, 절연 특성이 보다 양호한 재료로서, 금속 산화막, 예컨대 산화 탄탈(Ta2O5)막이 사용되고 있다. 이러한 막은, MOCVD에 의해, 즉, 유기 금속 화합물을 가스화하여 사용하는 것에 의해 퇴적시킬 수 있다. 이 금속 산화막은, 퇴적 후에 표면의 개질 처리를 실시함으로써, 더욱 절연성을 향상시킬 수 있다. 일본 특허 공개 공보 제90-283022호에는 이러한 종류의 개질 처리 기술이 개시되어 있다.As these insulating films, a silicon oxide film, a silicon nitride film and the like have conventionally been used. However, in recent years, metal oxide films such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) films have been used as materials having better insulating properties. Such a film can be deposited by MOCVD, that is, by gasifying and using an organometallic compound. This metal oxide film can further improve insulation by performing a surface modification treatment after deposition. Japanese Patent Laid-Open No. 90-283022 discloses a modification treatment technique of this kind.

산화 탄탈막의 형성은 CVD 장치에서 실행된다. 처리 가스로서, 예컨대, 탄탈 알콕시드(Ta(OC2H5)5)를 포함하는 원료 가스와 산소 가스가 사용된다. 프로세스 압력은, 0.2∼0.3Torr 정도, 프로세스 온도는 250∼450℃ 정도로 설정된다. 이러한 조건 하에서, 원료 가스의 해리(解離)에 의해 발생한 여기종(勵起種)과 산소 가스가 반응하여, 비정질(非晶質) 상태[아모르포스(amorphous) 상태]의 산화 탄탈막이 반도체 웨이퍼상에 퇴적된다.The formation of the tantalum oxide film is performed in a CVD apparatus. As the processing gas, for example, a source gas containing a tantalum alkoxide (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) and an oxygen gas are used. Process pressure is set to about 0.2-0.3 Torr, and process temperature is set to about 250-450 degreeC. Under these conditions, the excitation species generated by dissociation of the source gas react with the oxygen gas so that the tantalum oxide film in an amorphous state (amorphous state) is formed on the semiconductor wafer. To be deposited.

퇴적 후의 산화 탄탈막의 개질 처리는 개질 장치에서 실행된다. 산화 탄탈막이 배치된 웨이퍼는, 오존을 포함하는 대기압의 분위기중에 배치된다. 활성 산소 원자가 발생하도록, 오존에는 수은 램프로부터 자외선이 조사(照射)된다. 활성 산소 원자에 의해 산화 탄탈막중에 포함되는 C-C 결합 등의 유기 불순물이 분해 및 탈리된다. 이에 따라, 산화 탄탈막의 절연 특성이 향상된다. 또, 개질 처리는, 산화 탄탈막의 비정질 상태를 유지하도록, 결정화 온도 이하의 온도, 예컨대 425℃ 정도에서 실행된다.The modification process of the tantalum oxide film after deposition is performed in the reforming apparatus. The wafer on which the tantalum oxide film is disposed is disposed in an atmospheric pressure atmosphere containing ozone. In order to generate active oxygen atoms, ozone is irradiated with ultraviolet rays from a mercury lamp. By active oxygen atoms, organic impurities such as C-C bonds contained in the tantalum oxide film are decomposed and released. As a result, the insulating properties of the tantalum oxide film are improved. The modification treatment is performed at a temperature below the crystallization temperature, for example, about 425 ° C, so as to maintain an amorphous state of the tantalum oxide film.

다음에, 웨이퍼는 결정화용 열처리 장치로 반송된다. 여기서, 산소 가스의 존재하에서 산화 탄탈막이 결정화 온도 이상, 예컨대 700℃로 가열된다. 이 어닐링에 의해, 산화 탄탈막은 결정화되고 분자 레벨로 치밀화되어, 산화 탄탈막의 절연 특성이 더욱 향상된다.Next, the wafer is conveyed to the heat treatment apparatus for crystallization. Here, the tantalum oxide film is heated to a crystallization temperature or higher, for example 700 ° C., in the presence of oxygen gas. By this annealing, the tantalum oxide film is crystallized and densified at the molecular level, so that the insulating properties of the tantalum oxide film are further improved.

또한, 일본 특허 공개 공보 제97-121035호에는, 산화 탄탈막을 2층으로 형성하는 기술이 개시되어 있다. 즉, 우선 반도체 웨이퍼상에 비정질 상태의 제 1 층이 퇴적되고, 그 개질 처리가 이루어진다. 다음에, 제 1 층상에 비정질 상태의 제 2 층이 퇴적되고, 그 개질 처리가 실행된다. 그리고, 마지막으로, 웨이퍼가 고온에서 열처리되어, 제 1 및 제 2 층이 함께 결정화된다. 이 기술에 따르면, 각 층이 얇아진 만큼 각각의 개질 처리시에 있어서 효과적으로 유기 불순물을 탈리시킬 수 있어, 산화 탄탈막의 절연 특성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다. 그러나, 이 방법은, 처리 공정수나 반송 공정수가 많아지기 때문에, 스루풋이 저하되는 한편, 설비 비용이나 생산 비용이 증가한다고 하는 문제가 따른다.In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 97-121035 discloses a technique of forming a tantalum oxide film in two layers. That is, first, an amorphous first layer is deposited on the semiconductor wafer, and the modification process is performed. Next, a second layer in an amorphous state is deposited on the first layer, and the modification process is performed. And finally, the wafer is heat treated at high temperature so that the first and second layers crystallize together. According to this technique, as each layer becomes thinner, organic impurities can be effectively removed at the time of each reforming process, and it becomes possible to improve the insulation characteristic of a tantalum oxide film further. However, this method has a problem that the throughput decreases while the number of processing steps and the number of transfer steps increases, while the equipment cost and the production cost increase.

본 발명자 등의 발명에 관한 일본 특허 공개 공보 제98-79377호(미국 특허 출원 08/889,590)에는, 퇴적 장치, 개질 장치 및 결정화용 열처리 장치를 공통 반송실에서 접속한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템이 개시되어 있다. 이러한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템에 따르면, 전술한 스루풋 등의 문제를 어느 정도 해소할 수 있다. 그러나, 더욱 개선될 것이 요망된다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 98-79377 (US Patent Application 08 / 889,590) relating to the invention of the inventors and the like discloses a cluster tool type film forming system in which a deposition apparatus, a reforming apparatus and a crystallization heat treatment apparatus are connected in a common transport chamber. Is disclosed. According to such a cluster tool type film forming system, the above-described problems such as throughput can be solved to some extent. However, further improvements are desired.

본 발명의 목적은, 스루풋을 향상시키는 한편, 설비 비용이나 생산 비용을 저감시킬 수 있는, 개질 및 결정화를 수행하기 위한 매엽식 열처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a single sheet heat treatment apparatus and method for performing modification and crystallization, which can improve throughput and reduce equipment cost and production cost.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 특허청구범위의 각 항에 기재된 구성을 갖는 매엽식 열처리 장치 및 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a sheet type heat treatment apparatus and method having the configuration described in each section of the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram which shows the principal part of the cluster tool type film formation system which concerns on the Example of this invention.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,2A to 2D are diagrams showing a film forming method according to an embodiment of the present invention in the order of process;

도 3은 열처리 장치의 프로세스 온도의 변화를 나타내는 그래프,3 is a graph showing a change in process temperature of a heat treatment apparatus;

도 4는 산화 탄탈막의 절연 내압 특성을 나타내는 그래프,4 is a graph showing the dielectric breakdown voltage characteristics of a tantalum oxide film;

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,5A to 5D show a film forming method according to another embodiment of the present invention in the order of process;

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,6A and 6B illustrate a film forming method according to still another embodiment of the present invention in the order of process;

도 7은 도 1에 도시한 막 형성 시스템의 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,7 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus of the film forming system shown in FIG. 1;

도 8은 도 7에 도시한 장치의 샤워 헤드를 나타내는 평면도,8 is a plan view showing the shower head of the apparatus shown in FIG.

도 9는 본 발명의 별도의 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,9 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 별도의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도,10 is a schematic block diagram showing a main part of a cluster tool type film forming system according to another embodiment of the present invention;

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,11 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention;

도 12는 자외선만으로 개질을 실행한 종래 방법과, 자외선과 적외선을 이용하여 개질을 실행한 본 발명의 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프,12 is a graph showing a result of comparing the conventional method of performing modification with only ultraviolet rays and the method of the present invention performing modification using ultraviolet rays and infrared rays,

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,13 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention;

도 14는 도 13에 도시한 장치의 개략 평면도,14 is a schematic plan view of the apparatus shown in FIG. 13;

도 15는 광선의 주사 속도의 변화를 나타내는 그래프,15 is a graph showing a change in scanning speed of a light beam;

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,16 is a schematic structural diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention;

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,17 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention;

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,18 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention;

도 19는 도 18에 도시한 장치의 개략 평면도.19 is a schematic plan view of the apparatus shown in FIG. 18;

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1: 막 형성 시스템 3: 공통 반송실1: film-forming system 3: common conveying chamber

4,6: CVD 장치 8: 개질 장치4,6: CVD apparatus 8: reforming apparatus

10,32,72: 열처리 장치 14A,14B: 카셋트실10, 32, 72: heat treatment apparatus 14A, 14B: cassette seal

20,22,24: 산화 탄탈층(금속 산화막)20,22,24: Tantalum oxide layer (metal oxide film)

34: 처리실 56: 샤워헤드34: treatment chamber 56: shower head

W: 웨이퍼W: wafer

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 대략 동일한 기능 및 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the following description, about the component which has substantially the same function and structure, the same code | symbol is attached | subjected and duplication description shall be made only when necessary.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram which shows the principal part of the cluster tool type film forming system which concerns on the Example of this invention.

도 1에 도시하는 바와 같이, 막 형성 시스템(1)에 있어서, 공통 반송실(3)에는, 2대의 CVD 장치(4, 6)와, 개질 장치(8)와, 열처리 장치(10)가 접속된다. 공통 반송실(3)에는 또한, 웨이퍼의 반출입 효율을 향상시키기 위해서, 2대의 카셋트실(14A, 14B)이 접속된다. 각 장치(4, 6, 8, 10) 및 카셋트실(14A, 14B) 사이에서, 진공 상태를 유지하면서, 공통 반송실(3)을 통해 웨이퍼가 반송된다. 웨이퍼를 반송하기 위해서, 공통 반송실(3)내에는, 굴신(屈伸) 및 선회가 가능하도록 된 다관절 아암으로 이루어진 아암 기구(16)가 배치된다.As shown in FIG. 1, in the film formation system 1, two CVD apparatuses 4 and 6, a reforming apparatus 8, and a heat treatment apparatus 10 are connected to the common transfer chamber 3. do. In addition, two cassette chambers 14A and 14B are connected to the common transfer chamber 3 in order to improve the carrying in and out efficiency of the wafer. The wafer is conveyed through the common conveyance chamber 3, maintaining the vacuum state between each apparatus 4, 6, 8, 10, and cassette chamber 14A, 14B. In order to convey a wafer, in the common conveyance chamber 3, the arm mechanism 16 which consists of an articulated arm which can be stretched and swiveled is arrange | positioned.

공통 반송실(3)과 카셋트실(14A, 14B)은, 각각 게이트 밸브(G1, G2)를 거쳐 접속된다. 카셋트실(14A, 14B)에는, 외부의 작업실 분위기와의 사이를 개폐하여 대기 개방이 가능하도록 하기 위한 게이트 도어(G3, G4)가 각각 배치된다.The common transfer chamber 3 and the cassette chambers 14A and 14B are connected via the gate valves G1 and G2, respectively. In the cassette chambers 14A and 14B, gate doors G3 and G4 for opening and closing the opening and closing with the external work room atmosphere are respectively provided.

공통 반송실(3)과 CVD 장치(4, 6), 개질 장치(8), 열처리 장치(10)는, 각각 게이트 밸브(G5, G6, G7, G8)를 거쳐 접속된다.The common transfer chamber 3, the CVD apparatuses 4 and 6, the reforming apparatus 8, and the heat treatment apparatus 10 are connected via gate valves G5, G6, G7, and G8, respectively.

공통 반송실(3) 및 카셋트실(14A, 14B)은, 각각 기밀 구조로 구성된다. 카셋트실(14A, 14B)은, 이 막 형성 시스템 전체의 웨이퍼 반출입 포트를 구성한다. 개방된 게이트 도어(G3, G4)를 거쳐서, 복수의 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 카셋트(C)가, 카셋트실(14A, 14B)에 대하여 반출입된다. 카셋트실(14A, 14B)은, 각각 승강 및 선회가 자유로운 카셋트 스테이지(도시하지 않음)를 구비한다. 카셋트실(14A, 14B)은, 카셋트(C)를 수용한 상태로 진공시키는 것이 가능하게 된다.The common conveyance chamber 3 and the cassette chamber 14A, 14B are each comprised by airtight structure. The cassette chambers 14A and 14B constitute a wafer carrying in / out port of the entire film forming system. Through the open gate doors G3 and G4, a cassette C for accommodating a plurality of semiconductor wafers is carried in and out of the cassette chambers 14A and 14B. The cassette chambers 14A and 14B are each provided with a cassette stage (not shown) which is free to move up and down. The cassette chambers 14A and 14B can be vacuumed in the state where the cassette C was accommodated.

CVD 장치(4, 6)는, 피처리 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 기화 상태의 금속 산화막 원료와 산화 가스가 존재하는 진공 분위기중에서 비정질 상태의 금속 산화막을 형성하기 위해 사용된다. 개질 장치(8)는, 금속 산화막을 진공 분위기하에 있어서 활성 산소 원자에 노출시켜 개질 처리를 실시하기 위해 사용된다. 열처리 장치(10)는, 금속 산화막의 개질 처리와, 금속 산화막을 결정 온도 이상으로 가열하여 결정화시키는 결정화 처리를, 계속해서 실행하기 위해 사용된다.The CVD apparatuses 4 and 6 are used for forming a metal oxide film in an amorphous state in a vacuum atmosphere in which a metal oxide film raw material in a vaporized state and an oxidizing gas are present on a substrate to be processed, such as the semiconductor wafer W. FIG. The reforming apparatus 8 is used for exposing the metal oxide film to active oxygen atoms in a vacuum atmosphere to perform the reforming treatment. The heat treatment apparatus 10 is used to continuously carry out the modification process of the metal oxide film and the crystallization process of heating and crystallizing the metal oxide film above the crystal temperature.

각 장치(4, 6, 8, 10) 및 공통 반송실(3), 카셋트실(14A, 14B)에는, 내부를 불활성 가스, 예컨대 N2가스로 퍼지(purge)하는 가스 공급 기구(도시하지 않음) 및 내부를 진공 배기시키기 위한 진공 배기 기구(도시하지 않음)가 각각 접속된다. 각 장치(4, 6, 8, 10) 및 공통 반송실(3), 카셋트실(14A, 14B)의 N2가스 공급 및 진공 배기는, 서로 독립적으로 제어가 가능하게 된다.Each unit (4, 6, 8, 10) and the common transfer chamber (3), a cassette chamber (14A, 14B), the gas supply for purging (purge) the interior with an inert gas such as N 2 gas equipment (not shown ) And a vacuum exhaust mechanism (not shown) for evacuating the inside are respectively connected. The N 2 gas supply and vacuum exhaust of each of the apparatuses 4, 6, 8, 10, the common transfer chamber 3, and the cassette chambers 14A, 14B can be controlled independently of each other.

CVD 장치(4, 6)나 개질 장치(8)로서는, 일본 특허 공개 공보 제98-79377호(미국 특허 출원 08/889,590)에 개시된 것을 이용할 수 있다. 상기 특허의 개시내용은 본 명세서에 참조로 인용된다. 각 CVD 장치(4, 6)에서는, 웨이퍼 표면에 비정질 상태의 금속 산화막으로서, 예컨대 산화 탄탈(Ta2O5)층이 CVD에 의해 퇴적된다. 금속 산화막 원료로서 유기 화합물인 액상의 금속 알콕시드, 예컨대 Ta(OC2H5)5가, 예컨대 He 가스에 의해 버블링되어 공급된다. 이 처리 가스 가스와 산화 가스인 O2등이 처리실내에서 혼합 가스되어, 이 분위기하에서 CVD 성막 반응이 이루어진다. 동일한 구조의 CVD 장치를 2대 마련한 이유는, 스루풋을 향상시키기 위해서이다. 산화 가스로서는, O2이외에, O3, N2O, NO, 기화 상태의 알콜 등을 이용할 수 있다.As the CVD apparatuses 4 and 6 and the reforming apparatus 8, those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 98-79377 (US Patent Application 08 / 889,590) can be used. The disclosure of this patent is incorporated herein by reference. In each of the CVD apparatuses 4 and 6, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer is deposited on the wafer surface as an amorphous metal oxide film by CVD. As the metal oxide film raw material, a liquid metal alkoxide, such as Ta (OC 2 H 5 ) 5, which is an organic compound, is bubbled and supplied, for example, by He gas. This processing gas gas and O 2 , which is an oxidizing gas, are mixed gas in the processing chamber, and the CVD film-forming reaction is performed in this atmosphere. The reason for providing two CVD apparatuses of the same structure is to improve the throughput. As the oxidizing gas, in addition to O 2 , O 3 , N 2 O, NO, an alcohol in a vaporized state, or the like can be used.

개질 장치(8)에서는, 가열 히터가 내장된 탑재대상에 설치된 웨이퍼 표면이 활성 산소 원자에 노출되어, 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 금속 산화막이 개질된다. 활성 산소 원자는 오존(O3)을 외부로부터 도입하여, 장치 천정부의 램프(18)로부터 자외선을 조사함으로써 얻어진다. 또, 오존 대신에, N2O 가스를 이용하여 활성 산소 원자를 발생시켜도 무방하다. 활성 산소 원자에 의해, 금속 산화막 중에 존재하는 C-C 결합이나 하이드로카본 등의 유기 불순물이 분해되고 또한 탈리된다. 이 개질 처리는, 유기 불순물의 탈리를 완전하게 수행하기 위해서 금속 산화막의 결정화 온도 이하의 온도에서 실행한다.In the reforming apparatus 8, the surface of the wafer provided on the mounting target in which the heating heater is embedded is exposed to active oxygen atoms, and the metal oxide film formed on the surface of the wafer is modified. Active oxygen atoms are obtained by introducing ozone (O 3 ) from the outside and irradiating ultraviolet rays from the lamp 18 of the ceiling of the device. In addition, instead of ozone, N 2 O gas may be used to generate active oxygen atoms. The active oxygen atoms decompose and desorb organic impurities such as CC bonds and hydrocarbons present in the metal oxide film. This reforming process is performed at a temperature below the crystallization temperature of the metal oxide film in order to completely remove the organic impurities.

열처리 장치(10)에서는, 활성 산소 원자의 존재하에 있어서, 웨이퍼가 금속 산화막의 결정화 온도 이하에서부터 결정화 온도 이상까지 승온된다. 이에 따라, 웨이퍼의 최상층에 형성되어 있는 금속 산화막의 개질 처리와 웨이퍼에 성막된 모든 금속 산화막의 결정화 처리가 연속하여 실행된다. 혹은, 활성 산소 원자의 존재하에서 웨이퍼를 승온시켜, 개질 처리와 결정화 처리를 거의 동시에 달성하는 것도 가능하다.In the heat treatment apparatus 10, in the presence of active oxygen atoms, the wafer is heated up from the crystallization temperature of the metal oxide film to the crystallization temperature or more. Thereby, the modification process of the metal oxide film formed in the uppermost layer of a wafer, and the crystallization process of all the metal oxide films formed on the wafer are performed continuously. Or it is also possible to raise a wafer in presence of active oxygen atom, and to achieve a reforming process and a crystallization process at about the same time.

도 7은 도 1에 도시한 막 형성 시스템(1)의 열처리 장치(10)로서 사용되는 장치(32)의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.FIG. 7: is a schematic block diagram which shows the principal part of the apparatus 32 used as the heat processing apparatus 10 of the film formation system 1 shown in FIG.

도 7에 도시한 바와 같이, 이 열처리 장치(32)는, 예컨대, 표면이 알루마이트로 피복된 알루미늄으로 형성된 처리실(34)을 갖는다. 처리실(34)의 바닥부에는, O링 등의 밀봉 부재(36)를 거쳐 바닥판(38)이 기밀하게 배치된다.As shown in FIG. 7, this heat treatment apparatus 32 has a processing chamber 34 formed of, for example, aluminum whose surface is covered with alumite. The bottom plate 38 is airtightly arranged at the bottom of the processing chamber 34 via a sealing member 36 such as an O-ring.

처리실(34)내에 반도체 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 탑재대(44)가 배치된다. 탑재대(44)는, 기대(基臺)(45)와, 클램프(48)를 통해 기대(45)에 착탈 가능하게 설치된 커버(46)를 갖는다. 커버(46)는 광 투과성의 석영으로 이루어지고, 그 위에 웨이퍼(W)를 탑재하기 위한 석영제의 핀(47)이 복수개 배치된다. 기대(45)와 커버(46) 사이에는, 처리실(34)내의 분위기로부터 격리되는 기밀한 공간이 형성된다.The mounting table 44 for mounting the semiconductor wafer W is disposed in the processing chamber 34. The mounting table 44 has a base 45 and a cover 46 detachably attached to the base 45 via the clamp 48. The cover 46 is made of light transmissive quartz, and a plurality of quartz pins 47 for mounting the wafer W are disposed thereon. An airtight space is formed between the base 45 and the cover 46 to be isolated from the atmosphere in the processing chamber 34.

탑재대(44)의 기밀 공간내에는, 할로겐 램프 등으로 이루어지는 가열 램프(50)가 복수개 배치된다. 램프(50)에 의해 웨이퍼(W)를 그 이면측으로부터 가열할 수 있다. 각 램프(50)에 투입되는 전력을 콘트롤러(51)에 의해 제어할 수 있으므로, 웨이퍼(W) 및 그 위에 배치된 금속 산화막의 온도를 임의의 온도로 설정하는 것이 가능하게 된다. 각 램프(50)의 아래에는, 단면이 대략 타원 형상 혹은 포물선 형상의 곡선을 이루는 반사 미러(52)가 배치된다. 이에 따라, 램프(50)로부터의 방사광을 효율적으로 웨이퍼 이면에 조사할 수 있다.In the airtight space of the mounting table 44, the some heating lamp 50 which consists of halogen lamps etc. is arrange | positioned. By the lamp 50, the wafer W can be heated from its back side. Since the electric power input to each lamp 50 can be controlled by the controller 51, it becomes possible to set the temperature of the wafer W and the metal oxide film arrange | positioned on it to arbitrary temperature. Under each lamp 50, a reflecting mirror 52 whose cross section forms a substantially elliptic or parabolic curve is disposed. Thereby, the radiation light from the lamp 50 can be irradiated to the back surface of a wafer efficiently.

처리실(34)의 바닥판(38)에는, 진공 배기 기구(55)에 접속된 복수의 배기구(54)가 형성된다. 진공 배기 기구(55)에 의해 처리실(34) 내를 배기시켜 진공으로 설정하는 것이 가능해진다. 처리실(34)의 측벽에는, 웨이퍼(W)를 반출입할 때에 개폐되는 게이트 밸브(G7)가 배치된다. 탑재대(44)의 윗쪽에는 샤워헤드(56)가 대향 배치된다. 샤워헤드(56)는, 처리실(54)의 측벽을 관통하는 라인(58)을 거쳐서 처리 가스(O3혹은 O2)의 가스원(59)에 접속된다.In the bottom plate 38 of the processing chamber 34, a plurality of exhaust ports 54 connected to the vacuum exhaust mechanism 55 are formed. The vacuum exhaust mechanism 55 allows the inside of the processing chamber 34 to be exhausted and set to a vacuum. On the side wall of the processing chamber 34, a gate valve G7 that opens and closes when carrying in and out of the wafer W is disposed. On the upper side of the mounting table 44, the shower head 56 is disposed. The showerhead 56 is connected to the gas source 59 of the processing gas O 3 or O 2 via a line 58 passing through the side wall of the processing chamber 54.

샤워헤드(56)는, 도 8에 도시한 바와 같은 격자상의 형상을 갖는다. 즉, 샤워헤드(56)는, 라인 파이프(58)에 접속된 링 파이프(60A)와, 그 내측에 접속되고 격자상으로 짜여진 내측 파이프(60B)를 갖는다. 내측 파이프(60B)에는, 하측에 다수의 가스 분사 구멍(61)이 같은 피치로 형성된다.The showerhead 56 has a lattice shape as shown in FIG. 8. That is, the showerhead 56 has a ring pipe 60A connected to the line pipe 58 and an inner pipe 60B connected to the inside thereof and woven in a grid. In the inner pipe 60B, a plurality of gas injection holes 61 are formed at the same pitch at the lower side.

처리실(34)의 천정판(42)에는, 웨이퍼 직경보다 큰 직경의 개구가 형성된다. 이 개구를 폐쇄하도록, O링 등의 밀봉 부재(62)를 통해 광 투과성의 석영으로 이루어지는 창(64)이 기밀하게 배치된다. 창(64)의 윗쪽에는 다수의 자외선 램프(66)가 배치된다. 램프(66)로부터는, 예컨대 254㎚의 자외선이 발생하고, 창(64)을 통해서 처리 가스 및 웨이퍼(W)의 피처리면에 조사된다. 이에 따라, 처리 가스로부터 활성 산소 원자가 생성된다.In the ceiling plate 42 of the processing chamber 34, an opening having a diameter larger than the wafer diameter is formed. A window 64 made of light transmissive quartz is hermetically disposed through a sealing member 62 such as an O-ring so as to close the opening. A plurality of ultraviolet lamps 66 are arranged above the window 64. For example, 254 nm ultraviolet rays are generated from the lamp 66 and irradiated to the processing gas and the target surface of the wafer W through the window 64. As a result, active oxygen atoms are generated from the processing gas.

도 9는 열처리 장치(10)의 다른 실시예의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.9 is a schematic configuration diagram showing a main part of another embodiment of the heat treatment apparatus 10.

도 9에 도시한 바와 같이, 이 열처리 장치(72)는, 예컨대, 표면이 알루마이트로 피복된 알루미늄으로 형성된 처리실(74)을 갖는다. 열처리 장치(72)에는, 도 7에 도시한 장치와 같은 샤워헤드(56), 창(64), 자외선 램프(66)는 배치되어 있지 않다. 대신에, 처리실(74)의 천정판(42)에는, 플라즈마 캐비티(76)를 거쳐 처리 가스(O2)의 가스원(59)에 접속된 노즐(78)이 접속된다. 플라즈마 캐비티(76)에 있어서, 마이크로파 전원(80)의 전력에 의해 처리 가스가 플라즈마화된다. 이에 따라, 노즐(78)로부터 활성 산소 원자가 처리실(72)내로 공급된다. 노즐(78)에 대향하여, 다수의 개구(84)를 갖는 분배판(82)이 배치된다. 분배판(82)에 의해, 활성 산소 원자가 웨이퍼의 표면에 균일하게 분배 공급된다.As shown in FIG. 9, this heat processing apparatus 72 has the processing chamber 74 formed, for example with the aluminum whose surface was coat | covered with the alumite. In the heat treatment apparatus 72, the shower head 56, the window 64, and the ultraviolet lamp 66 like the apparatus shown in FIG. 7 are not arrange | positioned. Instead, the nozzle 78 connected to the gas source 59 of the processing gas O 2 is connected to the ceiling plate 42 of the processing chamber 74 via the plasma cavity 76. In the plasma cavity 76, the processing gas is plasmaated by the power of the microwave power source 80. As a result, active oxygen atoms are supplied from the nozzle 78 into the processing chamber 72. Opposite the nozzle 78, a distribution plate 82 having a plurality of openings 84 is disposed. By the distribution plate 82, active oxygen atoms are uniformly supplied to the surface of the wafer.

다음에, 도 1에 도시된 막 형성 시스템(1)을 이용하여 실행되는 본 발명의 막 형성 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 절연막으로서 2층으로 이루어지는 얇은 금속 산화막을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.Next, the film forming method of the present invention executed using the film forming system 1 shown in FIG. 1 will be described. Here, the case where the thin metal oxide film which consists of two layers as an insulating film is formed is demonstrated as an example.

우선, 반도체 웨이퍼(W), 예컨대 8인치 웨이퍼의 전체적인 흐름에 대하여 설명한다. 미처리 웨이퍼(W)를, 예컨대 25장 수용한 카셋트(C)를 제 1 카셋트실(14A) 내의 카셋트 스테이지(도시하지 않음) 상에 탑재한다. 계속해서 게이트 도어(G3)를 닫고, 실내를 N2가스의 불활성 가스 분위기로 함과 동시에, 이 실(14)내를 진공으로 한다.First, the overall flow of the semiconductor wafer W, for example, an 8-inch wafer, will be described. The cassette C containing 25 unprocessed wafers W, for example, is mounted on a cassette stage (not shown) in the first cassette chamber 14A. Subsequently, the gate door G3 is closed to make the room an inert gas atmosphere of N 2 gas, and the chamber 14 is vacuumed.

다음에, 게이트 밸브(G1)를 열어, 카셋트실(14A) 내를 미리 진공 배기되어 불활성 가스 분위기로 이루어진 공통 반송실(3)내와 연통시킨다. 공통 반송실(3)내의 아암 기구(16)를 이용하여 웨이퍼(W)를 카셋트실(14A)로부터 반입한다.Next, the gate valve G1 is opened, and the inside of the cassette chamber 14A is evacuated in advance to communicate with the inside of the common transfer chamber 3 made of an inert gas atmosphere. The wafer W is loaded from the cassette chamber 14A using the arm mechanism 16 in the common transfer chamber 3.

다음에, 게이트밸브(G5)를 거쳐, 웨이퍼(W)를 미리 진공 배기되어 있는 한쪽의 CVD 장치(4) 내로 반입한다. 여기서, 절연 박막의 제 1 층으로서, 예컨대 산화 탄탈(Ta2O5)층을 퇴적한다. 제 1 층의 퇴적 공정 종료후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내로 아암 기구(16)를 이용하여 출력한다.Next, the wafer W is loaded into one CVD apparatus 4 which is evacuated in advance through the gate valve G5. Here, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer is deposited as the first layer of the insulating thin film. After completion of the deposition process of the first layer, the wafer W is output into the common transfer chamber 3 held in a vacuum state using the arm mechanism 16.

다음에, 개방된 게이트 밸브(G6)를 거쳐 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 되어 있는 개질 장치(8)내로 반입한다. 여기서, 자외선 조사 수단(18)으로부터 발생하는 자외선이나 오존을 이용하여 웨이퍼 표면의 제 1 산화 탄탈층 중에 포함되는 하이드로카본이나 C-C 결합 등의 유기 불순물을 탈리시켜 개질 처리를 실행한다.Next, the wafer W is carried into the reforming apparatus 8 which is previously vacuumed via the gate valve G6 opened. Here, by using ultraviolet rays or ozone generated from the ultraviolet irradiation means 18, organic impurities such as hydrocarbons and C-C bonds contained in the first tantalum oxide layer on the wafer surface are removed to perform the modification process.

개질 처리가 종료된 후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내로 아암 기구(16)를 이용하여 출력한다. 다음에, 개방된 게이트 밸브(G8)를 거쳐 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 유지되어 있는 제 2 CVD 장치(6)내로 반입하고, 여기서 앞서 제 1 CVD 장치(4) 내에서의 성막 처리와 동일한 조건으로, 제 2 산화 탄탈층을 퇴적한다.After the modification process is completed, the wafer W is output into the common transfer chamber 3 held in a vacuum state by the arm mechanism 16. Next, the wafer W is brought into the second CVD apparatus 6 previously held in a vacuum state through the open gate valve G8, where the film forming process in the first CVD apparatus 4 and Under the same conditions, the second tantalum oxide layer is deposited.

제 2 층의 퇴적 공정의 종료후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내에 아암 기구(16)를 이용하여 출력한다. 다음에, 개방된 게이트 밸브(G7)를 거쳐 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 되어 있는 열처리 장치(10)내로 반입한다. 여기서, 우선, 자외선이나 오존의 분위기하에서 제 1 및 제 2 산화 탄탈층을 포함하는 웨이퍼(W)를 저온(약 450℃)에서 개질 처리하고, 계속해서, 산화 탄탈의 결정화 온도 이상까지 승온시킨 후, 60sec 이내에 온도를 하강시킨다. 이에 따라, 제 2 산화 탄탈층의 개질 처리를 실행하는 것과 연속하여, 제 1 및 제 2 산화 탄탈층을 결정화한다. 결정화 공정 종료후, 처리가 완료된 웨이퍼(W)를 공통 반송실(3)내로 취출하여, 제 2 카셋트실(14B)내의 카셋트(C)내에 수용한다.After completion of the deposition process of the second layer, the wafer W is output using the arm mechanism 16 in the common transfer chamber 3 held in a vacuum state. Next, the wafer W is carried into the heat treatment apparatus 10 which has been previously vacuumed via the open gate valve G7. Here, first, the wafer W including the first and second tantalum oxide layers is reformed at a low temperature (about 450 ° C.) under an ultraviolet or ozone atmosphere, and subsequently heated up to a crystallization temperature of tantalum oxide or higher. , The temperature is lowered within 60 sec. As a result, the first and second tantalum oxide layers are crystallized in succession of performing the modification process of the second tantalum oxide layer. After completion of the crystallization step, the processed wafer W is taken out into the common transfer chamber 3 and accommodated in the cassette C in the second cassette chamber 14B.

다음에, 상기 각 공정에 대하여 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.Next, each process will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.

우선, 도 2a에 도시하는 바와 같이 제 1 CVD 장치(4)내에서 웨이퍼(W) 상에 금속 산화막으로서 제 1 산화 탄탈층(20)을 소정 두께로 형성한다. 이 때의 원료 가스는 액상의 금속 알콕시드인 Ta(OC2H5)5를 He 가스로 버블링하는 것에 의해 공급한다. 또한, 이와 동시에 O2등의 산화 가스를 공급한다. 금속 알콕시드의 공급량은, 성막률에도 의존하는데, 예를 들면 수 ㎎/min정도이다.First, as shown in FIG. 2A, the first tantalum oxide layer 20 is formed as a metal oxide film on the wafer W in the first CVD apparatus 4 to have a predetermined thickness. The source gas at this time is supplied by bubbling Ta (OC 2 H 5 ) 5, which is a liquid metal alkoxide, with He gas. At the same time, an oxidizing gas such as O 2 is supplied. The supply amount of the metal alkoxide also depends on the deposition rate, for example, about several mg / min.

이 CVD의 프로세스 압력은 0.2∼0.3Torr 정도, 프로세스 온도는 250∼450℃의 범위내, 예컨대 400℃로 설정한다. 그리고, 예를 들어 두께 t1이 3.5∼5.0㎚ 정도인 제 1 산화 탄탈층(20)을 퇴적한다. 제 1 층(20)의 퇴적 공정의 종료시에는, 제 1 층(20)은 비정질 상태이다. 또, 원료로서 유기물을 사용하고 있기 때문에, 제 1 층(20) 중에 유기 불순물이 혼입하는 것은 피할 수 없다.The process pressure of this CVD is set to about 0.2 to 0.3 Torr, and the process temperature is set in the range of 250 to 450 캜, for example, 400 캜. For example, the first tantalum oxide layer 20 having a thickness t1 of about 3.5 to 5.0 nm is deposited. At the end of the deposition process of the first layer 20, the first layer 20 is in an amorphous state. In addition, since an organic substance is used as a raw material, mixing of organic impurities in the first layer 20 is unavoidable.

다음에, 웨이퍼(W)를 개질 장치(8)내에 반입하여 제 1 산화 탄탈층(20)에 개질 처리를 실시한다. 이 개질 처리에 있어서는, 도 2b에 도시하는 바와 같이 활성 산소 원자를 제공하는 처리 가스로서, 예컨대 오존을 공급하고, 또한 자외선 조사 수단(18)으로부터 다량의 자외선을 조사한다. 이에 따라, 오존은 자외선 조사에 의해 여기되어 더욱 다량의 활성 산소 원자를 발생한다. 활성 산소 원자는 웨이퍼 표면에 형성되어 있는 제 1 산화 탄탈층(20) 중의 유기 불순물을 산화시키고, 이와 동시에, 자외선의 에너지에 의해 유기 불순물의 C-C 결합 등을 절단하여 분해시킨다. 이 결과, 제 1 산화 탄탈층(20) 중의 유기 불순물을 거의 완전히 탈리시킬 수 있다.Next, the wafer W is loaded into the reforming apparatus 8 and the reformed treatment is performed on the first tantalum oxide layer 20. In this reforming process, as shown in FIG. 2B, for example, ozone is supplied as a processing gas for providing an active oxygen atom, and a large amount of ultraviolet light is irradiated from the ultraviolet irradiation means 18. Thus, ozone is excited by ultraviolet irradiation to generate a larger amount of active oxygen atoms. The active oxygen atom oxidizes the organic impurities in the first tantalum oxide layer 20 formed on the wafer surface, and simultaneously decomposes and decomposes C-C bonds of the organic impurities by the energy of ultraviolet rays. As a result, the organic impurities in the first tantalum oxide layer 20 can be almost completely removed.

개질 처리에 있어서, 자외선으로서는 파장이 185㎚, 254㎚를 주체로 하는 자외선을 다량으로 조사한다. 또한, 프로세스 압력은 1∼600Torr 정도의 범위내, 프로세스 온도는 산화 탄탈의 결정화 온도인 600℃ 이하로 하여, 예컨대 320∼600℃의 범위내인 425℃ 정도로 설정한다. 프로세스 온도가 320℃보다 작은 경우에는, 제 1 산화 탄탈층(20)의 절연 내압이 충분하지 않게 되어, 600℃를 넘으면 제 1 산화 탄탈층(20)의 결정화가 시작되어 충분한 개질을 수행할 수 없다. 또한, 개질 시간은 막 두께에도 의존하지만, 10분 이상 실행하는 것이 바람직하다. 또, 제 1 산화 탄탈층(20)의 두께 t1이 4.5㎚보다도 얇은 경우에는, 자외선을 조사하는 일 없이 오존만을 공급하는 것에 의해 개질 처리를 실행하더라도 무방하다.In the modification treatment, the ultraviolet rays are irradiated with a large amount of ultraviolet rays mainly composed of 185 nm and 254 nm. The process pressure is in the range of about 1 to 600 Torr, and the process temperature is set to 600 ° C or lower which is the crystallization temperature of tantalum oxide, and is set at, for example, about 425 ° C in the range of 320 to 600 ° C. When the process temperature is less than 320 ° C., the dielectric breakdown voltage of the first tantalum oxide layer 20 is not sufficient, and when the temperature exceeds 600 ° C., crystallization of the first tantalum oxide layer 20 may start to perform sufficient modification. none. The modification time is also dependent on the film thickness, but preferably 10 minutes or more. When the thickness t1 of the first tantalum oxide layer 20 is thinner than 4.5 nm, the modification treatment may be performed by supplying only ozone without irradiating ultraviolet rays.

개질 처리 종료후, 웨이퍼(W)를 제 2 CVD 장치(6)내로 반입하고, 도 2c에 도시하는 바와 같이 제 1 산화 탄탈층(20)상에 제 2 산화 탄탈층(22)을 퇴적한다. 원료 가스, 그 유량, 프로세스 압력, 프로세스 온도 등의 제 2 층(22)의 퇴적 조건은, 제 1 층(20)의 퇴적 조건과 완전히 동일하게 설정한다. 제 2 층(22)의 막두께 t2도 t1과 동일하게, 예컨대 3.5∼5.0㎚ 정도로 설정한다. 제 2 층(22)의 퇴적 공정의 종료시에는, 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)은 비정질 상태이다.After completion of the reforming process, the wafer W is loaded into the second CVD apparatus 6, and the second tantalum oxide layer 22 is deposited on the first tantalum oxide layer 20 as shown in FIG. 2C. The deposition conditions of the second layer 22 such as the source gas, the flow rate, the process pressure, the process temperature, and the like are set to be exactly the same as the deposition conditions of the first layer 20. The film thickness t2 of the second layer 22 is also set to, for example, 3.5 to 5.0 nm in the same manner as t1. At the end of the deposition process of the second layer 22, the first and second tantalum oxide layers 20, 22 are in an amorphous state.

다음에, 웨이퍼(W)를 열처리 장치(10)로 반입하여, 이하의 처리를 실행한다. 즉, 도 2d에 도시하는 바와 같이 활성 산소 원자로서 앞서서의 개질 처리와 마찬가지로, 예컨대 오존을 공급하고, 프로세스 압력을 1∼600Torr 정도의 범위내로 설정한다. 또한, 프로세스 온도는 산화 탄탈의 결정화 온도를 사이에 두고 변화시킨다. 이하의 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)을 포함하는 웨이퍼(W)의 온도(이하, 간단히 웨이퍼(W)의 온도라고 함)의 제어는, 콘트롤러(51)(도 7 참조)에 의해 각 램프(50)로의 투입 전력을 조정함으로써 실행한다.Next, the wafer W is carried into the heat treatment apparatus 10 and the following processing is performed. That is, as shown in Fig. 2D, ozone is supplied as an active oxygen atom, for example, and the process pressure is set within a range of about 1 to 600 Torr. The process temperature is also varied with the crystallization temperature of tantalum oxide interposed. The control of the temperature of the wafer W (hereinafter simply referred to as the temperature of the wafer W) including the first and second tantalum oxide layers 20 and 22 described below is performed by the controller 51 (see FIG. 7). This is performed by adjusting the input power to each lamp 50.

우선, 제 2 산화 탄탈층(22)의 개질 처리를 실행하기 위해서, 웨이퍼(W)의 온도를 산화 탄탈의 결정화 온도(700℃ 이상)보다 낮게, 바람직하게는 개질 온도의 상한(600℃)보다 낮은 제 1 온도로 설정한다. 계속해서, 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)의 결정화 처리를 실행하기 위해서, 웨이퍼(W)의 온도를 결정화 온도보다 높은 제 2 온도까지 일단 급속히 승온시킨 다음, 곧바로 600℃보다 낮은 온도까지 냉각시킨다. 여기서, 제 1 온도로 유지되는 기간은 결정화 온도 이상에 있는 기간보다 길어지도록 한다.First, in order to perform the modification process of the second tantalum oxide layer 22, the temperature of the wafer W is lower than the crystallization temperature (700 ° C or higher) of the tantalum oxide, preferably higher than the upper limit (600 ° C) of the modification temperature. Set to a low first temperature. Subsequently, in order to perform the crystallization treatment of the first and second tantalum oxide layers 20 and 22, the temperature of the wafer W is rapidly raised to a second temperature higher than the crystallization temperature, and then immediately lower than 600 ° C. Cool to temperature. Here, the period maintained at the first temperature is made longer than the period above the crystallization temperature.

이에 따라, 최상층의 금속 산화막인 제 2 산화 탄탈층(22)은 결정화 온도까지 도달하는 동안에 개질 처리된다. 또한, 700℃ 이상에 도달하면 모든 산화 탄탈층, 즉 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)이 함께 결정화된다. 즉, 동일 챔버내에서 상측의 제 2 산화 탄탈층(22)의 개질 처리와 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)의 결정화 처리를 연속적으로 실행할 수 있다.Thus, the second tantalum oxide layer 22, which is the uppermost metal oxide film, is modified while reaching the crystallization temperature. Further, when the temperature reaches 700 ° C. or more, all tantalum oxide layers, that is, the first and second tantalum oxide layers 20 and 22 are crystallized together. That is, the modification process of the upper tantalum oxide layer 22 and the crystallization process of the 1st and 2nd tantalum oxide layers 20 and 22 can be performed continuously in the same chamber.

도 3은 열처리 장치(10)의 프로세스 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서 횡축은 시간[Ti(sec)], 종축은 프로세스 온도(PT)를 나타낸다.3 is a graph showing a change in process temperature of the heat treatment apparatus 10. In FIG. 3, the horizontal axis represents time Ti (sec), and the vertical axis represents process temperature PT.

예를 들어, 웨이퍼(W)의 온도 및 처리실(34)(도 7 참조)내의 온도가 모두 450℃ 정도의 상태에서 웨이퍼(W)를 처리실(34)내로 반입한다. 이 온도 상태를 소정의 시간, 예컨대 2분 정도 유지하여 개질 처리를 수행한다. 이어서 곧, 램프(50)로의 공급 전력을 증가시켜 웨이퍼(W)의 온도를 급격히 상승시켜서, 700℃ 이상, 예컨대 750℃까지 승온시킨다. 이 때, 승온 속도는 30∼130℃/sec, 예컨대 100℃/sec로 한다. 이 때, 600℃ 정도까지의 승온 기간동안에는 제 2 산화 탄탈층(22)에 대하여 개질 처리가 실시된다. 700℃를 넘은 온도 영역에서는, 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)의 결정화 처리가 실행된다.For example, the wafer W is brought into the processing chamber 34 while the temperature of the wafer W and the temperature in the processing chamber 34 (refer to FIG. 7) are all about 450 ° C. The reforming process is performed by maintaining this temperature state for a predetermined time, for example, about 2 minutes. Subsequently, the power supply to the lamp 50 is increased to rapidly increase the temperature of the wafer W, thereby raising the temperature to 700 ° C or higher, for example, 750 ° C. At this time, a temperature increase rate is 30-130 degreeC / sec, for example, 100 degreeC / sec. At this time, the modification process is performed on the second tantalum oxide layer 22 during the temperature increase period up to about 600 ° C. In the temperature range exceeding 700 ° C, crystallization treatment of the first and second tantalum oxide layers 20 and 22 is performed.

산화 탄탈층의 개질 온도의 상한 600℃와 결정화 온도의 700℃ 동안에는 100℃ 정도의 폭이 존재한다. 이 이유는, 결정화는 어느 일정한 온도를 경계로 하여 순간적으로 발생하는 것이 아니라, 일정한 온도폭을 갖고 서서히 진행되어 가기 때문이다. 따라서, 이 600∼700℃ 사이는, 제 2 산화 탄탈층(22)의 개질도 실행됨과 동시에, 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)의 결정화도 서서히 시작되어, 양 처리가 동시 병행적으로 진행되어 간다.The width of about 100 degreeC exists in the upper limit 600 degreeC of the modification temperature of a tantalum oxide layer, and 700 degreeC of a crystallization temperature. This is because crystallization does not occur instantaneously at a certain temperature boundary, but gradually progresses with a constant temperature range. Therefore, the modification of the second tantalum oxide layer 22 is also performed between 600 and 700 ° C, and the crystallization of the first and second tantalum oxide layers 20 and 22 is also started gradually, and both treatments are performed simultaneously. Going on.

이 경우, 산화 탄탈층(22)의 개질의 시간(T1)은, 이 층의 두께에도 의존하는데, 예컨대 두께가 4.5㎚ 정도일 때에는 120sec 정도로 설정한다. 이에 반하여, 결정화 현상은 거의 순간적으로 발생하기 때문에, 온도 700℃ 이상의 시간 T2의 길이는, 예컨대 60sec 정도로 설정하면 된다. 결정화 온도는 700∼800℃의 범위가 바람직하다. 이 온도가 800℃보다도 높으면, 산화 탄탈층의 하지(下地)가 보다 산화되어, 실효적인 막두께가 증가하기 쉽다. 또한, 반도체 디바이스에의 열적 영향이 크고, 특성이 열화한다고 하는 문제가 발생한다. 처리후의 웨이퍼는, 처리실(34)내를 N2가스로 퍼지함과 동시에, 425℃ 정도까지 온도 하강하여, 압력 조정한 후에 반출된다.In this case, the time T1 of modification of the tantalum oxide layer 22 also depends on the thickness of this layer. For example, when the thickness is about 4.5 nm, the time T1 is set to about 120 sec. On the other hand, since crystallization phenomenon occurs almost instantaneously, the length of time T2 of temperature 700 degreeC or more may be set to about 60 sec, for example. The crystallization temperature is preferably in the range of 700 to 800 ° C. When this temperature is higher than 800 degreeC, the base of a tantalum oxide layer will oxidize more and an effective film thickness will increase easily. Further, a problem arises in that the thermal influence on the semiconductor device is large and the characteristics deteriorate. The wafer after the treatment is purged with N 2 gas at the same time as the process chamber 34, and the temperature is lowered to about 425 ° C. and carried out after pressure adjustment.

전술한 설명에서는, 도 2d에 나타내는 공정에서는, 오존만을 이용하여 자외선을 조사하지 않고 처리하는 것이 가능하다. 그러나, 도 2b에 나타내는 공정과 마찬가지로 자외선(UV)을 조사하여 개질 처리를 촉진시키도록 하여도 좋다. 자외선(UV) 조사를 가하면, 제 2 산화 탄탈층(22)의 개질 처리를 한층더 촉진시킬 수 있기 때문에, 도 3의 개질 시간(T1)을 짧게 할 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 개질 온도로 유지되는 기간은 결정화 온도 이상에 있는 기간보다 길게 된다.In the above description, in the step shown in FIG. 2D, it is possible to process the ultraviolet light without using only ozone. However, similarly to the process shown in FIG. 2B, ultraviolet light (UV) may be irradiated to accelerate the modification treatment. When the ultraviolet (UV) irradiation is applied, the modification process of the second tantalum oxide layer 22 can be further promoted, so that the modification time T1 of FIG. 3 can be shortened. However, even in this case, the period maintained at the reforming temperature becomes longer than the period above the crystallization temperature.

본 발명의 방법으로 제작한 제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)으로 이루어지는 절연막과, 종래 방법으로 제작한 제 1 및 제 2 산화 탄탈층으로 이루어지는 절연막의 절연성을 평가하였다. 여기서, 종래 방법이란, 각 개질 처리와 각 결정화 처리를 완전히 독립하여 실행하는 것이다.The insulation property of the insulating film which consists of the 1st and 2nd tantalum oxide layers 20 and 22 produced by the method of this invention, and the insulating film which consists of the 1st and 2nd tantalum oxide layers produced by the conventional method was evaluated. Here, the conventional method is to perform each reforming process and each crystallization process completely independently.

이 실험 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서 횡축은 실효막 두께(ET), 종축은 절연 내압(BV)을 나타낸다. 도 4에 있어서 직선 LA는 종래 방법으로 제작한 절연막의 특성을 나타내고, 직선 LB는 자외선없이 오존에 의해서만 실행한 본 발명의 방법으로 제작한 절연막의 특성을 나타내며, 직선 LC는 자외선 및 오존을 이용하여 실행한 본 발명의 방법으로 제작한 절연막의 특성을 나타낸다.This experimental result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents effective film thickness ET, and the vertical axis represents insulation breakdown voltage BV. In Fig. 4, the straight line LA shows the properties of the insulating film produced by the conventional method, the straight line LB shows the properties of the insulating film produced by the method of the present invention performed only by ozone without ultraviolet rays, and the straight LC shows the characteristics of the ultraviolet light and ozone. The characteristic of the insulating film produced by the method of the present invention performed is shown.

도 4에 도시한 바와 같이, 종래 방법의 절연막에 비해 본 발명 방법의 절연막은 약간 높은 절연 내압 특성을 갖는다. 즉, 본 발명 방법은 종래 방법에 대하여 공정수를 1개 감소시키더라도 종래보다 양호한 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 직선 LC로 도시하는 바와 같이, 오존과 자외선의 쌍방을 이용하는 것에 의해, 절연 내압 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 4, the insulating film of the method of the present invention has a slightly higher dielectric breakdown voltage characteristic than the insulating film of the conventional method. That is, the method of the present invention can exhibit better characteristics than the conventional method even if the number of processes is reduced by one compared to the conventional method. In addition, as shown by the straight line LC, the insulation breakdown voltage characteristic can be further improved by using both ozone and ultraviolet rays.

도 2a∼도 2d에 나타내는 방법에서는, 산화 탄탈층(20, 22)의 두께를 모두 대략 3.5∼5.0㎚ 정도의 동일한 막두께로 설정하고 있다. 그러나, 도 5a∼도 5d에 도시하는 바와 같이 하층의 제 1 산화 탄탈층(20)의 두께(t1)를 조금 두껍게, 예컨대 5.5∼6.0㎚ 정도로 설정하고, 반대로 상층의 제 2 산화 탄탈층(22)의 두께(t2)를 약간 얇게, 예컨대 2.5∼4.0㎚ 정도로 설정하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 제 2 산화 탄탈층(22)의 막두께가 약간 얇게 된 만큼 개질을 신속히 실행할 수 있기 때문에, 도 5d에 나타내는 공정에서는, 특히 자외선을 이용하는 일 없이 오존만의 처리에 의해 얇은 산화 탄탈층(22)을 충분히, 또한 단시간내에 개질하는 것도 가능하게 된다. 즉, 도 3중의 개질 시간(T1)을 보다 짧게 할 수 있다.In the method shown in FIGS. 2A to 2D, the thicknesses of the tantalum oxide layers 20 and 22 are all set to the same film thickness of approximately 3.5 to 5.0 nm. However, as shown in Figs. 5A to 5D, the thickness t1 of the lower first tantalum oxide layer 20 is set slightly thicker, for example, about 5.5 to 6.0 nm, and conversely, the upper second tantalum oxide layer 22 is formed. May be set slightly thinner, for example, about 2.5 to 4.0 nm. In this case, since the modification of the second tantalum oxide layer 22 becomes slightly thinner, the modification can be carried out quickly. Therefore, in the step shown in FIG. It is also possible to modify the layer 22 sufficiently and in a short time. That is, the modification time T1 in FIG. 3 can be made shorter.

또한, 여기서는 산화 탄탈층이 2층 구조인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이 산화 탄탈층(24)을 1층 구조로 하여도 좋다. 이 경우에는, 도 6a에 나타내는 것과 같은 소정 두께의 산화 탄탈층(24)을 퇴적한 후, 도 6b에 나타내는 것과 같이 개질 및 결정화 공정으로 이행한다. 그리고, 도 2d에서 설명한 바와 같이 산화 탄탈층(24)의 개질 처리 및 결정화 처리를 거의 동시에 실행한다. 이 경우에도, 산화 탄탈층(24)의 두께에 의존하여, 오존만을 이용하여 처리를 실행할 것인지, 혹은 오존에 자외선 조사를 부가하여 처리를 실행할 것인지를 선택하면 된다. 이 경우에도, 종래 방법과 비교하여, 절연 내압 특성을 동등하게 유지하면서, 공정수를 3개 공정에서 2개 공정으로 감소시킬 수 있다.Although the case where the tantalum oxide layer has a two-layer structure has been described as an example, the tantalum oxide layer 24 may be a single-layer structure as shown in Figs. 6A and 6B. In this case, after depositing a tantalum oxide layer 24 having a predetermined thickness as shown in Fig. 6A, the process proceeds to a modification and crystallization step as shown in Fig. 6B. As described in FIG. 2D, the tantalum oxide layer 24 is modified and crystallized at almost the same time. Also in this case, depending on the thickness of the tantalum oxide layer 24, it is sufficient to select whether to perform the treatment using only ozone or to perform the treatment by adding ultraviolet irradiation to the ozone. Also in this case, compared with the conventional method, the number of steps can be reduced from three steps to two steps while maintaining the insulation breakdown voltage characteristic.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.It is a schematic block diagram which shows the principal part of the cluster tool type film forming system which concerns on other Example of this invention.

도 10에 도시한 막 형성 시스템(1M)은, 개질 장치(8)를 구비하지 않고, 2대의 열처리 장치(10)를 구비한다는 점에서 도 1에 도시한 막 형성 시스템(1)과 다르다. 도 10에 도시한 막 형성 시스템(1M)에 따르면, 2층 구조의 얇은 금속 산화막을, 각 층의 개질 처리와 결정화 처리를 각각 연속적으로 실행하는 다음과 같은 방법으로 형성할 수 있다.The film forming system 1M shown in FIG. 10 differs from the film forming system 1 shown in FIG. 1 in that it does not include the reforming apparatus 8 but includes two heat treatment apparatuses 10. According to the film forming system 1M shown in Fig. 10, a thin metal oxide film having a two-layer structure can be formed by the following method in which the modification and crystallization treatments of the respective layers are successively performed.

우선, 미처리 웨이퍼(W)를, 예컨대 25장 수용한 카셋트(C)를 제 1 카셋트실(14A)내의 카셋트 스테이지(도시하지 않음)상에 탑재한다. 계속해서 게이트 도어(G3)를 닫아 이 실내를 N2가스의 불활성 가스 분위기로 함과 동시에, 이 실(14) 내부를 진공 배기한다.First, the cassette C containing 25 unprocessed wafers W, for example, is mounted on a cassette stage (not shown) in the first cassette chamber 14A. Subsequently, the gate door G3 is closed to make this room an inert gas atmosphere of N 2 gas, and the chamber 14 is evacuated.

다음에, 게이트 밸브(G1)를 열어, 카셋트실(14A) 내부를 미리 진공 배기되어 불활성 가스 분위기로 이루어진 공통 반송실(3)내와 연통시킨다. 공통 반송실(3)내의 아암 기구(16)를 이용하여 웨이퍼(W)를 카셋트실(14A)로부터 반입한다.Next, the gate valve G1 is opened, and the inside of the cassette chamber 14A is evacuated in advance to communicate with the inside of the common transfer chamber 3 made of an inert gas atmosphere. The wafer W is loaded from the cassette chamber 14A using the arm mechanism 16 in the common transfer chamber 3.

다음에, 게이트 밸브(G5)를 거쳐, 웨이퍼(W)를 미리 진공 배기되어 있는 한쪽의 CVD 장치(4)내로 반입한다. 여기서 절연 박막의 제 1 층으로서, 예컨대 산화 탄탈(Ta2O5)층을 퇴적한다. 제 1 층의 퇴적 공정 종료후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내에 아암 기구(16)를 이용하여 출력한다.Next, the wafer W is loaded into one CVD apparatus 4 which is evacuated in advance through the gate valve G5. Here, for example, a tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) layer is deposited as the first layer of the insulating thin film. After completion of the deposition process of the first layer, the wafer W is output using the arm mechanism 16 in the common transfer chamber 3 held in a vacuum state.

다음에, 개방된 게이트 밸브(G6)를 거쳐서 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 되어 있는 한쪽의 열처리 장치(10)내로 반입한다. 여기서, 우선, 자외선이나 오존의 분위기하에서 제 1 산화 탄탈층을 포함하는 웨이퍼(W)를 저온(약 450℃)에서 개질 처리하고, 계속해서, 산화 탄탈의 결정화 온도 이상까지 승온시킨 후, 60sec 이내에 온도 하강시킨다. 이에 따라, 제 1 산화 탄탈층의 개질 처리를 실행하는 것과 연속하여, 제 1 산화 탄탈층을 결정화한다.Next, the wafer W is loaded into one of the heat treatment apparatuses 10 which have been vacuumed in advance through the open gate valve G6. Here, first, the wafer W including the first tantalum oxide layer is modified at a low temperature (about 450 ° C.) under an ultraviolet or ozone atmosphere, and subsequently heated up to at least the crystallization temperature of tantalum oxide, and then within 60 sec. Lower the temperature. As a result, the first tantalum oxide layer is crystallized in succession of performing the modification process of the first tantalum oxide layer.

한쪽의 열처리 장치(10)내에서의 처리가 종료된 후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내로 아암 기구(16)를 이용하여 출력한다. 다음에, 개방된 게이트 밸브(G8)를 거쳐 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 유지되어 있는 제 2 CVD 장치(6)내로 반입하고, 여기서 앞서 제 1 CVD 장치(4)내에서의 성막 처리와 동일한 조건으로 제 2 산화 탄탈층을 퇴적한다.After the process in one heat processing apparatus 10 is complete | finished, it outputs using the arm mechanism 16 into the common conveyance chamber 3 hold | maintained in a vacuum state. Next, the wafer W is brought into the second CVD apparatus 6 previously held in a vacuum state through the open gate valve G8, where the film forming process in the first CVD apparatus 4 and The second tantalum oxide layer is deposited under the same conditions.

제 2 층의 퇴적 공정 종료후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내에 아암 기구(16)를 이용하여 취출한다. 다음에, 개방된 게이트 밸브(G7)를 거쳐 웨이퍼(W)를 미리 진공 상태로 되어 있는 다른쪽 열처리 장치(10)내로 반입한다. 여기서, 우선, 자외선이나 오존의 분위기하에서 제 1 및 제 2 산화 탄탈층을 포함하는 웨이퍼(W)를 저온(약 450℃)에서 개질 처리하고, 계속해서 산화 탄탈의 결정화 온도 이상까지 승온시킨 후, 60sec 이내에 온도 하강시킨다. 이에 따라, 제 2 산화 탄탈층의 개질 처리를 실행하는 것에 연속하여, 제 2 산화 탄탈층을 결정화한다. 다른쪽 열처리 장치(10)내에서의 처리가 종료된 후, 처리가 완료된 웨이퍼(W)를 공통 반송실(3)내로 취출하여, 제 2 카셋트실(14B)내의 카셋트(C)내에 수용한다.After completion of the deposition process of the second layer, the wafer W is taken out using the arm mechanism 16 in the common transfer chamber 3 held in a vacuum state. Next, the wafer W is carried into the other heat treatment apparatus 10 which has been previously vacuumed via the gate valve G7 which opened. Here, first, the wafer W including the first and second tantalum oxide layers is reformed at a low temperature (about 450 ° C.) under an ultraviolet or ozone atmosphere, and subsequently heated up to at least the crystallization temperature of tantalum oxide. The temperature is lowered within 60 sec. As a result, the second tantalum oxide layer is crystallized subsequent to performing the modification process of the second tantalum oxide layer. After the process in the other heat processing apparatus 10 is complete | finished, the processed wafer W is taken out in the common conveyance chamber 3, and is accommodated in the cassette C in the 2nd cassette chamber 14B.

또, 도 10에 도시한 막 형성 시스템(1M)에 따르면, 도 1에 도시한 막 형성 시스템(1)을 참조하여 설명한 바와 같이, 한쪽의 열처리 장치(10)내에서는 제 1 산화 탄탈층의 개질 처리만을 실행하고, 다른쪽의 열처리 장치(10)내에서는 제 2 산화 탄탈층의 개질 처리와 제 1 및 제 2 산화 탄탈층의 결정화 처리를 실행하도록 프로그램을 설정하는 것도 가능하다.In addition, according to the film forming system 1M shown in FIG. 10, as described with reference to the film forming system 1 shown in FIG. 1, the modification of the first tantalum oxide layer in one heat treatment apparatus 10 is performed. It is also possible to set the program to execute only the processing and to perform the modification process of the second tantalum oxide layer and the crystallization process of the first and second tantalum oxide layers in the other heat treatment apparatus 10.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 11에 도시한 구조는, 도 1 및 도 10에 도시한 막 형성 시스템(1)의 개질 장치(8) 및 열처리 장치(10) 중 어느 한 장치의 주요부로서도 사용이 가능하게 된다.11 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention. The structure shown in FIG. 11 can be used also as a main part of any one of the apparatus 8 and the heat treatment apparatus 10 of the film forming system 1 shown in FIG. 1 and FIG.

열처리 장치(102)는, 도시하는 바와 같이, 예컨대 표면이 알루마이트로 피복된 알루미늄에 의해 대략 사각형의 상자 형상으로 성형된 처리실(104)을 갖는다. 처리실(104)의 바닥부(106) 주변부에는, 복수의 배기구(112)가 배치된다. 배기구(11)에는, 진공 펌프(108)가 설치된 진공 배기 기구(110)가 접속되어, 처리실 내부를 진공 배기시키는 것이 가능해진다.The heat treatment apparatus 102 has the process chamber 104 shape | molded in the substantially rectangular box shape, for example by the aluminum whose surface was covered with the alumite as shown. A plurality of exhaust ports 112 are disposed at the periphery of the bottom portion 106 of the processing chamber 104. The exhaust port 11 is connected to a vacuum exhaust mechanism 110 provided with a vacuum pump 108, so that the inside of the processing chamber can be evacuated.

처리실(104)의 측벽에는 포트(172)가 형성되고, 여기에 진공 배기가 가능하도록 이루어진 로드록실(174)이 게이트 밸브(176)를 거쳐 접속된다. 반도체 웨이퍼(W)는 로드록실(174)을 거쳐 처리실(104)에 대하여 반출입된다. 또한, 처리실(2) 및 로드록실(174)에는, 퍼지용 N2가스의 공급 기구(도시하지 않음)가 접속된다.A port 172 is formed on the side wall of the processing chamber 104, and a load lock chamber 174 configured to enable vacuum evacuation is connected via the gate valve 176. The semiconductor wafer W is carried in and out of the process chamber 104 via the load lock chamber 174. In addition, a supply mechanism (not shown) for purging N 2 gas is connected to the processing chamber 2 and the load lock chamber 174.

처리실(104)내에는, 비도전성 재료, 예컨대 알루미나제의 원판상 탑재대(114)가 배치된다. 탑재대(114)상에 피처리체로서 반도체 웨이퍼(W)를 탑재할 수 있게 된다. 탑재대(114)의 하면 중앙부는, 처리실 바닥부(106)를 상하로 관통하여 설치된 중공(中空)의 회전축(116) 선단에 지지 고정된다. 회전축(116)의 처리실 바닥부(106)와의 관통부에는, 자성 유체 밀봉 부재(seal)(118)가 배치된다. 회전축(116)은, 밀봉 부재(118)에 의해 기밀하면서도 회전 가능하게 지지되어, 탑재대(114)가 필요에 따라 회전할 수 있게 된다. 또, 회전축(116)은, 회전 모터(도시하지 않음) 등으로부터의 구동력에 의해 회전된다.In the processing chamber 104, a non-conductive material such as a disc-shaped mounting table 114 made of alumina is disposed. The semiconductor wafer W can be mounted on the mounting table 114 as an object to be processed. The lower center part of the mounting table 114 is supported and fixed to the front end of the hollow rotating shaft 116 provided through the process chamber bottom part 106 up and down. A magnetic fluid seal 118 is disposed in the penetrating portion of the rotary shaft 116 with the processing chamber bottom 106. The rotating shaft 116 is hermetically and rotatably supported by the sealing member 118, so that the mounting table 114 can rotate as needed. In addition, the rotating shaft 116 is rotated by a driving force from a rotating motor (not shown) or the like.

탑재대(114)에는, 예컨대, SiC에 의해 코팅된 카본제의 저항 발열체(120)가 매설되어, 탑재된 반도체 웨이퍼(W)를 소망하는 온도로 가열할 수 있게 된다. 탑재대(114)의 위에는, 강판 등의 전극(122)을 매설한 얇은 세라믹제의 정전척(124)이 배치된다. 정전척(124)이 발생하는 쿨롱력에 의해, 이 상면에 웨이퍼(W)가 흡착 유지된다.In the mounting table 114, for example, a resistive heating element 120 made of carbon coated with SiC is embedded, and the mounted semiconductor wafer W can be heated to a desired temperature. On the mounting table 114, a thin ceramic electrostatic chuck 124 in which electrodes 122 such as steel sheets are embedded is disposed. The wafer W is adsorbed and held on this upper surface by the Coulomb force generated by the electrostatic chuck 124.

탑재대(114) 주변부의 소정 위치에는, 복수의 구멍(126)이 상하 방향으로 관통하도록 형성되고, 구멍(126)내에 승강 가능하도록 리프터핀(128)이 배치된다. 리프터핀(128)은, 처리실 바닥부(106)를 관통하여 상하 이동 가능하게 이루어진 핀 승강 로드(130)에 의해 일체적으로 승강 구동된다. 로드(130)의 관통부에는 금속성의 신축 벨로즈(132)가 배치되어, 로드(130)가 기밀성을 유지하면서 상하 이동하는 것을 허용한다. 웨이퍼(W)의 반입 및 반출시에 리프터핀(128)을 거쳐 승강 기구(도시하지 않음)에 의해 웨이퍼(W)가 승강된다. 리프터핀(128)은, 일반적으로는 웨이퍼 주연부에 대응시켜 3개 배치된다.At a predetermined position of the periphery of the mounting table 114, the plurality of holes 126 are formed to penetrate in the up and down direction, and the lifter pin 128 is disposed in the hole 126 so as to be elevated. The lifter pin 128 is driven up and down integrally by the pin lifting rod 130 which is movable up and down through the process chamber bottom 106. A metallic telescopic bellows 132 is disposed in the penetrating portion of the rod 130 to allow the rod 130 to move up and down while maintaining airtightness. During loading and unloading of the wafer W, the wafer W is lifted by a lifting mechanism (not shown) via the lifter pin 128. Generally, three lifter pins 128 are arranged corresponding to the wafer peripheral portion.

또한, 처리실(104)의 천정부에는, 자외선이나 적외선에 대하여 투명한 내열 재료, 예컨대 석영으로 이루어지는 샤워 헤드(134)가 배치된다. 샤워헤드(134)로부터 처리 가스가 처리 공간(PF)을 향하여 방출된다.Further, a shower head 134 made of a heat-resistant material, for example, quartz, which is transparent to ultraviolet rays or infrared rays, is disposed in the ceiling of the processing chamber 104. Process gas is discharged from the showerhead 134 toward the processing space PF.

샤워헤드(134)는, 도 8에 도시된 샤워 헤드(56)와 동일한 격자상의 형상을 갖는다. 즉, 샤워헤드(134)는, 라인 파이프(142)에 접속된 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 링 형상의 파이프(136)와, 그 내측에 접속되고 격자상으로 짜여진 내측 파이프(138)를 갖는다. 내측 파이프(138)에는, 하측에 다수의 가스 분사 구멍(61)(도 8 참조)이 동등한 피치로 형성된다. 링 파이프(136) 및 내측 파이프(138)의 내부 직경은 각각 16㎜ 및 4.35㎜ 정도, 가스 분사 구멍(61)의 직경은 0.3∼0.5㎜ 정도로 설정된다.The showerhead 134 has the same lattice shape as the showerhead 56 shown in FIG. 8. That is, the showerhead 134 has a ring-shaped pipe 136 larger than the diameter of the wafer W connected to the line pipe 142, and an inner pipe 138 connected to the inside and woven in a lattice shape. . In the inner pipe 138, a plurality of gas injection holes 61 (see Fig. 8) are formed at the same pitch at the lower side. The inner diameters of the ring pipe 136 and the inner pipe 138 are set to about 16 mm and 4.35 mm, respectively, and the diameter of the gas injection hole 61 is set to about 0.3 to 0.5 mm.

내측 파이프(138)의 탑재대(114)상의 웨이퍼(W)에 대한 투영 면적은, 웨이퍼 표면의 면적의 20%보다 작게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 내측 파이프(138)의 격자 사이의 공간부에, 후술하는 광선이 직접 웨이퍼면에 조사되기 쉽게 된다. 그러나, 샤워헤드(134)는, 자외선이나 적외선에 대하여 투명이면, 도시의 구조에 한정되지 않는다.It is preferable to set the projection area of the inner pipe 138 to the wafer W on the mounting table 114 to be smaller than 20% of the area of the wafer surface. Thereby, the light beam mentioned later is easily irradiated to the wafer surface to the space part between the gratings of the inner pipe 138 directly. However, as long as the showerhead 134 is transparent to ultraviolet rays or infrared rays, it is not limited to the structure of the figure.

샤워헤드(134)에 처리 가스를 도입하는 라인 파이프(142)는 처리실 측벽을 기밀하게 관통하여 외부로 도출된다. 라인 파이프(142)는, 매스플로우 콘트롤러(도시하지 않음)를 거쳐 가스원(144)에 접속된다. 가스원(144)으로부터 오존 등의 처리 가스가 라인 파이프(142)를 거쳐 샤워헤드(134)에 도입된다.The line pipe 142, which introduces the process gas into the showerhead 134, is hermetically penetrated through the process chamber sidewall and is led outward. The line pipe 142 is connected to the gas source 144 via a mass flow controller (not shown). Process gas, such as ozone, is introduced from the gas source 144 into the showerhead 134 via the line pipe 142.

처리실(104)의 천정부에는, 웨이퍼 직경보다 크게 설정된 직사각형 형상의 개구(146)가 형성된다. 이 개구에는, 자외선이나 적외선에 대하여 투명한 재료, 예컨대 석영에 의해 형성된 직사각형 형상의 투과창(148)이 천정부와의 사이에서 O링 등의 밀봉 부재(150)를 통해 고정 프레임(152)에 의해 기밀하게 장착된다. 투과창(148)은, 대기압에 대하여 견딜 수 있도록 두께가, 예컨대 20㎜ 정도로 설정된다.In the ceiling of the processing chamber 104, a rectangular opening 146 set larger than the wafer diameter is formed. In this opening, a rectangular transmission window 148 formed of a material transparent to ultraviolet rays or infrared rays, such as quartz, is hermetically sealed by a fixing frame 152 through a sealing member 150 such as an O-ring between the ceiling and the ceiling. Is fitted. The transmission window 148 is set to a thickness of, for example, about 20 mm so as to withstand atmospheric pressure.

투과창(148)의 윗쪽에는, 처리실(104)내를 향하여 광선(154)을 방사하기 위한 광선 방사 기구(156)가 배치된다. 처리 가스인 오존에 광선(154)이 조사되는 것에 의해 활성 산소 원자가 발생된다.Above the transmission window 148, a light emitting mechanism 156 for emitting light 154 toward the inside of the processing chamber 104 is disposed. Active oxygen atoms are generated by irradiating light 154 to ozone, which is a processing gas.

구체적으로는, 광선 방사 기구(156)는, 주로 자외선(UV)을 발생하기 위해서 수은을 봉입한 대략 구형(球形)의 수은 봉입 램프(158)와, 적외선(IR)을 발생하기 위한 대략 구형의 적외선 램프(160)를 갖는다. 수은 봉입 램프(158)에는, 예컨대 2.45GHz의 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생 기구(162)가 도파관(導波管)(164)을 거쳐 접속된다. 또한, 적외선 램프(160)에는 전원(166)이 리드(168)를 거쳐 접속된다.Specifically, the light emitting mechanism 156 includes a substantially spherical mercury-containing lamp 158 in which mercury is encapsulated mainly for generating ultraviolet (UV), and a substantially spherical spherical shape for generating infrared (IR). Has an infrared lamp 160. To the mercury encapsulation lamp 158, for example, a microwave generating mechanism 162 for generating 2.45 GHz microwaves is connected via a waveguide 164. In addition, a power source 166 is connected to the infrared lamp 160 via a lead 168.

적외선 램프(160)는, 후술하는 바와 같이, 피처리막인 금속 산화막의 온도를 상승시키기 위해 사용된다. 따라서, 적외선 램프(160)의 전원(166)과, 탑재대(114)측의 저항 발열체(120)의 전원(120A)은, 공통의 온도 콘트롤러(51)(도 7에 도시한 콘트롤러(51)와 동일한 역할)에 의해 제어된다.The infrared lamp 160 is used to raise the temperature of the metal oxide film which is a film to be processed, as will be described later. Therefore, the power supply 166 of the infrared lamp 160 and the power supply 120A of the resistance heating element 120 on the mounting table 114 have a common temperature controller 51 (controller 51 shown in FIG. 7). The same role as).

각 램프(158, 160)의 상측을 덮어 처리실(104)내를 향하여 자외선(UV)과 적외선(IR)의 혼합광으로 이루어지는 광선(154)을 반사하는 대략 돔 형상의 반사경(170)이 배치된다. 반사경(170)은, 예컨대 알루미늄을 돔 형상으로 성형함으로써 구성되며, 이 곡율은 광선(154)의 반사광이 탑재대(114)의 표면에 대략 균등하게 반사되도록 설정된다.An approximately dome shaped reflector 170 is disposed to cover the upper side of each lamp 158, 160 and reflect the light beam 154 made of a mixed light of ultraviolet (UV) and infrared (IR) toward the processing chamber 104. . The reflector 170 is configured by, for example, molding aluminum into a dome shape, and the curvature is set such that the reflected light of the light beam 154 is reflected approximately evenly on the surface of the mounting table 114.

다음에, 도 11에 도시한 장치를 이용하여 실행되는 열처리 방법에 대하여 설명한다.Next, a heat treatment method performed using the apparatus shown in FIG. 11 will be described.

우선, 절연막으로서 Ta2O5등의 금속 산화막이 배치된 반도체 웨이퍼(W)를, 진공 상태로 유지된 처리실(104)내에, 로드록실(174)측으로부터 포트(172)를 거쳐 도입한다. 다음에, 웨이퍼(W)를, 탑재대(114)상에 탑재하여 정전척(124)의 쿨롱력에 의해 흡착 유지한다.First, a semiconductor wafer W on which a metal oxide film such as Ta 2 O 5 is disposed as an insulating film is introduced into the processing chamber 104 held in a vacuum state from the load lock chamber 174 via the port 172. Next, the wafer W is mounted on the mounting table 114 and adsorbed and held by the Coulomb force of the electrostatic chuck 124.

저항 발열체(120)에 의해 웨이퍼(W)를 소정의 프로세스 온도로 유지한다. 또한, 처리실(104)내를 진공 배기시키면서, 처리 가스로서 오존을 포함하는 가스를 샤워헤드(134)로부터 처리 공간(PF)으로 공급함으로써, 처리실(104)내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 이 상태로, 도 1의 막 형성 시스템을 참조하고 설명한 바와 같이, 개질 처리, 혹은 개질 및 결정화 처리를 개시한다.The resistive heating element 120 maintains the wafer W at a predetermined process temperature. The inside of the processing chamber 104 is maintained at a predetermined process pressure by supplying a gas containing ozone as the processing gas from the shower head 134 to the processing space PF while evacuating the inside of the processing chamber 104. In this state, the modification treatment or the modification and crystallization treatment is started as described with reference to the film formation system of FIG. 1.

처리시에, 광선 방사 기구(156)의 마이크로파 발생 기구(162)로부터 2.45 GHz의 마이크로파를 발생시켜, 도파관(164)을 거쳐 수은 봉입 램프(158)에 조사한다. 마이크로파의 조사에 의해 수은 봉입 램프(158)로부터 다량의 자외선(UV)를 방출시킨다. 이와 동시에, 적외선 전원(166)으로부터의 전력에 의해 적외선 램프(160)로부터 다량의 적외선(IR)을 방출시킨다. 자외선(UV)과 적외선(IR)을 포함하는 광선(154)은 직접, 혹은 돔 형상의 반사경(170)으로 반사된 후에 석영제의 투과창(148)을 투과하여 소정의 진공압으로 유지된 처리실(104)내로 들어간다. 광선(154)은, 또한 석영제의 샤워 헤드(134)를 통과하여 처리 공간(PF)에서의 오존을 주체 성분으로 하는 처리 가스에 주입된다.At the time of processing, a microwave of 2.45 GHz is generated from the microwave generating mechanism 162 of the light emitting mechanism 156 and irradiated to the mercury-containing lamp 158 via the waveguide 164. The irradiation of microwaves emits a large amount of ultraviolet (UV) light from the mercury-encapsulation lamp 158. At the same time, a large amount of infrared rays IR are emitted from the infrared lamp 160 by the power from the infrared power source 166. The light ray 154 including ultraviolet (UV) light and infrared light (IR) light is directly or reflected by the dome-shaped reflector 170 and then transmitted through the quartz transmission window 148 and maintained at a predetermined vacuum pressure. Enter 104. The light ray 154 passes through the shower head 134 made of quartz and is injected into the processing gas whose main component is ozone in the processing space PF.

오존은 자외선(UV)의 조사에 의해 여기되어 다량의 활성 산소 원자를 발생한다. 활성 산소 원자는 금속 산화막에 작용하여 이것에 포함되는 C-C 결합이나 하이드로카본 등의 유기 불순물을 해리시켜 개질을 실행한다. 이 때, 적외선(IR)에 의해서 웨이퍼(W)의 표면은 특히 가열되기 때문에, 금속 산화막의 결정 격자중의 원자끼리의 열 진동이 보다 심하게 진동한다. 이 때문에, 활성 산소 원자가 작용했을 때의 유기 불순물의 탈리를 촉진시킬 수 있다.Ozone is excited by irradiation with ultraviolet (UV) light to generate a large amount of active oxygen atoms. The active oxygen atom acts on the metal oxide film to dissociate organic impurities such as C-C bonds and hydrocarbons contained therein to perform the modification. At this time, since the surface of the wafer W is particularly heated by the infrared rays IR, thermal vibration between atoms in the crystal lattice of the metal oxide film vibrates more severely. For this reason, desorption of organic impurities when an active oxygen atom acts can be promoted.

처리실(104)은 진공 상태 혹은 감압 상태로 유지되기 때문에, 발생한 활성 산소 원자가 다른 가스 원자 혹은 가스 분자와 충돌할 확률이 대단히 적어진다. 더구나, 가스 분자에 의한 광선(154)의 흡수도 적기 때문에, 그 만큼 활성 산소 원자의 밀도가 향상되어 처리를 신속히 실행하는 것이 가능하다. 이 처리에 의해서, 금속 산화막의 절연성을 신속하게 대폭적으로 향상시키는 것이 가능해진다.Since the processing chamber 104 is maintained in a vacuum state or a reduced pressure state, the probability of generated active oxygen atoms colliding with other gas atoms or gas molecules becomes extremely small. In addition, since the absorption of the light rays 154 by gas molecules is small, the density of the active oxygen atoms can be improved by that amount, and the processing can be performed quickly. By this treatment, it is possible to rapidly and significantly improve the insulation of the metal oxide film.

광선 방사 기구(156)의 돔 형상의 반사경(170)은, 이것으로부터의 반사광을 탑재대(114)의 표면상에 대략 균등하게 분포시키는 것과 같은 적정한 곡율로 설정된다. 이 때문에, 발생한 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 낭비 없이 활성 산소 원자의 발생을 위해 사용하는 것이 가능하다.The dome-shaped reflecting mirror 170 of the light emitting mechanism 156 is set to an appropriate curvature such that the reflected light therefrom is distributed approximately evenly on the surface of the mounting table 114. For this reason, the generated ultraviolet (UV) or infrared (IR) can be used for generation of active oxygen atoms without waste.

전술한 열처리중에, 회전축(116)에 지지된 탑재대(114)는, 이 위에 탑재된 웨이퍼(W)를 일체적으로 회전한다. 이 때문에, 웨이퍼면상에 있어서의 처리 불균일 발생을 없앨 수 있어, 금속 산화막의 전면을 대략 균등하게 처리할 수 있다.During the above heat treatment, the mounting table 114 supported by the rotating shaft 116 rotates the wafer W mounted thereon integrally. For this reason, the processing nonuniformity on a wafer surface can be eliminated and the whole surface of a metal oxide film can be processed substantially evenly.

프로세스 압력은, 1∼600Torr의 범위내, 예컨대 30Torr 정도로 설정한다. 이 범위 밖의 압력에서는, 처리의 진행이 지연되거나, 혹은 충분하지 않아, 금속 산화막의 절연 내압이 저하해 버린다. 또한, 프로세스 온도는, 개질 처리의 경우에는 320∼600℃의 범위, 예컨대 425℃ 정도로 설정하고, 결정화 처리의 경우에는 700∼800℃의 범위, 예컨대 750℃로 한다.The process pressure is set in the range of 1 to 600 Torr, for example, about 30 Torr. At a pressure outside this range, the progress of the process is delayed or insufficient, and the dielectric breakdown voltage of the metal oxide film decreases. In addition, the process temperature is set in the range of 320-600 degreeC, for example about 425 degreeC in the case of a reforming process, and makes it into the range of 700-800 degreeC, for example, 750 degreeC in the case of crystallization process.

샤워헤드(134)에 도입된 오존 등의 처리 가스는, 우선, 링 파이프(136)를 따라 돌아 들어가 각 내측 파이프(138)에 유입된다. 다음에, 처리 가스는 내측 파이프(138)에 마련한 다수의 분사 구멍(61)으로부터 처리실(104)내로 공급된다.Process gas, such as ozone, introduced into the shower head 134 first enters along the ring pipe 136 and flows into each inner pipe 138. Next, the processing gas is supplied into the processing chamber 104 from the plurality of injection holes 61 provided in the inner pipe 138.

이 때문에, 웨이퍼면에 대하여 균일하게 처리 가스를 공급할 수 있다.For this reason, a process gas can be supplied uniformly with respect to a wafer surface.

샤워 헤드(134)의 격자상의 내측 파이프(138) 사이는 개구로서 형성되어, 많은 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 이 개구를 통과한다. 따라서, 샤워 헤드(134)내의 오존 등과 간섭하는 일 없이 많은 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 웨이퍼 표면에 직접 조사되게 된다. 이 때문에, 웨이퍼 표면상에서의 활성종의 양이 그 만큼 많아지게 되어, 처리를 보다 효율적으로 실행할 수 있다.Between the lattice inner pipes 138 of the shower head 134 is formed as an opening, many ultraviolet (UV) rays or infrared rays (IR) pass through the opening. Therefore, many ultraviolet rays (UV) or infrared rays (IR) are irradiated directly on the wafer surface without interfering with ozone or the like in the shower head 134. For this reason, the amount of active species on the wafer surface increases by that much, and the process can be performed more efficiently.

수은 봉입 램프(158)는 큰 전력을 투입할 수 있기 때문에, 가스의 활성화에 기여할 수 있는 파장 185㎚, 254㎚를 주체로 하는 자외선을 다량으로 방출할 수 있다. 또한, 램프(158) 대신에, 가스의 활성화에 더욱 기여할 수 있는 파장 180㎚ 이하의 자외선을 다량으로 방출하는 엑시머 램프를 이용하면, 한층 더 처리의 신속화를 기대할 수 있다. 처리 가스에 있어서의 오존으로의 첨가 가스로서는, O2가스, N2O 가스 등을 이용하는 것이 가능하다.Since the mercury encapsulation lamp 158 can apply a large amount of power, it can emit a large amount of ultraviolet light mainly composed of wavelengths 185 nm and 254 nm, which can contribute to the activation of the gas. Further, instead of the lamp 158, by using an excimer lamp that emits a large amount of ultraviolet light having a wavelength of 180 nm or less, which can further contribute to the activation of the gas, it is possible to further accelerate the processing. As the ozone gas was added to in the process gas, O 2 it is possible to use a gas, N 2 O gas, or the like.

자외선만으로 개질을 실행한 종래 방법과, 자외선과 적외선을 이용하여 개질을 실행한 본 발명 방법을 비교하였다. 이 때의 개질 조건은, 온도는 425℃, 압력은 30Torr, O2의 유량은 10slm, O3의 농도는 130g/㎥, 처리 시간은 30sec로 하였다.The conventional method which carried out the modification only by the ultraviolet-ray and the method of this invention which performed the modification using the ultraviolet-ray and infrared ray were compared. Reforming conditions at this time, the temperature is 425 ℃, pressure flow rate of 30Torr, O 2 is the concentration of 10slm, O 3 is 130g / ㎥, processing time was set to 30sec.

이 실험 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12에 있어서 횡축은 실효 막두께(ET), 종축은 절연 내압(BV)을 나타낸다. 도 12에 있어서 선(L11)은 종래 방법의 결과를 나타내고, 선(L12)은 본 발명 방법의 결과를 나타낸다. 이 그래프로부터 명백한 바와 같이, 막의 내압 전압은 종래 방법보다 본 발명 방법의 경우가 대폭 높다. 특히, 막두께 10㎚ 이하에서는 양자의 차가 현저하며, 본 발명 방법쪽이 특히 양호한 특성을 나타낸다.This experimental result is shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis represents effective film thickness ET, and the vertical axis represents insulation breakdown voltage BV. In Fig. 12, line L11 represents the result of the conventional method, and line L12 represents the result of the method of the present invention. As is apparent from this graph, the breakdown voltage of the film is significantly higher in the case of the method of the present invention than in the conventional method. In particular, when the film thickness is 10 nm or less, the difference between them is remarkable, and the method of the present invention exhibits particularly good characteristics.

도 11에 도시한 실시예에서는, 광선 방사 기구(156)로서 수은 봉입 램프(158)와 적외선 램프(160)의 서로 다른 2개의 광원을 이용하고 있다. 이 대신에, 1개의 광원으로 자외선 영역 및 적외선 영역의 파장을 적어도 포함하는 램프, 예컨대 무전극 마이크로웨이브 방식의 발광 램프를 이용할 수 있다. 무전극 마이크로웨이브 방식의 발광 램프는, 1개의 램프로 자외선 영역 및 적외선 영역의 쌍방 대역의 광선(가시광 영역도 포함하고 있음)을 방출한다. 이 때문에, 사용 램프수를 감소시킬 수 있어, 운전 비용이나 초기 비용을 저감할 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 11, two different light sources, the mercury-encapsulation lamp 158 and the infrared lamp 160, are used as the light emitting mechanism 156. Instead, a lamp including at least wavelengths of an ultraviolet region and an infrared region may be used as one light source, for example, an electrodeless microwave light emitting lamp. A light emitting lamp of an electrodeless microwave system emits light (including a visible light region) in both bands of an ultraviolet region and an infrared region with one lamp. For this reason, the number of lamps used can be reduced, and operation cost and initial cost can be reduced.

또한, 도 11에 나타낸 실시예에 있어서는, 대용량의 수은 봉입 램프(158) 및 자외선 램프(160)를 고정하여 이용하고 있다. 이들 램프로서 중용량 혹은 소용량인 것을 이용하여 각 램프로부터 발생하는 광선(154)으로 반도체 웨이퍼(W) 상을 주사시키도록 하여도 무방하다.In addition, in the Example shown in FIG. 11, the large-capacity mercury sealing lamp 158 and the ultraviolet lamp 160 are fixed and used. These lamps may be used to scan the semiconductor wafer W with the light rays 154 generated from the respective lamps using medium or small capacitances.

도 13은 이러한 관점에 근거하는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 14는 도 13에 나타내는 장치의 개략 평면도이다.Fig. 13 is a schematic block diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention based on this aspect. 14 is a schematic plan view of the apparatus shown in FIG. 13.

도 13에 도시하는 바와 같이 본 실시예에서는, 광선 방사 기구(156)로서 가늘고 긴 막대 형상의 수은 봉입 램프(158A)와 가늘고 긴 막대 형상의 적외선 램프(160A)가 사용된다. 각각의 램프(158A, 160A)의 배면측에, 단면이 대략 원호상이고 가늘고 긴 반사경(170A, 170B)이 배치되며, 아래쪽을 향하여 높은 지향성으로 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 조사된다.As shown in FIG. 13, as the light emitting mechanism 156, an elongated rod-shaped mercury-sealing lamp 158A and an elongated rod-shaped infrared lamp 160A are used. On the back side of each of the lamps 158A and 160A, reflectors 170A and 170B having a substantially arcuate cross section are arranged, and ultraviolet (UV) or infrared (IR) are irradiated with high directivity downward.

램프(158A, 160A)는, 하방이 개방된 프레임(178)에 수용된다. 프레임(178)은, 주사 기구(192)에 장착되며, 도 14에도 도시한 바와 같이 처리실(104)의 윗쪽을 수평 방향으로 이동할 수 있다. 구체적으로는, 주사 기구(192)는, 처리실(104) 윗쪽의 한쪽에 마련한 안내 레일(194)과 다른쪽에 마련한, 예컨대 볼 나사로 이루어지는 구동 레일(196)로 이루어진다. 이들 레일(194, 196) 사이에 프레임(178)이 레일에 따라 이동 가능하게 가로질러 배치된다. 구동 레일(196)의 한쪽 단부에 마련한 스텝 모터 등으로 이루어지는 구동 모터(198)가 정역회전 구동되는 것에 의해, 램프(158A, 160A)가 일체적으로 레일을 따라 이동된다.The lamps 158A and 160A are accommodated in the frame 178 which is open downward. The frame 178 is attached to the scanning mechanism 192 and can move the upper part of the process chamber 104 in the horizontal direction as shown in FIG. Specifically, the scanning mechanism 192 consists of the guide rail 194 provided in the upper side of the process chamber 104, and the drive rail 196 which consists of ball screws provided on the other side. A frame 178 is disposed across these rails 194, 196 so as to be movable along the rails. When the drive motor 198 composed of a step motor and the like provided at one end of the drive rail 196 is driven to reverse rotation, the lamps 158A and 160A are integrally moved along the rail.

전술한 바와 같이 주사 기구(192)에 의해, 수은 봉입 램프(158A)로부터의 자외선(UV) 및 적외선 램프(160A)로부터의 적외선(IR)으로 이루어지는 광선(154)이 웨이퍼(W)의 표면상을 주사한다. 이에 따라 도 11에 있어서 설명한 바와 같이, 웨이퍼(W) 표면의 금속 산화막을 자외선(UV) 및 적외선(IR)의 쌍방을 포함하는 광선(154)으로 효율적이면서 신속하게 처리하는 것이 가능하게 된다. 특히, 본 실시예의 경우에는, 웨이퍼 표면을 광선(154)에 의해 주사 조사할 수 있어, 처리의 면내 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다.As described above, by the scanning mechanism 192, the light ray 154 composed of ultraviolet (UV) light from the mercury-encapsulation lamp 158A and infrared light (IR) from the infrared lamp 160A is formed on the surface of the wafer W. As shown in FIG. Inject As a result, as described with reference to FIG. 11, the metal oxide film on the surface of the wafer W can be efficiently and quickly processed by the light rays 154 including both ultraviolet (UV) and infrared (IR) light. In particular, in the case of the present embodiment, the wafer surface can be irradiated with the light beam 154 to increase the in-plane uniformity of the processing.

또, 각 램프(158A, 160A)로부터의 광은, 약간이기는 하지만, 측부쪽으로 확산되는 것은 피할 수 없기 때문에, 주사 방향에 있어서의 웨이퍼 중심부에 대하여 웨이퍼 단부에서 광량이 약간 감소하는 것이 고려된다. 그래서, 도 15에 도시하는 바와 같이 주사 속도를, 주사 개시단측 및 주사 종료단측에서 주사 속도를 약간 저속으로 설정한다. 이에 따라, 저속으로 된 정도만큼, 주사 개시단측 및 주사 종료단측에서의 조사광량을 증가시켜 감소분을 보상시켜서, 처리의 면내 균일성을 한층 향상시키는 것이 가능해진다.The light from each of the lamps 158A and 160A, although slightly, cannot be diffused laterally, so that the amount of light at the wafer end slightly decreases with respect to the center of the wafer in the scanning direction. Thus, as shown in Fig. 15, the scanning speed is set at a slightly lower speed at the scanning start end side and the scanning end end side. As a result, the amount of irradiation light at the scanning start end side and the scanning end end side is increased to compensate for the decrease by the degree to which the speed is lowered, and the in-plane uniformity of the processing can be further improved.

또한, 이 실시예에서는 그다지 용량이 크지 않은 2개의 램프(158A, 160A)를 이용하는 것 뿐이기 때문에, 처리실(104) 천정부의 윗쪽에 전면적으로 다수의 램프를 마련하는 경우나, 도 11에 도시한 바와 같이 대단히 강력한 램프를 이용하는 경우와 비교하여, 설비 비용을 대폭 삭감할 수 있다.In addition, in this embodiment, since only two lamps 158A and 160A having a small capacity are used, a large number of lamps are provided on the upper side of the ceiling of the processing chamber 104, or as shown in FIG. As compared with the case of using a very powerful lamp as described above, the installation cost can be greatly reduced.

도 13에 나타내는 실시예에서는 2개의 램프(158A, 160A)를 포함하는 프레임(178)을 이동하는 구성으로 하고 있다. 이 대신에, 양 램프로부터 방사되는 광선을 웨이퍼(W)의 방향으로 반사시키는 반사 미러를 이동시키는 것에 따라 주사하더라도 좋다.In the embodiment shown in FIG. 13, the frame 178 including two lamps 158A and 160A is moved. Instead, scanning may be performed by moving a reflection mirror that reflects light rays emitted from both lamps in the direction of the wafer W. FIG.

도 16은 이러한 관점에 근거한 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.Fig. 16 is a schematic structural diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention based on this aspect.

이 실시예에서는, 수은 봉입 램프(158A), 적외선 램프(160A), 양 반사경(170A, 170B)을 갖는 프레임(178)이 처리실(104)의 천정부 윗쪽 일측에 수평 방향을 향하여 배치 고정된다. 이것에 대향하도록 수평 방향에 대하여 대략 45°로 경사지는 가늘고 긴 반사 미러(180)가, 주사 기구(192)의 안내 레일(194)(도 14 참조)과 구동 레일(196) 사이에 가로질러 배치된다. 이에 따라, 반사 미러(180)는, 레일(194, 196)을 따라 이동 가능하게 된다.In this embodiment, the frame 178 having the mercury encapsulation lamp 158A, the infrared lamp 160A, and the reflecting mirrors 170A, 170B is disposed and fixed in a horizontal direction on one side above the ceiling of the processing chamber 104. To face this, an elongated reflecting mirror 180 inclined at approximately 45 ° with respect to the horizontal direction is disposed between the guide rail 194 (see FIG. 14) and the drive rail 196 of the scanning mechanism 192. do. As a result, the reflective mirror 180 can move along the rails 194 and 196.

2개의 램프(158A, 160A)에서 수평 방향으로 방사된 자외선(UV) 및 적외선(IR)으로 이루어지는 광선(154)은, 이동하고 있는 반사 미러(180)에 의해 대략 아래쪽으로 반사되어 웨이퍼(W)의 표면을 주사한다. 따라서, 앞서 도 13에 나타낸 경우와 같이, 처리를 신속하고 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, 웨이퍼 표면을 광선(154)에 의해 주사하기 때문에, 처리의 면내 균일성을 높이는 것이 가능해진다.The light rays 154 composed of ultraviolet (UV) and infrared (IR) radiated horizontally from the two lamps 158A and 160A are reflected downward by the moving reflection mirror 180 to reflect the wafer W. Inject the surface. Therefore, as in the case shown in FIG. 13 above, the process can be executed quickly and efficiently. In addition, since the wafer surface is scanned by the light rays 154, it becomes possible to increase the in-plane uniformity of the processing.

또한, 도 16에 도시하는 실시예는, 램프(158A, 160A)나 프레임(178) 등의 중량물을 이동시키는 도 13에 나타낸 실시예와 비교하여, 비교적 경량물의 반사 미러(180)를 이동시킨다. 이 때문에, 도 16에 나타낸 실시예에 따르면, 조작성이 향상될 뿐만 아니라, 주사 기구(192)의 강도 등을 경감시킬 수 있다.In addition, the embodiment shown in FIG. 16 moves the reflection mirror 180 of a relatively light object compared with the embodiment shown in FIG. 13 which moves heavy objects, such as lamp 158A, 160A, the frame 178, and the like. For this reason, according to the embodiment shown in FIG. 16, not only operability is improved but also the intensity | strength of the injection mechanism 192, etc. can be reduced.

또한, 이 실시예의 경우에는, 광원 램프(158A, 160A)로부터 반사 미러(180)가 멀어질수록 확산 광량이 많아진다. 이 때문에, 도 16의 윗쪽에 병기한 주사 속도 그래프에 도시하는 바와 같이 반사 미러(180)가 광원 램프(158A, 160A)로부터 멀어질수록 그 이동 속도를 저하시키도록 설정한다. 이에 따라, 반사 미러(180)가 멀어진 만큼 광량을 보상할 수 있어, 처리의 면내 균일성을 한층더 향상시킬 수 있다.In the case of this embodiment, the amount of diffused light increases as the reflection mirror 180 moves away from the light source lamps 158A, 160A. For this reason, as shown in the scanning speed graph written in the upper part of FIG. 16, as the reflection mirror 180 moves away from the light source lamps 158A and 160A, it sets so that the movement speed may fall. As a result, the amount of light can be compensated for as the reflection mirror 180 is farther away, and the in-plane uniformity of the process can be further improved.

도 16에 나타내는 실시예에서는, 반사 미러(180)를 수평 방향으로 이동시키는 것에 의해 광선을 주사 구동하도록 하였지만, 이 대신에 반사 미러를 회동시킴으로써 광선을 주사 구동하도록 하더라도 좋다.In the embodiment shown in Fig. 16, the light beam is driven by scanning by moving the reflection mirror 180 in the horizontal direction. Alternatively, the light beam may be scanned by rotating the mirror.

도 17은 이러한 관점에 근거한 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.Fig. 17 is a schematic structural diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to another embodiment of the present invention based on this aspect.

이 실시예에서는, 도 16에 있어서 나타낸 주사 기구(192) 대신에, 처리실(104)의 천정부 윗쪽의 중앙부에 반사 미러 기구(182)가 배치된다. 구체적으로는, 미러 기구(182)는, 가늘고 긴 반사 미러(180)와, 반사 미러(180)를 고정하여 일체적으로 회전하는 회동축(184)으로 이루어진다. 회동축(184)의 한쪽 단부에, 예컨대 스텝 모터(도시하지 않음)가 배치되고, 반사 미러(180)가 소정 각도 범위내에서 정역회전된다. 수은 봉입 램프(158A) 및 적외선 램프(160A), 양 반사경(170A, 170B)을 갖는 프레임(178)은 처리실(104)의 천정부 윗쪽의 일측에 수평 방향을 향하여 배치 고정된다.In this embodiment, instead of the scanning mechanism 192 shown in FIG. 16, the reflection mirror mechanism 182 is disposed in the center of the ceiling of the processing chamber 104. Specifically, the mirror mechanism 182 is composed of an elongated reflective mirror 180 and a rotation shaft 184 that fixes and integrally rotates the reflective mirror 180. At one end of the rotating shaft 184, for example, a step motor (not shown) is disposed, and the reflection mirror 180 is rotated forward and backward within a predetermined angle range. The frame 178 having the mercury-encapsulating lamp 158A, the infrared lamp 160A, and both reflecting mirrors 170A, 170B is disposed and fixed in a horizontal direction on one side above the ceiling of the processing chamber 104.

2개의 램프(158A, 160A)로부터 수평 방향으로 방사된 자외선(UV) 및 적외선(IR)으로 이루어지는 광선(154)은, 반사 미러(180)에 의해 반사되어, 웨이퍼(W)의 표면을 주사한다. 따라서, 이 경우에도, 앞서 도 16에 나타내는 경우와 마찬가지로 처리를 신속하고 효율적으로 실행할 수 있다. 또한, 웨이퍼 표면을 광선(154)에 의해 주사 조사하기 때문에, 처리의 면내 균일성을 높이는 것이 가능해진다.Light rays 154 made of ultraviolet (UV) light and infrared light (IR) emitted from two lamps 158A and 160A in the horizontal direction are reflected by the reflection mirror 180 to scan the surface of the wafer W. . Therefore, also in this case, the process can be executed quickly and efficiently as in the case shown in FIG. In addition, since the wafer surface is irradiated with the light beam 154, the in-plane uniformity of the processing can be increased.

또한, 본 실시예에서는, 도 13이나 도 16에 나타내었던 것과 같은 대규모의 주사 기구는 불필요하기 때문에, 그 만큼 장치를 간단화하여 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 이 실시예의 경우에는, 반사 미러(180)의 회동 속도는 반사광이 바로 아래에 반사될 때에 가장 빨리 한다. 반사 미러(180)의, 좌우 방향으로의 회동 각도가 점차 커짐에 따라서, 광로 길이가 점차 길어지고 확산 광량이 점차 많아지기 때문에, 그 회동 속도를 저속으로 한다. 이에 따라, 확산에 의해 감소한 만큼의 웨이퍼 면상의 광량을 보상할 수 있어, 개질 처리의 면내 균일성을 한층더 향상시킬 수 있다.In addition, in this embodiment, since a large-scale injection mechanism as shown in FIG. 13 or FIG. 16 is unnecessary, the apparatus can be simplified and the cost can be reduced. In addition, in this embodiment, the rotation speed of the reflection mirror 180 is the fastest when the reflected light is reflected directly below. As the angle of rotation of the reflective mirror 180 in the left and right directions gradually increases, the optical path length becomes longer and the amount of diffused light gradually increases, so that the rotation speed is made low. As a result, the amount of light on the wafer surface reduced by diffusion can be compensated, and the in-plane uniformity of the modification process can be further improved.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 19는 도 18에 나타내는 장치의 개략 평면도이다.18 is a schematic configuration diagram showing a main part of a heat treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention. 19 is a schematic plan view of the apparatus shown in FIG. 18.

이 실시예에서는, 처리실(104)의 천정부에 투과창이 배치되지 않고, 천정부 전체가, 예컨대 알루미늄판으로 구성된다. 처리실(104)의 일측에 개구(186)가 형성되고, 여기에 밀봉 부재(188)를 거쳐 도 11중의 투과창(148)과 동일한 재료의, 예컨대 석영제의 가늘고 긴 투과창(190)이 배치된다. 투과창(190)의 외측에, 도 17 등에 있어서 나타낸 것과 마찬가지인 2개의 램프(158A, 160A)와 2개의 반사경(170A, 170B)을 포함한 프레임(178)을 수평 방향을 향하여 배치 고정한다. 이 경우, 양 램프(158A, 160A)로부터 방사되는 광선(154)이 처리 공간(PF)을 수평 방향으로 통과하도록 설정된다.In this embodiment, the transmission window is not disposed on the ceiling of the processing chamber 104, and the entire ceiling is made of, for example, an aluminum plate. An opening 186 is formed on one side of the processing chamber 104, and a thin elongated transmission window 190 made of, for example, quartz and the same material as the transmission window 148 in FIG. 11 is disposed through the sealing member 188. do. On the outside of the transmission window 190, a frame 178 including two lamps 158A and 160A and two reflecting mirrors 170A and 170B similar to those shown in Fig. 17 and the like is disposed and fixed in the horizontal direction. In this case, the light rays 154 emitted from both lamps 158A and 160A pass through the processing space PF in the horizontal direction.

이 경우에도, 수평 방향으로부터 처리 공간(PF)으로 도입된 광선(154)은 오존을 포함하는 처리 가스를 여기하기 때문에, 웨이퍼 표면의 금속 산화막을 효율적으로 처리하는 것이 가능하다. 이 실시예의 경우에는, 처리실(104)의 측면에 양 램프(158A, 160A)를 마련한 결과, 광선(154)이 천정부에 마련한 샤워헤드(134)의 부분을 투과하지 않게 된다. 이 때문에, 조사된 광선(154)의 도중에서의 흡수량이 줄어, 그 만큼, 많은 광선을 처리 공간(PF)에 투입할 수 있다. 따라서, 처리 공간(PF)에 투입되는 광선(154)의 광량이 많은 만큼, 처리를 신속히 실행할 수 있다.Also in this case, since the light ray 154 introduced into the processing space PF from the horizontal direction excites a processing gas containing ozone, it is possible to efficiently process the metal oxide film on the wafer surface. In this embodiment, as a result of providing both lamps 158A and 160A on the side of the processing chamber 104, the light beam 154 does not pass through the portion of the showerhead 134 provided in the ceiling. For this reason, the absorption amount in the middle of the irradiated light ray 154 reduces, and many light rays can be thrown into the processing space PF by that much. Therefore, the processing can be performed quickly as the amount of light of the light ray 154 to be injected into the processing space PF is large.

또한, 양 램프(158A, 160A)에 가까운 부분의 광량은, 확산에 의해 광량이 감소하는 먼 부분에 비하여 다소 많아진다. 그러나, 탑재대(114)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 처리중에 회전되기 때문에, 처리의 면내 균일성을 높게 유지할 수 있다.In addition, the amount of light in a portion close to both lamps 158A and 160A increases somewhat compared to the far portion where the amount of light decreases due to diffusion. However, since the wafer W is rotated during the treatment by the rotation of the mounting table 114, the in-plane uniformity of the treatment can be maintained high.

또, 도 13 내지 도 19에 나타낸 실시예에 있어서는, 탑재대(114)측의 히터로서, 저항 발열체(120) 대신에, 도 7 및 도 9에 도시한 바와 같은 가열 램프(50)를 사용하는 것이 가능하다. 특히, 이들의 열처리 장치를 개질 및 결정화 처리용 장치로서 사용하는 경우에는, 가열력의 관점에서, 저항 발열체(120)보다도 가열 램프(50)를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in the Example shown to FIGS. 13-19, the heating lamp 50 as shown in FIG. 7 and FIG. 9 is used instead of the resistance heating body 120 as a heater of the mounting table 114 side. It is possible. In particular, when using these heat treatment apparatuses as a device for reforming and crystallization treatment, it is preferable to use the heating lamp 50 rather than the resistance heating element 120 from the viewpoint of the heating power.

또한, 도 13 내지 도 18에 나타낸 실시예의 특징은, 자외선 램프(158A) 및 적외선 램프(160A)를 함께 사용하는 경우 뿐만 아니라, 자외선 램프(158A)만을 사용하는 경우에도 적용할 수 있다. 각 램프의 형상은, 직선 형상인 것에 한정되지 않고, 예컨대 U자 형상으로 절곡된 것 등도 이용할 수 있다.13 to 18 can be applied not only to the use of the ultraviolet lamp 158A and the infrared lamp 160A, but also to the use of only the ultraviolet lamp 158A. The shape of each lamp is not limited to a straight one, but may be used, for example, bent in a U shape.

또, 상기 각 실시예에서는, 금속 산화막으로서 산화 탄탈층을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 산화 탄탈막에 한정되지 않고, 산화 티탄막, 산화 지르코늄막, 산화 바륨막, 산화 스트론튬막 등의 금속 산화막, 질화 티탄, 질화 텅스텐 등의 금속 질화막, 혹은 Ti, Pt, Ru, Ir 등의 금속막을 형성하는 경우에도 적용할 수 있다. 처리 가스로서는, 금속 산화막이나 금속 질화막을 처리하는 경우에는 오존이나 산소를 이용하고, 금속막을 처리하는 경우에는 부식성 가스인 오존 대신에 질소, 수소, Ne이나 He, Ar 등의 불활성 가스를 이용하는 것이 바람직22하다.In each of the above embodiments, a case where a tantalum oxide layer is formed as a metal oxide film has been described as an example. However, the present invention is not limited to a tantalum oxide film, but the titanium oxide film, zirconium oxide film, barium oxide film, and strontium oxide film are described. The present invention can also be applied to forming metal oxide films such as metal oxide films, titanium nitride and tungsten nitride, or metal films such as Ti, Pt, Ru, and Ir. As the processing gas, it is preferable to use ozone or oxygen when treating a metal oxide film or a metal nitride film, and to use an inert gas such as nitrogen, hydrogen, Ne, He, or Ar instead of ozone which is a corrosive gas when treating a metal film. 22.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 개질 및 결정화를 수행하기 위한 매엽식 열처리 장치 및 방법에 의하면, 스루풋을 향상시키는 한편, 설비 비용이나 생산 비용을 저감시킬 수 있다.As described above, according to the sheet type heat treatment apparatus and method for carrying out the modification and crystallization of the present invention, throughput can be improved while equipment cost and production cost can be reduced.

퇴적된 금속 산화막이 1층 구조인 경우에는, 결정화 공정을 행할 때에 개질 처리와 결정화 처리를 동일 챔버내에서 연속적으로 행하도록 함으로써, 절연특성을 높게 유지하면서 전체 공정수를 감소시킬 수 있다.In the case where the deposited metal oxide film has a single layer structure, when the crystallization step is performed, the reforming process and the crystallization process are continuously performed in the same chamber, whereby the total number of steps can be reduced while maintaining high insulation characteristics.

퇴적된 금속 산화막이 2층 구조인 경우에는, 최상층 금속 산화막의 개질 처리와 제 1 층 및 제 2 층 전체의 금속 산화막의 결정화 처리를 동일 챔버내에서 연속적으로 행하도록 함으로써 절연특성을 높게 유지하면서 전체 공정수를 감소시킬 수 있다.In the case where the deposited metal oxide film has a two-layer structure, the uppermost metal oxide film is reformed and the crystallization of the metal oxide film of the first and second layers as a whole is continuously performed in the same chamber, thereby maintaining the high insulation characteristics. Process water can be reduced.

Claims (4)

피처리 기판상에 배치된 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리와, 상기 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하기 위한 매엽식 열처리 장치로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 이루어지는, 상기 매엽식 열처리 장치에 있어서,A sheet type heat treatment apparatus for performing a modification treatment for removing organic impurities contained in a thin film disposed on a substrate to be processed and a crystallization treatment for crystallizing the thin film, wherein the thin film is a group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metals. In the single wafer type heat treatment apparatus, which comprises a material selected from 기밀한 처리실과,With a confidential treatment chamber, 상기 처리실내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,A mounting table for mounting the target substrate disposed in the processing chamber; 상기 처리실내를 배기하기 위한 배기 기구와,An exhaust mechanism for exhausting the processing chamber, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 공급 기구와,A supply mechanism for supplying a processing gas containing oxygen atoms into the processing chamber; 상기 탑재대상에 상기 피처리 기판이 탑재된 상태에서, 상기 박막을 가열하기 위한 가열 기구와,A heating mechanism for heating the thin film in a state in which the target substrate is mounted on the mounting target; 상기 가열 기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,A control unit for controlling the heating mechanism; 상기 제어부는, 상기 개질 처리를 수행하기 위해서 상기 박막을 제 1 기간에 걸쳐 상기 재료의 결정화 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열하며, 계속해서 상기 결정화 처리를 수행하기 위해서 상기 박막을 상기 결정화 온도보다 높은 제 2 온도로 승온시키고 또한 상기 결정화 온도보다 낮은 온도까지 냉각하도록, 상기 가열 기구를 제어하고, 상기 제 1 기간은 상기 박막이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴The control unit heats the thin film to a first temperature lower than the crystallization temperature of the material over a first period of time to perform the reforming treatment, and subsequently causes the thin film to be higher than the crystallization temperature to perform the crystallization treatment. The heating mechanism is controlled to raise to a second temperature and cool to a temperature lower than the crystallization temperature, wherein the first period is longer than a second period when the thin film is above the crystallization temperature. 매엽식 열처리 장치.Single sheet heat treatment device. 피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하기 위한 막 형성 시스템으로, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 이루어지는, 상기 막 형성 시스템에 있어서,A film forming system for forming a crystallized thin film on a substrate to be processed, wherein the thin film is made of a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metals. 기밀한 공통 반송실과,Confidential common return room, 상기 피처리 기판을 반송하기 위해 상기 공통 반송실내에 배치된 반송 기구와,A transport mechanism disposed in the common transport chamber for transporting the substrate to be processed, 상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 박막을 퇴적하기 위해서 상기 공통 반송실에 게이트 밸브를 거쳐 접속된 매엽식 CVD 장치와,A sheet-fed CVD apparatus connected to said common transfer chamber via a gate valve for depositing an amorphous thin film on said substrate to be processed by CVD; 상기 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리와, 상기 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하기 위해서 상기 공통 반송실에 게이트 밸브를 거쳐 접속된 매엽식 열처리 장치를 포함하고,A sheet type heat treatment apparatus connected to the common transfer chamber via a gate valve to perform a reforming process for removing organic impurities contained in the thin film and a crystallization process for crystallizing the thin film, 상기 열처리 장치는,The heat treatment apparatus, 기밀한 처리실과,With a confidential treatment chamber, 상기 처리실내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,A mounting table for mounting the target substrate disposed in the processing chamber; 상기 처리실내를 배기하기 위한 배기 기구와,An exhaust mechanism for exhausting the processing chamber, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 공급 기구와,A supply mechanism for supplying a processing gas containing oxygen atoms into the processing chamber; 상기 탑재대상에 상기 피처리 기판이 탑재된 상태에서 상기 박막을 가열하기 위한 가열 기구와,A heating mechanism for heating the thin film in a state where the substrate to be processed is mounted on the mounting object; 상기 가열 기구를 제어하기 위한 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 개질 처리를 수행하기 위해서 상기 박막을 제 1 기간에 걸쳐 상기 재료의 결정화 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열하고, 계속해서 상기 결정화 처리를 수행하기 위해서 상기 박막을 상기 결정화 온도보다 높은 제 2 온도로 승온시키고 또한 상기 결정화 온도보다 낮은 온도까지 냉각하도록, 상기 가열 기구를 제어하고, 상기 제 1 기간은 상기 박막이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴And a control unit for controlling the heating mechanism, the control unit heating the thin film to a first temperature lower than the crystallization temperature of the material over a first period in order to perform the modification treatment, and subsequently performing the crystallization treatment. Controlling the heating mechanism to raise the thin film to a second temperature higher than the crystallization temperature and to cool to a temperature lower than the crystallization temperature to perform the first period, wherein the first period of time is characterized in that the thin film is above the crystallization temperature. Longer than 2nd period 막 형성 시스템.Membrane forming system. 피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법으로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 이루어지는, 상기 방법에 있어서,A method of forming a crystallized thin film on a substrate to be processed, wherein the thin film is made of a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metals. 상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 박막을 퇴적하는 단계와,Depositing an amorphous thin film on the substrate to be treated by CVD; 기밀한 처리실내의 탑재대상에, 상기 박막이 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하는 단계와,Mounting the to-be-processed substrate on which the thin film is disposed on a mounting target in an airtight processing chamber; 상기 처리실내를 배기하면서, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급함과 동시에, 상기탑재대상의 상기 피처리 기판의 상기 박막을 제 1 기간에 걸쳐 상기 재료의 결정화 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열함으로써 상기 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행하는 단계와,The first temperature lowering the crystallization temperature of the material over the first period of time while supplying a processing gas containing oxygen atoms into the processing chamber while evacuating the processing chamber, and at the same time. Performing a reforming treatment to remove organic impurities contained in the thin film by heating with; 상기 개질 처리에 이어서, 상기 탑재대상의 상기 피처리 기판의 상기 박막을 상기 결정화 온도보다 높은 제 2 온도로 승온시키고 또한 상기 결정화 온도보다 낮은 온도까지 냉각함으로써, 상기 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하는 단계를 포함하며,Following the reforming process, the thin film of the substrate to be mounted is heated to a second temperature higher than the crystallization temperature and cooled to a temperature lower than the crystallization temperature, thereby performing a crystallization process of crystallizing the thin film. Steps, 상기 제 1 기간은 상기 박막이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴The first period is longer than a second period during which the thin film is above the crystallization temperature. 피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법.A method of forming a crystallized thin film on a substrate to be processed. 피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법으로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 이루어지는 제 1 및 제 2 층을 구비하는, 상기 방법에 있어서,A method of forming a crystallized thin film on a substrate to be processed, wherein the thin film includes first and second layers made of a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metals. 상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 제 1 층을 퇴적하는 단계와,Depositing an amorphous first layer by CVD on the substrate; 상기 제 1 층을 활성 산소 원자를 포함하는 분위기내에서 상기 재료의 결정화 온도보다 낮은 온도로 가열함으로써, 상기 제 1 층내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행하는 단계와,Performing a reforming treatment to remove organic impurities contained in the first layer by heating the first layer to a temperature lower than the crystallization temperature of the material in an atmosphere containing active oxygen atoms; 상기 개질 처리가 실시된 상기 제 1 층상에 CVD에 의해 비정질 상태의 제 2 층을 퇴적하는 단계와,Depositing a second layer in an amorphous state by CVD on the first layer subjected to the modification treatment; 기밀한 처리실내의 탑재대상에, 상기 제 2 층이 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하는 단계와,Mounting the to-be-processed substrate on which the second layer is disposed on a mounting target in an airtight processing chamber; 상기 처리실내를 배기하면서, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급함과 동시에, 상기 탑재대상의 상기 피처리 기판의 상기 2층을 제 1 기간에 걸쳐 상기 결정화 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열함으로써, 상기 제 2 층내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행하는 단계와,While exhausting the inside of the processing chamber, while supplying a processing gas containing oxygen atoms into the processing chamber, the two layers of the substrate to be mounted are subjected to a first temperature lower than the crystallization temperature over a first period. Performing a reforming treatment to remove organic impurities contained in the second layer by heating; 상기 제 2 층의 상기 개질 처리에 이어서, 상기 탑재대상의 상기 피처리 기판의 상기 제 1 및 제 2 층을 상기 결정화 온도보다 높은 제 2 온도로 승온시키고 또한 상기 결정화 온도보다 낮은 온도까지 냉각함으로써, 상기 제 1 및 제 2 층을 결정화하는 결정화 처리를 수행하는 단계를 포함하며,Following the modification treatment of the second layer, the first and second layers of the substrate to be mounted are heated to a second temperature higher than the crystallization temperature and cooled to a temperature lower than the crystallization temperature, Performing a crystallization process to crystallize the first and second layers, 상기 제 1 기간은 상기 제 1 및 제 2 층이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴The first period is longer than a second period in which the first and second layers are above the crystallization temperature. 피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법.A method of forming a crystallized thin film on a substrate to be processed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9144147B2 (en) 2011-01-18 2015-09-22 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system and methods using capacitively coupled plasma
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KR20170101988A (en) * 2015-01-02 2017-09-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 The processing chamber

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