(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚のウェーハが積載されているボートをチャンバ内に収容し、前記チャンバ内に反応ガスを導入してウェーハを処理する縦型の処理装置であって、
前記ウェーハが積載されているボートを収容するための第１チャンバと、
前記第１チャンバを収容し、その内面が前記第１チャンバの外面と対向して真空断熱空間を形成する第２チャンバと、
前記第２チャンバ内周面に配置され、前記第１チャンバを加熱して前記ウェーハに熱を印加するための加熱手段と、
前記第１チャンバの外周面に配置され、前記第１チャンバを冷却するための第１冷却手段と、
前記第１チャンバ内に配置され、冷却ガスを噴射して前記ウェーハ及び前記第１チャンバの温度を下降させるための第２冷却手段とを有し、
前記第１冷却手段は、前記第１チャンバの外周面上に第１チャンバの軸方向に冷却剤が流れるように、前記第１チャンバを軸方向へ複数個のラインが配置され、前記第１チャンバの一端部では少なくとも一つの隣接するラインと連結される冷却剤循環ラインである、ことを特徴とするウェーハの処理装置。
【請求項２】
前記第１冷却手段は、前記冷却剤循環ラインと連結される冷却剤貯蔵部と、前記冷却剤循環ラインに設けられ、前記冷却剤の提供を制御する（ｉｎ／ｏｕｔ）バルブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のウェーハの処理装置。
【請求項３】
前記隣接ラインは前記第１チャンバの上側端部又は下側端部に選択的に連結されることを特徴とする請求項２に記載のウェーハの処理装置。
【請求項４】
前記冷却剤循環ラインは第１チャンバの外周面を取囲んでいることを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハの処理装置。
【請求項５】
前記第１冷却手段は、前記冷却剤循環ラインにパージガスを提供する分岐ラインをさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハの処理装置。
【請求項６】
複数枚のウェーハが積載されているボートをチャンバ内に収容し、前記チャンバ内に反応ガスを導入してウェーハを処理する縦型の処理装置であって、
前記ウェーハが積載されているボートを収容するための第１チャンバと、
前記第１チャンバを収容し、その内面が前記第１チャンバの外面と対向して真空断熱空間を形成する第２チャンバと、
前記第２チャンバ内周面に配置され、前記第１チャンバを加熱して前記ウェーハに熱を印加するための加熱手段と、
前記第２チャンバの外周面に配置され、前記第１チャンバを冷却するための第１冷却手段と、
前記第１チャンバ内に配置され、前記ウェーハ及び前記第１チャンバの温度を下降させるための第２冷却手段とを有し、
前記第１冷却手段は、前記第２チャンバの外周面上に第１チャンバの軸方向に冷却剤が流れるように、前記第１チャンバを軸方向へ複数個のラインが配置され、前記第２チャンバの一端部では少なくとも一つの隣接するラインと連結される冷却剤循環ラインである、ことを特徴とするウェーハの処理装置。
【請求項７】
前記第１冷却手段は、冷却剤循環ラインと連結される冷却剤貯蔵部と、前記冷却剤循環ラインに設けられ、前記冷却剤の提供を制御する（ｉｎ／ｏｕｔ）バルブをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項８】
前記冷却剤循環ラインは第２チャンバの外周面を取囲んでいることを特徴とする請求項７に記載のウェーハの処理装置。
【請求項９】
前記第１冷却手段は、前記冷却剤循環ラインにパージガスを提供する分岐ラインをさらに含むことを特徴とする請求項６または７に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１０】
前記第１冷却手段の冷却剤循環ラインは前記第１チャンバの外周面と第２チャンバの外周面に同時に設けられていることを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１１】
前記第１チャンバは複数枚のウェーハ及び複数個のウェーハをローディングするためのボートを収容するための収容空間を有することを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１２】
前記第１チャンバの厚さは第２チャンバの厚さより薄いことを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１３】
前記第１チャンバ及び第２チャンバは優れる熱導電率を有する金属材質で形成されていることを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１４】
前記金属はアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１３に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１５】
前記加熱手段は前記第２チャンバの内周面に前記第２チャンバの軸方向に平行に配置されるハロゲンランプ組立体であることを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１６】
前記ハロゲンランプ組立体は、前記第２チャンバの軸方向に平行に配置されるハロゲンランプと、前記ハロゲンランプをカバーリングして外部から保護するカバーを含むことを特徴とする請求項１５に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１７】
前記ハロゲンランプ組立体のハロゲンランプは少なくとも二つであることを特徴とする請求項１６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１８】
前記ハロゲンランプ組立体は透明材質の保護カバーを有することを特徴とする請求項１５に記載のウェーハの処理装置。
【請求項１９】
前記保護カバーは石英材質であることを特徴とする請求項１８に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２０】
前記第２チャンバの側面一部分はカッティングされ、前記加熱手段が前記カッティング部分内に挿入されることを特徴とする請求項１５に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２１】
前記第１冷却手段は前記加熱手段を軸方向に設けることを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２２】
前記第２冷却手段は前記第１チャンバの軸方向に平行に前記第１チャンバ内に配置され、前記第１チャンバ内に収容されているウェーハの側面部位に冷却ガスを噴射し、前記ウェーハの温度を下降させることを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２３】
前記第２冷却手段は、前記第１チャンバ内に収容され、前記ウェーハの側面部位と対向する位置にホールを有する噴射ノズルであり、前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルに前記冷却ガスを供給する冷却ガス貯蔵部とをさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２４】
前記噴射ノズルは少なくとも二つであることを特徴とする請求項２３に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２５】
前記第１チャンバに収容されている前記ウェーハを回転させるための回転手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２６】
前記装置は、前記第１チャンバに連結され、前記ウェーハを処理するための反応ガスを前記第１チャンバに導入するための反応ガス導入ラインと、前記反応ガスを使用して前記ウェーハを処理する時に生成された反応副産物を排気し、前記第１チャンバ及び前記真空断熱空間を真空化するための排気ラインをさらに含むことを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２７】
前記排気ラインは前記真空断熱空間と連結される補助排気ラインをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２８】
前記装置は、前記第１チャンバと連結され、前記第１チャンバに収容するウェーハを待機及び保管するためのロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバの下方に配置され、上下駆動により前記第１チャンバとロードロックチャンバとの間に前記ウェーハを移送するための移送手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項２９】
前記装置は、前記第１チャンバと連結されるリモートプラズマ発生体をさらに含み、前記リモートプラズマを使用して前記ウェーハを処理することを特徴とする請求項１または６に記載のウェーハの処理装置。
【請求項３０】
前記ロードロックチャンバの開閉のために前記第１チャンバと前記ロードロックチャンバ間に設けられるスロットバルブと、
前記ロードロックチャンバ内にボードをロード及びアンロードさせるために、前記ロードロックチャンバの一側に設けられるゲートバルブと、
前記ロードロックチャンバを大気圧又は真空に維持するために、ロードロックチャンバに連結されるガス導入ラインとガス排気ラインをさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載のウェーハの処理装置。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれかに記載の縦型の処理装置を用いたウェーハの処理方法において、
ウェーハ周辺の温度を第１の温度に調整する段階ｉ）と、
前記第１の温度で前記ウェーハの上部に反応ガスを導入して前記ウェーハを処理する段階ｉｉ）と、
前記加熱手段により前記ウェーハ周辺の温度を前記第１の温度より高い第２の温度まで急速上昇させ前記ウェーハを処理する時に生成された反応副産物を前記ウェーハから部分的に分離させる段階ｉｉｉ）と、
前記第２の温度に前記ウェーハを維持させ、前記反応副産物の大部分を前記ウェーハ周辺から分離する段階ｉｖ）と、
前記第１冷却手段および第２冷却手段を用いて、前記ウェーハ周辺の温度を前記第２の温度から前記第１の温度まで下降させる段階ｖ）を備え、
前記ｉ）乃至ｖ）段階は同一空間内でインサイチュに実施することを特徴とするウェーハの処理方法。
【請求項３２】
前記第１の温度は１５乃至３０℃であることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３３】
前記第１の温度は冷却剤として、液化窒素、二酸化炭素又は冷却水を使用して調整することを特徴とする請求項３２に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３４】
前記冷却剤は少なくとも一つの冷却剤が混合された混合物であることを特徴とする請求項３３に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３５】
前記ウェーハの処理は前記反応ガスを使用して前記ウェーハ上に形成された自然酸化物をエッチングすることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３６】
ａ）前記自然酸化物のエッチングは、
ｂ）前記反応ガスとしてフッ素化合物を含み、窒素ガス、水素ガス及びこれらの混合ガスにより構成されるグループから選択されるいずれか一つをキャリアガスに使用し、
ｃ）リモートプラズマを使用することを特徴とする請求項３５に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３７】
前記フッ素化合物はＮＦ３であることを特徴とする請求項３６に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３８】
前記自然酸化物のエッチングは２０乃至４０秒間実施されることを特徴とする請求項３５に記載のウェーハの処理方法。
【請求項３９】
前記自然酸化物のエッチングは３０秒間実施されることを特徴とする請求項３８に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４０】
前記第２の温度は１００乃至２００℃であることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４１】
前記第１の温度から第２の温度までの温度上昇速度は分当り３５乃至９２．５℃であることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４２】
前記第２の温度は前記加熱手段としてハロゲンランプを使用して上昇させることを特徴とする請求項４１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４３】
前記ｉｖ）段階で前記反応副産物は前記ウェーハの周辺に気化（ｖａｐｏｒｉｚｉｎｇ）されることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４４】
前記ｉｉｉ）及びｉｖ）段階は１５０乃至２１０秒間実施することを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４５】
前記ｉｉｉ）及びｉｖ）段階は１８０秒間実施することを特徴とする請求４４に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４６】
前記ｖ）段階において、前記第２の温度から第１の温度までの温度下降速度は分当り１４乃至３７℃であることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４７】
前記ｖ）段階において、前記第１の温度には第１の冷却手段の冷却剤として液化窒素、二酸化炭素又は冷却水を使用して下降させることを特徴とする請求項３１に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４８】
前記冷却剤は少なくとも一つの冷却剤が混合された混合物であることを特徴とする請求項４７に記載のウェーハの処理方法。
【請求項４９】
複数枚のウェーハが積載されているボートをチャンバ内に収容し、前記チャンバ内にエッチングガスを導入してウェーハをエッチング処理する縦型のエッチング装置であって、
前記複数枚のウェーハが積載されているボートを収容し、エッチングガスを導入して前記ウェーハ上の形成されている物質をエッチングするための第１チャンバと、
前記第１チャンバを収容し、その内面が前記第１チャンバの外面と対向して真空断熱空間を形成する第２チャンバと、
前記第２チャンバ内周面に配置され、前記第１チャンバを加熱して前記ウェーハに熱を印加するための加熱手段と、
前記第１チャンバ外周面に配置され、前記第１チャンバを冷却させるための第１冷却手段と、
前記第１チャンバ内に配置され、冷却ガスを噴射して前記第１チャンバ及びウェーハを冷却させるための第２冷却手段と、
前記ボートを回転させ、前記ボートに積載されているウェーハを均一に加熱及び冷却させるための回転手段と、
前記第１チャンバに接続され、前記ボートを待機及び保管するためのロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバに備えられ、前記第１チャンバとロードロックチャンバとの間で、前記ボートを移送するための移送手段とを含むことを特徴とするエッチング装置。
【請求項５０】
前記第１チャンバの壁厚さは第２チャンバの壁厚さより薄いことを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５１】
前記装置は、前記第１チャンバに連結され、前記ウェーハを処理するための反応ガスを前記第１チャンバに導入するための反応ガス導入ラインと、前記反応ガスを使用して前記ウェーハを処理する時に生成された反応副産物を排気し、前記第１チャンバ及び前記真空断熱空間を真空化するための排気ラインをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５２】
前記第１チャンバと連結されるリモートプラズマ発生体をさらに含み、前記リモートプラズマを使用して前記ウェーハを処理することを特徴とする請求項５１に記載のエッチング装置。
【請求項５３】
前記加熱手段は前記第２チャンバの内周面の前記排気ライン付近に前記第２チャンバの軸方向に平行に配置されているハロゲンランプ組立体であることを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５４】
前記第１冷却手段は、
前記冷却剤循環ラインと連結される冷却剤貯蔵部と、
前記冷却剤循環ラインに設けられ、前記冷却剤の提供を制御する（ｉｎ／ｏｕｔ）バルブをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５５】
前記冷却剤循環ラインから分岐され、前記冷却剤循環ラインにパージガスを供給する分岐ラインをさらに含むことを特徴とする請求項５４に記載のエッチング装置。
【請求項５６】
前記第２冷却手段は前記第１チャンバの軸方向に平行に配置され、前記第１チャンバ内に収容されているウェーハの側面部位に冷却ガスを噴射し、前記ウェーハを冷却させるために、前記ウェーハ側面部位に対向する位置に少なくとも一つのホールを有する噴射ノズルであり、
前記噴射ノズルと連結され、前記噴射ノズルに前記冷却ガスを供給する冷却剤貯蔵部とをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５７】
前記ロードロックチャンバの開閉のために前記第１チャンバと前記ロードロックチャンバ間に設けられるスロットバルブと、
前記ロードロックチャンバ内にボードをロード及びアンロードさせるために、前記ロードロックチャンバの一側に設けられるゲートバルブと、
前記ロードロックチャンバを大気圧又は真空に維持するために、ロードロックチャンバに連結されるガス導入ラインとガス排気ラインをさらに含むことを特徴とする請求項４９に記載のエッチング装置。
【請求項５８】
請求項４９〜５７のいずれかに記載の縦型のエッチング装置を用いたエッチング方法において、
任意の物質で形成されている複数枚のウェーハが導入されたチャンバ内の温度を前記物質をエッチングするのに適合した１５乃至３０℃に調整する段階ｉ）と、
前記加熱手段により、前記１５乃至３０℃の温度で前記チャンバ内に前記物質をエッチングするためのエッチングガスを導入して前記ウェーハ上に形成されている物質をドライエッチングする段階ｉｉ）と、
前記チャンバ内の温度を１００乃至２００℃まで急速上昇させ、前記ウェーハを加熱して前記物質をエッチングする時に生成された反応副産物を部分的に気化及び排気させる段階ｉｉｉ）と、
前記１００乃至２００℃の温度で前記チャンバ及び前記ウェーハを維持して前記反応副産物の大部分を気化及び排気させ、前記反応副産物が前記ウェーハ上部及び前記チャンバ内に付着されることを抑制させる段階ｉｖ）と、
前記第１冷却手段および第２冷却手段を用いて、前記チャンバ内の温度を前記１５乃至３０℃に下降させ、前記物質をエッチングするに適合した１５乃至３０℃の温度に再調整する段階ｖ）を備え、
前記ｉ）乃至ｖ）段階は同一空間内でインサイチュに実施することを特徴とエッチング方法。
【請求項５９】
前記ｉ）段階で、前記物質をエッチングするに適合した温度は冷却剤として、液化窒素、二酸化炭素又は冷却水を使用して調整することを特徴とする請求項５８に記載のエッチング方法。
【請求項６０】
前記冷却剤は少なくとも一つの冷却剤が混合された混合物であることを特徴とする請求項５９に記載のエッチング方法。
【請求項６１】
ａ）前記物質は自然酸化物を含み、前記自然酸化物のエッチングは、
ｂ）前記エッチングガスとしてフッ素化合物を含み、窒素ガス、水素ガス及びこれらの混合ガスにより構成されるグループから選択されるいずれか一つをキャリアガスに使用し、
ｃ）リモートプラズマを使用することを特徴とする請求項５８に記載のエッチング方法。
【請求項６２】
前記フッ素化合物はＮＦ３であることを特徴とする請求項６１に記載のエッチング方法。
【請求項６３】
前記自然酸化物のエッチングは２０乃至４０秒間実施することを特徴とする請求項６１に記載のエッチング方法。
【請求項６４】
前記自然酸化物のエッチングは３０秒間実施することを特徴とする請求項６３に記載のエッチング方法。
【請求項６５】
前記１５乃至３０℃の温度から１００乃至２００℃の温度までの温度上昇速度は分当り３５乃至９２．５℃であることを特徴とする請求項５８に記載のエッチング方法。
【請求項６６】
前記ｉｉｉ）及びｉｖ）段階は１５０乃至２１０秒間実施することを特徴とする請求項５８に記載のエッチング方法。
【請求項６７】
前記ｉｉｉ）及びｉｖ）段階は１８０秒間実施することを特徴とする請求項６６に記載のエッチング方法。
【請求項６８】
前記１００乃至２００℃の温度から１５乃至３０℃温度までの温度下降速度は１４乃至３７℃であることを特徴とする請求項５８に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの処理方法、ウェーハの処理装置、エッチング方法およびエッチング装置に関するものであり、より詳細には、半導体製造工程中にウェーハ上に形成される自然酸化膜のような物質を処理するための方法及び装置、また前記物質をエッチングするための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、コンピュータのような情報媒体の急速な普及により、半導体装置は飛躍的に発展している。その機能面において、半導体装置は高速で動作すると同時に大容量の貯蔵能力を有することが要求される。これにより、半導体装置は、集積度、信頼度および応答速度などを向上させる方向に製造技術が発展している。
【０００３】
半導体装置のうち、ＤＲＡＭ素子の場合、製造技術の発展は２５６メガビットＤＲＡＭ（Ｍｅｇａ  ｂｉｔ  ＤＲＡＭ）の量産化及びギガビットＤＲＡＭ（Ｇｉｇａ  ｂｉｔ  ＤＲＡＭ）の量産化を許諾した。
【０００４】
２５６メガビットＤＲＡＭ及びギガビットＤＲＡＭは多層配線構造からなる。
【０００５】
多層配線構造に対する例は、たとえば、特許文献１（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｆｕｋｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．）及び特許文献２（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｔｏｔｔｏｒｉ）などに開示されている。
【０００６】
多層配線構造は、多層配線構造を形成する各層の順に積層して形成される。各層の積層工程の実施の際には、ウェーハが大気中に露出される場合が頻繁に起こる。ウェーハが大気中に露出されると、ウェーハ上に存在するシリコンが大気中の酸素と反応して自然酸化膜を形成することになる。
【０００７】
図１は、自然酸化膜１２が成長されているウェーハ１０を示す。ウェーハ１０が大気中の酸素と接触する場合、ウェーハ１０の構成物質であるＳｉと反応して図示するような自然酸化膜１２が成長する。このような自然酸化膜１２はウェーハ１０上に数Å程度の厚さを有して成長する。このようなウェーハ上に形成された自然酸化膜１２は、例えば特許文献３（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。
【０００８】
自然酸化膜は、後続される積層工程に不良要素に作用するだけでなく、半導体装置の動作速度及び信頼性などに支障をきたすコンタクト抵抗などを高くする原因として作用する。
【０００９】
図２は自然酸化層２２が成長されているウェーハ２０を示す。即ち、絶縁層２４のパターニングにより形成されたコンタクト２６の基底部のシリコンが大気中の酸素と反応して自然酸化層２２が成長されている。このような、自然酸化膜はコンタクト抵抗を高くする原因となるので、自然酸化膜を除去することが望ましい。
【００１０】
自然酸化膜を除去する工程に対する例は、たとえば、特許文献４（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｋａｗａｍｕｒａ）及び特許文献５（ｉｓｓｕｅｄ  ｔｏ  Ｙａｍａｚａｋｉ）などに開示されている。
【００１１】
特許文献５に開示されたように、ウェットエッチングにより自然酸化膜をエッチングする。しかし、アスペクト比（ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏｎ）が大きいコンタクトホールを有する構造では、ウェットエッチングによる自然酸化膜のエッチングが容易でない。また、ウェットエッチングはケミカルを使用するために、ウェーハ上に積層されている他の構造物にも影響を及ぼす。
【００１２】
特許文献４に開示されたように、ドライエッチングにより自然酸化膜をエッチングする。即ち、エッチングガスを使用して自然酸化膜をエッチングするために、アスペクト比が大きいコンタクトホールを有する構造でも、自然酸化膜を容易にエッチングすることができる。また、エッチングガスはウェットエッチングで使用するケミカルよりウェーハ上に積層されている構造物に少ない影響を及ぼす。ドライエッチングはウェーハを枚葉式に処理するために、ドライエッチングによる自然酸化膜のエッチングは生産性が相当に低い。
【００１３】
最近、ウェーハ上に薄膜を形成した後に後続工程を実施する以前に、自然酸化膜の成長を阻止するための前処理方法が提示されている。即ち、薄膜を形成した空間内で自然酸化膜の成長を抑制する前処理を実施した後、後続工程を実施する。このような、前処理工程の例が、特許文献６及び特許文献７などに開示されている。
【００１４】
特許文献６に開示されたように、ウェーハ上に薄膜を形成した後に、薄膜を形成した同一空間内で熱処理及び冷却を手順に実施する方法を使用して、薄膜上に自然酸化膜が成長することを阻止する。また、特許文献７には、薄膜を形成するためのチャンバ内に冷却部材とヒータが設けられる装置が開示されている。ウェーハ上に薄膜を形成した後に、チャンバ内で熱処理及び冷却を手順に実施することにより自然酸化膜が成長することを阻止する。
【００１５】
しかし、前処理を実施するにもかかわらず、自然酸化膜の成長を完全に抑制することは不可能である。即ち、大気中の酸素と接触する場合には、自然酸化膜が成長することを完全に無視できないためである。また、日本許公開公報の開示内容によると、前処理のための部材が薄膜を形成するためのチャンバ内に設けられるために、チャンバは空間的な制限があり、経済的にもチャンバを形成するための費用が上昇する。
【００１６】
従って、最近ではウェーハの処理のために、生産性を向上させ、空間的な制約を最少化するための方法及び処理を必要とする。
【００１７】
【特許文献１】
米国特許第６，２５５，１５１号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，２６５，７７８号明細書
【特許文献３】
米国特許第６，２２５，２１８号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，３２８，５５８号明細書
【特許文献５】
米国特許第６，０１５，７２４号明細書
【特許文献６】
特開昭６４−６８９２０号公報
【特許文献７】
特開平６−５３１４１号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数のウェーハを同一空間内で処理するに適合した半導体ウェーハの処理装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の第２目的は、上記の処理装置を用いて、複数枚のウェーハを同一空間内で熱処理するための半導体ウェーハの処理方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の第３目的は、同一空間内で複数枚のウェーハ上部に形成されている任意の物質をエッチングするのに適合したエッチング装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の第４目的は、上記のエッチング装置を用いて、同一空間内で複数枚のウェーハ上部に形成されている任意の物質をエッチングするためのエッチング方法を提供することにある。
【００２２】
上述した目的を達成するための本発明は、複数枚のウェーハが積載されているボートをチャンバ内に収容し、前記チャンバ内に反応ガスを導入してウェーハを処理する縦型の処理装置であって、前記ウェーハが積載されているボートを収容するための第１チャンバと、前記第１チャンバを収容し、その内面が前記第１チャンバの外面と対向して真空断熱空間を形成する第２チャンバと、前記第２チャンバ内周面に配置され、前記第１チャンバを加熱して前記ウェーハに熱を印加するための加熱手段と、前記第１チャンバの外周面に配置され、前記第１チャンバを冷却するための第１冷却手段と、前記第１チャンバ内に配置され、冷却ガスを噴射して前記ウェーハ及び前記第１チャンバの温度を下降させるための第２冷却手段とを有し、前記第１冷却手段は、前記第１チャンバの外周面上に第１チャンバの軸方向に冷却剤が流れるように、前記第１チャンバを軸方向へ複数個のラインが配置され、前記第１チャンバの一端部では少なくとも一つの隣接するラインと連結される冷却剤循環ラインである、ことを特徴とするウェーハの処理装置を提供する。
【００２３】
上述した他の目的を達成するための本発明は、上記の縦型の処理装置を用いたウェーハの処理方法において、ウェーハ周辺の温度を第１の温度に調整する段階ｉ）と、前記第１の温度で前記ウェーハの上部に反応ガスを導入して前記ウェーハを処理する段階ｉｉ）と、前記加熱手段により前記ウェーハ周辺の温度を前記第１の温度より高い第２の温度まで急速上昇させ前記ウェーハを処理する時に生成された反応副産物を前記ウェーハから部分的に分離させる段階ｉｉｉ）と、前記第２の温度に前記ウェーハを維持させ、前記反応副産物の大部分を前記ウェーハ周辺から分離する段階ｉｖ）と、前記第１冷却手段および第２冷却手段を用いて、前記ウェーハ周辺の温度を前記第２の温度から前記第１の温度まで下降させる段階ｖ）を備え、前記ｉ）乃至ｖ）段階は同一空間内でインサイチュに実施することを特徴とするウェーハの処理方法を提供する。
【００２４】
本発明によると、第１冷却手段および第２冷却手段による適切な温度調整を通じて同一空間内でウェーハを処理することができる。特に、複数枚のウェーハを対象とする縦型の装置で工程を実施することができるので、生産性を向上させることができる。
【００２５】
上述した他の目的を達成するための本発明は、複数枚のウェーハが積載されているボートをチャンバ内に収容し、前記チャンバ内にエッチングガスを導入してウェーハをエッチング処理する縦型のエッチング装置であって、前記複数枚のウェーハが積載されているボートを収容し、エッチングガスを導入して前記ウェーハ上の形成されている物質をエッチングするための第１チャンバと、前記第１チャンバを収容し、その内面が前記第１チャンバの外面と対向して真空断熱空間を形成する第２チャンバと、前記第２チャンバ内周面に配置され、前記第１チャンバを加熱して前記ウェーハに熱を印加するための加熱手段と、前記第１チャンバ外周面に配置され、前記第１チャンバを冷却させるための第１冷却手段と、前記第１チャンバ内に配置され、冷却ガスを噴射して前記第１チャンバ及びウェーハを冷却させるための第２冷却手段と、前記ボートを回転させ、前記ボートに積載されているウェーハを均一に加熱及び冷却させるための回転手段と、前記第１チャンバに接続され、前記ボートを待機及び保管するためのロードロックチャンバと、前記ロードロックチャンバに備えられ、前記第１チャンバとロードロックチャンバとの間で、前記ボートを移送するための移送手段とを含むことを特徴とするエッチング装置を提供する。
【００２６】
上述した他の目的を達成するための本発明は、請求項４９〜５７のいずれかに記載の縦型のエッチング装置を用いたエッチング方法において、任意の物質で形成されている複数枚のウェーハが導入されたチャンバ内の温度を前記物質をエッチングするのに適合した１５乃至３０℃に調整する段階ｉ）と、前記加熱手段により、前記１５乃至３０℃の温度で前記チャンバ内に前記物質をエッチングするためのエッチングガスを導入して前記ウェーハ上に形成されている物質をドライエッチングする段階ｉｉ）と、前記チャンバ内の温度を１００乃至２００℃まで急速上昇させ、前記ウェーハを加熱して前記物質をエッチングする時に生成された反応副産物を部分的に気化及び排気させる段階ｉｉｉ）と、前記１００乃至２００℃の温度で前記チャンバ及び前記ウェーハを維持して前記反応副産物の大部分を気化及び排気させ、前記反応副産物が前記ウェーハ上部及び前記チャンバ内に付着されることを抑制させる段階ｉｖ）と、前記第１冷却手段および第２冷却手段を用いて、前記チャンバ内の温度を前記１５乃至３０℃に下降させ、前記物質をエッチングするに適合した１５乃至３０℃の温度に再調整する段階ｖ）を備え、前記ｉ）乃至ｖ）段階は同一空間内でインサイチュに実施することを特徴とエッチング方法を提供する。
【００２７】
本発明によると、縦型のエッチング装置により複数枚のウェーハ上に形成されている任意の物質を同一空間内でエッチングすることができるので、生産性を極大化させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施例を詳細に説明する。
【００２９】
図３は本発明の一実施形態によるウェーハの処理方法を説明するための工程図である。
【００３０】
図３に示すように、ウェーハの周辺温度を第１の温度に調整する（段階Ｓ３０）。例えば、自然酸化膜を除去するための工程においては、第１の温度は１５乃至３０℃程度に調整する。温度調整は冷却剤を使用して調整する。冷却剤としては、例えば、液化窒素、二酸化炭素などを使用することができる。これらは単独又は混合して使用する。冷却剤としては水のような冷却流体などを使用することができる。
【００３１】
次に、第１の温度でウェーハを処理する（段階Ｓ３２）。ウェーハの処理として、例えば、ウェーハ上に形成されている自然酸化膜のような物質のエッチングがある。また、自然酸化物のエッチング工程は例えば、次のとおりに実施する。
【００３２】
第１の温度でウェーハの上部に反応ガスを導入する。反応ガスはキャリアガスを使用してウェーハ上に導入する。反応ガスはリモートプラズマ発生体を使用して励起させた状態にウェーハ上に導入する。反応ガスをプラズマに励起させた後に、励起された反応ガスを導入して自然酸化物をエッチングする。反応ガスは酸化物を容易にエッチングするフッ素化合物を含む。具体的に、反応ガスとしてはＮＦ3などのようなフッ素化合物を使用する。キャリアガスとしては窒素ガス、水素ガス、又はこれらの混合ガスを使用することができる。
【００３３】
ウェーハ上に形成される自然酸化膜は数Å程度の厚さを有する。自然酸化膜の厚さを考慮して、自然酸化物のエッチングは２０乃至４０秒間、望ましくは約３０秒間実施する。
【００３４】
ウェーハの周辺温度を第１の温度から第２の温度まで急速上昇させる（段階Ｓ３４）。この時、ウェーハを処理する時に生成された反応副産物は、ウェーハから部分的に除去される。第２の温度は約１００乃至２００℃である。また、温度は分当り約３５乃至９２．５℃程度の温度上昇速度を有して上昇する。第１の温度から第２の温度までの急速上昇は約５分以内、望ましくは２分程度以内に実施する。温度上昇は、例えば、ハロゲンランプを熱源として使用して実施する。
【００３５】
第２の温度でウェーハを加熱してウェーハを処理する時に生成される反応副産物の大部分をウェーハ周辺から分離させる（段階Ｓ３６）。段階Ｓ３２でウェーハを処理する時に反応副産物が発生するが、反応副産物をウェーハ周辺から分離させない場合には、反応副産物がウェーハ上部に付着され望ましくない。反応副産物はウェーハを加熱して反応副産物を気化させる。また、段階Ｓ３４及び段階Ｓ３６で、反応副産物はウェーハから完全に分離される。反応副産物の分離時間、即ち、反応副産物の分離工程の実施時間は１５０秒乃至２１０秒間、望ましくは約３分間実施する。
【００３６】
次に、ウェーハ周辺の温度を第２の温度から第１の温度まで急速に下降させる（段階Ｓ３８）。段階Ｓ３８での第１の温度は段階Ｓ３０及び段階Ｓ３２での第１の温度と同一である。前記温度の下降は一般に、温度の上昇時の上昇率に比べて小さい速度に下降する。しかし、最大限冷却効率を考慮して分当り１４乃至３７℃程度の温度下降速度に温度を下降させる。第２の温度から第１の温度までの下降は速いほどよいが、冷却効率を考慮して約５分程度が所要されるように調整する。前記温度の下降では、段階Ｓ３０で第１の温度を調整する時に使用した冷却剤と同一の冷却剤を使用する。即ち、温度の下降に使用される冷却剤は液化窒素、二酸化炭素またはこれらの混合物を使用することができる。その他も、冷却剤として、冷却水を使用することもできる。
【００３７】
このように、第１の温度まで下降させることにより、段階Ｓ３６でウェーハに加えられた熱的ストレスを減少させることができる。
【００３８】
段階Ｓ３０乃至段階Ｓ３８は、同一空間内でインサイチュからなる。このように、ウェーハの処理方法は同一の空間の温度を適切に調整し、同一空間内からなる。従って、本処理方法では、複数枚のウェーハを同時に処理することができる。例えば、２５乃至１００枚のウェーハを同時に処理することができる。
【００３９】
このように、本処理方法は温度調整を適切に実施することにより、同一空間内で複数枚のウェーハをインサイチュにより処理することができる。したがって、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００４０】
図４は、ウェーハ処理方法を実施するに適合したウェーハ処理装置４０の一例を示す。
【００４１】
図４に示すように、ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００及び第２チャンバ４１０を含む。第１チャンバ４００はウェーハＷを処理するための収容空間４００ａを有する。収容空間４００ａは複数枚のウェーハＷを同時に収容することができる程度のサイズを有する。具体的に、収容空間４００ａは２５乃至１００枚程度のウェーハＷを積載するボート４２０が収容されるサイズを有する。
【００４２】
第２チャンバ４１０は第１チャンバ４００を収容する。従って、第２チャンバ４１０の内面と第１チャンバ４００の外面が互いに対向する。第２チャンバ４１０と第１チャンバ４００間には、真空断熱空間４１０ａが形成される。真空断熱空間４１０ａはウェーハＷを処理する時、第１チャンバ４００の収容空間４００ａ内に熱を均一に分散させ、第２チャンバ４１０の外部に熱が放出されることを抑制する。
【００４３】
また、第１チャンバ４００の壁厚さは第２チャンバ４１０の壁厚さより薄く形成することが望ましい。これは、第１チャンバ４００の収容空間４００ａ内に印加される熱の伝達速度を高くするためである。
【００４４】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００内の収容空間４００ａ内に熱を印加するための加熱部４３０を含む。また、加熱部４３０は第２チャンバ４１０の内周面に配置されるが、第２チャンバ４１０の中心軸と平行に配置される。加熱部４３０で輻射熱を発生させ、第１チャンバ４００を加熱すると、第１チャンバ４００は加熱され、収容空間４００ａ内に熱を印加することにより、収容空間４００ａ内に収容されるウェーハＷに熱を印加することができる。第１チャンバ４００及び第２チャンバ４１０は、例えば熱導電性が優れるアルミニウム、アルミニウム合金のような金属に製造することができる。
【００４５】
図５は、加熱部４３０の概略的な構成を示す。図５に示すように、加熱部４３０はハロゲンランプ組立体の構成を有する。具体的に、ハロゲンランプ組立体は第２チャンバ４１０の軸方向と平行に配置されるハロゲンランプ４３０ａを含む。また、ハロゲンランプ４３０ａをカバーリングするカバー４３０ｂをさらに含む。ハロゲンランプ４３０ａはカバー４３０ｂにより外部から保護される。また、カバー４３０ｂは例えば、石英のような耐熱性透明材質からなる。従って、ハロゲンランプ４３０ａは輻射熱を発生し、輻射熱は透明なカバー４３０ｂを通過して第１チャンバ４００に熱を印加する。
【００４６】
加熱部４３０は第２チャンバ４１０の内周面に配置される。図５にはハロゲンランプ４３０ａが二つ設けられているハロゲンランプ組立体を示しているが、これは制限的ではなく、加熱部４３０が第１チャンバ４００の収容空間４００ａ内に工程条件に適合する熱を印加することができる限り、加熱部４３０のハロゲンランプ４３０ａの個数には特別の制限がない。本発明の他の実施形態によると、加熱部４３０は第２チャンバ４１０の側壁を切開した後、切開部に加熱部４３０を挿入させ形成することができる。
【００４７】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００を冷却させるための第１冷却部として、冷却剤循環ライン４４０ａを含む。冷却剤循環ライン４４０ａは第１チャンバ４００の温度を効果的に迅速に下降させることができる。図示するように、冷却剤循環ライン４４０ａは第１チャンバ４００の外周面に配置されるが、第１チャンバ４００の中心軸と平行に配置される。
【００４８】
図６は、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａを含む冷却装置４４０の一実施形態を示す。図６に示すように、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａは第１チャンバ４００の軸方向に並行に冷却体が通過するように配置される。具体的に、冷却剤循環ライン４４０ａは冷却剤が第１チャンバ４００の軸方向に流れるように、第１チャンバ４００の外周面上に複数個のラインが配置されるように構成される。冷却剤循環ライン４４０ａは第１チャンバ４００の上端又は下端で隣接するラインが交互的に連結され、全体的に一つの冷却剤循環ライン４４０ａをなす。本実施形態では、隣接するライン同士交互的に連結されることを示しているが、上端又は下端で少なくとも一つの隣接するラインが連結され冷却剤が通過することができれば十分である。このように、冷却剤循環ライン４４０ａを形成することにより、第１チャンバ４００の上端又は下端付近に冷却剤循環ライン４４０ａに冷却剤を導入する入口と冷却剤が噴出する出口を同時に形成することができる。また、本発明の他の実施形態によると、冷却剤循環ライン４４０ａを第１チャンバ４００の外周面にコイル形状で巻くことができる。このような場合には、第１チャンバ４００の上端に冷却剤の導入口が形成され、反対側である下端に冷却剤の出口が形成される。
【００４９】
冷却装置４４０は冷却剤循環ライン４４０ａに提供される冷却剤を貯蔵する冷却剤貯蔵部４４０ｂをさらに含むことができる。また、冷却剤循環ライン４４０ａには、冷却剤の提供を制御するためのバルブ４４０ｃが設けられることができる。第１チャンバ４００を加熱する時には、バルブ４４０ｃを遮断して冷却剤の供給を中断させる。
【００５０】
冷却剤循環ライン４４０ａを通じて冷却剤を循環させることにより、第１チャンバ４００を迅速に冷却させることができる。即ち、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａを使用して第１チャンバ４００に温度を下降させると同時に、加熱部４３０を冷却させることができる。
【００５１】
冷却装置４４０は冷却剤循環ライン４４０ａから分岐される分岐ライン４４０ｄ及び分岐ライン４４０ｄに設けられるバルブ４４０ｃを含む。分岐ライン４４０ｄは冷却剤循環ライン４４０ａにパージガスを提供する。加熱部４３０を駆動する前に、第１冷却部４４０内に残留する冷却剤を完全にパージさせ冷却剤を除去した後に、加熱部４３０を駆動すると、加熱部４３０の加熱効率が極大化される。第１冷却部４４０に冷却剤が存在する場合、加熱部４３０の加熱効率が若干低下されるためである。
【００５２】
図７は第１冷却部４４０に対する他の実施形態を示す。図７に示すように、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａは第２チャンバ４１０の外周面に設けることができる。第１冷却部４４０を通じて冷却剤を循環させると、第２チャンバ４１０がまず迅速に冷却され、第２チャンバ４１０は第１チャンバ４００から熱を吸収して第１チャンバ４００を冷却させる。
【００５３】
本発明の他の実施形態によると、冷却剤循環ライン４４０ａは第１チャンバ４００の外周面及び第２チャンバ４１０の外周面に同時に設けることもできる。このような場合には、加熱部４３０により加熱された第１チャンバ４００と加熱部４３０が付着されている第２チャンバ４１０を同時に冷却して冷却効率をさらに向上させることができる。
【００５４】
図８は、加熱部４３０及び第１冷却部４４０に対するさらに他の実施形態を示す。図８に示すように、第１冷却部４４０の冷却剤循環ライン４４０ａは加熱部４３０が配置される軸方向の両側及び加熱部４３０の下端又は上端を過ぎるように配置される。図８に示した加熱部４３０及び第１冷却部４４０の冷却剤循環ライン４４０ａの配置構造は第２チャンバ４１０に付着させる場合に使用される。即ち、第２チャンバ４１０の外周面に示したように、第２チャンバ４１０の外周面を取囲むように冷却剤循環ライン４４０ａを配置し、第２チャンバの側壁の切開後、切開部に加熱部４３０のカバー４３０ｂが第１チャンバ４００に向かうように加熱部４３０を配置する。加熱部４３０に使用されるハロゲンランプ組立体は、図では三つ示している。この時、加熱部４３０に対する冷却効率を向上させるためには一つの加熱部４３０ごとに冷却剤循環ライン４４０ａが両側と下端を各々通過することができるように配置されている。
【００５５】
本発明のウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００内に収容されているウェーハＷの温度を直接的に下降させるための第２冷却部４５０を含む。第２冷却部４５０は第１チャンバ４００内に、第１チャンバ４００の軸方向と平行に配置される。また、第２冷却部４５０は第１チャンバ４００内のウェーハＷが収容される部位の隣接部位に配置される。
【００５６】
図９は第２冷却部４５０を概略的に示す。図９に示すように、第２冷却部４５０は第１チャンバ４００内に収容されているウェーハＷの側面部位に冷却ガスを噴射するようにする。具体的に、第２冷却部４５０はウェーハＷの側面部位と対向する位置にホール４５０ｂを有する噴射ノズル４５０ａを含む。噴射ノズル４５０ａには冷却ガス貯蔵部４５５が連結されている。第２冷却部４５０は冷却ガス貯蔵部４５５から提供される冷却ガスを噴射ノズル４５０ａのホール４５０ｂを通じてウェーハＷの側面部位に噴射する。この時、冷却ガスはウェーハＷ間に噴射されることが望ましい。噴射ノズル４５０ａ及びホール４５０ｂの位置と個数はウェーハＷの均一な冷却と冷却速度を考慮して適当に調整することができる。
【００５７】
本発明のウェーハ処理装置４０は加熱部４３０を使用してウェーハＷの温度を急速に上昇させ、第１冷却部４４０及び第２冷却部４５０を使用してウェーハＷの温度を急速に下降させることができる。従って、ボート４２０に積載されている複数枚のウェーハＷを容易に処理することができる。
【００５８】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００の上部に設けられる回転部４６０をさらに含むことができる。回転部４６０は第１チャンバ４００内に収容されるボート４２０を回転部４６０がパージした後に回転させる。従って、回転部４６０を使用して一定した速度に回転させることにより、ウェーハＷに印加される熱を均一に伝達することができ、均一に冷却することができる。
【００５９】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００と連結される反応ガス導入ライン４７０及び排気ライン４８０をさらに含む。
【００６０】
図１０は導入ライン４７０及び排気ライン４８０を示す。導入ライン４７０は第１チャンバ４００の一側に連結され、ウェーハＷを処理する時に第１チャンバ４００に反応ガスを導入する。また、排気ライン４８０は導入ライン４７０が連結される一側と向き合う第１チャンバ４００の他側に連結され、ウェーハＷを処理する時に生成された反応副産物を排気する。特に、排気ライン４８０は反応副産物の排気だけでなく、第１チャンバ４００内の収容空間４００ａを真空に形成する役割を有する。即ち、排気ライン４８０の一側に真空ポンピングが可能である部材例を挙げると、真空ポンプ（図示せず）を連結して収容空間４００ａを真空にし、又は収容空間４００ａの反応副産物を排出することができるようにする。また、排気ライン４８０は真空断熱空間と連結される補助排気ライン４８０ａをさらに含むことができる。これにより、第１チャンバ４００を真空に形成する時真空断熱空間４１０ａまた真空で形成することができる。また、排気ライン４８０は加熱部４３０が配置される位置に近接するように設けることが望ましい。これは、周辺より温度が高い部位で反応副産物が容易に排気されるためである。
【００６１】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００の下方に位置するので、ロードロックチャンバ４９０をさらに含む。ロードロックチャンバ４９０は第１チャンバ４００に収容するウェーハＷを待機させ、処理されたウェーハＷを保管する。また、ロードロックチャンバ４９０にはウェーハのローディング及びアンローディング時にロードロックチャンバ４９０に雰囲気ガスを導入するためのガス導入ライン４９０ａとロードロックチャンバ４９０を真空で形成するためのガス排気ライン４９０ｂが備えられている。ウェーハＷを第１チャンバ４００にローディングする時はロードロックチャンバ４９０内を真空で形成することにより、ウェーハＷを第１チャンバ４００の真空環境に予め適応させる。また、ウェーハＷを第１チャンバ４００からアンローディングする時は、ガス導入ライン４９０ａから雰囲気ガスを導入してロードロックチャンバ４９０内を大気圧状態に形成することにより、ウェーハＷを外部環境に予め適応させる。従って、突然な環境変化によりウェーハＷに加えられるストレスを最少化することができる。
【００６２】
また、ロードロックチャンバ４９０はその一側に設けられるゲートバルブ４９０ｃを含む。ゲートバルブ４９０ｃを通じてウェーハＷがロードロックチャンバ４９０内に移送又は搬出される。また、ロードロックチャンバ４９０は第１チャンバ４００にウェーハＷを移送する時、開閉される動作を実施するスロットバルブ４９０ｄを含む。ウェーハＷを移送する時にスロットバルブ４９０ｄを開けて、ウェーハＷを処理する時にスロットバルブ４９０ｄは閉鎖される。スロットバルブ４９０ｄは第１チャンバ４００とロードロックチャンバ４９０を分離させる役割を有する。
【００６３】
ウェーハ処理装置４０はロードロックチャンバ４９０の下方に配置され、上下駆動が可能であるウェーハ移送部５００を含む。移送部５００は主に上下駆動をするために、リフターを使用する。移送部５００は第１チャンバ４００とロードロックチャンバ４９０間にウェーハＷを搭載したボートを移送する。
【００６４】
ウェーハ処理装置４０は第１チャンバ４００と連結されるリモートプラズマ発生体５１０を含む。リモートプラズマ発生体５１０は第１チャンバ４００内に導入される反応ガスを励起させる。励起された反応ガスはプラズマ状態にウェーハＷ上に導入されウェーハを処理する。
【００６５】
本発明によるウェーハ処理装置は、同一空間内で複数枚のウェーハＷをインサイチュに処理することができる。従って、処理装置を使用してウェーハＷをエッチング処理する場合、生産性は極大化される。
【００６６】
本発明のエッチング方法は、ウェーハに印加される温度条件及び複数枚のウェーハについて工程を実施することを除外してはウェーハ処理方法と同一にウェーハを処理することができる。また、本発明によるエッチング装置はウェーハ処理装置と類似する構成を有する。
【００６７】
本発明によるエッチング方法及びエッチング装置を使用してウェーハ上に形成されている任意の物質をエッチングする場合、生産性の向上を期待することができる。特に、任意の物質が自然酸化物である場合に本発明によるエッチング方法及びエッチング装置を使用することが特に適している。
【００６８】
多層配線構造を有する半導体装置の製造では、ウェーハが大気中に露出される場合が頻繁に発生するために、ウェーハ上には自然酸化物が成長する。自然酸化物は半導体装置を不良にするソースであるために、自然酸化物をエッチングすることが望ましい。この時、自然酸化物をエッチングする場合、複数枚のウェーハを本発明によるエッチング方法及び装置を使用する場合には生産性を極大化させることができる。また、同一空間内でインサイチュにより、自然酸化物をエッチングすることによって、生産性をさらに向上させることができる。また、エッチング装置は独立された構成を有する装置であるために、多少の空間的制約及び経済的制約がある。しかし、各々の部材が設けられる従来の装置的構成に比べては空間的制約及び経済的制約が節減される。
【００６９】
自然酸化物のエッチング
以下、本発明のエッチング方法及びエッチング装置を使用して自然酸化物をエッチングする実施形態を図面を参照して具体的に説明する。
【００７０】
図１１は自然酸化物のエッチングのための温度条件を示すタイミングチャートである。
【００７１】
ウェーハ上に多層配線構造を有する半導体装置を製造する。半導体装置は多層配線構造だけでなく、コンタクト構造物を有する。多層配線構造を形成するためには、ウェーハが大気中に頻繁に露出される。ウェーハ上のシリコンは大気中の酸素と接触して、ウェーハの最上部位及びコンタクト部位の低部に自然酸化物が成長する。
【００７２】
このように、自然酸化物が成長されているウェーハＷはボート４２０に続けて積載される。また、ボート４２０に例えば、２５枚乃至１００枚のウェーハＷが積載された場合、ボート４２０はウェーハ処理装置４０のロードロックチャンバ４９０に移送される。
【００７３】
ウェーハＷを積載したボート４２０をロードロックチャンバ４９０に導入する際には、ロードロックチャンバ４９０のゲートバルブ４９０ｃがオープンされる。また、ロードロックチャンバ４９０にボート４２０を導入した後、ゲートバルブ４９０ｃが閉鎖される。その後に、ガス排気ライン４９０ｂを通じて排気させ、ロードロックチャンバ４９０の内部を真空に形成する。この時、ロードロックチャンバ４９０の真空雰囲気はエッチングからなる第１チャンバ４００の真空雰囲気と同様の真空度を有する。
【００７４】
ロードロックチャンバ４９０に真空雰囲気が形成された後、ロードロックチャンバ４９０のスロットバルブ４９０ｄがオープンされる。続いて、移送部５００が上昇してボート４２０を第１チャンバ４００内の収容空間４００ａに移送させる。回転部４６０はボート４２０の上部をパージする。また、移送部５００は下降し、スロットバルブ４９０ｄは閉鎖される。従って、第１チャンバ４００内に例えば、１００枚のウェーハＷを積載したボート４２０が収容される。
【００７５】
その後、ウェーハＷが積載されたボート４２０を収容する第１チャンバ４００は排気ライン４８０を通じて真空化される。この時、第１チャンバ４００と第２チャンバ４１０間の真空断熱空間４１０ａも補助排気ライン４８０ａを通じて排気され真空化される。
【００７６】
また、第１チャンバ４００は約２０℃の温度を有するように調整される（段階Ｓ１１０）、温度は自然酸化物をエッチングするのに適合した温度である。この時、ボート４２０は回転部４６０により続けて回転するためにウェーハＷが均一な温度分布を有することになる。温度は冷却剤循環ライン４４０ａを循環する冷却剤により調節される。例えば、冷却剤循環ライン４４０ａに液化窒素又は冷却水を循環させることにより、温度を調節することができる。また、第２冷却部４５０を通じて窒素ガスをボート４２０に積載されているウェーハＷに噴射させて温度を調整することもできる。
【００７７】
続いて、約２０℃の温度で第１チャンバ４００内に自然酸化物をエッチングするためのエッチングガスが反応ガス導入ライン４７０を通じて導入される。これにより、ウェーハ上に形成されている自然酸化物がエッチングされる（段階Ｓ１１２）。エッチングガスとしてフッ素化合物を含むＮＦ3を使用し、キャリアガスとして窒素及び水素が混合された混合ガスを使用する。エッチングガスはリモートプラズマ発生体５１０を使用して励起された状態でボート４２０内に導入される。自然酸化物のエッチングは約３０秒間実施してウェーハ上に形成された数Å程度の自然酸化物をエッチングする。
【００７８】
自然酸化物をエッチングした後に第１チャンバの温度を約１５０℃に急速上昇させる（段階Ｓ１１４）。この時、急速上昇は約１２０秒以内に実施される。この時の温度の上昇速度は６５℃／ｍｉｎ程度である。温度の急速上昇は加熱部４３０を使用して実施する。また、温度を急速上昇させる前に、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａに分岐ライン４４０ｄを通じてパージガスを提供して第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａに残留する冷却剤を完全に除去する。これは、温度を急速上昇させる時の効率を上昇させるためである。温度が上昇されながら、自然酸化物をエッチングする時に生成されたフッ化珪素のような反応副産物が気化を始めながら排気される。従って、温度上昇の間に反応副産物は部分的にウェーハから分離される。
【００７９】
また、１５０℃の温度に第１チャンバ４００及びウェーハを加熱する（段階Ｓ１１６）。自然酸化物をエッチングする時に生成されたフッ化珪素のような反応副産物が大部分気化され、反応ガス排気ライン４８０を通じて大部分が排気される。１５０℃の温度に加熱して反応副産物が気化され、これを排気ラインを通じて排気させ、反応副産物をウェーハから完全に分離除去する。従って、反応副産物がウェーハの上部及びチャンバに付着されることを抑制させることができる。ここで、温度上昇及び高温維持時間（段階Ｓ１１４及びＳ１１６を実施する時間）は約１８０秒である。
【００８０】
続いて、第１及び第２チャンバ４００、４１０内部の温度を約２０℃の温度に急速に下降させる（段階Ｓ１１８）。即ち、１５０℃から２０℃に下降させる。温度の下降は第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａ及び第２冷却部４５０により実施される。即ち、第１冷却部である冷却剤循環ライン４４０ａに冷却剤を循環させ、第１チャンバ４００を冷却させ第１チャンバ４００の内部の温度を下降させる。また、第２冷却部４５０を通じてウェーハＷに冷却ガスを噴射することにより、ウェーハＷを冷却させると同時に、第１チャンバ４００内部の温度を下降させる。温度の下降は約３００秒以内に実施される。この時、温度の下降速度は２６℃／ｍｉｎ程度である。
【００８１】
また、約２０℃の温度で自然酸化物をエッチングされたウェーハを安定化させる（段階Ｓ１２０）。その後、エッチング工程を終わったウェーハＷは第１チャンバ４００から搬出される。
【００８２】
温度が下降すると、再び第１チャンバ４００とロードロックチャンバ４９０間にあるスロットバルブ４９０ｄがオープンされる。その後、移送部５００は上昇してウェーハＷを積載したボート４２０を支持し、回転部４６０からボート４２０を分離させる。
【００８３】
再び、移送部５００は下降してロードロックチャンバ４９０内にボート４２０を収容する。そうすると、スロットバルブ４９０ｄは閉鎖される。
【００８４】
その後、雰囲気ガス導入ライン４９０ａを通じて大気圧下の雰囲気ガス、例えば、窒素ガスを導入し、ロードロックチャンバ４９０を大気圧に維持させる。大気圧を維持した状態で、スロットバルブ４９０ｄがオープンされ、ウェーハを収納するボート４２０がロードロックチャンバ４９０から搬出される。
【００８５】
以後、Ｓ１１０乃至Ｓ１２０段階を反復的に実施することにより、複数のウェーハ上部に形成されている自然酸化物をエッチングする。
【００８６】
このように、エッチング方法及びエッチング装置を使用することにより、複数のウェーハ上に形成されている自然酸化物を容易にエッチングすることができる。しかも、適切な温度調整を通じて反応副産物からウェーハ及び前記装置を保護することができる。特に、前記方法及び装置は複数枚のウェーハを対象にインサイチュ工程を実施する。自然酸化物のエッチングはドライエッチングであるために、本発明によるエッチング方法及び装置を使用する場合にドライエッチングによりウェーハに加えられる損傷を最少化することができる。
【００８７】
以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明の実施例を修正または変更できるであろう。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によると、ウェーハの処理を容易に実施することができる。特に、室温及び高温がインサイチュにより交代する処理を容易に実施することができる。
【００８９】
また、本発明によると、ウェーハ上に形成された自然酸化物を容易にエッチングすることができる。特に、複数枚のウェーハを対象に自然酸化物のエッチングからなるために、生産性が向上される効果を期待することができる。しかし、一つのウェーハを対象とする半導体製造工程にも使用することができる。本発明の方法は多層配線構造を有する最近の半導体装置の製造に特に適している。
【００９０】
また、本発明のウェーハ処理及びエッチング装置は独立された構成を有するために、半導体装置の製造のための工程装置間に容易に配置することができる。従って、空間的制約及び経済的制約を最少化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のウェーハ上に成長されている自然酸化層を示す断面図である。
【図２】  従来のコンタクト構造を有するウェーハ上に成長されている自然酸化層を示す断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態によるウェーハの処理方法を説明するための工程図である。
【図４】  本発明の一実施形態によるウェーハの処理装置を説明するための概略的な構成図である。
【図５】  図４に配置される加熱部の概略的な構成を示す断面図である。
【図６】  図４の第１冷却部の一例を示す。
【図７】  第１冷却部の他の実施形態を示す。
【図８】  加熱部及び第１冷却部のまた他の実施形態を示す。
【図９】  図４に配置される第２冷却部を説明するための概略的な構成図である。
【図１０】  図４に配置される導入ライン及び排気ラインを説明するための概略的な断面図である。
【図１１】  本発明の一実施形態によるウェーハのエッチング方法での温度変化を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
４０…ウェーハ処理装置、
４００…第１チャンバ、
４００ａ…収容空間、
４１０…第２チャンバ、
４１０ａ…真空断熱空間、
４２０…ボート、
４３０…加熱部、
４４０ａ…冷却剤循環ライン、
４４０ｂ…冷却剤貯蔵部、
４４０ｃ…バルブ。
【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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