(57)【要約】【課題】基板表面の面積が大きい被処理基板に容易に対応できる加圧式ランプアニール装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、処理室２５と、前記処理室内に配置され、被処理基板２２を保持する保持部２３と、前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、前記処理室内に配置された透明管２０と、前記透明管内に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明管を通して照射されるランプヒータ１９と、を具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置である。【選択図】        図１
2011176028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理基板を保持する保持部と、
前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、
前記処理室内に配置された透明管と、
前記透明管内に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明管を通して照射されるランプヒータと、
を具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記処理室の内壁は、前記透明管の外表面に沿った曲面を有しており、
前記透明管は、その外表面が前記曲面に接触して配置されていることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記透明管の両端は、前記処理室の外側に繋げられていることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
【請求項４】
チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、前記チャンバー内の下部に位置された被処理基板を保持する保持部と、
前記チャンバー内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内のガスを排気するガス排気機構と、
前記チャンバー内に配置された透明管と、
前記透明管内に配置されたランプヒータと、
を具備し、
前記チャンバーの上部内壁には溝が形成されており、
前記溝の内壁は、前記透明管の外表面に沿った曲面を有しており、
前記透明管は、その外表面が前記曲面に接触した状態で前記溝内に配置されており、
前記透明管の両端は、前記チャンバーの外側に繋げられており、
前記ランプヒータのランプ光は、前記保持部に保持された前記被処理基板に前記透明管を通して照射されることを特徴とする加圧式ランプアニール装置。
【請求項５】
表面に薄膜材料を有する被処理基板を用意し、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加圧式ランプアニール装置によって前記薄膜材料にアニール処理を施すことを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス導入機構によって加圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する加圧アニール処理であることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記加圧アニール処理の前又は後に、前記チャンバー内を前記ガス排気機構によって減圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する減圧アニール処理を行うことを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７において、
前記加圧アニール処理の前又は後に、前記チャンバー内を常圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する常圧アニール処理を行うことを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加圧式ランプアニール装置を使用する方法であって、
前記保持部に被処理基板を保持し、
前記被処理基板に加圧アニール処理、減圧アニール処理及び常圧アニール処理の少なくとも一つの処理を行うものであり、
前記加圧アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス導入機構によって加圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であり、
前記減圧アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス排気機構によって減圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であり、
前記常圧アニール処理は、前記チャンバー内を常圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であることを特徴とする加圧式ランプアニール装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧式ランプアニール装置、それを用いた薄膜の製造方法及び加圧式ランプアニール装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来の加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。
加圧式ランプアニール装置はＡｌ製のチャンバー１を有している。このチャンバー１の内表面１ａには表面処理が施されている。
【０００３】
チャンバー１内には被処理基板としてのウエハ２を載置するステージ３が設けられている。ステージ３はランプ光が透過する材料、例えば石英で形成されている。ステージ３の上方には石英ガラス４が配置されている。この石英ガラス４は、略円柱部４ａとその上部の周囲に形成された鍔部４ｂから構成されている。石英ガラスの略円柱部４ａは、チャンバー内が加圧されるために厚く形成されている。
【０００４】
石英ガラスの略円柱部４ａの厚さの決定方法について説明する。
設計圧力（例えば使用圧力×１．２倍）をＰ（単位：Ｐａ）とし、圧力を受ける面の面積をＡ（単位：ｍｍ２）とし、石英ガラスの曲げ応力をσb（単位：Ｎ／ｍｍ２）とした場合の石英ガラスの厚さｔは、下記式（１）を満たすことが好ましい。
１０（ＰＡ／σb）１／２≦ｔ≦７５（ＰＡ／σb）１／２・・・（１）
【０００５】
石英ガラス４の上にはランプヒータ５が配置されており、このランプヒータ５は金属製の筐体６の内部に配置されている。筐体６の上部には排気ダクト７が接続されており、この排気ダクト７は筐体６内の熱を排気するものである。
【０００６】
前記筐体６及びランプヒータ５それぞれは配管を介してドライエアー供給源４６に接続されている。ドライエアー供給源４６からドライエアーを筐体内及びランプヒータ内に導入することにより、筐体内及びランプヒータ内に溜まる熱を排気ダクト７から排気することができる。
【０００７】
ステージ３の下方に位置するチャンバー１の下部には窓が設けられており、この窓にはフッ化カルシウム８が配置されている。フッ化カルシウム８の下方には放射温度計９が配置されている。
【０００８】
チャンバー１内に形成される処理室５５は狭い方が好ましい。その理由は、所定の圧力まで加圧するのに必要な時間を短くすることができるからである。また、処理室５５内の高さ１１は低い方が好ましい。その理由は、処理室５５内に配置されたウエハ２とランプヒータ５との間の距離を短くでき、それによって昇温レートを上げることができるからである（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０８７７７７号公報（段落００２０〜００３５、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、基板表面の面積が大きい被処理基板をアニール処理できる加圧式ランプアニール装置が求められている。しかし、上記従来の加圧式ランプアニール装置では、大きい被処理基板に対応させるのが困難である。その理由を以下に説明する。
【００１１】
上記従来の加圧式ランプアニール装置では、被処理基板の基板表面の面積が大きくなると、上記式（１）における圧力を受ける面の面積Ａが大きくなるため、その面積の増加に応じて石英ガラスの略円柱部４ａの厚さを厚くする必要がある。そして、この石英ガラスの厚さを厚くすると、その厚い石英ガラスにランプ光を透過させるためにランプヒータ５の出力を大きくしなければならない。石英ガラスの厚さを２倍にすると、その石英ガラスを透過したランプ光の強度は４倍弱くなる。つまり、石英ガラスを透過したランプ光の強度は、石英ガラスの厚さに対して２乗で弱くなる。従って、上記従来の加圧式ランプアニール装置では、基板表面の面積が大きい被処理基板に対応させるのが困難である。
【００１２】
本発明の一態様は、基板表面の面積が大きい被処理基板に容易に対応できる加圧式ランプアニール装置、それを用いた薄膜の製造方法又は加圧式ランプアニール装置の使用方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、処理室と、
前記処理室内に配置され、被処理基板を保持する保持部と、
前記処理室内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記処理室内のガスを排気するガス排気機構と、
前記処理室内に配置された透明管と、
前記透明管内に配置され、前記被処理基板にランプ光が前記透明管を通して照射されるランプヒータと、
を具備することを特徴とする加圧式ランプアニール装置である。
【００１４】
上記加圧式ランプアニール装置によれば、処理室内に透明管を配置し、この透明管内にランプヒータを配置し、透明管を通してランプ光を被処理基板に照射する構造としている。これにより、従来の加圧式ランプアニール装置のように厚い石英ガラスにランプ光を透過させるためにランプヒータの出力を大きくする必要がなくなる。従って、従来の加圧式ランプアニール装置に比べてランプヒータの出力が小さくても基板表面の面積が大きい被処理基板にアニール処理を施すことが可能となる。
【００１５】
また、本発明の一態様に係る加圧式ランプアニール装置において、
前記処理室の内壁は、前記透明管の外表面に沿った曲面を有しており、
前記透明管は、その外表面が前記曲面に接触して配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る加圧式ランプアニール装置において、
前記透明管の両端は、前記処理室の外側に繋げられていることが好ましい。これにより、透明管内に冷却ガスを流すことができ、その結果、ランプヒータを容易に冷却することができる。
【００１７】
本発明の一態様は、チャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、前記チャンバー内の下部に位置された被処理基板を保持するステージと、
前記チャンバー内に加圧されたガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内のガスを排気するガス排気機構と、
前記チャンバー内に配置された透明管と、
前記透明管内に配置されたランプヒータと、
を具備し、
前記チャンバーの上部内壁には溝が形成されており、
前記溝の内壁は、前記透明管の外表面に沿った曲面を有しており、
前記透明管は、その外表面が前記曲面に接触した状態で前記溝内に配置されており、
前記透明管の両端は、前記チャンバーの外側に繋げられており、
前記ランプヒータのランプ光は、前記ステージに保持された前記被処理基板に前記透明管を通して照射されることを特徴とする加圧式ランプアニール装置である。
【００１８】
本発明の一態様は、表面に薄膜材料を有する被処理基板を用意し、
上述したいずれかの加圧式ランプアニール装置によって前記薄膜材料にアニール処理を施すことを特徴とする薄膜の製造方法である。
【００１９】
上記薄膜の製造方法によれば、基板表面の面積が大きい被処理基板上に、少ない消費電力で薄膜を製造することができる。なお、ここでいう薄膜の一例としては有機金属材料が挙げられる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る薄膜の製造方法において、
前記アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス導入機構によって加圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する加圧アニール処理であることも可能である。
【００２１】
また、本発明の一態様に係る薄膜の製造方法において、
前記加圧アニール処理の前又は後に、前記チャンバー内を前記ガス排気機構によって減圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する減圧アニール処理を行うことも可能である。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る薄膜の製造方法において、
前記加圧アニール処理の前又は後に、前記チャンバー内を常圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記薄膜材料に前記透明管を通して照射する常圧アニール処理を行うことも可能である。
【００２３】
本発明の一態様は、上述したいずれかの加圧式ランプアニール装置を使用する方法であって、
前記保持部に被処理基板を保持し、
前記被処理基板に加圧アニール処理、減圧アニール処理及び常圧アニール処理の少なくとも一つの処理を行うものであり、
前記加圧アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス導入機構によって加圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であり、
前記減圧アニール処理は、前記チャンバー内を前記ガス排気機構によって減圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であり、
前記常圧アニール処理は、前記チャンバー内を常圧雰囲気とし、前記ランプヒータによって前記ランプ光を前記被処理基板に前記透明管を通して照射する処理であることを特徴とする加圧式ランプアニール装置の使用方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によれば、基板表面の面積が大きい被処理基板に容易に対応できる加圧式ランプアニール装置、それを用いた薄膜の製造方法又は加圧式ランプアニール装置の使用方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態による加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ'部の断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ'部の断面図である。
【図４】加圧焼成PZT膜（サンプル１）の深さ方向の膜組成を示す図である。
【図５】PZT膜（サンプル２）の深さ方向の膜組成を示す図である。
【図６】Pt(111)基板上の２μｍPZT厚膜（サンプル１）の配向性、ヒステリシス曲線及びリーク電流密度を示す図である。
【図７】サンプル１のPZT厚膜の断面を示すSEM像である。
【図８】サンプル２のPZT厚膜の断面を示すSEM像である。
【図９】サンプル２のPZT厚膜のリーク電流密度を示す図である。
【図１０】サンプル３のBST厚膜の断面を示すSEM像である。
【図１１】サンプル４のBST厚膜の断面を示すSEM像である。
【図１２】従来の加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による加圧式ランプアニール装置の構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ'部の断面図である。図３は、図１に示すＢ−Ｂ'部の断面図である。
【００２８】
図１乃至図３に示すように、加圧式ランプアニール装置はＡｌ製のチャンバー２１を有しており、このチャンバー２１の内部によって処理室２５が形成されている。チャンバー２１の内表面２１ａには表面処理が施されている。つまり、チャンバー２１の内表面２１ａには反射膜が形成されている。具体的な表面処理としては、Ａｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理を用いることが可能である。これにより、チャンバー２１の内表面２１ａにはＡｕメッキ膜又はシュウ酸アルマイト膜が形成され、このＡｕメッキ膜又はシュウ酸アルマイト膜でランプ光を反射させることができる。その結果、昇温レートを上げることができる。また、消費電力を少なくすることができる。また、チャンバー２１は図示せぬ冷却機構によって水冷されるように構成されている。
【００２９】
尚、本実施形態では、前記表面処理としてＡｕメッキ処理又はシュウ酸アルマイト処理を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉからなる群から選択された一の金属を主成分としたコーティング膜を用いることも可能である。
【００３０】
チャンバー２１内には被処理基板としてのウエハ２２を載置するステージ（保持部）２３が設けられている。ステージ２３はランプ光が透過する材料、例えば石英で形成されている。ステージ２３の上方には複数の透明管２０が配置されており、これら透明管２０はランプ光が透過する材料、例えば石英で形成されている。複数の透明管２０それぞれの内部にはランプヒータ１９が配置されている。
【００３１】
チャンバー２１の上部内壁２１ｂには溝１８が形成されており、この溝１８の内壁は、透明管２０の外表面に沿った曲面を有している。これにより、透明管２０を、その外表面が溝１８の内壁の曲面に接触した状態で溝１８内に配置することができる。ランプヒータ１９のランプ光は、ステージ２３に保持されたウエハ２２に透明管２０を通して照射されるようになっている。
【００３２】
図２及び図３に示すように、透明管２０の一方端２０ａはチャンバー２１の外側に位置する金属製の第１の筐体２６ａの内部に繋げられており、透明管２０の他方端２０ｂはチャンバー２１の外側に位置する金属製の第２の筐体２６ｂの内部に繋げられている。第１の筐体２６ａには排気ダクト（図示せず）が接続されており、この排気ダクトは第１の筐体２６ａ、透明管２０及び第２の筐体２６ｂそれぞれの内部の熱を排気するものである。
【００３３】
透明管２０の両端２０ａ，２０ｂそれぞれとチャンバー２１との間には白色のＯリング２８が配置されている。これらのＯリング２８は処理室２５内の気密性を保持するものである。白色のＯリング２８を用いる理由は、例えば黒色のＯリングを用いるとランプヒータ１９からのランプ光によってＯリングが融けてしまうが、白色のＯリングを用いるとランプ光によってＯリングが融けることを抑制できるからである。
【００３４】
ステージ２３の下方に位置するチャンバー２１の下部には窓が設けられており、この窓にはフッ化カルシウム８が配置されている。フッ化カルシウム８の下方には放射温度計９が配置されている。フッ化カルシウム８は、放射温度計９で被処理基板の温度を測定するために、測定する波長領域の光（波長５μｍの赤外線）を取り込むために配置している。
【００３５】
チャンバー２１内に形成される処理室２５は狭い方が好ましい。その理由は、所定の圧力まで加圧又は減圧するのに必要な時間を短くすることができるからである。また、処理室２５内の高さは低い方が好ましい。その理由は、処理室２５内に配置されたウエハ２２とランプヒータ１９との間の距離を短くでき、それによって昇温レートを上げることができるからである。
【００３６】
チャンバー２１内の処理室２５は加圧ライン（加圧機構）１２に接続されている。加圧ライン１２は、アルゴンガスによる加圧ライン、酸素ガスによる加圧ライン及び窒素ガスによる加圧ラインを有している。
【００３７】
アルゴンガスによる加圧ラインはアルゴンガス供給源１３を備え、このアルゴンガス供給源１３は配管を介して逆止弁１４に接続されており、この逆止弁１４は配管を介して不純物を除去するためのフィルタ１７に接続されている。このフィルタ１７は配管を介してバルブ５０に接続されており、この配管は圧力計４７に接続されている。バルブ５０は配管を介してレギュレータ５３に接続されており、このレギュレータ５３は配管を介してマスフローコントローラ３１に接続されている。レギュレータ５３は、ガスの圧力を徐々に上げることによりマスフローコントローラ３１の上流側と下流側の差圧を所定圧に設定するものである。マスフローコントローラ３１は配管を介してバルブ３４に接続されており、このバルブ３４は配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は、プロセスを安定させるためにガス温度を一定（例えば４０〜５０℃程度）にするものである。加熱ユニット３７は配管５１を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されている。
【００３８】
酸素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、酸素ガスによる加圧ラインは酸素ガス供給源２９を備え、この酸素ガス供給源２９は配管を介して逆止弁１５に接続されており、この逆止弁１５は配管を介して不純物を除去するためのフィルタ３０に接続されている。このフィルタ３０は配管を介してバルブ２４に接続されており、この配管は圧力計４８に接続されている。バルブ２４は配管を介してレギュレータ２７に接続されており、このレギュレータ２７は配管を介してマスフローコントローラ３２に接続されている。マスフローコントローラ３２は配管を介してバルブ３５に接続されており、このバルブ３５は配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は配管５１を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されている。
【００３９】
窒素ガスによる加圧ラインは、アルゴンガスによる加圧ラインと同様に構成されている。詳細には、窒素ガスによる加圧ラインは窒素ガス供給源３８を備え、この窒素ガス供給源３８は配管を介して逆止弁１６に接続されており、この逆止弁１６は配管を介して不純物を除去するためのフィルタ４６ａに接続されている。このフィルタ４６ａは配管を介してバルブ５３ａに接続されており、この配管は圧力計４９に接続されている。バルブ５３ａは配管を介してレギュレータ５４に接続されており、このレギュレータ５４は配管を介してマスフローコントローラ３３に接続されている。マスフローコントローラ３３は配管を介してバルブ３６に接続されており、このバルブ３６は配管を介して加熱ユニット３７に接続されている。加熱ユニット３７は配管５１を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されている。
【００４０】
また、チャンバー２１内の処理室２５は圧力調整ラインに接続されている。この圧力調整ライン及び加圧ライン１２によってチャンバー２１内の処理室２５を所定の圧力（例えば１ＭＰａ未満）に加圧できるようになっている。前記圧力調整ラインは可変バルブ３９を備えており、この可変バルブ３９の一方側は配管５２を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されている。配管５２は圧力計４０に接続されており、この圧力計４０によって処理室２５内の圧力を測定できるようになっている。可変バルブ３９の他方側は配管に接続されている。
【００４１】
また、チャンバー２１内の処理室２５は安全ラインに接続されている。この安全ラインは、処理室２５内が異常に加圧され過ぎてある一定の圧力以上になった時に処理室内を大気圧まで下げるためのものである。安全ラインは開放バルブ４１を備えている。この開放バルブ４１の一方側は配管５２を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されており、開放バルブ４１の他方側は配管に接続されている。開放バルブ４１はある一定の圧力がかかるとガスが流れるようになっている。
【００４２】
また、チャンバー２１内の処理室２５は大気開放ラインに接続されている。この大気開放ラインは、正常に加圧された処理室２５内を大気圧に戻すものである。大気開放ラインは開放バルブ４２を備えている。この開放バルブ４２の一方側は配管５２を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されており、開放バルブ４２の他方側は配管に接続されている。開放バルブ４２は、処理室２５内を大気圧に戻すために該処理室２５内のガスを徐々に流すようになっている。
【００４３】
また、チャンバー２１内の処理室２５は減圧状態から大気圧に戻すラインに接続されている。このラインは、処理室２５内が減圧状態（真空状態）となっている場合に、減圧状態から大気圧に戻すものである。前記ラインはリークバルブ４３を備えている。このリークバルブ４３の一方側は配管５２を介してチャンバー２１内の処理室２５に接続されており、リークバルブ４３の他方側は配管を介して逆止弁４４に接続されている。この逆止弁４４は配管を介して窒素ガス供給源４５に接続されている。つまり、前記ラインは、窒素ガス供給源４５から逆止弁４４、リークバルブ４３を介して処理室２５内に窒素ガスを徐々に導入することにより処理室内を大気圧に戻すようになっている。
【００４４】
また、チャンバー２１内の処理室２５は、該処理室２５内を減圧状態にするための真空排気ラインに接続されている。この真空排気ラインはバルブ６９を有しており、このバルブ６９の一端は配管を介して処理室２５に接続されている。バルブ６９の他端は配管を介して真空ポンプ７０に接続されている。この真空排気ラインは、例えば減圧雰囲気で加圧ＲＴＡを行う場合などに使用される。
【００４５】
第１及び第２の筐体２６ａ，２６ｂ、透明管２０内のランプヒータ１９それぞれは配管を介してドライエアー供給源（図示せず）又は窒素ガス供給源（図示せず）に接続されている。ドライエアー供給源又は窒素ガス供給源からドライエアー又は窒素ガスを第１及び第２の筐体２６ａ，２６ｂ内及び透明管２０内に導入することにより、ランプヒータ１９を冷却し、筐体内及び透明管２０内に溜まる熱を前記排気ダクトから排気することができる。
【００４６】
加圧ライン１２から導入されるアルゴンガス、酸素ガス及び窒素ガスそれぞれは、ウエハ２２の表面と略平行方向にシャワー状に分散させながらウエハ２２上に供給されるようになっている。このウエハ上に供給されたガスは、ウエハ２２の表面と略平行方向に並べられた第２のシャワー状ガス通路（図示せず）から排気されるようになっている。詳細には、配管５１は第１のシャワー状ガス通路（図示せず）に接続されており、配管５２は第２のシャワー状ガス通路に接続されている。第１及び第２のシャワー状ガス通路はチャンバー２１に形成されている。このようにガスをシャワー状に分散させながら流し、且つ第２のシャワー状ガス通路を通して排気することにより、ウエハ２２上に均一性よくガスを供給することが可能となる。
【００４７】
チャンバー２１の一方側にはゲートバルブ（図示せず）が配置されており、このゲートバルブの近傍にはウエハを搬送する搬送ロボット（図示せず）が配置されている。この搬送ロボットの近傍にはウエハを収容するカセット（図示せず）が配置されている。ゲートバルブを開いた状態で、チャンバー２１内の処理室２５にウエハ２２を搬送ロボットにより搬入、搬出するようになっている。
【００４８】
次に、上記加圧式ランプアニール装置を使用する方法について説明する。
上記加圧式ランプアニール装置は、被処理基板であるウエハ２２に加圧アニール処理、減圧アニール処理及び常圧アニール処理の少なくとも一つの処理を行うことが可能である。
【００４９】
加圧アニール処理について説明する。
チャンバーの処理室２５内を加圧雰囲気とする。詳細には、例えば加圧ライン１２の酸素ガス供給源２９から逆止弁１５、フィルタ３０、バルブ２４、レギュレータ２７、マスフローコントローラ３２、バルブ３５、加熱ユニット３７、配管５１を通して酸素ガスを処理室２５内に導入する。これと共に、圧力調整ラインの可変バルブ３９を徐々に閉じていくことにより、処理室２５内を酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、処理室２５内は１ＭＰａ未満の所定の圧力まで加圧され、その圧力で維持される。次いで、ランプヒータ１９から透明管２０を通してランプ光をウエハ２２に照射することにより、ウエハ２２に加圧アニール処理が施される。
【００５０】
減圧アニール処理について説明する。
チャンバーの処理室２５内を減圧雰囲気とする。詳細には、例えば加圧ライン１２の酸素ガス供給源２９から逆止弁１５、フィルタ３０、バルブ２４、レギュレータ２７、マスフローコントローラ３２、バルブ３５、加熱ユニット３７、配管５１を通して酸素ガスを処理室２５内に導入しながら、真空排気ラインの真空ポンプ７０によってバルブ６９、配管５２を介して処理室２５内を真空排気し、ガス導入と排気のバランスにより、処理室２５内を酸素雰囲気としながら所定の圧力まで減圧する。次いで、ランプヒータ１９から透明管２０を通してランプ光をウエハ２２に照射することにより、ウエハ２２に減圧アニール処理が施される。
【００５１】
常圧アニール処理について説明する。
チャンバーの処理室２５内を常圧雰囲気とする。詳細には、例えば加圧ライン１２の酸素ガス供給源２９から逆止弁１５、フィルタ３０、バルブ２４、レギュレータ２７、マスフローコントローラ３２、バルブ３５、加熱ユニット３７、配管５１を通して酸素ガスを処理室２５内に導入しながら、圧力調整ラインにより、処理室２５内を酸素雰囲気としながら常圧に調整する。次いで、ランプヒータ１９から透明管２０を通してランプ光をウエハ２２に照射することにより、ウエハ２２に常圧アニール処理が施される。
【００５２】
以下に、本実施形態による薄膜の製造方法について説明する。
詳細には、電子部品を作製する方法の一例として、上記加圧式ランプアニール装置を用いて有機金属材料の一例であるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）強誘電体キャパシタを作製する方法について説明する。
まず、１２インチのシリコンウエハ上に熱酸化法によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成し、このシリコン酸化膜上に下部電極を形成する。次いで、この下部電極上にゾルゲル法によりＰＺＴ膜を塗布し、このＰＺＴ膜上に上部電極を形成する。
【００５３】
この後、上記加圧式ランプアニール装置を用いて酸素雰囲気中で６００℃、１分間のＲＴＡ処理を行う。以下、詳細に説明する。
【００５４】
ゲートバルブの開口部を開き、搬送ロボットにより前記シリコンウエハを処理室２５内に導入し、図１に示すステージ２３上に前記シリコンウエハを載置する。次いで、ゲートバルブの開口部を閉じ、加圧ライン１２の酸素ガス供給源２９から逆止弁１５、フィルタ３０、バルブ２４、レギュレータ２７、マスフローコントローラ３２、バルブ３５、加熱ユニット３７、配管５１を通して酸素ガスを処理室２５内に導入する。これと共に、圧力調整ラインの可変バルブ３９を徐々に閉じていくことにより、処理室２５内を酸素雰囲気としながら徐々に加圧する。そして、処理室２５内は１ＭＰａ未満の所定の圧力まで加圧され、その圧力で維持される。
【００５５】
次に、ランプヒータ１９から透明管２０を通してランプ光をシリコンウエハに照射する。これにより、ＰＺＴ膜が６００℃まで急速に加熱され、６００℃の温度で１分間保持される。その結果、ＰＺＴと酸素が素早く反応され、ＰＺＴ膜が結晶化される。
【００５６】
次いで、ランプヒータ１９を停止させることにより、ＰＺＴ膜は急速に冷却される。次いで、加圧ライン１２の酸素供給源からの酸素の供給を停止し、大気開放ラインの開放バルブ４２を開き、処理室２５内を大気圧に戻す。
【００５７】
上記ＲＴＡ処理によれば、加圧状態でアニール処理を行うため、ＰＺＴ中の沸点の低い材料が気化されるのを抑制できると共に、ＰＺＴと酸素との反応を促進させることができる。また、ＰＺＴ膜を瞬時に６００℃まで昇温するため、ＰＺＴ膜中の酸素欠陥の発生を抑制でき、結晶性の良いＰＺＴ膜を作製することができる。
【００５８】
尚、本実施形態では、加圧ライン１２によって処理室２５内に酸素ガスを導入しつつ処理室２５内のガスを排気することにより、処理室２５内を加圧した状態で被処理基板をアニール処理しているが、加圧ライン１２によって処理室２５内にガスを導入しつつ処理室２５内のガスを排気することにより処理室２５内を加圧した後、バルブ３５及び可変バルブ３９それぞれを停止させ、処理室２５内を加圧した状態で被処理基板をアニール処理することも可能である。また、これらの制御は、図示せぬ制御部によって行われる。
【００５９】
本実施形態によれば、チャンバー２１の処理室２５内に透明管２０を配置し、この透明管２０内にランプヒータ１９を配置し、透明管２０を通してランプ光を被処理基板に照射する構造としている。これにより、従来の加圧式ランプアニール装置のように厚い石英ガラスにランプ光を透過させるためにランプヒータの出力を大きくする必要がなくなる。つまり、ランプヒータ１９を透明管２０内に配置するため、被処理基板の基板表面の面積が大きくなっても圧力を受ける透明管の厚さを厚くする必要がない。従って、従来の加圧式ランプアニール装置に比べてランプヒータの出力が小さくても基板表面の面積が大きい被処理基板（例えば１２インチのシリコンウエハ）にアニール処理を施すことが可能となる。
【００６０】
具体的には、従来の加圧式ランプアニール装置によって１２インチのシリコンウエハにアニール処理を行う場合は、計算では厚さ１００ｍｍ程度の石英ガラスと出力電力１６０ＫＷ程度のランプヒータが必要となるのに対し、本実施形態の加圧式ランプアニール装置によって１２インチのシリコンウエハにアニール処理を行う場合は、計算では厚さ５ｍｍ程度の透明管２０と出力電力２０ＫＷ程度のランプヒータを用いれば良い。このように本実施形態の加圧式ランプアニール装置では、消費電力を飛躍的に低減することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、ランプヒータ１９と被処理基板との距離を短くできる構造であるため、装置の消費電力を少なくすることができるだけでなく、大型の被処理基板を処理する場合でもチャンバーの処理室２５内の容積を少なくすることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、透明管２０内にランプヒータ１９を配置するため、ランプヒータ１９を傷めることがなく、ランプヒータの冷却効率も良いし、ランプヒータの交換が容易であり、メンテナンス性が良い。
【００６３】
また、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、前記ランプとしては、種々のランプ光源を用いることが可能であり、ハロゲンランプを光源として用いても良いし、ランプメタルハライドランプや高圧水銀ランプなどのＵＶランプを光源として用いても良い。
【００６４】
また、上記実施形態では、透明管２０内に１本のランプヒータを配置しているが、透明管内に２本以上のランプヒータを配置することも可能である。
【００６５】
また、上記実施形態では、ＰＺＴ強誘電体キャパシタを作製する方法について説明しているが、他の電子部品を作製することに本発明を適用することも可能である。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態による薄膜の製造方法について説明する。この薄膜の製造方法は、図１〜図３に示す加圧式ランプアニール装置を用いたものである。
【００６７】
(1)  減圧＋加圧のプロセス(サンプル１)、常圧＋加圧のプロセス(サンプル２)
エタノール溶媒からなる過剰な鉛成分を20%含む濃度0.5mol/kgのPZTゾルゲル溶液を用いてスピン塗布を行う。(111)に配向したPt膜を表面に有する4インチウエハに対し、一回当たり、300μLを塗布し、2500rpmで60sec回転塗布を行う。次に150℃で温度保持したホットプレート上で60sec加熱保持して、水分を除去した後、300℃で温度保持したホットプレート上で60sec加熱保持して、アモルファスPZTを生成する。これを20回繰り返し2μｍ膜厚のPZTアモルファスを生成する。
【００６８】
次いで、仮焼成を行った後のアモルファスPZT基板を図１に示す加圧式ランプアニール装置を用いてPZT結晶化を行う。
【００６９】
詳細には、先ず、アモルファスPZT基板を圧力10‐3Torrの減圧雰囲気で450℃に5min保持した後、酸素雰囲気で9.9atmの圧力により加圧し、その後、昇温速度100℃/secで700℃まで加熱し、5min保持した後に室温まで冷却したものをサンプル１（減圧＋加圧）として作製する。
【００７０】
また、アモルファスPZT基板を常圧酸素雰囲気で450℃に5min保持した後、酸素雰囲気で9.9atmの圧力により加圧し、昇温速度100℃/secで700℃まで加熱し、5min保持した後に室温まで冷却したものをサンプル２（常圧＋加圧）として作製する。そして、サンプル１とサンプル２を比較すると以下のような結果が得られた。
【００７１】
サンプル１は、図４に示す通り、Pb:（Zr+Ti）の比率が1:1となっており、化学量論的組成となっていた。また、サンプル１のPZT厚膜は、図６に示すように、良好な（111）配向性を示し、且つ良好なヒステリシス曲線とリーク電流密度も10‐10A/cm2と良好な絶縁性を示した。
【００７２】
一方、サンプル２の場合、図５に示すように、Pb:（Zr+Ti）の比率が1:1とならず、Pbが過剰に存在していることが分かった。また酸素含有量も多く、PbOとして粒界に存在していることを裏付けている。過剰鉛の存在により、リーク電流密度も図９に示すように、サンプル１と比較して大きいことが分かる。
【００７３】
サンプル１とサンプル２の特性の違いを裏付ける要因の一つには、図７、図８に示すように断面像より結晶の密度の違いがあり、特に図８に示すサンプル２のPZTの場合、多くの粒界の存在がSEMレベルで確認され、また、表面像より、多くのクラックの存在が確認され、形状リークの存在が裏付けられた。
【００７４】
つまり、減圧時には、下記のように、還元性が強く、有機物を多く含むアモルファスPZT中から、有機物成分がCO2として効果的に除去される。
減圧時：2Pb(Zr,Ti)O3＋３C→３CO2↑＋2Pb＋2(Zr,Ti)
【００７５】
次に加圧酸素雰囲気中では、下記のように、PZTの酸化を促進し、更に有機物残渣をCO2として除去すると共に、過剰鉛をPbOとして効果的に除去したためと考えられる。
加圧時：2Pb＋2(Zr,Ti)＋3O2→ 2Pb(Zr,Ti)O3
C＋O２ →CO２ ↑
Pb＋1/2O2→PbO↑
【００７６】
(2)  減圧＋常圧＋加圧のプロセス(サンプル３)、減圧＋加圧のプロセス(サンプル４)
エタノール溶媒からなる過剰なバリウム成分を15%含む濃度0.5mol/kgの（Ba,Sr）TiO3ゾルゲル溶液を用いてスピン塗布を行う。(111)に配向したPt膜を表面に有する4インチウエハに対し、一回当たり、300μLを塗布し、2500rpmで60sec回転塗布を行う。次に150℃で温度保持したホットプレート上で60sec加熱保持して、水分を除去した後、300 ℃で温度保持したホットプレート上で60sec加熱保持して、アモルファスBSTを生成する。これを8回繰り返し500nm膜厚のBSTアモルファスを生成する。
【００７７】
次いで、仮焼成を行った後のアモルファスBST基板を図１に示す加圧式ランプアニール装置を用いてBST結晶化を行う。
【００７８】
詳細には、先ず、アモルファスBST基板を10‐3Torrに減圧雰囲気で500℃に5min保持した後、温度500℃に保持したまま、酸素を導入して大気圧に5min保持し、その後、酸素雰囲気で9.9atmの圧力により加圧し、その後、昇温速度100℃/secで700℃まで加熱し、5min保持した後に室温まで冷却したものをサンプル３（減圧＋常圧＋加圧）として作製する。
【００７９】
また、アモルファスBST基板を10‐3Torrに減圧雰囲気で500℃に5min保持した後、酸素雰囲気で9.9atmの圧力により加圧し、昇温速度100℃/secで700℃まで加熱し、5min保持した後に室温まで冷却したものをサンプル４（減圧＋加圧）として作製する。そして、サンプル３とサンプル４を比較すると以下のような結果が得られた。
【００８０】
サンプル３の場合、図１０に示すように、非常に緻密で平滑な表面からなるBST膜となっており、誘電率は250と良好な高誘電率を有しており、大きなグレインとバウンダリの存在が確認できるが、非常に密に詰まっており、粒子も緻密に詰まっていることが確認できた。従って、大気圧でゆっくりと弱い酸化力で均質に酸化した後に、加圧雰囲気で強く酸化することで、良好な結晶性と表面性を両立できることが分かった。
【００８１】
一方、サンプル４の場合、図１１に示すように、緻密であるものの、グレイン形状が明確でバウンダリの存在も明確で殆どクラックのような形状であった。この結果、形状が原因と思われるリーク電流が大きく、誘電率測定は出来なかった。
【００８２】
尚、本実施形態では、減圧アニール処理後に加圧アニール処理を行う例、常圧アニール処理後に加圧アニール処理を行う例、及び減圧アニール処理、常圧アニール処理、加圧アニール処理の順に行う例を示したが、これらに限定されるものではなく、次のように実施することも可能である。
【００８３】
図１に示す加圧式ランプアニール装置を用いて減圧アニール処理、常圧アニール処理及び加圧アニール処理のいずれかの処理を行うことも可能である。
また、図１に示す加圧式ランプアニール装置を用いて減圧アニール処理、常圧アニール処理及び加圧アニール処理のうちの二つの処理を行うことも可能であり、その場合の順序はいずれの処理が先でも良い。
また、図１に示す加圧式ランプアニール装置を用いて減圧アニール処理、常圧アニール処理及び加圧アニール処理を行うことも可能であり、その場合は様々な順序で処理を行っても良い。
【符号の説明】
【００８４】
４…石英ガラス
４ａ…略円柱部
４ｂ…鍔部
６…筐体
７…排気ダクト
８…フッ化カルシウム
９…放射温度計
１１…処理室内の高さ
１２…加圧ライン
１３…アルゴンガス供給源
１４〜１６…逆止弁
１７，３０，４６ａ…フィルタ
１８…溝
１９，５…ランプヒータ
２０…透明管
２０ａ…透明管の一方端
２０ｂ…透明管の他方端
２１，１…チャンバー
２１ａ，１ａ…チャンバーの内表面
２１ｂ…上部内壁
２２，２…ウエハ
２３，３…ステージ
２４…バルブ
２５，５５…処理室
２６ａ…第１の筐体
２６ｂ…第２の筐体
２７…レギュレータ
２８…Ｏリング
２９…酸素ガス供給源
３１〜３３…マスフローコントローラ
３４〜３６…バルブ
３７加熱ユニット
３８…窒素ガス供給源
３９…可変バルブ
４０…圧力計
４１，４２…開放バルブ
４３…リークバルブ
４４…逆止弁
４５…窒素ガス供給源
４７〜４９…圧力計
５０，５３ａ…バルブ
５１，５２…配管
５３，５４…レギュレータ
６９…バルブ
７０…真空ポンプ
【図１】
2011176028.tif 000003
【図２】
2011176028.tif 000004
【図３】
2011176028.tif 000005
【図４】
2011176028.tif 000006
【図５】
2011176028.tif 000007
【図１２】
2011176028.tif 000008
【図６】
2011176028.tif 000009
【図７】
2011176028.tif 000010
【図８】
2011176028.tif 000011
【図９】
2011176028.tif 000012
【図１０】
2011176028.tif 000013
【図１１】
2011176028.tif 000014