(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するための処理装置であって、
被処理体を収納する処理容器と、
活性ガス種を生成する活性ガス種生成装置と、
前記処理容器の外部に設けられ前記被処理体を加熱する加熱手段と、
この加熱手段と前記被処理体との間の前記処理容器に設けられた透過窓であって、前記処理容器の内外を気密に遮蔽するとともに前記加熱手段からの加熱用のエネルギを透過する透過窓と、
前記被処理体と前記透過窓との間に挿入された閉状態と、前記被処理体と前記透過窓との間から抜き出された開状態との間で挿抜可能に設けられた遮蔽板とを備え、
前記遮蔽板を前記閉状態にして前記透過窓からの放射熱を遮断した状態で、被処理体の表面に形成された酸化膜に、前記活性ガス種を低温状態で反応させて生成膜を形成し、
その後、前記遮蔽板を前記開状態にして、前記加熱手段の加熱を開始させ、前記加熱手段からの放射熱を前記透過窓を通して前記生成膜に加え、所定の温度に加熱して気化させ、前記生成膜を除去することを特徴とする処理装置。
【請求項２】
前記活性ガス種は、ＮＦ3 ガスの活性ガス種であることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
【請求項３】
前記遮蔽板には、この遮蔽板を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の処理装置。
【請求項４】
前記活性ガス種生成装置は、プラズマ形成部を有するプラズマ形成管と、このプラズマ形成管内にＮ2 ガスとＨ2 ガスを供給するプラズマガス導入部と、前記プラズマ形成管内からダウンフローする活性ガス種にＮＦ3 ガスを添加するＮＦ3 ガス供給部とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項５】
前記プラズマ形成部は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、発生したマイクロ波を前記プラズマ形成管内へ導入する導波管とよりなることを特徴とする請求項４に記載の処理装置。
【請求項６】
被処理体を収納する処理容器と、この処理容器の外部に設けられ前記被処理体を加熱する加熱手段と、この加熱手段と前記被処理体との間の前記処理容器に設けられた透過窓と、前記被処理体と前記透過窓との間に挿入された閉状態と、前記被処理体と前記透過窓との間から抜き出された開状態との間で挿抜可能に設けられた遮蔽板とを有する処理装置を用いて、被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するための処理方法であって、
前記遮蔽板を前記閉状態にして前記透過窓からの放射熱を遮断した状態で、前記被処理体の表面に形成された酸化膜に、活性ガス種を低温状態で反応させて生成膜を形成し、
その後、前記遮蔽板を前記開状態にして、前記加熱手段の加熱を開始させ、前記加熱手段からの放射熱を前記透過窓を通して前記生成膜に加え、所定の温度に加熱して気化させ、前記生成膜を除去することを特徴とする処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体表面に形成された酸化膜を除去する処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウェハ形成された微細なホール内の自然酸化膜を有効に除去する方法としては、例えば、以下のような表面処理方法がある。
【０００３】
まず、Ｎ2 ガスとＨ2 ガスの混合ガスをプラズマにより活性化して活性ガス種を形成し、この活性ガス種のダウンフローにＮＦ3 ガスを添加してＮＦ3 ガスを活性化する。このＮＦ3 ガスの活性ガス種をウェハの表面の自然酸化膜と反応させて生成膜を形成し、その後ウェハを所定の温度に加熱することにより前記生成膜を昇華させて除去する。
【０００４】
このような方法に使用される装置としては、内部にウェハを収納する処理容器と、ＮＦ3 ガスの活性ガス種を生成するＮＦ３活性ガス種生成装置と、ウェハを加熱するために処理容器の外部に設けられた加熱手段と、この加熱手段と前記被処理体との間に設けられ、加熱手段からの熱エネルギを透過する透過窓とを備えた処理装置が知られている。そして、ウェハの表面に形成された自然酸化膜に、ＮＦ3 ガスの活性ガス種を低温で反応させて生成膜を形成し、この生成膜を加熱手段によって所定の温度に加熱して昇華させ、前記自然酸化膜を除去するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記処理装置にあっては、被処理ウェハの加熱処理後に、新たな被処理ウェハを処理容器に導入して低温処理を行おうとすると、前回の加熱処理時の熱が透過窓に蓄積されており、この透過窓からの熱放射によってウェハが加熱されてしまう。このため、透過窓が所定の温度まで冷却されるのを待たねばならず、処理能率が著しく低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、透過窓に残存している加熱処理時の熱によって被処理体の温度が上昇するのを防止し、これによって、連続的に被処理体を処理できる処理装置及び処理方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するための処理装置であって、被処理体を収納する処理容器と、活性ガス種を生成する活性ガス種生成装置と、処理容器の外部に設けられ被処理体を加熱する加熱手段と、この加熱手段と被処理体との間の処理容器に設けられた透過窓であって、処理容器の内外を気密に遮蔽するとともに加熱手段からの加熱用のエネルギを透過する透過窓と、被処理体と透過窓との間に挿入された閉状態と、前記被処理体と前記透過窓との間から抜き出された開状態との間で挿抜可能に設けられた遮蔽板とを備え、遮蔽板を前記閉状態にして透過窓からの放射熱を遮断した状態で、被処理体の表面に形成された酸化膜に、活性ガス種を低温状態で反応させて生成膜を形成し、その後、遮蔽板を前記開状態にして、前記加熱手段の加熱を開始させ、加熱手段からの放射熱を透過窓を通して生成膜に加え、所定の温度に加熱して気化させ、生成膜を除去することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、活性ガス種は、ＮＦ３ガスの活性ガス種であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、遮蔽板には、この遮蔽板を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、活性ガス種生成装置は、プラズマ形成部を有するプラズマ形成管と、このプラズマ形成管内にＮ2 ガスとＨ2 ガスを供給するプラズマガス導入部と、プラズマ形成管内からダウンフローする活性ガス種にＮＦ3 ガスを添加するＮＦ3 ガス供給部とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、プラズマ形成部は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、発生したマイクロ波をプラズマ形成管内へ導入する導波管とよりなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、被処理体を収納する処理容器と、この処理容器の外部に設けられ被処理体を加熱する加熱手段と、この加熱手段と被処理体との間の処理容器に設けられた透過窓と、被処理体と透過窓との間に挿入された閉状態と、前記被処理体と前記透過窓との間から抜き出された開状態との間で挿抜可能に設けられた遮蔽板とを有する処理装置を用いて、被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するための処理方法であって、遮蔽板を前記閉状態にして透過窓からの放射熱を遮断した状態で、被処理体の表面に形成された酸化膜に、活性ガス種を低温状態で反応させて生成膜を形成し、その後、遮蔽板を前記開状態にして、前記加熱手段の加熱を開始させ、加熱手段からの放射熱を透過窓を通して生成膜に加え、所定の温度に加熱して気化させ、生成膜を除去することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る処理装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１ないし図３は、本発明による処理装置の一実施の形態を示す構成図である。図１において、この処理装置１２は、Ｎ2 ガスとＨ2 ガスの混合ガスをプラズマにより活性化するプラズマ形成管１４と、被処理体である半導体ウエハＷに対して、酸化膜、特に自然酸化膜（大気中の酸素や洗浄液等との接触により意図しないで形成された酸化膜）を除去するための所定の表面処理を行なう処理容器１６とを有している。
【００１８】
この処理容器１６は、アルミニウムにより円筒体状に成形されており、この処理容器１６内には、上下動可能な支持部材１８により支持された石英製の載置台２０が設けられている。処理容器１６の底部の周縁部には、排気口２２が設けられ、処理容器１６内を真空引き可能としている。また、載置台２０の下方の処理容器１６底部には照射口２６が形成されており、この照射口２６には、石英製の透過窓２８が気密に設けられている。この透過窓２８の下方には、上記載置台２０を下面側から加熱するためのハロゲンランプ等よりなる多数の加熱ランプ３６が設けられており、この加熱ランプ３６から放出される加熱用の光線が透過窓２８を透過してウェハＷの裏面に入射するようになっている。
【００１９】
一方、プラズマ形成管１４は、例えば石英により管状に成形されており、上記処理容器１６の天井部に開口するとともに、この処理容器１６に起立させた状態で気密に取り付けられている。このプラズマ形成管１４の上端には、この管内にＮ2 ガスとＨ2 ガスよりなるプラズマガスを導入するプラズマガス導入部４４が設けられる。このプラズマ導入部４４は、プラズマ形成管１４内に挿通された導入ノズル４６を有しており、この導入ノズル４６にはガス通路４８が連結されている。このガス通路４８には、それぞれマスフローコントローラのごとき流量制御器５０を介してＮ2 ガスを充填したＮ2 ガス源５２及びＨ2 ガスを充填したＨ2 ガス源５４がそれぞれ接続されている。
【００２０】
また、上記導入ノズル４６の真下には、プラズマ形成部５６が設けられている。このプラズマ形成部５６は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマイクロ波発生源５８と、上記プラズマ形成管１４に設けたエベンソン型の導波管６０よりなり、上記マイクロ波発生源５８で発生したマイクロ波を矩形導波管６２を介して上記エベンソン型の導波管６０へ供給するようになっている。そして、この供給されたマイクロ波によりプラズマ形成管１４内にプラズマを立て、Ｈ2 ガスとＮ2 ガスの混合ガスを活性化し、このダウンフローを形成し得るようになっている。
【００２１】
上記プラズマ形成管１４の下端部である流出口６４には、これに連通させて、下方向へ傘状に広がった石英製の覆い部材６６が設けられており、載置台２０の上方を覆ってガスを効率的にウエハＷ上に流下させるようになっている。そして、この流出口６４の直下には、ＮＦ3 ガスを供給するためのＮＦ3 ガス供給部６８が設けられる。このＮＦ3 ガス供給部６８は、石英製のリング状のシャワーヘッド７０を有し、このシャワーヘッド７０には多数のガス孔７２が形成されている。このシャワーヘッド７０は、連通管７４、ガス通路７６、流量制御器７８を介してＮＦ3 ガスを充填するＮＦ3 ガス源８０に接続されている。
【００２２】
このような構成において、載置台２０と透過窓２８との間には、可動シャッタ１０１が設けられている。この可動シャッタ１０１は、図２及び図３に示すようなものであって、透過窓２８を覆うように回動可能に配設された遮蔽板１０３を有している、この遮蔽板１０３には、この遮蔽板１０３を回動させる回動軸１０５が設けられ、この回動軸１０５は、処理容器１６の外壁１０７を貫通して配設されている。この回動軸１０５と外壁１０７との間には、この回動軸１０５と外壁１０７との間を回動自在かつ気密に保持する磁性流体シール１０９が設けられている。この回動軸１０５には、軸側ギア１１１が設けられており、この軸側ギア１１１には、モータ側ギア１１３を介して駆動モータ１１５が設けられている。
【００２３】
そして、駆動モータ１１５を作動させることによって、軸側ギア１１１とモータ側ギア１１３を介して遮蔽板１０３を回動させ、図２に示すような開位置と図３に示すような閉位置に位置せしめることができるようになっている。
【００２４】
また、遮蔽板１０３および回動軸１０５の内部には冷媒通路１１７が形成されている。この冷媒通路１１７は、回動軸１０５の下端部から処理容器１６の外部に伸び、処理容器１６外部に設けられた冷媒循環手段１１９に接続されている。そして、この冷媒循環手段１１９によって冷媒通路１１７に水等の冷媒を流すことによって、遮蔽板１０３を冷却するようになっている。このようにすることにより、透過窓２８からの輻射熱が遮蔽板１０３に到達し遮蔽板１０３の温度が上昇するのを防止することができ、したがって遮蔽板１０３からの輻射熱がウエハＷに到達し、ウエハの温度が上昇するのを防止することができる。
【００２５】
一方、図４は、他の可動シャッタ１２１の例を示す図である。この可動シャッタ１２１は、透過窓２８をおおう遮蔽板１２３を有している。この遮蔽板１２３には、２つの駆動軸１２５、１２５が接続されており、この駆動軸１２５，１２５の他端には、油圧シリンダ１２７のピストンロッドが連結されている。また、駆動軸１２５が処理容器１６の外壁を１２９を貫通する部分には、この駆動軸１２５と外壁１２９との間に磁性流体シール１３１が設けられており、駆動軸１２５と外壁１２９との間を気密に維持しつつ駆動軸を外壁に対して移動できるようになっている。そして、油圧シリンダ１２７を作動させることによって、遮蔽板１２３を、開位置と閉位置に位置せしめることができるようになっている。
【００２６】
この場合においても、図３に示す場合と同様に、遮蔽板１２３および駆動軸１２５の内部に冷媒通路を形成し、処理容器１６の外部に位置する冷媒通路の端部に、処理容器１６の外部に設けた冷媒循環手段を接続して、遮蔽板１２３を冷却可能に構成することもできる。このようすれば、遮蔽板１２３からの輻射熱によるウエハＷの温度上昇を抑制することができる。
【００２７】
次に、以上のように構成された装置を用いて行なわれる自然酸化膜の除去方法について説明する。まず、被処理体である半導体ウエハＷを、図示しないゲートバルブを介して処理容器１６内に導入し、これを載置台２０上に載置する。このウエハＷには、例えば前段階でコンタクトホール等が形成されており、その底部の表面に自然酸化膜が発生している。
【００２８】
ウエハＷを処理容器１６内に搬入したならば、処理容器１６内を密閉し、内部を真空引きする。そして、Ｎ2 ガス源５２及びＨ2 ガス源５４よりＮ2 ガス及びＨ2 ガスをそれぞれ、所定の流量でプラズマガス導入部４４よりプラズマ形成管１４内へ導入する。これと同時に、マイクロ波形成部５６のマイクロ波発生源５８より２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生し、これをエベンソン型の導波管６０へ導いて、これよりプラズマ形成管１４内へ導入する。これにより、Ｎ2 ガスとＨ2 ガスはマイクロ波によりプラズマ化されると共に活性化され、活性ガス種が形成される。この活性ガス種は処理容器１６内の真空引きによりダウンフローを形成してプラズマ形成管１４内を流出口６４に向けて流下することになる。
【００２９】
一方、ＮＦ3 ガス供給部６８のリング状のシャワーヘッド７０からは、ＮＦ3ガス源８０より供給されたＮＦ3 ガスがＮ2 ガスとＨ2 ガスよりなる混合ガスのダウンフローの活性ガス種に添加される。この結果、添加されたＮＦ3 ガスもダウンフローの活性ガス種により活性化されることになる。このようにＮＦ3 ガスも活性ガス化され、上記したダウンフローの活性ガス種と相まってウエハＷの表面の自然酸化膜と反応し、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混合した生成膜を形成することになる。
【００３０】
この処理は低温で反応が促進されるため、この処理中はウエハＷは加熱されてはならず、室温の状態で生成膜を形成する。
【００３１】
ここで、この処理中は、可動シャッタ１０３は閉状態になされている。これは、前回の加熱処理中に加熱された透過窓２８からの輻射熱がウェハＷに到達し、ウェハの温度が上昇するのを防止するためである。
【００３２】
この時のプロセス条件は、ガスの流量に関しては、Ｈ2 、ＮＦ3 、Ｎ2 が、それぞれ１０ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、１４００ｓｃｃｍである。プロセス圧力は４Ｔｏｒｒ、プラズマ電力は４００Ｗ、プロセス時間は１分である。このようにして、ウエハ表面に自然酸化膜と反応した生成膜を形成する。この場合、載置台２０の上方は、傘状の覆い部材６６により覆われているのでダウンフローの活性ガス種の分散が抑制されて、これが効率的にウエハ面上に流下し、効率的に生成膜を形成することができる。
【００３３】
このように生成膜の形成が完了したならば、Ｈ2 、ＮＦ3 、Ｎ2 のそれぞれのガスの供給を停止すると共に、マイクロ波発生源５８の駆動も停止し、処理容器１６内を真空引きして残留ガスを排除する。その後、可動シャッタ１０３を開状態に位置せしめ、加熱ランプ３６を点灯させてウエハＷを所定の温度、例えば１００℃以上に加熱する。この加熱により、上記生成膜は、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混じった分子となって昇華（気化）して行く。これにより、ウエハＷの自然酸化膜が除去されてウエハ表面にＳｉ面が現れることになる。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が１ｍＴｏｒｒ以下、プロセス時間は２分程度である。
【００３４】
以上説明したように、この処理装置にあっては、ウェハＷと透過窓２８との間に、挿抜可能な可動シャッタ１０１を設けているから、活性化されたＮＦ３ガスがウェハ表面の自然酸化膜と反応し、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混合した生成膜を形成する、いわゆる低温処理時に、前回の加熱処理時に加熱された透過窓２８からの輻射熱によって、ウェハＷが加熱されるのを防止することができる。このため、複数のウェハについて、低温処理と加熱処理を順次繰り返し行う場合に、低温処理中に前回の加熱処理による輻射熱でウェハ加熱されてしまうことを防止することができる。従って、低温処理と加熱処理とを連続的に間隔を置くことなく行うことができ、酸化膜除去作業を効率良く行うことができる。
【００３５】
また、この処理装置の可動シャッタにあっては、処理容器外に配設されたモータ１１５と処理容器内の遮蔽板１０３とを磁性流体シール１０９でシールされた回転軸１０５で連結しているから、駆動源を処理容器内に設ける必要がなく、従って処理容器を小型にすることができるとともに、汚染を防止することができる。このような作用効果は、図４に示す往復動型の可動シャッタ１２１においても同様に奏する。
【００３６】
図５は、本発明に関連した処理装置２０１を示すものである。この処理装置２０１は、低温処理室と加熱処理室をそれぞれ別に備えていることを特徴としている。この処理装置２０１は、中央部に搬送室２０３を有している。この搬送室２０３には、ウェハ搬送用の搬送装置が設けられている。この搬送室２０３の内部は、非反応性雰囲気、例えば真空になされており、ウエハＷの搬送中に、ウエハＷに自然酸化膜が発生することを抑制することができる。この搬送室２０３には、被処理ウェハを搬送室２０３内に搬入するためのロードロック室２０５が設けられている。
【００３７】
一方、前記搬送室２０３のロードロック室２０５と反対の側には、２つの低温処理室２０７、２０７がそれぞれ設けられている。この低温処理室２０７は、図１に示す処理装置１２から可動シャッタ１０１と加熱ランプ３６を取り除いたものである。この場合、処理容器１６の底部が気密に塞がれる必要はあるが、処理容器１６の底部を塞ぐための部材が、図１の場合の透過窓２８のように光透過性を有する必要はない。従って、図１の場合の透過窓２８に代えて、例えばアルミニウム板で処理容器１６の底部を塞ぐようにしてもよい。この低温処理室２０７では、活性化されたＮＦ３ガスがウェハ表面の自然酸化膜と反応し、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混合した生成膜を形成する。
【００３８】
また、搬送室２０３には、加熱室２０９が設けられている。この加熱室２０９の内部には、加熱手段、例えば公知の抵抗加熱式ステージヒータが設けられ、このステージヒータによりウエハＷを加熱することができる。この加熱室２０９では、低温処理後のウエハＷを所定の温度、例えば１００℃以上に加熱し、この加熱により上記生成膜はＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混じった分子となって昇華（気化）して行く。これにより、ウエハＷの自然酸化膜が除去される。
【００３９】
さらに、搬送室２０３には、冷却室２１１が設けられている。この冷却室２１１は、加熱処理後のウェハを冷却するためのものである。処理後のウェハは、樹脂製のカセットに収納されて搬出されることになっているが、ウェハが高温のままだと樹脂製カセットを痛めるおそれがある。このため、カセットへ収納する前にウェハを冷却するようにしている。
【００４０】
このような処理装置２０１において、自然酸化膜が表面に形成された被処理ウェハは、ロードロック室２０５から搬送室２０３へ搬入される。ついで、このウェハは、低温処理室２０７に搬送され、ここにおいていわゆる低温処理を施される。ここで、この処理装置２０１にあっては、低温処理室２０７に対して加熱室２０９は別に設けられているから、前回の加熱処理中の熱が残存して低温処理に悪影響を及ぼすのを防止することができる。その後、被処理ウェハは加熱室２０９に送られる。ここで、低温処理後のウエハＷを所定の温度、例えば１００℃以上に加熱し、この加熱により上記生成膜はＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混じった分子となって昇華（気化）して行く。これにより、ウエハＷの自然酸化膜が除去される。その後、この加熱されたウェハは、冷却室２１１に送られる。ウェハは、ここで冷却されてから、カセットに収納されて搬出される。従って、高温のままのウェハが樹脂製カセットを痛めるおそれを防止することができる。
【００４１】
以上説明したように、この処理装置２０１にあっては、低温処理室２０７と加熱処理室２０９がそれぞれ別に設けられているから、活性化されたＮＦ３ガスがウェハ表面の自然酸化膜と反応し、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混合した生成膜を形成する、いわゆる低温処理時に、加熱処理の影響によってウェハが加熱されるのを防止することができる。従って、低温処理と加熱処理とを連続的に間隔を置くことなく行うことができ、従って酸化膜除去作業を効率良く行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明にあっては、被処理体と透過窓との間に挿入された閉状態と、被処理体と透過窓との間から抜き出された開状態との間で挿抜可能に遮蔽板を設けている。従って、生成膜を形成する低温処理時に、遮蔽板を閉状態とすることで、前回の生成膜を除去する加熱処理時に加熱された透過窓からの輻射熱によって、被処理体が加熱されるのを防止することができる。このため、複数の被処理体について、低温処理と加熱処理を順次繰り返し行う場合に、低温処理中に前回の加熱処理による透過窓からの輻射熱で被処理体が加熱されてしまうことを防止することができる。従って、低温処理と加熱処理とを連続的に間隔を置くことなく行うことができ、酸化膜除去作業を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の処理装置を示す構成図。
【図２】図１に示す処理装置の可動シャッタを示すＩＩ−ＩＩ線に沿う概略平面図である。
【図３】図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図。
【図４】可動シャッタの他の例を示す概略平面図。
【図５】  本発明に関連した処理装置を示す構成図。
【符号の説明】
１２  処理装置
１４  プラズマ形成管
１６  処理容器
２８  透過窓
３６  加熱ランプ
１０３  遮蔽板
１２３  遮蔽板
２０１  処理装置
２０３  搬送室
２０７  低温処理室
２０９  加熱室
【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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