KR100538865B1

KR100538865B1 - 낱장식 열처리 장치, 막 형성 시스템 및 박막 형성 방법

Info

Publication number: KR100538865B1
Application number: KR10-1999-0025589A
Authority: KR
Inventors: 신리키히로시; 스기우라마사히토
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2005-12-23
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: KR20000011360A

Abstract

제 1 및 제 2 산화 탄탈층(20, 22)으로 이루어지는 절연막을 반도체 웨이퍼(W)상에 형성한다. 우선, CVD에 의해 비정질 상태의 제 1 층(20)을 퇴적함과 동시에, 제 1 층(20)내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행한다. 다음에, 제 1 층(20)상에 CVD에 의해 비정질 상태의 제 2 층(22)을 퇴적한다. 다음에, 처리실(34)내에 오존을 포함하는 처리 가스를 공급함과 동시에, 웨이퍼(W)를 소정 기간에 걸쳐 결정화 온도보다 낮은 온도로 가열하여, 제 2 층(22)내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행한다. 계속해서, 동일 처리실(34)내에서, 웨이퍼(W)를 결정화 온도보다 높은 제 2 온도로 승온시키고 또한 결정화 온도보다 낮은 온도까지 냉각함으로써, 제 1 및 제 2 층(20, 22)을 동시 결정화한다.

Description

낱장식 열처리 장치, 막 형성 시스템 및 박막 형성 방법{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 낱장식 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.

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.

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 제 1990-283022 호에는 이러한 종류의 개질 처리 기술이 개시되어 있다.

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.

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.

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.

또한, 일본 특허 공개 공보 제 1997-121035 호에는, 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.

본 발명자 등의 발명에 관한 일본 특허 공개 공보 제 1998-79377 호(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.

본 발명의 목적은, 스루풋을 향상시키는 한편, 설비 비용이나 생산 비용을 저감시킬 수 있는, 개질 및 결정화를 수행하기 위한 낱장식 열처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 특허청구범위의 각 항에 기재된 구성을 갖는 낱장식 열처리 장치 및 방법을 제공한다.

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.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

각 장치(4, 6, 8, 10) 및 공통 반송실(3), 카셋트실(14A, 14B)에는, 내부를 불활성 가스, 예컨대 N₂ 가스로 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 N₂ 가스 공급 및 진공 배기는 서로 독립적으로 제어가 가능하게 된다.

CVD 장치(4, 6)나 개질 장치(8)로서는, 일본 특허 공개 공보 제 1998-79377 호(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 가스와 산화 가스인 O₂등이 처리실내에서 혼합되어, 이 분위기하에서 CVD 성막 반응이 이루어진다. 동일한 구조의 CVD 장치를 2대 마련한 이유는 스루풋을 향상시키기 위해서이다. 산화 가스로서는, O₂ 이외에, O₃, N₂O, NO, 기화 상태의 알콜 등을 이용할 수 있다.

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.

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.

도 7은 도 1에 도시한 막 형성 시스템(1)의 열처리 장치(10)로서 사용되는 장치(32)의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

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.

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(O₃ 혹은 O₂)의 가스원(59)에 접속된다.

샤워헤드(56)는, 도 8에 도시한 바와 같은 격자형상의 형상을 갖는다. 즉, 샤워헤드(56)는, 라인 파이프(58)에 접속된 링 파이프(60A)와, 그 내측에 접속되고 격자형상으로 짜여진 내측 파이프(60B)를 갖는다. 내측 파이프(60B)에는, 하측에 다수의 가스 분사 구멍(61)이 같은 피치로 형성된다.

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.

도 9는 열처리 장치(10)의 다른 실시예의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

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 N₂ 가스의 불활성 가스 분위기로 함과 동시에, 이 실(14)내를 진공으로 한다.

다음에, 게이트 밸브(G1)를 열어, 카셋트실(14A) 내를 미리 진공 배기시켜 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.

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)내로 아암 기구(16)를 이용하여 취출한다.

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.

개질 처리가 종료된 후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내로 아암 기구(16)를 이용하여 취출한다. 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.

제 2 층의 퇴적 공정의 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 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.

다음에, 상기 각 공정에 대하여 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.

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 O₂ 등의 산화 가스를 공급한다. 금속 알콕시드의 공급량은, 성막률에도 의존하는데, 예를 들면 수 ㎎/min정도이다.

이 CVD의 프로세스 압력은 0.2∼0.3Torr 정도, 프로세스 온도는 250∼450℃의 범위내, 예컨대 400℃로 설정한다. 그리고, 예를 들어 두께(t1)가 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.

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.

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(t1)가 4.5㎚보다도 얇은 경우에는, 자외선을 조사하는 일 없이 오존만을 공급하는 것에 의해 개질 처리를 실행하더라도 무방하다.

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 막 두께(t2)도 두께(t1)와 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.

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.

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.

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.

도 3은 열처리 장치(10)의 프로세스 온도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서 횡축은 시간[Ti(sec)], 종축은 프로세스 온도(PT)를 나타낸다.

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.

산화 탄탈층의 개질 온도의 상한 600℃와 결정화 온도의 700℃ 사이에는 100℃ 정도의 폭이 존재한다. 이 이유는, 결정화는 어느 일정한 온도를 경계로 하여 순간적으로 발생하는 것이 아니라, 일정한 온도 폭을 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.

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(T2)의 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 막 두께가 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.

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.

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.

이 실험 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서 횡축은 실효 막 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.

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.

도 2a 내지 도 2d에 나타내는 방법에서는, 산화 탄탈층(20, 22)의 두께를 모두 대략 3.5∼5.0㎚ 정도의 동일한 막 두께로 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 막 두께가 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.

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.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

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.

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 취출한다.

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.

한쪽의 열처리 장치(10)내에서의 처리가 종료된 후, 웨이퍼(W)를 진공 상태로 유지되어 있는 공통 반송실(3)내로 아암 기구(16)를 이용하여 취출한다. 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.

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.

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.

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.

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(112)에는, 진공 펌프(108)가 설치된 진공 배기 기구(110)가 접속되어, 처리실 내부를 진공 배기시키는 것이 가능해진다.

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 N₂ 가스의 공급 기구(도시하지 않음)가 접속된다.

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.

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.

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.

또한, 처리실(104)의 천정부에는, 자외선이나 적외선에 대하여 투명한 내열 재료, 예컨대 석영으로 이루어지는 샤워헤드(134)가 배치된다. 샤워헤드(134)로부터 처리 가스가 처리 공간(PF)을 향하여 방출된다.

샤워헤드(134)는 도 8에 도시된 샤워헤드(56)와 동일한 격자형상의 형상을 갖는다. 즉, 샤워헤드(134)는, 라인 파이프(142)에 접속된 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 링 형상의 파이프(136)와, 그 내측에 접속되고 격자형상으로 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 내경은 각각 16㎜ 및 4.35㎜ 정도, 가스 분사 구멍(61)의 직경은 0.3∼0.5㎜ 정도로 설정된다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 곡률은 광선(154)의 반사광이 탑재대(114)의 표면에 대략 균등하게 반사되도록 설정된다.

다음에, 도 11에 도시한 장치를 이용하여 실행되는 열처리 방법에 대하여 설명한다.

우선, 절연막으로서 Ta₂O₅ 등의 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.

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 참조하여 설명한 바와 같이, 개질 처리, 혹은 개질 및 결정화 처리를 개시한다.

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 샤워헤드(134)를 통과하여 처리 공간(PF)에서의 오존을 주체 성분으로 하는 처리 가스에 주입된다.

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.

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 신속하고 대폭적으로 향상시키는 것이 가능해진다.

광선 방사 기구(156)의 돔 형상의 반사경(170)은, 이것으로부터의 반사광을 탑재대(114)의 표면상에 대략 균등하게 분포시키는 것과 같은 적정한 곡률로 설정된다. 이 때문에, 발생한 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 낭비 없이 활성 산소 원자의 발생을 위해 사용하는 것이 가능하다.

전술한 열처리중에, 회전축(116)에 지지된 탑재대(114)는, 이 위에 탑재된 웨이퍼(W)를 일체적으로 회전시킨다. 이 때문에, 웨이퍼면상에 있어서의 처리 불균일 발생을 없앨 수 있어, 금속 산화막의 전면을 대략 균등하게 처리할 수 있다.

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.

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. 이 때문에, 웨이퍼면에 대하여 균일하게 처리 가스를 공급할 수 있다.

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샤워헤드(134)의 격자형상의 내측 파이프(138) 사이는 개구로서 형성되어, 많은 자외선(UV)이나 적외선(IR)이 이 개구를 통과한다. 따라서, 샤워헤드(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.

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 O₂ 가스, N₂O 가스 등을 이용하는 것이 가능하다.

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.

이 실험 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12에 있어서 횡축은 실효 막 두께(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, 막 두께 10㎚ 이하에서는 양자의 차가 현저하며, 본 발명 방법쪽이 특히 양호한 특성을 나타낸다.

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.

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.

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.

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.

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 레일을 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.

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.

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.

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.

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.

도 16은 이러한 관점에 근거한 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

도 17은 이러한 관점에 근거한 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

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.

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.

또한, 본 실시예에서는, 도 13 또는 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 빠르다. 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.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다. 도 19는 도 18에 나타내는 장치의 개략 평면도이다.

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.

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.

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.

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.

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.

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 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 개질 및 결정화를 수행하기 위한 낱장식 열처리 장치 및 방법에 의하면, 스루풋을 향상시키는 한편, 설비 비용이나 생산 비용을 저감시킬 수 있다.

퇴적된 금속 산화막이 1층 구조인 경우에는, 결정화 공정을 행할 때에 개질 처리와 결정화 처리를 동일 챔버내에서 연속적으로 행하도록 함으로써, 절연 특성을 높게 유지하면서 전체 공정수를 감소시킬 수 있다.

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 절연 특성을 높게 유지하면서 전체 공정수를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,

도 3은 열처리 장치의 프로세스 온도의 변화를 나타내는 그래프,

도 4는 산화 탄탈막의 절연 내압 특성을 나타내는 그래프,

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다른 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 막 형성 방법을 공정 순서대로 도시한 도면,

도 7은 도 1에 도시한 막 형성 시스템의 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 8은 도 7에 도시한 장치의 샤워헤드를 나타내는 평면도,

도 9는 본 발명의 별도의 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 10은 본 발명의 별도의 실시예에 관한 클러스터 툴형의 막 형성 시스템의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 12는 자외선만으로 개질을 실행한 종래 방법과, 자외선과 적외선을 이용하여 개질을 실행한 본 발명의 방법을 비교한 결과를 나타내는 그래프,

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 14는 도 13에 도시한 장치의 개략 평면도,

도 15는 광선의 주사 속도의 변화를 나타내는 그래프,

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열처리 장치의 주요부를 나타내는 개략 구성도,

도 19는 도 18에 도시한 장치의 개략 평면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 막 형성 시스템 3 : 공통 반송실

4, 6 : CVD 장치 8 : 개질 장치

10, 32, 72 : 열처리 장치 14A, 14B : 카셋트실

20, 22, 24 : 산화 탄탈층(금속 산화막)

34 : 처리실 56 : 샤워헤드

W : 웨이퍼

Claims

피처리 기판상에 배치된 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리와, 상기 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하기 위한 낱장식 열처리 장치로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료로 이루어지는, 낱장식 열처리 장치에 있어서,

기밀한 처리실과,

상기 처리실내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와,

상기 처리실내를 배기하기 위한 배기 기구와,

상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 공급 기구와,

상기 탑재대상에 상기 피처리 기판이 탑재된 상태에서, 상기 박막을 가열하기 위한 가열 기구와,

상기 가열 기구를 제어하기 위한 제어부를 포함하며,

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 긴

낱장식 열처리 장치.
피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하기 위한 막 형성 시스템으로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료로 이루어지는, 막 형성 시스템에 있어서,

기밀한 공통 반송실과,

상기 피처리 기판을 반송하기 위해 상기 공통 반송실내에 배치된 반송 기구와,

상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 박막을 퇴적하기 위해서, 상기 공통 반송실에 게이트 밸브를 거쳐 접속된 낱장식 CVD 장치와,

상기 박막내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리와, 상기 박막을 결정화하는 결정화 처리를 수행하기 위해서 상기 공통 반송실에 게이트 밸브를 거쳐 접속된 낱장식 열처리 장치를 포함하며,

상기 열처리 장치가 기밀한 처리실과, 상기 처리실내에 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하기 위한 탑재대와, 상기 처리실내를 배기하기 위한 배기 기구와, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급하기 위한 공급 기구와, 상기 탑재대상에 상기 피처리 기판이 탑재된 상태에서 상기 박막을 가열하기 위한 가열 기구와, 상기 가열 기구를 제어하기 위한 제어부를 구비하며; 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 긴

막 형성 시스템.
피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법으로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료로 이루어지는, 박막 형성 방법에 있어서,

상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 박막을 퇴적하는 단계와,

기밀한 처리실내의 탑재대상에, 상기 박막이 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하는 단계와,

상기 처리실내를 배기하면서, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급함과 동시에, 상기 탑재대상의 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,

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,

상기 제 1 기간은 상기 박막이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴

박막 형성 방법.
피처리 기판상에 결정화된 박막을 형성하는 방법으로서, 상기 박막은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료로 이루어지는 제 1 및 제 2 층을 구비하는, 박막 형성 방법에 있어서,

상기 피처리 기판상에 CVD에 의해 비정질 상태의 제 1 층을 퇴적하는 단계와,

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,

상기 개질 처리가 실시된 상기 제 1 층상에 CVD에 의해 비정질 상태의 제 2 층을 퇴적하는 단계와,

기밀한 처리실내의 탑재대상에, 상기 제 2 층이 배치된 상기 피처리 기판을 탑재하는 단계와,

상기 처리실내를 배기하면서, 상기 처리실내에 산소 원자를 포함하는 처리 가스를 공급함과 동시에, 상기 탑재대상의 상기 피처리 기판의 상기 제 2 층을 제 1 기간에 걸쳐 상기 결정화 온도보다 낮은 제 1 온도로 가열함으로써, 상기 제 2 층내에 포함되는 유기 불순물을 제거하는 개질 처리를 수행하는 단계와,

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,

상기 제 1 기간은 상기 제 1 및 제 2 층이 상기 결정화 온도 이상에 있는 제 2 기간보다 긴

박막 형성 방법.