JP2002217154A - ドライ洗浄方法 - Google Patents

ドライ洗浄方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の製造過程におけるウエハ表面の
洗浄を乾燥雰囲気で高効率に実現する。 【解決手段】 本発明は、プラズマ生成手段９により生
成するプラズマの電気的作用および化学的作用と、被処
理ウエハ２の表面および裏面に近接して配置する構造体
４、５で形成する高速ガス流の摩擦応力による物理的作
用を併用して、被処理ウエハ２の表面および裏面を洗浄
することにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの製
造工程におけるウエハの洗浄装置に係り、特に半導体製
造の前工程におけるプラズマ処理や平坦化処理の後にウ
エハ表面に残存する異物等を真空中で除去する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ウエハ（以下、単にウエハ
と称す）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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】先に記した従来の洗浄
方法は基本的に水を使うウエット洗浄方であるため、下
記する課題を有する。ドライエッチングやプラズマCVD
といった真空中での処理を連続して真空中で一貫処理す
ると加工精度および製造効率を高められるが、各処理後
に必要な洗浄がウエット処理なため、一旦ウエハを大気
に出す必要性が生じ、先に記した効果を得られない。ウ
エット洗浄では、洗浄の他にリンス、乾燥の工程が必要
となり、製造工程の増加をまねく。ウエット洗浄では、
半導体材料の極表面を改質してしまい、半導体の微細化
に伴いその表面改質による歩留まりの低下が生じる。ウ
エット洗浄では、液体の表面張力により、微細構造部に
十分液体が浸透しない場合があり、微細構造部での洗浄
力が不足する。半導体装置の新材料、特に絶縁膜材料に
今後有機系膜やポーラスな有機系膜等の吸湿性の高い材
料が高性能デバイスでは必要となってきており、それら
材料を用いた半導体装置の製造ではウエット洗浄または
場合によっては大気にさらすだけでデバイスの特性劣化
が引き起こされる。通常、ウエット洗浄はバッチ処理で
行われる。ウエハが３００ｍｍΦ（直径）またはそれ以
上の場合、そのウエハの洗浄および洗浄前後のハンドリ
ングに時間を要する。一方、ウエット洗浄に置き換わる
洗浄方法として、ドライ(Dry)洗浄がある。そのドライ
洗浄は、例えば、特開平8-131981号公報、特開平8-8588
7号公報あるいは特開平9-17776号公報に開示されてい
る。本発明の目的は、先に記したウエット洗浄に伴う課
題を解決するため、真空中での洗浄でかつ真空中でもウ
エット処理に匹敵する洗浄力が得られるドライ洗浄を提
供することにある。
【０００４】
【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。
【０００５】本発明の一実施の形態は、真空排気手段に
より排気された真空容器内にて、被処理ウエハの表面お
よび裏面に近接または接してパット型構造体をそれぞれ
配置させ、該構造体と該被処理ウエハの間にガスを供給
し、該構造体を被処理ウエハに対して相対的に移動させ
ることで被処理ウエハ表面および裏面を洗浄することに
ある。
【０００６】
【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。
【０００７】本発明における第１の実施形態およびその
動作を説明する。なお、洗浄されるべき被処理体は、例
えば直径３００ｍｍΦの円形の半導体ウエハである。図
１に第１の実施形態における基本構成図を示す。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
に被処理ウエハ２および該被処理ウエハ設置手段３が設
置されている。被処理ウエハ設置手段３は被処理ウエハ
２の周辺４点を支持する構成となっており、かつ支持部
を回転させることにより被処理ウエア２を円周方向に回
転させる機能を有する。被処理ウエハ２の表面および裏
面にはパット型構造体４、５が近接して配置される。該
パット型構造体４、５には被処理ウエハ２上での水平方
向の移動を可能とする走査機構６と被処理ウエハ２に近
接配置するための上下移動機構７が設置されている。パ
ット型構造体４、５には該パット型構造体４、５と被処
理ウエハ２間に作用する加重を検出する加重検出手段８
が設置されており、該パット型構造体４、５と被処理ウ
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該パット型構造体４、５と被処理ウ
エハ２との間隔を制御している。また真空容器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の電磁波を用いたプラズマ生成手段
を用いた。すなわち、プラズマ生成手段９はマイクロ波
発振部２３、導波管２４および誘電体窓２５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（具体的には２．４５GHz）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。また、本実施の形態では、該プラズ
マ生成手段９によって生成されるプラズマ２２の拡散領
域に被処理ウエハ２を配置する構造とした。拡散領域に
被処理ウエハを配置することでプラズマ２２による過剰
な損傷等を被処理ウエハ２に与えることを防ぐことがで
きる。被処理ウエハ２の温度制御手段２０として赤外ラ
ンプが設置されており、その赤外光２６により被処理ウ
エハ２の温度を室温（約２５℃）から300℃の範囲で制
御できる構造となっている。構造体４、５より噴出され
るガスにて被処理ウエハ２の冷却が行われ、赤外ランプ
の加熱とあわせて被処理ウエハの温度を一定化するよう
に温度制御手段２０にて赤外ランプの出力を制御してい
る。本実施の形態では被処理ウエハの温度制御手段を用
いたが、特に被処理ウエハ温度を上げなくても十分な洗
浄力がある場合には当然ながらこのような温度制御手段
を必ずしも必要としない。図２は被処理ウエハ設置手段
３の詳細を説明するための平面図である。図は被処理ウ
エハ２と被処理ウエハ設置手段３を被処理ウエハ２上部
から見た図である。被処理ウエハ２の外周部が４個の被
処理ウエハ設置手段３に接し保持されている。また、各
被処理ウエハ設置手段３が図示するように回転すること
で被処理ウエハ２を回転させる。図１および図２に示す
被処理ウエハ設置手段３を用いることで、被処理ウエハ
２の両面を開放することができ、後述する両面の洗浄を
実施することが可能となる。
【０００８】次に、被処理ウエハ２の表面に近接させる
パット型構造体４および裏面に近接させるパット型構造
体５部の詳細を図３に示す。被処理ウエハに近接配置す
るパット型構造体４、５は被処理ウエハ２に近接するテ
フロンで形成されたパット部１０、ガス導入部１１、支
持部１２、加重検出手段８、走査機構６と上下移動機構
７への接続機構１３からなる。接続機構１３は支点１４
を中心に被処理ウエハ２の両面とパット部１０面との平
行を制御できる関節機能をもつ構造となっている。ガス
導入部はパット上部よりガスを供給し、パット部１０と
被処理ウエハ２の間にガスを噴出する構造となってい
る。本実施の形態ではパット部１０の中央部１箇所に形
成したガス噴出部１５からガスを噴出する形態および図
４に示すパット部１０の面内に均等配置した複数個の孔
のガス噴出部１６よりガスを噴出する形態の２種類を用
いた。図５、６に被処理ウエハの裏面に接する構造体の
別な実施の形態における構造を示す。半導体デバイス
（例えばMISFET）が造り込まれていない被処理ウエハの
裏面はさほど機械的なダメージを気にする必要がない。
よって、図５、６に示した実施の形態では被処理ウエア
裏面の洗浄力を優先するため、先の図３、４に示した構
造のように非接触とせず、直接被処理ウエハに接する構
造とした。図５、６にそれぞれ示すように、被処理ウエ
ハに接するパット部１７の表面は凹凸または毛状の構造
とした。図５、６に示す実施の形態においても、パット
部１７による異物除去で飛散した異物を再付着させない
ためにガス導入部１８よりガスを噴出する構造を有し
た。また同様にパット部１７の被処理ウエハ裏面への接
触圧力を制御する目的で加重検出手段１９を有する。
【０００９】本実施の形態ではパット型構造体４、５の
パット部に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。基本的にパット部の材質には被処理ウエハ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、被処理ウエハ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被
処理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。特に、図５、６にそれぞれ示すパット部は直
接被処理ウエハの裏面に接するためテフロン等の被処理
ウエハ（シリコン基板）に対して柔軟な材料が最適であ
る。
【００１０】また、本実施の形態ではパット型構造体
４、５の被処理ウエハに接する面の大きさは直径３cmと
した。これは被処理ウエハ２にプラズマ生成手段９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４が大きすぎると該パッ
ト型構造体により被処理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、本パット型構造体４、５の大きさは被処
理ウエハの大きさより小さいことが必要である。
【００１１】図７に図１の実施の形態とは異なる装置構
成例を示す。図７と図１の違いは主にプラズマ生成手段
９の位置である。図１の実施の形態ではプラズマ生成手
段9を被処理ウエハ２の表面側に配置した。これは主に
被処理ウエハ2表面の洗浄に下記するプラズマの洗浄ア
シスト効果を反映させるためである。図７に示す洗浄装
置は、被処理ウエハ2の表面および裏面の両方にプラズ
マのアシスト効果を反映させるため被処理ウエハ2の側
面側にプラズマ生成手段を配置した。このプラズマ生成
手段９の配置と被処理ウエハ２の回転機能により被処理
ウエハ２の両面に同様のプラズマアシスト効果を与える
ことができる。図７の実施の形態の他に被処理ウエハ２
の両面にプラズマアシスト効果を反映させる方法とし
て、被処理ウエハ２の両側それぞれにプラズマ生成手段
を配置しても同様の効果があることはいうまでもない。
また、主に裏面のみにプラズマの洗浄アシスト効果を反
映させたい場合には図１の装置構成におけるプラズマ生
成手段９側の被処理ウエハ２面を裏面とすることで可能
となることもいうまでもない。
【００１２】次に、本実施の形態における洗浄工程例を
用いて説明する。まず、洗浄の対象となる被処理ウエハ
２は被処理ウエハ設置手段３により支持される。被処理
ウエハ設置手段３は図１で概要を記したように被処理ウ
エハのエッジ部を複数点で保持し、被処理ウエア表面お
よび裏面の両面を開放し両面洗浄可能としている。次
に、図１でも説明したように被処理ウエハ設置部３の支
持部の回転により被処理ウエハ２を回転させる。本実施
例の場合おいては被処理ウエハ２の回転速度を200回転/
分とした。また温度制御機構２０である赤外ランプによ
り被処理ウエハの温度を100度に設定した。被処理ウエ
ハの温度を高めることで、被処理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。つづいて、
パット型構造体４および５のガス噴出部１５よりアルゴ
ンガスをそれぞれ噴出させ、該パット型構造体４、５を
走査機構６により被処理ウエハ２上に配置する。本実施
の形態ではパット型構造体４、５から噴出するアルゴン
ガス流量をそれぞれ２０リットル/分とした。噴出した
アルゴンガスは真空容器１に設置される排気手段により
排気される。
【００１３】次に、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ガスと構
造体４、５より導入したアルゴンガスの混合ガスのプラ
ズマを生成する。プラズマ生成後、構造体４、５を上下
移動機構７により被処理ウエハ２に近接させる。この
時、加重検出手段１９により構造体４および５と被処理
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
と被処理ウエハ２との間隔を制御する。具体的にはパッ
ト型構造体４、５より供給したアルゴンガスによりパッ
ト面と被処理ウエハ２面間は高ガス圧力状態となり、パ
ット部１７が被処理ウエハに接しなくてもパット部およ
び被処理ウエハ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被処理ウ
エハ２面との間隔が制御できる。加重検出手段１９には
圧電素子、歪計、バネ、弾力材、おもり、またはそれら
を組み合わせを用いることができる。本実施の形態では
パット部表面と被処理ウエハ２面の間隔が５〜２０μm
になるよう制御した。ただし、パット部表面と被処理ウ
エハ２面の間隔を１〜100μmの範囲とすることでも必要
に応じた同様の効果が得られる。構造体４のパット部表
面と被処理ウエハ２面の間隔を１μm以下にすると間隔
を一定に保つのが困難となると同時にあまり近接させる
と接触する可能性が高くなり被処理ウエハ２表面にダメ
ージを誘発するため１〜100μmの間隔が最も効果的であ
る。また、被処理ウエハ２の裏面を洗浄する構造体５と
被処理ウエハ２の間隔は、表面ほどダメージを気にする
必要がないため直接パット型構造体５が被処理ウエハ２
に接するよう配置しても問題ない。しかし、直接接する
場合においても、パット型構造体５と被処理ウエハ２間
の加重を管理することは必要であり、一定押付け圧力に
て裏面も洗浄される。また直接パット型構造体５を被処
理ウエハに接触させる場合は、図５、６に示したパット
部の構造を用いることで洗浄力を高めることができる。
【００１４】本実施の形態では、パット型構造体４、５
より供給するガスにアルゴンを用いたが、他に窒素、H
e、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４、５と
被処理ウエハ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。被処理ウエハ２との間隔が制御された構造体４、５
を走査機構６により被処理ウエハ２上を走査することで
被処理ウエハの回転とあわせて被処理ウエハ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。本実施の形態では被処理ウエハを回転する回転機構
を用いたが、他に構造体４、５自身を回転する機構また
は被処理ウエハを回転する機構と構造体自身を回転する
機構を併用する場合においても同様の効果がある。次
に、洗浄のメカニズムを説明する。まず、パット型構造
体４および５の機能を説明する。構造体４および５は主
に被処理ウエハ２表面または裏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、特に
デバイスが形成される被処理ウエハ表面では直接パット
型構造体４が被処理ウエハ面に接すると作用する物理的
力が大きすぎ被処理ウエハ面にダメージを生じさせてし
まう。そのため、本実施の形態ではパット型構造体４と
被処理ウエハ２間にガスを流し、該ガスを介して被処理
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４と被処理ウエハ２間にガス流を
生成することで、該ガス流の摩擦応力を被処理ウエハ表
面に作用することができる。このため、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。また、パット
型構造体４と被処理ウエハ２を近接させた微小隙間にガ
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る。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４と被処理ウエハ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。また高速のガス流
は被処理ウエハ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となる。このため、
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。被処理ウエハの裏面を洗浄する構造体６に関して
は、表面洗浄と基本的に同様であるがダメージをあまり
気にする必要がないことから図５、６等で示した構造体
のパット部で直接接触させ洗浄することで高い異物除去
能力をはたすことができる。
【００１５】次に、プラズマ生成手段９の機能を図8、
９、１０を参照し説明する。図8、９、１０に示すプラ
ズマの機能は前記で説明したパット型構造体４による物
理作用だけでは除去困難な異物の吸着力を緩和し、洗浄
効率を高めることにある。まず、図８は静電的に吸着し
た異物３０のプラズマ２７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３１に
はマイナス帯電により異物３０の静電吸着が生じてい
る。しかし、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のプラス電荷により、イオンシー
ス２８内での静電吸着力２９を緩和し、構造体４または
５による物理作用での洗浄力を高められる。次に、図９
は異物３０が被処理ウエハ３１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
３０が被処理ウエハ３１に化学吸着する場合、異物と被
処理ウエハ３０の接触面で酸化反応が生じている。すな
わち、異物３０と被処理ウエハ３１表面間で電子のやり
取りが行われることで化学吸着力が生じている。この状
態は化学反応論的には、異物３０とウエハ表面間で化学
吸着層３３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３２
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３０と
該オゾンまたは酸素ラジカル３２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１０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４、５から供
給するアルゴンガスとは別に、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３５に
分解される。これらハロゲンラジカル３５が被処理ウエ
ハ３１表面のシリコンまたはシリコン酸化膜を極少量エ
ッチング（リフトオフ）処理することで、被処理ウエハ
３１表面に溶けこむまたは食込んだ異物３０を除去しや
すくし、パット型構造体４による物理作用の洗浄力を高
める。すなわち、洗浄前のウエハ表面３４をエッチバッ
クすることにより、ウエハ３１表面に対する異物３０の
接触面積が小さくなる。このため、異物３０は容易に除
去される。本実施の形態ではCF4ガスの解離種を用いた
が、C2F6、C3F8、Cl2、F2、ＮＦ3、HF、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あることは言
うまでもない。また被処理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8、９、１０を参照し、
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。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。
【００１６】特に、本発明によるドライ洗浄方法を0.３
μm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。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】次に、本発明を用いた半導体装置の製造方
法について説明する。図１１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による洗浄機能を
付加した場合の半導体製造装置を示す平面図である。図
１１を用いて本実施の形態である半導体装置の製造方法
を説明する。従来、ドライエッチング等の処理後にはウ
エハを一旦大気に出しウエット洗浄を実施していた。図
１１に示す半導体製造装置はエッチングチャンバ等の主
プロセスチャンバ３６、３７の他に例えば図１に示した
洗浄チャンバ３８、３９が付加されている。処理前のウ
エハはウエハ入り口カセットからアーム４０によりウエ
ハ搬送室４１に搬送される。そして、主プロセスおよび
洗浄がされた処理後のウエハはアーム４０によりウエハ
出口カセットに収納される。本実施の形態によれば、ウ
エハに対し主プロセス（例えばドライエッチングのよう
なウエハの加工工程）が終了した後、ウエハ搬送室４１
でウエハ搬送アーム４０によってウエハを大気に開放す
ることなく洗浄チャンバ３８、３９に移送し、洗浄を行
う。これにより、トータルではウエット洗浄に伴う余分
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。図
１２は図１１に示す実施の形態の応用であり、主処理室
の他に後処理チャンバ４４、４５を設けた場合の例であ
る。具体的には主処理（チャンバ３６、３７）をエッチ
ング工程とし、後処理（チャンバ４４，４５）をレジス
トマスクの除去を行うアッシング処理とした場合であ
る。エッチング処理後にアッシング処理を行う。そして
その後、本発明における洗浄処理（チャンバ３８、３
９）を真空中で一貫して実施する。このことにより、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てきるこ
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。なお、図１１および図１２に示す実施の形態は、主
プロセスチャンバおよび後処理チャンバをそれぞれ2つ
有する装置構成にて説明した。しかしながら、これは量
産性を高めるために２チャンバ構成とした場合に適用し
た場合であり、当然、主プロセスチャンバまたは後処理
チャンバがそれぞれ１個づつの装置構成において、図１
に示す洗浄チャンバを付加し、同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。
【００２１】図１３に示す半導体製造装置は、先の単一
な処理だけなく複数の真空内処理を真空一貫で実現する
場合の構成である。すなわち、この半導体製造装置いわ
ゆるモジュウールは、複数の処理チャンバ４７がマルチ
チャンバ搬送室４６で接続され、処理室のうち少なくと
も1つ以上を図１に示した洗浄チャンバ４８を構成す
る。本実施の形態によれば、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。
【００２２】図１３に示したモジュウールにより作成す
る半導体装置の製造プロセスを、図１４を参照し、以下
に説明する。
【００２３】図１４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１３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１３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（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）１０
１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２を図１３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１０
１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。
【００２４】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。
【００２５】さらに、本実施の形態は、図１３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。
【００２６】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。
【００２７】図１５は図１または図７の実施の形態とは
異なる装置構成例を示す。図１５の装置構成では被処理
ウエハ２の裏面洗浄にパット型構造体とは別に冷却ガス
吹き付け手段４９を用いた場合の実施の形態である。炭
酸ガスあるいは窒素ガスを冷却し、かつ微細なノズルか
ら真空容器１内に該ガスを噴出させると微細な氷結微粒
子５０が形成される。該氷結微粒子５０はガス噴出によ
り比較的高い運動エネルギーを有しており、該運動エネ
ルギーで被処理ウエハ裏面の異物を衝突除去する。
【００２８】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１
６を参照し、以下に説明する。
【００２９】MISFETの形成は、大まかには図１６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５２に素子間分離のための溝分離領域
５４が形成される。なお、シリコン基板５２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５３が
堆積される。このゲート用ポリシリコン５３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５５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５６、５７）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５８がゲート電極５
５を有する半導体基板５２上に堆積される。 (e) 窒化膜５８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５５の側壁にゲート側
壁保護膜５９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５９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
５６Ｓ、５７Ｄ）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５
６Ｓ、５７Ｄ表面およびゲート電極５５表面にシリサイ
ド層６０がそれぞれ形成される。シリサイド層６０は、
例えば、コバルトをソース、ドレイン領域５６Ｓ、５７
Ｄ表面およびゲート電極５５表面に付着させ、熱処理す
ることにより形成される。
【００３０】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。
【００３１】なお、本実施の形態では、図１６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１７a
および図１７b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。
【００３２】図１７aは深孔コンタクト６４内部に付着
した異物６６を除去する機能の説明図で、図１７bは配
線６７のコーナ部（配線の段差部）に付着した異物６６
を除去する機能の説明図である。
【００３３】図１７aおよび図１７bに示したように、パ
ット型構造体６１とウエハの表面部２aとの隙間６２に
おいて、異物６６を除去するための物理的な作用をガス
の流れ６３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。
【００３４】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。
【００３５】本発明の洗浄方法は、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。
【００３６】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。
【００３７】
【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。
【００３８】本発明によれば、被処理ウエハ表面と裏面
を同時に洗浄することを可能とし、洗浄の適用範囲を拡
大すると同時に半導体装置の製造における歩留まり向上
と低コスト化が可能となる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基本構成図。
【図２】被処理ウエハ設置手段の詳細説明図。
【図３】実施の形態で用いた第１のパット型構造体の詳
細説明図。
【図４】実施の形態で用いた第２のパット型構造体の詳
細説明図。
【図５】被処理ウエハの裏面洗浄を行うパット型構造体
の一実施形態を示す図。
【図６】被処理ウエハの裏面洗浄を行うパット型構造体
の他の実施形態を示す図。
【図７】図１の実施の形態とは異なる装置構成を示す
図。
【図８】プラズマによる洗浄作用を示す説明図。
【図９】プラズマによる洗浄作用を示す他の説明図。
【図１０】プラズマによる洗浄作用を示す他の説明図。
【図１１】本発明を用いた半導体製造装置の一実施形態
を示す平面図。
【図１２】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形
態を示す平面図。
【図１３】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形
態を示す平面図。
【図１４】図１２に示す半導体製造装置を用いて製造す
る半導体装置のプロセスの断面図。
【図１５】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形
態を示す平面図。
【図１６】本発明に係る半導体装置のプロセスの断面図
【図１７】aは微細孔の洗浄効果を示す説明図、bは微細
構造段差部の洗浄効果を示す説明図。
【符号の説明】 １…真空容器、２…被処理ウエハ、３…被処理ウエハ設
置手段、４…表面用パット型構造体、５…裏面用パット
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、１
１…ガス導入部、１２…支持部、１３…接続機構、１４
…支点、１５…ガス噴出部、１６…複数個のガス噴出
部、１７…パット部、１８…ガス導入部、１９…加重検
出手段、２０…温度制御機構、２１…第２のガス導入手
段、２２…プラズマ、２３…マイクロ波発振部、２４…
導波管、２５…誘電体窓、２６…赤外光、２７…プラズ
マ、２８…イオンシース、２９…吸引力、３０…異物、
３１…ウエハ面、３２…酸素またはオゾンラジカル、３
３…化学吸着層、３４…洗浄前ウエハ表面、３５…ハロ
ゲンラジカル、３６…主プロセスチャンバ１、３７…主
プロセスチャンバ２、３８…洗浄チャンバ１、３９…洗
浄チャンバ２、４０…ウエハ搬送アーム、４１…ウエハ
搬送室、４２…ウエハ入り口カセット、４３…ウエハ出
口カセット、４４…後処理チャンバ１、４５…後処理チ
ャンバ２、４６…マルチチャンバ搬送室、４７…処理チ
ャンバ、４８…洗浄チャンバ、４９…冷却ガス吹き付け
手段、５０…氷結微粒子、５１…冷却ガス導入機構、５
２…シリコン基板、５３…ポリシリコン、５４…素子分
離、５５…ゲート電極、５６…ソース、５７…ドレイ
ン、５８…窒化膜、５９…ゲート側壁保護膜、６０…シ
リサイド、６１…パット型構造体、６２…パット型構造
体と被処理ウエハ表面の隙間、６３…ガス流、６４…微
細孔、６５…吸引力、６６…異物、６７…、微細段差構
造。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊澤 勝 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 3B116 AA03 AB33 AB53 BB44 BB81 BB82 CD11 CD41

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空排気手段により排気された真空容器内
    にて、被処理ウエハの表面および裏面に近接または接し
    てパット型構造体をそれぞれ配置させ、該構造体と該被
    処理ウエハの間にガスを供給し、該構造体を被処理ウエ
    ハに対して相対的に移動させることで被処理ウエハ表面
    および裏面を洗浄することを特徴とするドライ洗浄方
    法。
  2. 【請求項２】請求項１記載のドライ洗浄方法において、
    被処理ウエハの表面および裏面に近接または接して配置
    される前記構造体の大きさが被処理ウエハ径より小さい
    ことを特徴とするドライ洗浄方法。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載のドライ洗浄方法に
    おいて、真空容器内にプラズマを形成する手段を付加
    し、該プラズマと該表面および裏面に配置した構造体の
    作用により被処理ウエ面を洗浄することを特徴とするド
    ライ洗浄方法。
  4. 【請求項４】被処理ウエハの表面および裏面の各面に配
    置される構造体の隙間にガスを供給し、被処理ウエハの
    表面および裏面に配置した構造体に作用する圧力を検知
    し、該圧力が一定となるよう構造体の被処理ウエハへの
    押付け力を制御することで被処理ウエハと構造体の間隔
    を制御し、該ガスにより該被処理ウエハの表面および裏
    面を洗浄することを特徴とするドライ洗浄方法。
  5. 【請求項５】請求項４記載のドライ洗浄方法において、
    該構造体と該被処理ウエハの隙間にガスを供給する方法
    は、該構造体の被処理ウエハ面に接する面の中央部に形
    成したガス噴出し孔より該被処理ウエハ面に向けて噴出
    される構造であることを特徴とするドライ洗浄方法。
  6. 【請求項６】請求項４記載のドライ洗浄方法において、
    該構造体と該被処理ウエハの隙間にガスを供給する方法
    は、該構造体の被処理ウエハ面に接する面に複数個形成
    したガス噴出し孔より該被処理ウエハ面に向けて噴出さ
    れる構造であることを特徴とするドライ洗浄方法。
  7. 【請求項７】請求項４記載のドライ洗浄方法において、
    該被処理ウエハと表面および裏面に配置した構造体に作
    用する圧力を検知する手段が、該構造体と該構造体を保
    持する手段との間に設置された圧電素子、バネ、弾力
    材、歪計、おもりまたはそれらを組み合わせた構造のい
    ずれかであることを特徴とするドライ洗浄方法
  8. 【請求項８】請求項７記載のドライ洗浄方法において、
    該被処理ウエハと表面および裏面に配置した構造体に作
    用する圧力を検知する手段が複数個設置され、各圧力を
    検知する手段で検知される圧力が等しくなるように該構
    造体と該被処理ウエハ間隔を制御することを特徴とする
    ドライ洗浄方法。
  9. 【請求項９】請求項１記載のドライ洗浄方法において、
    表面および裏面に配置した構造体と被処理ウエハとの相
    対的な移動は、該構造体を被処理ウエハ面に対して平面
    方向で回転させ、かつ該構造体を被処理ウエハ面上で走
    査させることにより実効されることを特徴とするドライ
    洗浄方法。
  10. 【請求項１０】請求項１記載のドライ洗浄方法におい
    て、該被処理ウエハの表面および裏面に配置した構造体
    の被処理ウエハ面に近接する部分の材質は被処理ウエハ
    表面を構成する材料より硬度が低い材料が用いられるこ
    とを特徴とするドライ洗浄方法。
  11. 【請求項１１】請求項１０記載のドライ洗浄方法におい
    て、該被処理ウエハの表面および裏面に配置した構造体
    の被処理ウエハ面に近接する部分の材質は、テフロン
    （登録商標）、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の何れか１
    種類の材料で構成されていることを特徴とするドライ洗
    浄方法。
  12. 【請求項１２】請求項３記載のドライ洗浄方法におい
    て、プラズマを形成する手段によって、酸素、窒素、水
    素、ＮＦ3、ＮＨ3、HF、CF4、C２F6、C3F8、F２、Cl
    ２、He、アルゴン、ネオン、キセノンのいずれか１種類
    のガスまたはこれらガスを２種以上混合して導入してプ
    ラズマ化し、該プラズマと被処理ウエハ表面および被処
    理ウエハ表面に対し相対的に運動する構造体の相互作用
    により被処理ウエハ表面の異物を除去することを特徴と
    するドライ洗浄方法。
  13. 【請求項１３】請求項１２記載のドライ洗浄方法におい
    て、該構造体と該被処理ウエハ面の隙間に供給する主な
    ガスがAr、窒素、He、Neの何れか１種類であることを特
    徴とするドライ洗浄方法。
  14. 【請求項１４】請求項１３記載のドライ洗浄方法におい
    て、前記供給するガスの量は0.５リットル/分以上から5
    00リットル/分以下であることを特徴とするドライ洗浄
    方法。
  15. 【請求項１５】請求項１記載のドライ洗浄方法におい
    て、一方の構造体と被処理ウエハの表面との隙間を１マ
    イクロメートル以上100マイクロメートル以下、他方の
    構造体と被処理ウエハの裏面との隙間を0〜100マイクロ
    メートル以下とすることを特徴とするドライ洗浄方法。
  16. 【請求項１６】請求項１記載のドライ洗浄方法におい
    て、該被処理ウエハを300℃以下に加熱することを特徴
    とするドライ洗浄方法。
  17. 【請求項１７】請求項３記載のドライ洗浄方法におい
    て、該プラズマを形成する手段が、誘電体窓を介しマイ
    クロ波帯、UHF帯波、ラジオ波帯のずれかの周波数帯の
    電磁波を真空容器内に導入しプラズマを形成する方式で
    あることを特徴とするドライ洗浄方法。
  18. 【請求項１８】請求項３記載のドライ洗浄方法におい
    て、該プラズマを形成する手段は電磁波に磁場を印加し
    てプラズマを形成することを特徴とするドライ洗浄方
    法。
  19. 【請求項１９】請求項３記載のドライ洗浄方法におい
    て、前記プラズマ形成手段による形成されるプラズマの
    拡散領域内に該被処理ウエハの表面および裏面に配置し
    たそれぞれの構造体が設置されることを特徴とするドラ
    イ洗浄方法。
  20. 【請求項２０】請求項１記載のドライ洗浄方法におい
    て、被処理ウエハの裏面を洗浄する構造体の表面は複数
    の突起または毛状となっており、該突起または毛の先端
    を被処理ウエハの裏面に接触させて洗浄することを特徴
    とするドライ洗浄方法。
  21. 【請求項２１】容器内が真空排気手段により排気される
    真空容器と、被処理ウエハ設置手段と、被処理ウエハの
    表面および裏面に近接または接してそれぞれ配置される
    構造体と、該構造体と該被処理ウエハの間隔を制御する
    手段と、該構造体と該被処理ウエハの間にガスを供給す
    る手段と、該構造体を被処理ウエハに対して相対的に移
    動する手段とを有した処理装置を準備し、該被処理ウエ
    ハ設置手段に被処理ウエハを設置し、該構造体のそれぞ
    れを被処理ウエハに対して相対的に移動させ、被処理ウ
    エハ表面および裏面に付着した異物を除去することを特
    徴とする洗浄方法。
  22. 【請求項２２】請求項２１記載のドライ洗浄方法におい
    て、被処理ウエハの表面および裏面に近接または接して
    配置される構造体の大きさが被処理ウエハ径より小さい
    ことを特徴とする洗浄方法。
  23. 【請求項２３】請求項２１記載のドライ洗浄方法におい
    て、真空容器内にプラズマを形成する手段を付加し、該
    プラズマと該表面および裏面に配置した構造体の作用に
    より被処理ウエハの表面に付着した異物を除去すること
    を特徴とする洗浄方法。
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