JPH10125670A - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな構成で、各処理工程室の独立性
を維持しつつ迅速な基板搬送を行い、稼働効率が高い高
誘電体、強誘電体用の薄膜気相成長装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗに高誘電体又は強誘電体の薄膜を
気相成長させるための薄膜気相成長装置であって、プロ
セスガス供給手段と、原料ガス供給手段と、基板を保持
する保持手段５２と基板に原料ガスを噴射する原料ガス
噴射ノズル５４とを備えた気密な成膜室１４と、外部と
の間で基板の出し入れを行なうためのロードロック室１
６と、成膜室１４、ロードロック室１６にそれぞれ開閉
弁２０，２２，２４を有する搬送路２６，２８，３０を
介して連絡された搬送ロボット室１２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜気相成長装置
に係り、特に、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の
高誘電体又は強誘電体薄膜を気相成長させるのに好適な
薄膜気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜
として、誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜に替えて、誘電率が２０程度である五酸化タ
ンタル（Ｔa₂Ｏ₅ ）薄膜、あるいは誘電率が３００程度
であるチタン酸バリウム（ＢaＴiＯ₃ ）、チタン酸スト
ロンチウム（ＳrＴiＯ₃ ）又はこれらの混合物であるチ
タン酸バリウムストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料
が有望視されている。

【０００３】このような金属酸化物薄膜を気相成長させ
る際には、１又は複数の有機金属化合物のガス原料と酸
素含有ガスとを混合し、一定の温度に加熱した基板に噴
射する。一般に、有機金属化合物ガスと酸素含有ガスの
混合ガスは反応抑制温度域が狭く、温度が高過ぎると反
応してしまい、温度が低すぎると原料ガスが凝結してし
まうので、成膜室壁と基板保持部では厳密な温度制御が
行われる。成膜された基板は、成膜処理の後に種々の目
的のために熱処理が行われ、そのために後処理室が設け
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような装置におい
ては、成膜室や後処理室は、それぞれ所定の雰囲気、温
度に維持されており、これら相互に、及びこれらと外部
の環境はできるだけ独立であることが好ましい。一方、
装置の稼働効率を考慮すると、処理した又は処理すべき
基板を迅速に各部に搬送する必要があり、しかも、装置
全体としての床面積を小さくする必要もある。

【０００５】この発明は、上記の課題に鑑み、コンパク
トな構成で、各処理工程室の独立性を維持しつつ迅速な
基板搬送を行い、稼働効率が高い高誘電体、強誘電体用
の薄膜気相成長装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板に高誘電体又は強誘電体の薄膜を気相成長させ
るための薄膜気相成長装置であって、プロセスガス供給
手段と、原料ガス供給手段と、前記基板を保持する保持
手段と該基板に原料ガスを噴射する原料ガス噴射ノズル
とを備えた気密な成膜室と、外部との間で基板の出し入
れを行なうためのロードロック室と、前記成膜室、ロー
ドロック室にそれぞれ開閉弁を有する搬送路を介して連
絡された搬送ロボット室とを有することを特徴とする薄
膜気相成長装置である。

【０００７】これにより、構成が複雑な成膜室との間で
の基板の授受が簡単な機構で効率良く行われる。また、
他の処理工程室との基板の授受も効率的に行なうことが
でき、全体の装置構成も簡単であり、設置のための床面
積も少なくて良い。

【０００８】請求項２に記載の発明は、常温で液体であ
るか又は溶剤に溶解して液状とした固体である原料を用
い、前記液体又は溶剤に溶解した固体原料を前記原料ガ
スとする気化器を備えたことを特徴とする請求項１に記
載の薄膜気相成長装置である。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記成膜室には
該成膜室の壁と前記基板とを加熱する手段が設けられ、
該成膜室とロボット室の間には前者の熱膨張による相対
位置変化を吸収する機構が設けられていることを特徴と
する請求項１に記載の薄膜気相成長装置である。これに
より、温度差による歪みや変形及びこれに伴う装置寿命
の短縮やリークの発生を防止することができる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、前記気化器と成
膜室をつなぐ原料ガス供給配管及び成膜室の内壁の温度
を原料の気化温度以上かつ反応温度以下に維持し、前記
ロボット室及びロードロック室は室温程度に維持するこ
とを特徴とする請求項２に記載の薄膜気相成長装置であ
る。これにより、各部分の温度範囲を明確にしてそれぞ
れが他の部分の熱影響を受けないようにし、各部の機能
を発揮させる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、前記原料ガス供
給配管及び成膜室内壁には、熱媒体循環装置から供給さ
れる熱媒体を流通させるための加熱流路が形成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置
である。これにより、原料ガス供給配管及び成膜室の壁
の温度を厳密に制御することができ、これらの箇所での
原料が反応したり析出することを防止する。

【００１２】請求項６に記載の発明は、前記ロボット室
と成膜室を接続する搬送路に不活性ガス供給口が設けら
れ、該不活性ガスの流れにより成膜室内に残留する反応
ガス及び反応生成物が前記ロボット室及びロードロック
室に流入しないようにしたことを特徴とする請求項１に
記載の薄膜気相成長装置である。

【００１３】請求項７に記載の発明は、前記ロボット室
を介して成膜室と接続した後工程室を有し、ここで成膜
が終了した基板に熱処理等の後工程を行なうことを特徴
とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一つの実施の形態
について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本
発明の薄膜気相成長装置の全体の構成を示す平面図で、
内部に搬送ロボット１０を備えたロボット室（搬送室）
１２を中心に、これを取り巻くように成膜室１４、ロー
ドロック室１６、及び付属工程室１８が配置され、それ
ぞれがロボット室１２とゲートバルブ２０，２２，２４
を有する気密通路２６，２８，３０で連絡されている。
これらの各室は、排気制御弁３２，３４，３６，３８を
介して排気ポンプ４０，４２，４４に接続され、所定の
真空度に維持されている。

【００１５】成膜室１４、ロボット室１２、付属工程室
１８については、図２に断面図が示されている。成膜室
１４は、釜状の容器本体４６により形成され、容器底部
４８の中央に開口する筒状部５０内を昇降可能なサセプ
タ（基板保持手段）５２と、容器本体４６の頂部に取り
付けられたシャワヘッド（原料ガス噴射ノズル）５４と
を備えている。これら容器本体４６、底部４８及び筒状
部５０とシャワヘッド５４には、オイルのような熱媒体
を流通させる流路５６，５８，６０，６２が形成され、
この流路は外部配管６４を介して、ポンプ等の抽送手段
６６、及びヒータ等の加熱手段６８からなる熱媒体ユニ
ット７０に連通している。また、成膜室１４の必要箇所
を冷却するために冷却水循環ユニット７２が設けられて
いる。容器底部４８には、生成ガスを排気する排気孔７
４が開口し、これは真空ポンプ４２に連結している。

【００１６】上記シャワヘッド５４は基板Ｗよりやや大
きめの径の円板状をなし、その最下層は多数のノズル孔
７６を有するノズル板７８であり、その上部が有機金属
ガスを含む原料ガスと酸素等の酸化ガスを混合するため
の混合室８０となっている。この混合室８０は上側の同
軸多重のガス供給管８２に連通しており、これにより原
料ガスや酸化ガスが供給される。

【００１７】サセプタ５２は支持軸８４を介して成膜室
１４の下方に配置された昇降装置８６に連結され、これ
により筒状部５０の中を昇降する。筒状部５０の所定高
さには、ロボット室１２に向かう位置に基板搬送口８８
が開口しており、これはベローズ（通路）２６を介して
ロボット室１２のゲートバルブ２０に接続されている。
この基板搬送口８８にはパージガス供給口９０が開口し
ている。サセプタ５２には基板を加熱するためのヒータ
９２が設けられ、所定位置に取り付けられた基板温度セ
ンサの検出値に基づいて該ヒータ９２への電力を調整し
て基板温度を一定に維持するようにしている。

【００１８】ロボット室１２は、平面視において各壁面
を各工程室１４，１６，１８に向けた多角形（この例で
は四方形）をなし、各壁面にゲートバルブ（開閉弁）２
０，２２，２４を有する開口部が形成され、各工程室と
通路２６，２８，３０で連絡されている。ロボット室１
２内部に配置された搬送ロボット１０は、この例では、
先端にロボットフィンガー９４を備えた多関節アーム９
６として構成され、下部の昇降装置９８により昇降自在
となっている。

【００１９】付属工程室１８は、この例では頂部に石英
窓１００が設けられ、昇降装置１０２により昇降可能な
保持台１０４を備え、プロセスガス雰囲気中で、基板Ｗ
に紫外線ランプ１０６による照射を行って内部の酸素欠
損を補充するものである。保持台１０４には基板Ｗを加
熱するヒータ１０８が設けられている。付属工程室１８
では、この他に他の成膜工程やエッチング、あるいは成
膜の前工程等の任意の付属工程を必要に応じて行う。ま
た、この例では、ロボット室１２の一方の壁面は拡張用
として将来の必要に備えている。これは、第２の成膜
室、あるいは他の任意の処理室を必要に応じて併用しあ
るいは予備室として接続することができ、場合に応じて
他のロボット室と接続しても良い。

【００２０】以下に、この薄膜気相成長装置の付属装置
としての原料供給装置１１０とプロセスガス供給装置１
１２を説明する。原料供給装置１１０は、高誘電体又は
強誘電体を形成すべき金属の有機化合物を含む原料ガス
を供給するもので、これらの原料を適当な溶剤に溶かし
て液体原料として気化させるが、原料によっては固体原
料を昇華させて気化する。この例では、Ｂａ，Ｓｒ，Ｔ
ｉ又はその化合物をＤＰＭ（ジビバロイメタン）の化合
物とし、これをＴＨＦ（テトラヒドロフラン）に溶解し
て液体原料１１４，１１６，１１８とする。これを必要
な割合に応じてミキシングマニホールド１２０で混合
し、気化器１２２で加熱して気化する。

【００２１】このような原料は、室温と気化温度の間の
所定温度で溶剤のみが気化してしまうので、このような
領域をできるだけ迅速に通過するように原料に熱変化を
与える必要がある。従って、気化器１２２としては、液
体を多孔質の加熱体に吸収させる、液体を微小液滴や霧
状にしてから加熱体の表面に供給する、あるいは、加熱
した壁の微小隙間に毛管現象を利用して押し込む等の種
々の形式のものが用いられる。原料ガスを成膜室１４に
供給する原料ガス配管１２４はガス供給管８２に接続さ
れ、これらは原料ガスの気化温度以上に保熱している。

【００２２】プロセスガス供給装置１１２は、種々の目
的に用いるガスを貯留するボンベ１２６，１２８，１３
０、流量調整器１３２，１３４，１３６、配管１３８、
開閉又は調整弁１４０，１４２，１４４から構成され、
プロセスガスの種類としては、原料の一部である酸化ガ
ス（Ｏ₂，Ｎ₂Ｏ，Ｈ₂Ｏ等）、有機金属原料ガスの搬送
に用いられるキャリアガス（Ａｒ等）、及び各工程室１
２，１４，１６，１８内の雰囲気を無害化して工程を迅
速化するパージガス（Ｎ₂，Ａｒ）等がある。これら
は、目的に応じて単体で又は混合して所定の配管経路で
各工程室の所定箇所に供給される。

【００２３】以上のように構成された薄膜気相成長装置
の作用を説明する。原料供給装置１１０から供給された
原料ガス及びプロセスガス供給装置１１２からの酸化ガ
スは、それぞれ原料ガス配管１２４及びプロセスガス導
入配管１３８からガス供給管８２を介してシャワーヘッ
ド５４に供給され、混合室８０で混合されてノズル板７
８のノズル孔７６から基板Ｗに噴射される。基板Ｗはサ
セプタ５２のヒータ９２で反応温度以上の所定温度に維
持されており、酸化ガスを含む原料ガスはここで反応
し、基板Ｗ上に成膜する。成膜室１４及びシャワヘッド
５４は壁内の流路５６，５８，６０，６２を流れる熱媒
体により、反応温度以下で凝結温度以上の所定温度に加
熱されており、従って、未反応ガスや反応生成物が壁に
堆積することが防止される。

【００２４】次に、各工程室間の基板Ｗの搬送を説明す
る。ロードロック室１６には、基板Ｗを搭載したカセッ
ト（搬送容器）が載置されている。成膜が終わった基板
Ｗを取り出すには、成膜室１４の昇降装置８６を作動さ
せてサセプタ５２を基板搬送口８８まで下降させてお
き、ロボット室１２の成膜室側ゲートバルブ２０を開い
てベローズ２６内の通路を介してロボットアーム９６に
より基板Ｗを取り出す。その後、ロボット室１２の成膜
室側ゲートバルブ２０を閉じ、付属処理室１８側のゲー
トバルブ２４を開いて基板Ｗを保持台１０４上に載せ、
ゲートバルブ２４を閉じて後工程処理を行なう。

【００２５】次に、ロードロック室１６側のゲートバル
ブ２２を開いて未処理基板Ｗをカセットから取り出し、
ロボット室１２に搬入し、取り出しと逆の工程で成膜室
１４に搬入して成膜処理を行なう。後工程処理が終わっ
た基板Ｗは同様の工程によりロボット室１２からロード
ロック室１６に搬送され、カセットに収容される。成膜
室１４の雰囲気がロボット室１２側に流入するのを防止
するために、パージガス供給口９０よりパージガスを供
給しながら搬入又は搬出を行っても良い。

【００２６】このように、この装置ではロボット室１２
を中心に、成膜室１４を含む各処理工程室がこれを取り
巻くように配置されているので、各工程室１４，１６，
１８間の基板Ｗの搬送が簡単な装置と経路によって行わ
れる。また、工程室１４，１６，１８間への通路２６，
２８，３０にゲートバルブ２０，２２，２４が設けられ
ているとともに、これらがロボット室１２を介して接続
されているので、室間の雰囲気の流通が確実に防止さ
れ、処理を始めるために雰囲気を形成するための時間が
短縮される。

【００２７】また、この装置では、成膜室１４が高温
（２００℃以上）に加熱されるので、昇温と冷却に伴
い、ロボット室１２と成膜室１４の間に相対変位が生じ
る。しかしながら、成膜室１４とロボット室１２の間を
ベローズ２６によって連絡して搬送路を形成しているの
で、これが熱膨張又は収縮による相対変位を吸収し、成
膜室１４とロボット室１２の軸間距離に変化をもたらさ
ず、ロボット搬送の信頼性を向上させるとともに、各装
置に歪み応力や変形を起こすことが防止される。

【００２８】なお、この発明の実施は上記の形態に限定
されるものではなく、発明の趣旨の範囲内で種々の変形
が可能である。例えば、気化原料として液体を用いた
が、固体を昇華させる方法でもよい。また、成膜室１４
とロボット室１２の相対位置変化を吸収する機構として
は、ダイヤフラムやテフロン等の弾性体材料による配管
の採用も可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構成が複雑で原料気化温度以上の高温内壁を有する成膜
室と搬送室の間での基板の授受が簡単な機構で効率良く
行われ、他の工程室との基板の授受も効率的に行なうこ
とができ、全体の装置構成も簡単で設置のための床面積
も少なくて良い。従って、各処理工程室の独立性を維持
しつつ迅速な基板搬送を行って稼働効率が高い薄膜気相
成長装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の薄膜気相成長装置の概略
を示す平面図である。

【図２】図１の薄膜気相成長装置のＡ−Ａ矢視の断面図
である。

【符号の説明】

Ｗ 基板 １２ ロボット室 １４ 成膜室 １６ ロードロック室 １８ 付属工程室 ２０，２２，２４ 開閉弁 ２６，２８，３０ 搬送路 ２６ ベローズ ５２ 基板保持手段 ５４ 原料ガス噴射ノズル ７０ 熱媒体ユニット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に高誘電体又は強誘電体の薄膜を気
   相成長させるための薄膜気相成長装置であって、 プロセスガス供給手段と、 原料ガス供給手段と、 前記基板を保持する保持手段と該基板に原料ガスを噴射
   する原料ガス噴射ノズルとを備えた気密な成膜室と、 外部との間で基板の出し入れを行なうためのロードロッ
   ク室と、 前記成膜室、ロードロック室にそれぞれ開閉弁を有する
   搬送路を介して連絡された搬送ロボット室とを有するこ
   とを特徴とする薄膜気相成長装置。
2. 【請求項２】 常温で液体であるか又は溶剤に溶解して
   液状とした固体である原料を用い、前記液体又は溶剤に
   溶解した固体原料を前記原料ガスとする気化器を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記成膜室には該成膜室の壁と前記基板
   とを加熱する手段が設けられ、該成膜室とロボット室の
   間には前者の熱膨張による相対位置変化を吸収する機構
   が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄
   膜気相成長装置。
4. 【請求項４】 前記気化器と成膜室をつなぐ原料ガス供
   給配管及び成膜室の内壁の温度を原料の気化温度以上か
   つ反応温度以下に維持し、前記ロボット室及びロードロ
   ック室は室温程度に維持することを特徴とする請求項２
   に記載の薄膜気相成長装置。
5. 【請求項５】 前記原料ガス供給配管及び成膜室内壁に
   は、熱媒体循環装置から供給される熱媒体を流通させる
   ための加熱流路が形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の薄膜気相成長装置。
6. 【請求項６】 前記ロボット室と成膜室を接続する搬送
   路に不活性ガス供給口が設けられ、該不活性ガスの流れ
   により成膜室内に残留する反応ガス及び反応生成物が前
   記ロボット室及びロードロック室に流入しないようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装
   置。
7. 【請求項７】 前記ロボット室を介して成膜室と接続し
   た後工程室を有し、ここで成膜が終了した基板に熱処理
   等の後工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の
   薄膜気相成長装置。