(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内を減圧状態にする工程と、
前記処理室内にエッチング用のガスを導入し、プラズマ雰囲気を形成して前記基板を該プラズマ雰囲気に晒し、前記基板の表面上に存在する異物の前記基板に対する吸着力を緩和する工程と、
前記異物の吸着力を緩和された前記基板の領域において、
前記基板に対する対向主面に洗浄用のガス噴出部が設けられたパット型構造体を該基板に対向して配置する工程と、
前記洗浄用のガス噴出部より所定の前記洗浄用のガスを噴出させる工程と、
前記基板と前記パット型構造体との間のガス圧を所定の値にするために、前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する工程と、
前記基板に対して前記パット型構造体を相対的に移動させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記洗浄用のガス噴出工程は、前記パット型構造体の前記基板対向主面のほぼ全体にわたり、前記基板の表面に沿った方向にガス流を形成することを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記パット型構造体は、前記洗浄用のガス噴出部を複数備え、該複数のガス噴出部より前記基板に向けて前記洗浄用のガスを噴出させることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記複数の前記洗浄用のガス噴出部は、前記対向主面の中央部に配置された第１のガス噴出部と、当該対向主面の外周部に配置された複数個の第２のガス噴出部とを備えることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記基板の温度を制御する工程をさらに有することを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の洗浄方法において、
コンタクトホールが形成された基板を用いることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記洗浄用のガスはAr,He,Ne又は窒素ガスのいずれかであることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置の洗浄方法において、
前記パット型構造体のパット主面と前記基板の主面との平行を制御する工程を備えることを特徴とする半導体装置の洗浄方法。
【請求項９】
基板を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内を減圧状態にする工程と、
前記処理室内にエッチング用のガスを導入し、プラズマ雰囲気を形成して前記基板を該プラズマ雰囲気に晒し、前記基板の主面上に存在する異物の前記基板に対する吸着力を緩和する工程と、
前記異物の吸着力を緩和された前記基板の領域において、
前記基板に対する対向主面に洗浄用のガス噴出部が設けられたパット型構造体を該基板に対向して配置する工程と
前記洗浄用のガス噴出部より所定の前記洗浄用のガスを噴出させる工程と、
前記基板と前記パット型構造体との間のガス圧を所定の値にするために、前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する工程と、
前記基板に対して前記パット型構造体を相対的に移動させる工程と、
前記基板に対してプロセス加工処理を行うプロセス加工工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板のプロセス加工処理が行われる第１の処理室と前記半導体基板の洗浄が行われる第２の処理室との間で前記半導体基板を移動させる移動工程と、
前記第１と第２の処理室を減圧状態にする工程と、
前記第２の処理室内において、
エッチング用のガスを導入し、プラズマ雰囲気を形成して前記基板を該プラズマ雰囲気に晒し、前記基板の主面上に存在する異物の前記基板に対する吸着力を緩和する工程と、
前記異物の吸着力を緩和された前記基板の領域において、前記基板の表面に対し、洗浄用のガスを噴出する第２のガス噴出部が設けられたパット型構造体を該基板に対向して配置する工程と、
前記洗浄用のガス噴出部より所定の前記洗浄用ガスを噴出させる工程と、
前記基板と前記パット型構造体との間のガス圧を所定の値にするために、前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する工程と、
前記基板に対して前記パット型構造体を相対的に移動させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
真空排気手段を備えた真空容器と、
該真空容器内に半導体基板を載置する半導体基板設置手段と、
前記基板の表面上に存在する異物の前記基板に対する吸着力を緩和するためのプラズマ雰囲気を前記基板上に形成するプラズマエッチングガス生成手段と、
前記基板の表面に対向する対向主面を備えたパット型構造体と、
前記基板上の前記プラズマに晒された領域において、前記パット型構造体の対向主面と前記半導体基板の主面との間に、洗浄用のガス流を形成する洗浄用ガス噴出手段と、
該パット型構造体の移動機構と、
該パット型構造体と前記基板との間に作用する加重を検出する加重検出手段と、
前記加重検出手段の検出結果に基づいて、前記ガス流を所望のガス圧に制御するために前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する手段を備えることを特徴とする半導体装置の洗浄装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置の洗浄装置において、
前記洗浄ガスはAr,He,Ne又は窒素ガスのいずれかであることを特徴とする半導体装置の洗浄装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の半導体装置の洗浄装置において、
前記半導体基板設置手段は半導体基板の温度を制御する手段を備えることを特徴とする半導体装置の洗浄装置。
【請求項１４】
真空排気手段を備えた真空容器と、
該真空容器内に半導体基板を載置する半導体基板設置手段と、
前記基板の表面上に存在する異物と前記基板との吸着力を緩和するためのプラズマ雰囲気を前記基板上に形成するプラズマエッチングガス生成手段と、
前記基板の表面に対向する対向主面を備えたパット型構造体と、
前記基板上の前記プラズマに晒された領域において、前記パット型構造体の対向主面と前記半導体基板の主面との間に、洗浄用のガス流を形成する洗浄用ガス噴出手段と、
該パット型構造体の移動機構と、
該パット型構造体と前記基板との間に作用する加重を検出する加重検出手段と、
前記加重検出手段の検出結果に基づいて、前記ガス流を所望のガス圧に制御するために前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する手段を備え、
前記基板に対してプロセス加工処理を行うプロセス加工手段を含むことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
半導体基板のプロセス加工処理が行われる第１の処理室と、
前記基板の洗浄が行われる第２の処理室と、
前記第１と第２の処理室の間で前記基板を移動させる移動手段と、
前記第１と第２の処理室を減圧状態にする手段と、
前記第２の処理室内において、
前記基板を載置する半導体基板設置手段と、
前記基板の表面上に存在する異物の前記基板に対する吸着力を緩和するためのプラズマ雰囲気を前記基板上に形成するプラズマエッチングガス生成手段と、
前記基板の表面に対向する対向主面を備えたパット型構造体と、
前記基板上の前記プラズマに晒された領域において、前記パット型構造体の対向主面と前記半導体基板の主面との間に、洗浄用のガス流を形成する洗浄用ガス噴出手段と、
該パット型構造体の移動機構と、
該パット型構造体と前記基板との間に作用する加重を検出する加重検出手段と、
前記加重検出手段の検出結果に基づいて、前記ガス流を所望のガス圧に制御するために前記基板と前記パット型構造体との間隔を制御する手段を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗浄を含む半導体装置の製造技術、特に半導体ウエハ表面に残存する異物等を除去する洗浄工程を含む半導体装置の製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置（LSI,VLSI等）の製造技術は微細化が急速に進んできている。このような状況下において、半導体装置の製造工程での半導体ウエハの洗浄は、半導体装置の製造歩留り向上のための重要なプロセスの一つである。このため、成膜やエッチングのようなそれぞれの製造工程での前処理あるいは後処理として洗浄が行われる。
従来、半導体ウエハ（以下、ウエハと言う）の洗浄は、純水または純水に各種酸やアルカリ溶液を希釈した溶液を用い、該溶液中にウエハを浸すまたは溶液を吹き付ける方法にてウエハ表面の異物を洗い流すことで実施されている。また、ウエハを溶液に浸すと同時にブラシによりウエハ表面を機械的に洗浄する方法等も用いられている。そして、これらの洗浄方法は、溶液を用いていることからウエット(Wet)洗浄と呼ばれている。
しかしながら、ウエット洗浄では、洗浄のほかに、その洗浄に続くリンス、乾燥を処理する工程が必要となり、製造工程の増加をまねく問題があった。
【０００３】
このようなウエット洗浄の問題解決を成す洗浄方法として、ドライ(Dry)洗浄がある。
そのドライ洗浄の一つは、例えば、特開平8-131981号公報（以下、公知文献１と言う）に開示されている。この公知文献１によれば、被洗浄物（試料）は例えば単結晶シリコンをスライス、ラッピング、ポリシングした半導体用６インチシリコンウエハーを対象とし、静電気の帯電によってその被洗浄物に付着した付着物の洗浄を活性化された空気を用いて常温乾式で洗浄を行うことが記載されている。すなわち、その活性空気は、空気イオンと、水クラスターとを含み、高湿度雰囲気を形成し、流動しつつ洗浄室内の被洗浄物に接触してその行う。空気イオンは被洗浄物の電荷を中和し、水クラスターは、付着物を被洗浄物表面から遊離させる。流動する活性空気は、被洗浄から付着物を剥離してこれを除去する。なお、この公知文献１は、具体的にはウエハーメーカーからSiウエハーを購入後、LSI製造時の前処理洗浄について開示している。
また、他のドライ洗浄として、特開平8-85887号公報（以下、公知文献２と言う）に開示の技術がある。この公知文献２によれば、被エッチング材がＷを用いた単層膜あるいは積層膜を有した試料のエッチング処理後、その試料は真空搬送装置によって後処理装置（次工程の処理装置）に搬送される。そして、試料を大気に暴露することなく同処理装置内（真空中）でレジストと付着物を同時に除去（プラズマアッシング）するというものである。
そしてさらに、特開平9-17776号公報（以下、公知文献３と言う）に開示のドライ洗浄がある。この公知文献３によれば、半導体基板上の吸着有機物により成膜時の膜厚形成に影響を受けやすい膜の形成に際して、その下地膜の成膜前に、同一の半導体製造装置内部で室温または高温でO3クリーニングを行うことにより吸着有機物を除去し、半導体基板の表面状態に影響を受けやすい成膜の安定化を図るというものである。すなわち、公知文献３に記載の発明によれば、半導体基板上に下層配線パターンを形成した半導体製造装置をそのまま使用して、O3ガスを導入して半導体基板をクリーニングし、半導体基板表面の残留有機物と反応させ、COあるいはCO2のような揮発生成物として除去し、残留有機物の除去後に下地膜を介して有機物に対して不安定な膜を層間絶縁膜として残留有機物の影響を受けないで成膜することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、DRAMで代表される少品種多量生産から多品種少量生産に象徴されるシステム・オン・チップ（いわゆるシステムLSI）が主流になってきた。多品種少量生産の場合、生産効率を上げるために、短TAT(Turn Around Time)化が重要視されてきている。
【０００５】
このため、半導体装置の製造工程の前処理あるいは後処理として行う洗浄は、ドライ洗浄により半導体製造効率の向上を図ることが求められている。
【０００６】
また、半導体装置の製造歩留まり向上のため、そのドライ洗浄の洗浄能力の向上が求められている。
本発明の目的は、基板に対する加工およびその加工後の異物除去のための洗浄を効率よく行うことにある。
本発明の他の目的は、微細化に適した新規な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明かになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、減圧状態を保った処理室内で、半導体基板主面に付着した異物をその主面にガス流を与えて除去することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明は、減圧状態を保った処理室内で半導体基板主面に付着した異物の結合力を緩和させて、その主面に対しガス流を与え、そのガス流により異物を除去することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
はじめに、本発明の第１の実施形態に使用されるドライ洗浄装置の基本構成について、図１を用いて説明する。
図１に示したドライ洗浄装置は減圧状態を保つ処理室、すなわち一般的には真空容器と呼ばれている処理室１を有する。所望の処理（プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の処理）が別の処理室内で処理されたウエハはこの処理室１内で洗浄が行われる。
図１において、真空排気手段（真空ポンプ：図示せず。）を有する真空容器１内に、処理すべきウエハ２を設置するためのウエハ設置手段（ウエハ支持台）３およびウエハ２を円周方向に回転する回転機構４が設置されている。
ウエハ設置手段３は、平面がウエハ２と同様な円板形状を有し、ウエハ２の安定支持のためにそのウエハの径よりも大きい。ウエハ設置手段３におけるウエハの固定は、機械的にウエハ周辺を挟む機構もしくは電気的にウエハを保持する静電チャックが採用される。そして、このウエハ設置手段３には、温度制御手段１６が設置されており、ウエハ２の温度を室温（２５℃）から３００℃の範囲で制御できる構造となっている。ウエハ２に対する温度の制御については後で述べる。ウエハ２上には、ウエハ洗浄のためのパット型構造体５がそのウエハ２表面に近接して配置される。このパット型構造体５が本発明を成す上で重要な役割をはたす。パット型構造体5には、ウエハ2上での水平方向の移動を可能とする走査機構6と、ウエハ2に近接配置するための上下移動機構7とが設置されている。また、パット型構造体５には、パット型構造体５とウエハ２間に作用する加重を検出する加重検出手段８が設置されている。そして、パット型構造体５とウエハ２間に作用する加重により上下移動機構７での移動量を制御することでパット部構造体５とウエハ２との間隔を制御している。この間隔を制御することにより、後で述べるように洗浄のためのガスの流速が制御される。
真空容器１の上部にはプラズマ生成手段９が設置されている。本実施の形態ではマイクロ波帯（具体的には２．４５ＧＨｚ）の電磁波を用いたプラズマ生成手段を用いた。プラズマ生成手段９はマイクロ波発振部１９、導波管２０および誘電体窓２１を構成している。ガス導入部２１からプラズマ生成部９aにCF4ガスが供給される。本実施の形態ではプラズマ生成手段９にマイクロ波帯の電磁波を用いたが、他にUHF帯電磁波やラジオ波帯電磁波、さらにはそれら電磁波に永久磁石により磁場を印加してプラズマを生成しても同様な効果を有する。プラズマ生成手段９によって生成されるプラズマ１８の拡散領域にウエハ２を配置する構造とした。拡散領域にウエハを配置することでプラズマによる過剰な損傷等をウエハに与えることを防ぐことができる。
【００１１】
パット型構造体５について、図２、図３を参照し、以下に詳しく説明する。
【００１２】
図２は、パット型構造体５の部分断面図とパット部１０の平面図とを示している。パット型構造体５は、テフロンで形成されたパット部１０、ガス導入部１１、パット支持部１２、加重検出手段８、走査機構６そして上下移動機構７への接続機構１３からなる。パット部１０は、図示したように、ウエハ主面に対する円形の対向主面１０aを有する。接続機構１３は支点１４を中心にウエハ２の主面とパット部１０の主面との平行を制御できる関節機能を有する構造となっている。ガス導入部１１は、内部が中空構造になっているパット支持部１２に接続されている。ガス導入部１１に供給された異物除去用ガスは、パット支持部１２を通してパット部１０の主面１０aに設けられたガス噴出部１５より噴出する。本実施の形態では、パット部１０の中央部に一つ設けられたガス噴出部１５からガスを噴出する。
【００１３】
図３は、異物除去能力を上げるためのパット型構造体５の部分断面図とパット部１０の平面図とを示している。図３に示すように、パット型構造体５はパット部１０の面内に均等配置した複数個の孔のガス噴出部１６が設けられている。すなわち、パット部１０の中央部に１つのガス噴出部１６が設けられ、そのガス噴出部１６を中心に左右対称に２つのガス噴出部がパット部１０の外周部に設けられている。また、そのガス噴出部１６を中心に上下対称に２つのガス噴出部がパット部１０の外周部に設けられている。ガス噴出部付近は流速が速いため、図３に示すように複数のガス噴出部を設けることで異物除去効果の向上、また異物除去のスループットを向上させることができる。なお、パット部１０の外周部に設けられた互いに隣り合うガス噴出部から吹き出た双方の噴出ガスの作用により停留しようとする異物は、パット部１０の中央部に位置したガス噴出部１６から吹き出たガスにより押し出され、ウエハ面内の異物は除去できる。
図２および図３に示したパット型構造体５のパット部１０は、ウエハ２表面に損傷を与えないように、ウエハ２表面の材質より柔らかい材質であるテフロンを用いたが、他にポリビニルアルコール、デルリン、ベスペル、カプトン、ポリ塩化ビニール、ポリエステル、酸化シリコン、シリコン、酸化アルミニュウムを用いても同様の効果があることは言うまでもない。パット部１０は、洗浄時にウエハ２表面に接触する場合もあり得る。このため、基本的にパット部の材質にはウエハ２表面の材質より柔らかい材質を用いることが望ましい。すなわち、ウエハ２の表面および裏面に配置した構造体４，５の被処理ウエハ面に近接する部分の材質はウエハ表面を構成する材料より硬度が低い材料が用いられる。
また、本実施の形態では、パット型構造体５のウエハに対向する主面の大きさは直径３cmとした。これはウエハ２にプラズマ生成手段５により生成された活性種の到達効率を容易にするためである。すなわち、パット型構造体５が大きすぎるとそのパット型構造体２によりウエハ面が覆われてしまい、プラズマによる活性種が到達できなくなってしまうからである。よって、パット型構造体５の大きさはウエハの大きさより小さいことが必要である。
【００１４】
次に、図１を参照し、実施の形態１における洗浄工程例を説明する。
【００１５】
まず、洗浄の対象となるウエハ２はウエハ設置手段３上に配置される。このウエハ２は、例えば、直径が約３００mmの円板上のシリコン単結晶基板が用いられる。そして、このウエハ２の主面には、前の工程でドライエッチング加工されたスルーホール（開口）部を有する絶縁膜が設けられている。
ウエハ２をウエハ設置手段３上に設置した後、真空容器１内は真空排気手段により真空排気される。この時の実行排気速度は、真空容器内に異物（すなわち、パーテイクル）を残さないように制御される。
次いで、ウエハ２は回転機構４により円周方向に回転させられる。本実施の形態では、ウエハ２の回転速度を２００回転/分とした。この回転速度は、異物除去のスループットに関係し、任意に制御される。また、温度制御機構１６によりウエハの温度を１００℃に設定した。ウエハの温度を高めることで、ウエハ表面での化学反応効率を高くでき、洗浄効率を高められる。しかし、ウエハの温度を高め過ぎるとウエハ内に形成された半導体デバイスの特性に影響をおよぼす。したがって、好ましくはウエハ２を３００℃以下に加熱するのがよい。
ウエハ２を回転させ、安定な回転状態となった後、ガス導入部１１からパット型構造体５（図２）を通してArガス（不活性ガス）を２０リットル/分の流量でウエハ２表面へ噴出させる。そして、走査機構６によりパット型構造体５をウエハ２方向に移動させる。同時に、プラズマ生成手段９により別途設置した第２のガス導入手段２２より導入したCF4ガス（エッチングガス）と、ガス導入部１１からパット型構造体５を通して導入したArガスの混合ガスのプラズマ１８を真空容器１内で生成する。
プラズマ生成の間、パット型構造体５を上下機構７によりウエハ２に近接させる。この時、加重検出手段８によりパット型構造体５とウエハ２間に作用する力を検出することでパット部表面とウエハ２面との間隔を制御する。具体的には、パット型構造体５より供給したArガスによりパット面とウエハ２面間は高ガス圧力状態となる。パット部１０がウエハに接しなくてもパット部およびウエハ２間に加重が生じるため、その加重と流すガスの流量を管理することでパット部表面とウエハ２面との間隔が制御できる。加重検出手段８には圧電素子、歪計、バネ、弾力材、おもりのそれぞれ、またはそれらを組合わせた部材を用いることができる。本実施の形態では、パット部表面とウエハ２面の間隔が５〜２０μmになるよう制御した。ただし、パット部表面とウエハ２主面の間隔を１〜１００μmの範囲とすることでも同様の効果が得られる。洗浄力のみを考慮すればパット部表面とウエハ２面の間隔が狭いほど高い洗浄力が得られるが、間隔を一定に保つのが困難となると同時にあまり近接させすぎると接触する可能性が高くなりウエハ２表面にダメージを誘発する。このため、１〜100μmの間隔が最も効果的である。
本実施の形態では、パット型構造体５より供給するガスにArを用いたが、他に窒素、He、Xe、Neを用いても同様の効果があることは言うまでもない。また本実施の形態ではパット型構造体５とウエハ２間に流すガス流量を２０リットル/分としたが、0.５から５００リットル/分の流量でも同様の効果が得られる。当然、洗浄力のみで考えればガス流量は多いほど洗浄力を高めることができるが、ガス消費によるコスト等から０．５〜５００リットル/分が実用的な範囲となる。
また、本実施の形態では、ウエハ２との間隔が制御されたパット型構造体５を走査機構６によりウエハ２上を走査することでウエハの回転とあわせてウエハ２全面をパット型構造体２で走査することが可能な構造となっている。
なお、本実施の形態では、ウエハを回転する回転機構４を用いたが、他にパット型構造体５を回転する機構またはウエハを回転する機構とパット型構造体を回転する機構を併用する場合においても同様の効果がある。
【００１６】
次に、洗浄のメカニズムを、図１３を用いて説明する。
はじめに、パット型構造体５の機能を説明する。パット型構造体５は主にウエハ２表面に吸着した異物に物理的力を作用させ除去する機能をはたす。しかし、直接パット型構造体５がウエハ２面に接すると作用する物理的力が大き過ぎ、ウエハ面にダメージを生じさせてしまう。そのため、本実施の形態はパット型構造体５とウエハ２間にArガスを流し、そのガスを介してウエハ２面に間接的に物理的力を作用させる構造としている。パット型構造体５とウエハ２間にガス流を生成することで、該ガス流の摩擦応力をウエハ表面に作用することができ、非接触のまま大きな物質移動力を生成することができる。すなわち、本発明の考え方の一つは摩擦応力を利用してそのガス流によりウエハ面に付着していた異物２６を除去するというものである。
上下移動機構７は粗動機構７aと微動機構7bで構成されている。そして、微動機構7bとパッド部１０との間に加重検出手段８が設けられている。この加重検出手段８により粗動機構７aと微動機構7bとを制御し、パット型構造体５とウエハ２との微小隙間を得ている。
本実施の形態によれば、パット型構造体５とウエハ２との微小隙間（具体的には５μｍ〜５０μm）にガスを導入することで広い範囲に洗浄力を有する高速のガス流を生成することが可能となり、さらにそのガス流速による洗浄力は隙間間隔とガス流量で決まることからパット型構造体５とウエハ２の間に作用する力と流すガスの流量を制御するだけで精密に洗浄力を制御できる。この精密な洗浄力制御機能により低ダメージ性と高洗浄力の両立を得ることができる。高速のガス流は、ウエハ２面に形成された微細構造のあらゆる部分に洗浄力を作用させることが可能であり、ウエット洗浄では表面張力により洗浄作用が及ばなくなる極微細半導体構造の高効率な物理的洗浄力が得られる。
（実施の形態２）
プラズマ生成手段９の機能によって上記ガス流の異物除去をアシストさせる原理を図４、５、６を用いて説明する。
上記したパット型構造体５による物理作用だけでは除去困難な異物がウエハ２の表面に吸着している場合がある。プラズマの機能はそのような異物の吸着力を緩和し、洗浄効率を高めることにある。すなわち、本実施の形態によれば、以下に説明する異物の吸着力を緩和と、上記の物理作用とを作用させることで効率よく異物を除去している。
まず、図４では静電的に吸着した異物のプラズマによる吸着力緩和のメカニズムを示す。
プラズマエッチングやスパッタといったプラズマを用いた半導体製造プロセス後のウエハ表面には帯電による異物２６の静電吸着が生じている。プラズマ処理中にプラズマ内で浮遊している異物２６はプラズマ内の電子の優先的な帯電により負の電荷をもつ。この帯電状態がプラズマ処理終了後も持続し、ウエハ表面にプラズマ処理後、飛来し吸着することで除去しにくい状態となる。
そこで、本実施の形態によるプラズマ生成手段９で発生する希薄プラズマ２３に再度、この静電吸着状態の異物２６が吸着したウエハを晒す。希薄プラズマ２３にウエハを晒すと、プラズマとウエハ表面２７間にイオンシース２４が形成される。このイオンシース２４は、ウエハ表面２７に対し希薄プラズマ２３の方が電位が高い状態となる。つまり、プラズマとウエハ表面２７間に電界が生じる。たとえば、その電界強度は５００〜６００Ｖ/cm2からとなる。イオンシースの電位差は、帯電した異物２６とウエハ表面２７間の静電吸着力と逆の電位差となるため吸着力を緩和する作用となり、ウエハ２７に吸着した異物２６の除去が容易とする。このメカニズムにより吸着力が緩和した異物をパット型構造体５による物理作用で除去可能となる。図4で説明したプラズマによる静電吸着力緩和のメカニズムは一例であり、他に不明な機構を含め様々な作用により静電吸着力を緩和するメカニズムが存在する。
次に、図５は異物がウエハ面に化学吸着している場合の吸着力緩和メカニズムの説明図である。
通常、異物がウエハ２７に化学吸着する場合、異物２６とウエハの接触面で化学吸着層２９が形成され酸化反応が生じている。この状態は化学反応論的には、異物２６とウエハ表面間で化学吸着層２９を介し電子のやり取りが行われることで吸着力が生じていることになる。そこで酸素ガスを供給しプラズマを生成することでオゾンまたは酸素ラジカル２８等の酸化性の強い活性種を生成し、該活性種を異物に吸着させることで電子の交換をウエハ表面から異物２６と該オゾンまたは酸素ラジカル２８等の活性種間に移行することで化学吸着力が緩和される。同様の効果はプラズマに窒素、水素または酸素も含めたこれら酸化還元性ガスの混合によっても同様の効果があることは言うまでもない。
さらに、図６に示すリフトオフ機能について説明する。
本実施の形態では、パット型構造体５から供給するArガスとは別に、プラズマ生成手段９部にCF4ガスを供給している。このCF4ガスはプラズマ生成によりF、CF3とった反応性の高いハロゲンラジカル３１に分解される。このCF4ガスはプラズマ生成によりF、CF3とった反応性の高いハロゲンラジカル３１に分解される。これらハロゲンラジカル３１が洗浄前ウエハ表面３０のシリコンまたはシリコン酸化膜を極少量エッチングする（リフトオフする）ことで、そのウエハ表面に溶け込む、または食込んだ異物２６を除去しやすくし、パット型構造体５による物理作用の洗浄力を高められる。
【００１７】
本実施の形態ではCF4ガスの解離種を用いたが、C２F6、C3F8、Cl２、F２、HF、NF3、アンモニア、水素ガスを用いても同様なリフトオフ効果が得られる。
また、ウエハに吸着する異物は、様々な形態で吸着しているため、図４、５、６を用いて説明した作用をそれぞれ独立でなく、混合して作用させ異物除去を行うことは言うまでもない。
【００１８】
以上のパット型構造体による物理的作用とプラズマによる化学的作用および電気的作用により減圧中でのウエハの高効率な洗浄が行える。
【００１９】
特に、本発明によるドライ洗浄方法を0.３μm以下のスルーホール構造を有する半導体装置の製造に用いることで、その微細部に洗浄効果を発揮できる。このため、低コストで、高歩留まりな半導体装置の製造が可能となる。
【００２０】
前記の実施の形態では、パット型構造体５による物理的洗浄作用をプラズマの反応性によりアシストする形態としたが、他の実施の形態としてプラズマ生成手段９の変わりに紫外線光源を用い該紫外線により真空内に導入した反応ガスを励起しても同様の化学的作用が得られパット型構造体５による物理作用をアシストすることができる。
また、同様に他の実施の形態としてフッ酸蒸気またはフッ酸と水蒸気の混合気体をプラズマ生成の代わりに実施することで先の実施の形態におけるシリコンあるいはシリコン酸化膜のリフトオフ機能が実現でき、パット型構造体５による物理作用をアシストすることができる。
さらに、本実施の形態のような異物除去に対するアシストは、上記ガス流による異物除去との組み合わせ以外に、他の手段による異物除去にも適用可能である。例えば、真空容器内の高速排気（実効排気速度が８００リットル/sec.以上）との組み合わせも考えられる。
【００２１】
また、図１に示す半導体製造装置の真空容器１（処理室）内で、主プロセス（酸化膜のエッチング）と洗浄とを連続的に行ってもよい。パット型構造体５が覆われていない箇所のウエハ主面ではエッチングが行われ、パット型構造体５が覆われた箇所のウエハ主面では洗浄が行われる。
【００２２】
このような方法では、エッチングとともに、そのエッチング時に発生した異物となる反応生成物の洗浄が効率よく行える。
（実施の形態３）
実施の形態３を、図７を参照し、以下に説明する。
【００２３】
図７はドライエッチング、プラズマCVDまたはスパッタ装置に、本発明の洗浄機能を付加した半導体製造装置の構成図である。
図７に示す半導体製造装置は、主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）のほかに洗浄チャンバが付加され、主プロセスと洗浄プロセスとを真空処理室内で一貫して行うものである。すなわち、図７に示した半導体製造装置は、主プロセスチャンバ３２、３３、洗浄チャンバ３４、３５、ウエハ搬送室３７、ウエハ搬送アーム３６、ウエハ入り口カセット３８およびウエハ出口カセットで構成されている。洗浄チャンバ３４、３５は主プロセスチャンバ３２、３３それぞれに対応して設けられている。これにより、洗浄の待ち時間をなくし、スループットを向上させている。これら洗浄チャンバ３４、３５は、それぞれ図１に示したパット型構造体を有する洗浄装置で構成されている。そして、それぞれのチャンバ内でのウエハの処理は、ウエハ一枚毎の枚葉処理で行われる。
次に、本実施の形態による半導体装置の製造プロセスを図７を参照して説明する。本実施の形態は、例えば、フォトリソグラフィ工程に続く絶縁膜エッチング工程を行う製造プロセスである。フォトリソグラフィ工程は、フォトレジスト膜のコーテイング、露光、現像および乾燥のステップから成る周知のフォトリソグラフィ技術が採用される。
ウエハ入り口カセット３８内に収納されているウエハ（図示せず）は、フォトリソグラフィ工程が完了したものである。すなわち、そのウエハは、半導体基板表面に絶縁膜（酸化膜）が形成され、その絶縁膜表面にフォトレジスト（マスク）がパターン形成されている。
まず、主プロセスに先だって、前洗浄と呼ばれるウエハの洗浄を行なう。すなわち、処理されるべきウエハは、ウエハ入り口カセット３８からウエハ搬送アーム３６により洗浄チャンバ３４に搬送される。この洗浄チャンバ３４内で、ウエハのドライ洗浄が行われる。
続いて、洗浄されたウエハはウエハ搬送アーム３６によって洗浄チャンバ３４から取り出され、主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）３２に搬送される。続いて、エッチングチャンバ３２内でウエハに対しエッチング処理が行われる。エッチングチャンバ３２は、例えば、特開平9-321031号公報に開示のプラズマ処理装置で構成されている。
上記エッチング処理の後、後洗浄と呼ばれるウエハの洗浄を行なう。すなわち、エッチング処理されたウエハは、エッチングチャンバ３２からウエハ搬送アーム３６により洗浄チャンバ３４に搬送される。この洗浄チャンバ３４内で、再度、ウエハのドライ洗浄が行われる。
【００２４】
そして、後洗浄が終了した後、ウエハはウエハ搬送アーム３６によりウエハ出口カセット３９に搬送される。
【００２５】
以上のように、ウエハは、大気に晒されることなく洗浄を含むエッチング工程が行われる。
【００２６】
また、洗浄チャンバ３５および主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）３３においても、上記と同様なウエハ処理が行われる。
【００２７】
続いて、エッチング工程が完了したウエハが収納されたウエハ出口カセット３９は、次の工程、例えばレジスト除去工程（レジストアッシング）を行うために搬送される。
【００２８】
本実施の形態によれば、ウエハに対し、主プロセスチャンバ３２、３３で主プロセスが終了した後、そのウエハを大気に開放することなくウエハ搬送室３７内のウエハ搬送アーム３６により洗浄チャンバ３３、３４に移送する。そして、そのウエハに対し、洗浄チャンバ３３、３４内で、前記第１の実施形態あるいは前記第２の実施形態のそれぞれ、もしくはそれらの組み合わせにより洗浄を行う。本実施の形態によれば、トータルではウエット洗浄にともなう余分な工程が削減でき、半導体装置の製造コストを低減できる。
また、真空中で一貫処理されるためプロセス処理後の表面改質を起こす確立が低下し、デバイス特性および歩留まりが向上すると同時にスループットも早くなる。すなわち、半導体装置の製造における短TAT化が図れる。
（実施の形態４）
図７に示した主プロセスチャンバ３３は、レジスト除去工程としてのアッシャーとして置き換えてもよい。
【００２９】
この場合、洗浄チャンバ３４で後洗浄が行われた後、ウエハ３６３６により主プロセスチャンバ３３に搬送される。そして、主プロセスチャンバ３３内でのプラズマ処理によるレジスト除去工程が行われる。そして、レジスト除去工程が終了した後、ウエハは洗浄チャンバ３５に搬送され、ドライ洗浄が行われる。
本実施の形態によれば、前記第３の実施の形態のような単一な処理だけなく、複数の真空内処理、すなわちエッチング工程、レジスト除去工程およびそれら工程の前後に行う洗浄工程が大気に晒すことなく行われる。
本実施の形態によれば、エッチング処理後にアッシング処理を行い、その後本発明における洗浄処理を真空中で一貫して実施することでエッチング処理後のウエット洗浄工程が不要となり、また、表面改質および微細構造部での異物も除去できることからその後の工程における精度と歩留まりが向上する。
さらに、エッチング工程からレジスト除去工程までのTATが短縮される。
（実施の形態５）
図８に示した半導体製造装置は、図７に示した実施の形態のさらなる応用例である。
本実施の形態は、主プロセスチャンバ３２，３３のほかに、主プロセスチャンバ３２，３３に対する後処理室（アッシャー）４０、４１をそれぞれ設けた半導体製造装置である。主プロセスチャンバ３２，３３では主処理であるエッチング工程が行われ、後処理室４０、４１ではレジストマスクの除去を行うアッシング処理工程が行われる。すなわち、本実施の形態は以下の順序によりウエハが処理される。
ウエハ入り口カセット３８内に収納されているウエハ（図示せず）は、フォトリソグラフィ工程が完了したものである。すなわち、そのウエハは、半導体基板表面に絶縁膜（酸化膜）が形成され、その絶縁膜表面にフォトレジスト（マスク）がパターン形成されている。
まず、主プロセスに先だって、処理されるべきウエハは、ウエハ入り口カセット３８からウエハ搬送アーム３６により洗浄チャンバ３４に搬送される。この洗浄チャンバ３４内で、ウエハのドライ洗浄が行われる。
続いて、洗浄されたウエハはウエハ搬送アーム３６によって洗浄チャンバ３４から取り出され、主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）３２に搬送される。続いて、エッチングチャンバ３２内でウエハに対しエッチング処理が行われる。エッチングチャンバ３２は、例えば、前記実施の形態３と同様に、特開平9-321031号公報に開示のプラズマ処理装置で構成されている。
上記エッチング処理の後、エッチング処理されたウエハは、エッチングチャンバ３２からウエハ搬送アーム３６により後処理室（アッシャー）４０に搬送される。そして、この後処理室（アッシャー）４０内で、プラズマ処理によるレジスト除去工程が行われる。
【００３０】
続いて、レジスト除去工程が終了した後、ウエハは洗浄チャンバ３４に搬送され、ドライ洗浄が行われる。
【００３１】
そして、洗浄が終了した後、ウエハはウエハ搬送アーム３６によりウエハ出口カセット３９に搬送される。
【００３２】
以上のように、ウエハは、大気に晒されることなく洗浄を含むエッチング工程およびレジスト除去工程が行われる。
【００３３】
洗浄チャンバ３５、主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）３３および後処理室（アッシャー）４０においても、上記と同様なウエハ処理が平行して行われる。
本実施の形態によれば、前記実施の形態４と同様な効果が得られる。
また、特に、主プロセスチャンバ（エッチングチャンバ）、後処理室（アッシャー）および洗浄チャンバが左右対称に配置され、ウエハ処理が平行して行われるため、ウエハ処理能力の向上が図れる。
（実施の形態６）
半導体装置の製造において、複数の真空内処理を一貫して行う他の実施形態を、図９および図１０を参照し、以下に説明する。
【００３４】
図９に示した半導体製造装置は、複数の処理チャンバ４３がマルチチャンバ搬送室４２で接続されている。そして、少なくとも1つ以上を図１に示した構成の洗浄チャンバ４３がマルチチャンバ搬送室４２に接続されている。図９に示す本実施の形態は、処理チャンバを４個とし、洗浄チャンバを２個接続したモジュールである。
【００３５】
本実施の形態により真空内で高効率な洗浄処理が実現でき、真空一貫で処理できる工程が多くなる。真空内で一連に処理できる工程が増えれば増えるほど半導体装置の製造コスト低減およびスループットが高まり、また加工精度も向上するため、低コストで高性能な半導体装置を製造することが可能となる。
【００３６】
図９に示したモジュールにより作成する半導体装置の製造プロセスを、図１０を参照し、以下に説明する。
【００３７】
図１０は、酸化膜に０．３μｍ以下のホール径で、アスペクト比（膜厚/ホール径）：５０以上のスルーホールを形成するためのプロセスを示す工程断面図である。酸化膜１００は、例えば上層配線と下層配線との間に形成された層間絶縁膜である。
（a）酸化膜１００上にポリシコンマスク１０１がパターニング形成された半導体基板（ウエハ）が用意される。ポリシコンマスク１０１は、スルーホール形成用の開口部１０１aが通常のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたものである。
パターニング形成されたものである。そして、ウエハ２は図９に示すウエハ入り口カセット３８に収納される。
(b) 続いて、図９に示すように予備室４２aを通してマルチチャンバ搬送室４２へ搬送される。そして、まず、ウエハ２は、ウエハ搬送アーム３６により、処理チャンバＡ内に搬送される。処理チャンバＡ内において、パターニングされたポリシリコン（多結晶シリコン）１０１上に、さらにポリシリコン１０２をCVD法により堆積させる。
(c) CVD処理後、ウエハ２を洗浄チャンバAにて洗浄を行う。その後、ウエハ２は処理チャンバＢに移送され、ポリシリコン１０２のドライエッチング（異方性エッチング）により、マスク１０１の開口部側壁にポリシリコン１０２を残す。この方法によれば、マスク１０１の開口部１０１aに対し、自己整合的に開口部１０１aの径よりも小さい開口部１０１bが形成できる。
(d) 続いて、ウエハを図９に示す洗浄チャンバＢにて洗浄を行う。そして、処理チャンバCにて酸化膜１０１のドライエッチングを行い、酸化膜１０１にスルーホール１００aを形成する。なお、処理チャンバCは、例えば特開平9-321031号公報に開示のプラズマ処理装置で構成されている。
(e) 酸化膜エッチング後、酸化膜エッチング中に堆積した有機膜を処理チャンバＤにてアッシングし除去する。
【００３８】
この一連のプロセスにより、初期にポリシリコンマスクをパターニングしたサイズより縮小したサイズで酸化膜を加工することができ、リソグラフィーの限界以下のサイズで加工することが可能となる。
【００３９】
さらに、本実施の形態は、図９に示した本発明によるモジュールで実現することで、通常、各処理間に実施する洗浄をウエット洗浄で行う場合に比べ格段に低コストで実現することが可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態によれば、ＣＶＤ工程、ポリシリコンエッチング工程、酸化膜エッチング工程およびアッシング工程の連続処理が真空一貫で成されるため、大気暴露による自然酸化膜形成などにともなう歩留まり低下要因がなくなる。そして、スルーホールの加工寸法精度も向上する。
（実施の形態７）
半導体装置の基本部分であるMISFET形成プロセスに、本発明の洗浄を適用した実施の形態を、図１１を参照し、以下に説明する。
【００４１】
MISFETの形成は、大まかには図１１に示すように、(a)素子分離形成およびゲート用ポリシリコン堆積、(b)ゲート電極形成（ポリシリコンエッチング）、(c)イオン打ち込みによるエクステンション（N-領域）形成、(d)窒化膜堆積、(e)ゲート電極側壁保護膜形成（窒化膜エッチング）、(f)シリサイド層形成の順で行われる。上記(a)〜(f)の各工程間では前記実施の形態１で述べた洗浄が行われる。
上記(a)〜(f)の各工程を以下に簡単に説明する。
(a) シリコン基板４５に素子間分離のための溝分離領域４６が形成される。なお、シリコン基板４５はＰ型基板にＰウエルが形成されたものである。続いて、ゲート酸化膜（図示せず）を介してゲート用ポリシリコン４７が堆積される。このゲート用ポリシリコン４７は、真空処理室内でＣＶＤ法により形成される。
(b) 真空処理室内でポリシリコンのドライエッチ加工が行われ、ゲート電極４９が形成される。
(c) イオン打ち込み法により、ゲート電極４９に整合されたエクステンション（N-領域５０、５１）が形成される。このエクステンションはホットエレクトロン対策として形成された比較的低濃度を有するソース・ドレイン領域である。
(d) プラズマＣＶＤ法により窒化膜５２がゲート電極４９を有する半導体基板４５上に堆積される。
(e) 窒化膜５２をドライエッチング（異方性エッチング）することにより、ゲート電極４９の側壁にゲート側壁保護膜５３を形成する。この後、前記実施の形態１で述べたドライ洗浄を行う。そして、イオン打ち込み法により、ゲート側壁保護膜５３に整合された比較的高濃度を有するコンタクト用N＋領域（ソース、ドレイン領域５０Ｓ、５１Ｄ）が形成される。
(f) 続いて、低抵抗化のためにソース、ドレイン領域５０Ｓ、５１Ｄ表面およびゲート電極４９表面にシリサイド層５４がそれぞれ形成される。シリサイド層５４は、例えば、コバルトをソース、ドレイン領域５０Ｓ、５１Ｄ表面およびゲート電極４９表面に付着させ、熱処理することにより形成される。
【００４２】
以上、本実施に形態によれば、MISFET形成プロセスにおいて、各工程間の洗浄をドライ洗浄で行っているため、製造歩留まり向上とともに低コストで高性能な半導体装置を製造することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、図１１に示した一つのMISFETを例に半導体装置の製造プロセスを説明した。実際には、このような MISFETが一つの半導体基板に複数個形成され、LSI、VLSIの如き半導体集積回路装置を構成する。したがって、ウエハ主面には、図１２aおよび図１２bに示す０．３μｍ以下の超微細構造がいたるところに存在する。このような超微細構造を有するウエハ面での洗浄効果を以下に説明する。
【００４４】
図１２aは深孔コンタクト５５内部に付着した異物５９を除去する機能の説明図で、図１２bは配線６０のコーナ部（配線の段差部）に付着した異物５９を除去する機能の説明図である。
【００４５】
図１２aおよび図１２bに示したように、パット型構造体５６とウエハの表面部２aとの隙間５７において、異物５９を除去するための物理的な作用をガスの流れ５８による粘性摩擦で生じさせるため、ガス流の及ぶ範囲であれば洗浄効果を発揮することができる。
【００４６】
従来のウエット洗浄では液体の表面張力により微細部に液体が進入しにくく、０．３μｍ以下の構造では十分な洗浄効果が得られない場合が想定される。しかしながら、本発明では前記したように表面張力のないガス流を用いるため、今後益々、微細化する半導体装置の洗浄に効果を発揮できる。
【００４７】
本発明の製造方法は、短TATが要求されるシステムLSI、例えばメモLSIとロジックLSIとがチップ上に混裁したLSIの製造において有効であり、洗浄を効率よく行うことにより短期間で、低コスト、高歩留まりのシステムLSIが製造できる。
【００４８】
以上、本発明者等によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００４９】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００５０】
本発明によれば、減圧処理室で処理する工程間の洗浄を大気に晒すことなく実現でき、微細なパターンを有する半導体装置の信頼性、製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態1における基本構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１で用いた第１のパット型構造体の詳細説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１で用いた第２のパット型構造体の詳細説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるプラズマによる洗浄効果の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるプラズマによる洗浄効果の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるプラズマによる洗浄効果の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３における半導体製造装置の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態５における半導体製造装置の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態６における半導体製造装置の概略図である。
【図１０】図９の装置を用いて真空一貫にて半導体装置を製造する工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態７における半導体装置の製造を示す工程断面図である。
【図１２】aは本発明の実施の形態７で用いた微細孔での洗浄効果を示す概念図である、bは本発明の実施の形態７で用いた微細構造段差部での洗浄効果を示す概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるプラズマによる洗浄効果の説明図である。
【符号の説明】
１…真空容器、２…ウエハ、３…ウエハ設置手段、４…回転機構、５…パット型構造体、６…走査機構、７…上下移動機構、８…加重検出手段、９…プラズマ生成手段、１０…パット部、１１…ガス導入部、１２…パット支持部、１３…接続機構、１４…支点、１５…ガス噴出部、１６…複数のガス噴出部、１７…温度制御手段、１８…プラズマ、１９…マイクロ波発振部、２０…導波管、２１…誘電体窓、２２…プラズマ用ガス導入部、２３…プラズマ、２４…イオンシース、２5…吸引力、２6…異物、２7…ウエハ面、２8…酸素またはオゾンラジカル、２9…化学吸着層、３０…洗浄前ウエハ表面、３１…ハロゲンラジカル、３２…主プロセスチャンバ、３３…主プロセスチャンバ、３４…洗浄チャンバ、３５…洗浄チャンバ、３６…ウエハ搬送アーム３６、３７…ウエハ搬送室、３８…ウエハ入り口カセット、３９…ウエハ出口カセット、４０…後処理チャンバ１、４１…後処理チャンバ２、４２…マルチチャンバ搬送室、４３…処理チャンバ、４４…洗浄チャンバ、４５…シリコン基板、４６…素子分離、４７…ポリシリコン、４８…素子分離、４９…ゲート電極、５０…ソース、５１…ドレイン、５２…窒化膜、５３…ゲート側壁保護膜、５４…シリサイド、５５…微細ホール構造、５６…パット型構造体、５７…パット型構造体とウエハの隙間、５８…高速ガス流、５９…異物、６０…微細配線断面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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