(57)【要約】  本発明によるプラズマ急速熱処理装置は、急速熱処理チャンバ内にラジカル状態の原子種を供給するプラズマ供給部を改善し、前記供給部は内側チューブと外側チューブを含み、前記内側チューブは、片側端は開放されて前記放電管と接続されて他側端は塞がれ、前記塞がれた部分の直径は他の部分に比べて小さく、この部分の側壁の周に第１噴射孔が形成されており、前記外側チューブは片側端は開放されて前記内側チューブの塞がれた先端がここに挿入されて入り、他側端には複数個の第２噴射孔が形成され、前記第２噴射孔が形成された先端は、前記内側チューブの塞がれた先端と所定の間隔が離隔される。本発明によれば、低いサーマルバジェットで低温でも高効率の均一な熱処理が可能となる。
2007507102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給部と排気口が設置されており、内部にはウエハ（Wafer）が安着されるチャンバと、前記チャンバに設置されてランプを含んで構成し、前記ウエハ（Wafer）を加熱する熱源装置と、工程ガスを供給するガス供給モジュールと、前記ガス供給モジュールから出る工程ガスをプラズマ状態に作る放電管と、前記放電管で放電が形成されるように、前記放電管にマイクロウェーブを供給するマイクロウェーブ供給装置と、前記放電管でプラズマ化により形成されたラジカル状態の原子種を前記チャンバに供給する供給部を含むプラズマ急速熱処理装置として、前記供給部が、片側端は開放されて前記放電管と接続されて他側端は塞がれ、前記塞がれた部分の直径は他の部分に比べて小さく、この部分の側壁の周に第１噴射孔が形成される内側チューブ；及び
片側端は開放されて前記内側チューブの塞がれた先端がここに挿入されて入り、他側端には複数個の第２噴射孔が形成され、前記第２噴射孔が形成された先端は、前記内側チューブの塞がれた先端と所定の間隔が離隔される外側チューブ;
を含むプラズマ急速熱処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記供給部と排気部は、前記チャンバの側壁に設けられ、前記チャンバの内部は、前記供給部と前記排気口を連結する仮想の線を基準にして両側が対称になるように形成され、前記チャンバの底面は、前記ウエハ（Wafer）と水平に形成されるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項３】
請求項１において、前記供給部の周に加熱装置がさらに設けられるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項４】
請求項１において、前記供給部の内側及び外側チューブが、石英、テフロン（登録商標）、アルミナ、アルミニウム６０６１、ＳＳＴ３０４又は Hastelloy Ｃ−２２で構成され、その内側表面がテフロン（登録商標）コーティングするプラズマ急速熱処理装置。
【請求項５】
請求項１において、前記供給部の長さが前記チャンバの側壁の厚さより大きく、１００mm以下のプラズマ急速熱処理装置。
【請求項６】
請求項１において、前記供給部の内径は１５〜２５mmであるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項７】
請求項１において、前記チャンバには互いに一対一対応をして向い合うように、前記供給部及び排気口がそれぞれ二つ以上設けられ、前記供給部の中で少なくともいずれかに前記プラズマ供給装置が連結されるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項８】
請求項１において、前記冷却水路が形成された排気用プレートが、前記チャンバにおいて、前記供給部がある側壁と対向する側壁に設置され、前記排気用プレートには前記ウエハの移送用ポートと前記排気口が形成されるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項９】
請求項１において、前記熱源装置のランプは下側に光を放射するように設置され、前記供給部はラジカル状態である工程ガスがプロセス前記チャンバ内のウエハと平行に噴射されるように設けられ、前記光の放射領域と前記噴射領域が前記ウエハ上側から重畳されるように、前記ランプと前記供給部が設けられるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項１０】
請求項１において、前記排気口には放電圧力制御用バルブと真空ポンプが設けられるプラズマ急速熱処理装置。
【請求項１１】
請求項１において、前記供給部によるラジカル原子種の噴射領域が前記ウエハを全体覆うように前記供給部の噴射角が形成されるプラズマ急速熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ急速熱処理装置に関するものであり、特に急速熱処理チャンバ内にプラズマを供給する部分が改善されたプラズマ急速熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電膜の厚さを薄くするか又は、有効断面積を増加させて超高集積メモリ素子の動作に必要な有効静電容量を確保することに従来技術では限界がある。これを解消するためにキャパシタ誘電膜として高誘電率を有する、Ta2O5, TaON, (Ba,Sr)TiO3, SrTiO3, BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O3 等を使用し、その電極として Pt, Ru, Ir, PtO, RuO2, IrO2, SrRuO3, BaSrRuO3, LaScCoなどの貴金属を使用する技術に対して関心が集まっている。
【０００３】
これをためには電極と高誘電膜の間の界面が高温による影響を最小にするように低いサーマルバジェット（thermal budget）で工程が可能であり、低温でも高効率の均一な熱処理が可能な熱処理装置が必要である。
【０００４】
しかし、超高集積メモリ ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）キャパシタ（capacitor）の製造において、従来のファーネス（炉）や急速熱処理装置では、貴金属電極と高誘電膜の物理的 / 電気的特性改善、電極表面酸化防止、誘電膜表面のモルフォロジー（morphology）改善、及び、非晶質の高誘電膜の決定化とキュアリング（curing）などで要求される低いサーマルバジェットを満たすことは難しいだけでなく、低温で高効率の均一な熱処理が難しいのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、低いサーマルバジェットで低温でも高効率の均一な熱処理が可能となるように、急速熱処理チャンバ内にプラズマを供給する部分を改善したプラズマ急速熱処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を解決するための本発明によるプラズマ急速熱処理装置は、供給部と排気口が設置されており、内部にはウエハ（Wafer）が安着されるチャンバと、前記チャンバに設置されてランプを含んで構成し、前記ウエハ（Wafer）を加熱する熱源装置と、工程ガスを供給するガス供給モジュールと、前記ガス供給モジュールから出る工程ガスをプラズマ状態に作る放電管と、前記放電管で放電が形成されるように、前記放電管にマイクロウェーブを供給するマイクロウェーブ供給装置と、前記放電管でプラズマ化により形成されたラジカル状態の原子種を前記チャンバに供給する供給部を含むプラズマ急速熱処理装置として、前記供給部は、片側端は開放されて前記放電管と接続されて他側端は塞がれ、前記塞がれた部分の直径は他の部分に比べて小さく、この部分の側壁の周に第１噴射孔が形成される内側チューブ；及び片側端は開放されて前記内側チューブの塞がれた先端がここに挿入されて入り、他側端には複数個の第２噴射孔が形成され、前記第２噴射孔が形成された先端は、前記内側チューブの塞がれた先端と所定の間隔が離隔される外側チューブ;を含む。
【０００７】
前記供給部と排気部は、前記チャンバの側壁に設けられることが好ましく、この時、前記チャンバの内部は、前記供給部と前記排気口を連結する仮想の線を基準にして両側が対称になるように形成され、前記チャンバの底面は、前記ウエハ（Wafer）と水平に形成されることが好ましい。
【０００８】
前記供給部の周には加熱装置が設けられることが好ましい。
【０００９】
前記供給部の内側及び外側チューブは、石英、テフロン（登録商標）、アルミナ、アルミニウム６０６１、ＳＳＴ３０４又は Hastelloy Ｃ−２２で構成され、その内側表面がテフロン（登録商標）コーティングすることが好ましい。
【００１０】
前記供給部の長さは、前記チャンバの側壁の厚さより大きく、１００mm 以下であることが好ましい。
【００１１】
前記供給部の内径は１５〜２５mmであることが好ましい。
【００１２】
前記チャンバには互いに一対一対応をして向い合うように、前記供給部及び排気口がそれぞれ二つ以上設けられることができ、この時、前記供給部の中で少なくともいずれかに前記プラズマ供給装置が連結されることが好ましい。
【００１３】
前記冷却水路が形成された排気用プレートは、前記チャンバにおいて、前記供給部がある側壁と対向する側壁に設置されることができ、この時、前記排気用プレートには前記ウエハの移送用ポートと前記排気口が形成されることが好ましい。
【００１４】
前記熱源装置のランプは下側に光を放射するように設置され、前記供給部はラジカル状態である工程ガスがプロセス前記チャンバ内のウエハと平行に噴射されるように設けられ、前記光の放射領域と前記噴射領域が前記ウエハ上側から重畳されるように、前記ランプと前記供給部が設けられることが好ましい。
【００１５】
前記排気口には放電圧力制御用バルブと真空ポンプが設けられることが好ましい。
【００１６】
前記供給部によるラジカル原子種の噴射領域が前記ウエハを全て覆うように前記供給部の噴射角が形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
前記のように本発明によれば、ラジカル状態の活性化された原子種を工程ソースとして使用するので、低いサーマルバジェットで熱処理が可能となり、又、供給部の改善によるラジカル状態の原子種をプラズマ・チャンバ内に全体的に噴射させることにより、均一な熱処理も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。下の実施例は本発明の内容を理解するために示しただけであり、当分野で通常の知識を持った者なら本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が可能であろう。本発明の権利範囲がこのような実施例に限定して解釈されてはいけない。
【００１９】
図１は本発明の実施例によるプラズマ急速熱処理装置を説明するための図面である。図１を参照すれば、プロセスチャンバ（１００）は、工程が進行される空間を提供するボディ（１１０）と、熱源装置（２００）の直下部に位置し、熱源装置の赤外線ランプ（２２０）から輻射される熱を透過させて赤外線ランプ（２２０）が設置された領域と、ウエハが安着される領域を分離する石英窓（１２０）と、リフトモジュール（１３０）と、ウエハが安着されるウエハ支持台（１４０）と、温度検出及び制御のためのパイロメータ（pyrometer）（１５０）を含んで構成される。
【００２０】
そして、プロセスチャンバ（１００）には熱源装置（２００）の赤外線ランプ（２２０）から放射された光が反射して、ウエハに均一に集約するように高い反射率を有する内面と、温度上昇を防止するための冷却水通路（不図示）が形成されている。
【００２１】
プロセスチャンバ（１００）のボディ（１１０）には、ラジカル状態である工程ガスの供給部（１６０）と排気部（１７０）が形成されており、ボディ（１１０）の内側壁面は供給部（１６０）と排気部（１７０）を連結する仮想の線を基準にして両側が対称となる。
【００２２】
ウエハの上面が底面に並んでするように、ウエハ支持台（１４０）は、底面の段差をもって溝内に設置され、これにより、流体の流れに大きな影響を受けずに、安定して均一な輻射（radiation）が形成される。排気部（１７０）にはラジカル状態の原子種の放電条件及び、圧力制御のために圧力制御用バルブ（１７１）と真空ポンプ（１７２）が設けられる。
【００２３】
均一な排気と引き込まれる外気が最小化されるように供給部（１６０）に対向する側壁に排気用プレート（１８０）が設置され、排気用プレート（１８０）にはウエハ移送用ポート（１９０）と、排気口（１７０）が形成されてその内壁には冷却水路（不図示）が形成される。
【００２４】
熱源装置（２００）は、ボディ（２１０）、赤外線ランプ（２２０）、及び冷却水路（不図示）を含んで構成される。赤外線ランプ（２２０）は、互いに異なる半径を有する同心円を形成し、それぞれのランプ（２２０）から放射された光が微少に重畳され、ウエハ上面全体に輻射熱を均一に反射するようにボディ（２１０）の反射面の溝に設けられる。 前記冷却水路はランプ反射面の溝の周りに冷却水が流れるようにボディ（２１０）の内部に形成される。そして、ボディ（２１０）には迅速な降温のために冷却用エア注入路（不図示）と、その空気を強制排出することができる排気路（不図示）が形成され、前記排気路には高温の排気を降温させるための冷却水板（不図示）が形成される。
【００２５】
プラズマ供給装置（３００）は、ガスの供給及び流れを制御するガス供給モジュール（３１０）、石英、又は、サファイアで構成されて供給部（１６０）、放電領域を形成する放電管（３２０）、放電管（３２０）を取り囲む導波管（３３１）、放電管（３２０）に ２．４５GHzのマイクロウェーブ（Microwave）を供給するマイクロウェーブ供給装置（３３０）を含んで構成される。
【００２６】
ガス供給モジュール（３１０）から流入された工程ガスは、放電管（３２０）を通過しながらマイクロウェーブによってプラズマ化されてラジカル状態に励起され、ラジカル状態である原子種の工程ガスは、供給部（１６０）によってプロセスチャンバ（１００）内部に供給される。ガス供給モジュール（３１０）による熱処理目的によって N２、O２、H２、N２O、NO、NO２、Ar、NH３、O３ 等で構成される、ガスの中で選択された一つ以上のガスが供給される。
【００２７】
放電管（３２０）で励起されたラジカル状態のガスは、ガス種類によって程度の差はあるが、再結合がある程度容易にでき、且つチャンバ内で不均一なガス流れが生じ、工程の効率が落ちることができるので、これを防止するための別途の構成が必要である。
【００２８】
例えば、第一は、ラジカル状態の工程ガスの流路となる領域、即ち、放電管（３２０）後端を加熱する加熱装置（３４０）を設置し、ラジカル状態の工程ガスの再結合が起こることができる温度以上に保つ。 加熱装置（３４０）にはヒーティングパッド（heating pad）使用することができる。ガス種類によって多少差があるが、常温から１００までは再結合率が線形的に減少し、その以上の温度では飽和されることが示された。
【００２９】
第二は、ラジカル状態である工程ガスの流路となる領域を石英、テフロン（登録商標）、アルミナ、アルミニウム ６０６１、ＳＳＴ ３０４、HastelloyＣ−２２ 等のような表面再結合が少ない材質で形成するか又は、前記材質にテフロン（登録商標）コーティングする。この時、工程ガスの流路の材質はアルミナ或は石英が好ましい。
【００３０】
第三は、ラジカル状態である工程ガスの再結合を最小化するためにラジカル状態の工程ガスの流路の長さを最小にすることが必要である。これをために、供給部（１６０）にプラズマ供給装置（３００）が直接連結される場合は、供給部（１６０）の長さをチャンバ（１００）の側壁厚さと同じにすることが好ましく、別途のコネクタを用いてプラズマ供給装置（３００）を連結する場合は、ラジカル状態の工程ガスの流路が１００mm 以下となるようにすることが好ましい。そして、実験的に供給部（１６０）の内径が１５~２５mmの場合に最適の工程条件となったが、必ずこれに限定されるものではなく、工程条件によって異なることができる。
【００３１】
前記の方法は各々使用されることができ、混用して使用することもできる。マイクロウェーブ供給装置（３３０）の最適の使用電力は、工程ガスの種類、流量及び圧力とが関係があるが、 ３ＫＷの以内で前記条件の工程に適合した分解率を得ることができる。
【００３２】
図２は本発明の特徴部として供給部（１６０）を説明するための図面である。ラジカル状態の工程ガスがチャンバ（１００）内部に噴射される時、圧力が不均一な場合もあるが、これを防止するために本発明の供給部（１６０）は、ガスをある程度バッファリングしてから噴射させる構成を取る。
【００３３】
供給部（１６０）は内側チューブ（１６２）と外側チューブ（１６１）を含んで構成される。内側チューブ（１６２）は、片側端は開放されて放電管（３２０）に接続されて他側端は塞がれて、塞がれた部分の直径は他の部分に比べて小さく、この部分の側壁の周に第１噴射孔（１６２a）が形成されている。外側チューブ（１６２）は、片側端は開放されて内側チューブ（１６２）の塞がれた先端がここに挿入されて入り、他側端には複数個の第２噴射孔（１６１）が形成され、第２噴射孔（１６２a）が形成された先端は、内側チューブ（１６２）の塞がれた先端と所定の間隔が離隔される。
【００３４】
したがって、ラジカル原子種は、第１噴射孔（１６２a）によって外側チューブ（１６１）の側壁の方に噴射され、このように第１噴射孔（１６２a）によって噴射されたラジカル状態の工程ガスは、内側チューブ（１６２）と外側チューブ（１６１）の間の空間で混合し、圧力の不均一が解消された後に第２噴射孔（１６１）によって外部に噴射される。したがって、均一な噴射が可能となり、ラジカル状態の工程ガスがプロセスチャンバ内部領域を層状（laminar）の形態で流れる。
【００３５】
図３は、ラジカル状態の工程ガスの噴射角（θ）を説明するための図面である。ランプ（２２０）と供給部（１６０）は、ランプ（２２０）から出る光の放射領域と、供給部（１６０）から噴射されるラジカルソースの噴射領域が互いに重なるように適切な配置を持つことが好ましい。 この時、供給部（１６０）の第２噴射孔（１６１）による噴射角（θ）は、工程ガスの噴射領域（Ｂ）がウエハの面積（Ａ）を全体覆うように大きいことが好ましい。これをために第２噴射孔（１６１）はある程度外方に傾く。
【００３６】
前記実施例では、チャンバに供給部と排気口が一つずつ具備される場合だけ説明されたが、これに限定するものではなく、互いに一対一対応するように供給部及び排気部が複数個形成されることもできる。供給部が複数個の場合は、全ての供給部にプラズマ供給装置を設置する必要はなく、プラズマ供給装置が連結されない供給部によってはラジカル形態ではない一般的なガス形態の工程原料を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例によるプラズマ急速熱処理装置を説明するための図面。
【図２】本発明の特徴部として供給部（１６０）を説明するための図面。
【図３】ラジカル状態の工程ガスの噴射角（θ）を説明するための図面。
【図１】
2007507102.tif 000003
【図２】
2007507102.tif 000004
【図３】
2007507102.tif 000005
【国際調査報告】
2007507102.tif 000006