JP2002217178A - 処理装置及び処理方法 - Google Patents

処理装置及び処理方法

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JP2002217178A JP2001014348A JP2001014348A JP2002217178A JP 2002217178 A JP2002217178 A JP 2002217178A JP 2001014348 A JP2001014348 A JP 2001014348A JP 2001014348 A JP2001014348 A JP 2001014348A JP 2002217178 A JP2002217178 A JP 2002217178A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの処理容器内において低温処理と高温処
理ができ、しかも昇温操作と比較して長い時間を要する
降温操作を迅速に行うことが可能な処理装置を提供す
る。 【解決手段】 真空引き可能になされた処理容器２４
と、前記処理容器内へ必要な処理ガスを供給する処理ガ
ス供給手段１４８と、処理すべき被処理体Ｗを載置する
載置台４０とを有する処理装置において、前記載置台に
熱媒体を流すための熱媒体流路５０を形成し、前記熱媒
体流路に、低温処理を行うための冷却用熱媒体と高温処
理を行うための加熱用熱媒体とを選択的に供給する熱媒
体選択供給機構５４を接続するように構成する。これに
より、１つの処理容器内において低温処理と高温処理が
でき、しかも昇温操作と比較して長い時間を要する降温
操作を迅速に行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板等の
半導体ウエハなどに所定の２つの処理を連続的に行う処
理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を形成するため
には、シリコン基板等の半導体ウエハの表面に成膜処
理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理、エッチン
グ処理等の各種の処理が繰り返し施されることになる。
この場合、上記各処理の処理直前に、半導体ウエハ表面
に自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）が生成されていると、半導
体集積回路の電気的特性が劣化したり、最悪の場合には
不良品となる場合もあった。そこで、必要な場合には上
記各種処理を行う直前に半導体ウエハ表面に付着してい
る自然酸化膜を除去する処理、すなわちプレクリーニン
グ（Ｐｒｅ−Ｃｌｅａｎｉｎｇ）が行われている。ここ
で従来のプレクリーニング処理の一例について説明す
る。ここではプレクリーニング処理として、まず、自然
酸化膜を昇華し易い中間体に変換し、その後、これを加
熱することにより中間体を昇華させて自然酸化膜を除去
するようにした、２段階プロセスのプレクリーニング処
理について説明する。
【０００３】図８は自然酸化膜を中間体に変換する従来
の処理装置の一例を示す概略構成図、図９は中間体を昇
華させる従来の処理装置の一例を示す概略構成図であ
る。まず、図８に示すように、処理装置１の真空引き可
能になされた処理容器２の載置台４上にシリコン基板よ
りなる半導体ウエハＷを載置する。この半導体ウエハＷ
の表面には、すでに不必要な自然酸化膜が付着してい
る。この処理容器２の天井部には、例えば２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波によりＮ２ ガスとＨ２ ガスとからプラ
ズマを形成するためのリモートプラズマ発生機構６が設
けられており、上記プラズマを利用して水素活性種（Ｈ
＊）や窒素活性種（Ｎ＊）を形成するようになってい
る。そして、減圧状態に維持された処理容器２内におい
て、載置台４に冷却水を流してウエハ温度を例えば１５
℃程度の比較的低温に維持しつつ、処理ガスとしてＮＦ
３ ガスを導入する。これにより、ＮＦ３ ガス等と上記
各活性種であるＨ＊やＮ＊が自然酸化膜に作用して反応
し、自然酸化膜は中間体である（ＮＨ４ ）２ＳｉＦ６
に変換される結果、中間体膜８が形成されることにな
る。
【０００４】次に、表面に中間体膜８が形成された半導
体ウエハＷをこの処理装置から取り出して図９に示すよ
うな別の処理装置１０内へ導入する。この処理装置１０
内の載置台１２には、加熱手段として例えば抵抗加熱ヒ
ータ１４を設けており、例えばＮ２ ガスの減圧雰囲気
下において、この半導体ウエハＷを、例えば２００℃程
度の比較的高温に維持する。これにより、上記半導体ウ
エハ表面に付着していた中間体膜８は、熱分解して昇華
し、Ｈ２ 、Ｎ２ 、ＮＨ３ 、ＳｉＦ４ 、Ｈ２Ｏガス等
になって排出されて行き、これにより、半導体ウエハ表
面から自然酸化膜を除去することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなプレクリーニング処理では、中間体の形成を行う処
理装置１と、この中間体を昇華させる処理装置１０の２
つの装置が必要であることから、大幅な設備コストを余
儀なくされてしまう、といった問題があった。特に、複
数の各種の処理装置を、トランスチャンバの周囲に、い
わばすずなり状に接続してなるクラスタツール装置にあ
っては、接続できる装置数は制限されていることから、
上述したようにプレクリーニング処理を行うだけで２つ
の処理装置を設けるのは、処理効率の上からも好ましく
なかった。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、１つの処理容器内において低温処理と高温処理
ができ、しかも昇温操作と比較して長い時間を要する降
温操作を迅速に行うことが可能な処理装置及び処理方法
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、真空引き可能になされた処理容器と、前記処理容器
内へ必要な処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、処
理すべき被処理体を載置する載置台とを有する処理装置
において、前記載置台に熱媒体を流すための熱媒体流路
を形成し、前記熱媒体流路に、低温処理を行うための冷
却用熱媒体と高温処理を行うための加熱用熱媒体とを選
択的に供給する熱媒体選択供給機構を接続するように構
成したものである。これにより、載置台の熱媒体流路に
冷却用熱媒体と高温用熱媒体とを選択的に流すことによ
り、同一の処理容器内において低温処理と高温処理とを
連続的に、且つ迅速に行うことが可能となる。
【０００７】また、例えば請求項２に規定するように、
前記載置台には、補助熱媒体流路が形成されており、前
記補助熱媒体流路には必要時に前記高温処理後に前記載
置台の降温を促進させるための冷媒を流すための冷媒供
給機構を接続するように構成してもよい。これによれ
ば、載置台の降温時に補助熱媒体流路に冷媒を流すこと
により、載置台の降温操作を更に迅速に行うことが可能
となり、その分、スループットを向上させることが可能
となる。
【０００８】この場合、例えば請求項３に規定するよう
に、前記載置台は、上段ブロックと下段ブロックとに上
下２段に分離して接合されており、前記上段ブロックに
は前記熱媒体流路が形成され、前記下段ブロックには前
記補助熱媒体流路が形成されているようにしてもよい。
上記の場合、例えば請求項４に規定するように、前記上
段ブロックと前記下段ブロックとの接合部には、不活性
ガスよりなる熱対流用ガスを供給する熱対流用ガス供給
機構が接続されているようにしてもよい。これによれ
ば、上段ブロックと下段ブロックとの間の微細な隙間
（接合部）に熱対流用ガスが導入されるので、両ブロッ
ク間の熱伝達効率を促進させて、載置台の降温操作を一
段と迅速に行うことが可能となる。
【０００９】また、例えば請求項５に規定するように、
前記処理容器には、必要な活性種を発生させて前記処理
容器内へ導入するための活性種発生機構が接続されてい
る。また、例えば請求項６に規定するように、前記低温
処理は、前記被処理体の表面に形成されている自然酸化
膜を中間体へ変換する中間体形成処理であり、前記高温
処理は、前記中間体を昇華させる昇華処理である。
【００１０】また、例えば請求項７に規定するように、
前記中間体形成処理では、プラズマガスとしてＮ２ ガ
スとＨ２ ガスとを用い、処理ガスとしてＮＦ３ ガスと
ＳＦ ６ ガスとＣＦ４ ガスの内の少なくとも一種を用い
る。請求項８に係る発明は、上記処理装置を用いて実施
される方法発明であり、すなわち、真空引き可能になさ
れた処理容器と、前記処理容器内へ必要な処理ガスを供
給する処理ガス供給手段と、処理すべき被処理体を載置
する載置台とを有する処理装置を用いた処理方法におい
て、前記載置台上に載置した被処理体に対して所定の低
温の温度範囲において低温処理を行う低温処理工程と、
前記低温処理工程に引き続いて前記載置台を加熱するこ
とにより前記被処理体を昇温して所定の高温の温度範囲
内において高温処理を行う高温処理工程とを有する。
【００１１】この場合、例えば請求項９に規定するよう
に、前記低温処理工程は、前記被処理体の表面に形成さ
れている自然酸化膜を中間体へ変換する工程であり、前
記高温処理工程は、前記中間体を昇華させる工程であ
る。また、例えば請求項１０に規定するように、前記所
定の低温の温度範囲は１０〜２５℃であり、前記所定の
高温の温度範囲は２００〜４００℃である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る処理装置及
び処理方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る処理装置を示す構成図、図２は図１
中の載置台中に形成された熱媒体流路を示す水平断面
図、図３は図１中の載置台中に形成された補助熱媒体流
路を示す水平断面図である。ここでは、処理として前述
したプレクリーニング処理を行う場合を例にとって説明
する。この処理装置２０は、図示するように例えばアル
ミニウムにより内部が筒体状に成形された処理容器２４
を有している。この処理容器２４の底部２６の中心部に
は、挿通孔２８が形成されると共に周辺部には、排気口
３０が形成されており、この排気口３０には、図示しな
い真空引きポンプ等を介設した真空排気系３２が接続さ
れており、容器内部を真空引き可能としている。この排
気口３０は、容器底部２６に複数個、例えば等間隔で同
一円周上に４個程度設けられ、各排気口３０は、真空排
気系３２により共通に真空引きされている。
【００１３】また、この処理容器２４の側壁の一部に
は、ウエハ搬出入口３４が設けられ、ここに真空引き可
能になされたトランスファチャンバ３６との間を連通・
遮断する前記ゲートバルブ３８を設けている。尚、トラ
ンスファチャンバ３６に替えて、ロードロック室を設け
る場合もある。この処理容器２４内には、例えば表面が
アルマイト処理されたアルミニウム製の円板状の載置台
４０が設けられ、この上面に被処理体としての例えばシ
リコン基板よりなる半導体ウエハＷを載置するようにな
っている。この載置台４０の下面中央部には下方に延び
る中空円筒状の脚部４２が一体的に形成されている。こ
の脚部４２の下端は上記容器底部２６の挿通孔２８の周
辺部にＯリング等のシール部材４４を介在させてボルト
等を用いて気密に取り付け固定される。従って、この中
空脚部４２内は、外側に開放され、処理容器２４内に対
して気密状態となっている。
【００１４】上記載置台４０は、薄い円板状の上段ブロ
ック４０Ａと、同じく薄い円板状の下段ブロック４０Ｂ
とを上下２段に分離して接合されて構成されている。そ
して、上段及び下段ブロック４０Ａ、４０Ｂはそれぞれ
２ｃｍ程度の厚さに設定されると共に、両ブロック４０
Ａ、４０Ｂの接合部には、その周縁部に沿ってＯリング
等のシール部材４６が介在されており、両ブロック４０
Ａ、４０Ｂ間に形成される微細な隙間４８を処理容器２
４内側に対して気密にシールしている。そして、上記上
段ブロック４０Ａ内には、図２にも示すように、断面が
例えば矩形状になされた熱媒体流路５０が上段ブロック
４０Ａの全域に亘って例えば１〜２周程度、あたかも巻
回するように形成されている。また、上記下段ブロック
４０Ｂ内にも、図３にも示すように、断面が例えば矩形
状になされた熱媒体流路５２が下段ブロック４０Ｂの全
域に亘って例えば１〜２周程度、あたかも巻回するよう
に形成されている。尚、これらの流路５０、５２の巻回
数は上述したものに限定されず、更に多く設定してもよ
い。
【００１５】そして、上記上段ブロック４０Ａの熱媒体
流路５０には、本発明の特徴とする熱媒体選択供給機構
５４が接続されており、低温処理を行うための冷却用熱
媒体と高温処理を行うための加熱用熱媒体とを選択的に
供給し得るようになっている。ここでは、上記冷却用熱
媒体と加熱用熱媒体とは共に不活性ガス、例えば窒素ガ
スを用いており、この窒素ガスの温度を変えることによ
って、冷却と加熱の双方を行うようになっている。具体
的には、上記熱媒体流路５０の媒体入口５０Ａには、下
段ブロック４０Ｂに形成した貫通孔５６を挿通させて主
媒体供給ライン５８が接続されると共に、上記熱媒体流
路５０の媒体出口５０Ｂには、下段ブロック４０Ｂに形
成した貫通孔６０を挿通させて主媒体排出ライン６２が
接続されている。
【００１６】上記主媒体供給ライン５８の基端部には、
熱媒体となる不活性ガス、例えば窒素ガスを貯留するガ
ス源６４が接続されている。そして、この主媒体供給ラ
イン５８の途中は、２つに分岐されて一方には、窒素ガ
スを所定の温度、例えば１０〜２５℃に冷却して維持す
る冷却部６６が介設されると共に、他方には窒素ガスを
所定の温度、例えば２００〜４００℃に加熱して維持す
る加熱部６８が介設される。そして、上記主媒体供給ラ
イン５８の分岐点には、それぞれ例えば３方弁よりなる
上流側切替弁７０と下流側切替弁７２とが介設されてお
り、冷却或いは加熱された熱媒体のいずれか一方を選択
的に流すようになっている。そして、上記ガス源６４と
上記上流側切替弁７０との間の主媒体供給ライン５８に
は、開閉弁７４及びマスフローコントローラのような流
量制御器７６が順次介設されている。尚、上記窒素ガス
を循環使用させるようにしてもよい。
【００１７】一方、上記下段ブロック４０Ｂの補助熱媒
体流路５２には、冷媒供給機構８０が接続されており、
必要時に載置台４０の降温を促進させ得るようになって
いる。ここでは、冷媒として、例えば冷却水が用いられ
るがこれに限定されない。具体的には、上記補助熱媒体
流路５２の媒体入口５２Ａには、補助媒体供給ライン８
２が接続されると共に、上記補助熱媒体流路５２の媒体
出口５２Ｂには、補助媒体排出ライン８４が接続されて
いる。そして、上記両ライン８２、８４は、補助冷媒を
貯留してこれを圧送する補助冷媒源８６にて接続されて
おり、冷却水を循環使用するようになっている。そし
て、この補助冷媒源８６の上流側の補助媒体供給ライン
８２には、これに流れる冷却水の温度を所定の冷却温
度、例えば１０〜２５℃に維持する冷却部８８と開閉弁
９０とが順次介設されている。
【００１８】更に、上記上段ブロック４０Ａと下段ブロ
ック４２Ｂとの接合部の僅かな隙間４８には、これに不
活性ガスよりなる熱対流用ガス、例えばヘリウムガスを
供給するための熱対流用ガス供給機構９２が接続され
る。具体的には、上記隙間４８に熱対流用ガスライン９
４を接続し、このライン９４の基端部にヘリウム源９６
を接続している。尚、ヘリウムガスに替えてアルゴンガ
スを用いるようにしてもよい。そして、この熱対流用ガ
スライン９４には、上記ヘリウム源９６より開閉弁９８
及びマスフローコントローラのような流量制御器１００
が順次介設されている。
【００１９】一方、上記載置台４０の下方には、複数
本、例えば３本のＬ字状のリフタピン１０２（図示例で
は２本のみ記す）が上方へ起立させて設けられており、
このリフタピン１０２の基部は、リング部材１０４に共
通に接続されている。そして、このリング部材１０４を
処理容器底部に貫通して設けられた押し上げ棒１０６に
より上下動させることにより、上記リフタピン１０２を
載置台４０に貫通させて設けたリフタピン穴１０８に挿
通させてウエハＷを持ち上げ得るようになっている。上
記押し上げ棒１０６の容器底部の貫通部には、処理容器
２４において内部の気密状態を保持するために伸縮可能
なベローズ１１０が介設され、この押し上げ棒１０６の
下端はアクチュエータ１１２に接続されている。
【００２０】また、この処理容器２４の天井部には、シ
ール部材１１４を介して天井板１１６が気密に設けられ
ると共に、この天井板１１６の中央部には比較的大口径
の活性種導入孔１１８が形成されている。そして、この
活性種導入孔１１８に、必要な活性種を発生させて下方
の処理容器２４内へ導入するための活性種発生機構１２
０が設置されている。具体的には、この活性種導入孔１
１８の上部には、下端が開放された有天井の円筒体状の
プラズマ容器１２２がシール部材１２４を介して気密に
取り付けられている。このプラズマ容器１２２は、例え
ば石英やセラミックス材などの絶縁材よりなる。このプ
ラズマ容器１２２の周囲には、一端が接地されたマイク
ロ波コイル１２６が適当数だけ巻回されている。
【００２１】そして、このコイル１２６の他端には、マ
ッチング回路１２８を介して例えば２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波発生器１３０が接続されており、上記プラズマ
容器１２２内にマイクロ波を導入して後述するようにプ
ラズマを立てるようになっている。そして、このプラズ
マ容器１２２の天井部には、ガス導入口１３２が形成さ
れており、このガス導入口１３２には、活性種用ガスラ
イン１３４が接続されている。そして、この活性種用ガ
スライン１３４には、活性種用ガスとしてＮ２ガスとＨ
２ ガスを貯留するＮ２ ガス源１３６及びＨ２ ガス源
１３８が分岐してそれぞれ接続される。そして、各分岐
路には、それぞれ開閉弁１４０、１４２及びマスフロー
コントローラのような流量制御器１４４、１４６が順次
介設されており、必要に応じて上記Ｎ２ ガスやＨ２ ガ
スを流量制御しつつ供給し得るようになっている。
【００２２】そして、上記活性種導入孔１１８の周囲の
天井板１１６には、処理ガス供給手段１４８の一部を構
成する複数のガス導入口１５０が形成されており、この
ガス導入口１５０には、処理ガスライン１５２が接続さ
れている。この処理ガスライン１５２には、処理ガスと
してＮＦ３ ガスを貯留するＮＦ３ ガス源１５４が接続
されると共に、途中には、開閉弁１５６及びマスフロー
コントローラのような流量制御器１５８が下流側に向け
て順次介設されている。尚、図示されていないが、載置
台４０の上段、下段ブロック４０Ａ、４０Ｂの接合部に
おいて、リフタピン孔１０８の周囲や貫通孔５６、６０
の周囲にも、Ｏリング等のシール部材が介在されてお
り、処理容器２４内や隙間４８内の気密性を維持してい
るのは勿論である。
【００２３】次に、以上のように構成された処理装置を
用いて行なわれる本発明の処理方法について図４及び図
５も参照して説明する。図４は中間体の作成を行う低温
処理工程を説明するための説明図、図５は中間体を昇華
させるための高温処理工程を説明するための説明図、図
６は処理方法の流れを示すフローチャートである。ま
ず、真空状態に維持された処理容器２４内に、トランス
ファチャンバ３６側からウエハ搬出入口３４を介して未
処理の半導体ウエハＷを搬入し、これを載置台４０上に
載置する（図６中の点Ｐ１）。この半導体ウエハＷのシ
リコン表面には、種々の要因から僅かに不要な自然酸化
膜が付着している。このウエハＷの搬入に先立って、載
置台４０の上段ブロック４０Ａの熱媒体流路５０には、
冷却用熱媒体が流されており、また、下段ブロック４０
Ｂの補助熱媒体流路５２には冷媒として冷却水が流され
ており、載置台４０は所定の温度に維持されている。
尚、実際には、直前に行われた高温処理の温度から載置
台４０は十分に降温されて上記した所定の温度に維持さ
れている。
【００２４】具体的には、熱媒体選択供給機構５４にお
いては、主媒体供給ライン５８に介設された上流側切替
弁７０と下流側切替弁７２は、熱媒体が冷却部６６側を
流れるように切り替えられている。従って、ガス源６４
から流量制御されつつ流れ出した窒素ガスは、冷却部６
６にて所定の低温（室温）１０〜２５℃の範囲内に冷却
維持され、この冷却用媒体は主媒体供給ライン５８を流
れて上段ブロック４０Ａの熱媒体流路５０に至り、そし
て、この熱媒体流路５０の全体を流れた後に、主媒体排
出ライン６２から排出されることになる。これにより、
上段ブロック４０Ａは、高温状態から十分に降温冷却さ
れることになる。また、この載置台４０の降温を促進さ
せるために、冷媒供給機構８０においては、補助媒体供
給ライン８２と補助媒体排出ライン８４とを用いた循環
ラインにより、冷媒として冷却水が下段ブロック４０Ｂ
の補助熱媒体流路５２に流されて循環している。この冷
却水は、冷却部８８により上記冷却時の窒素ガスと同じ
温度、例えば１０〜２５℃の範囲内に設定維持されてい
る。これにより、下段ブロック４０Ｂも高温状態から十
分に降温冷却されて、上記した所定の温度を維持してい
る。
【００２５】この時、上段ブロック４０Ａを迅速に降温
させて所定の温度に安定的に維持するには、熱対流用ガ
ス供給機構９２を動作させて、この熱対流用ガスライン
９４から隙間４８にＨｅガスを供給し、これにより上段
ブロック４０Ａから下段ブロック４０Ｂへの熱伝達効率
を上げるようにするのがよい。尚、上記冷却されたＮ２
ガスよりなる低温用熱媒体のみで、十分迅速に載置台
４０を冷却し得るならば、冷却水及びＨｅガスの使用は
省略してもよい。
【００２６】このようにして、１０〜２５℃程度に維持
されている載置台４０上に、上述したように半導体ウエ
ハＷが載置されたならば、この処理容器２４内を密閉し
て、容器内部を真空引きしつつ、処理ガスとしてＮＦ３
ガスを流量制御しつつガス導入口１５０から処理容器
２４内へ導入すると共に、活性種用ガスとしてＮ２ ガ
スとＨ２ ガスとを活性種発生機構１２０のガス導入口
１３２からプラズマ容器１２２内へ流量制御しつつ導入
する。これと同時に、マイクロ波コイル１２６へ２．４
５ＧＨｚのマイクロ波を印加し、これにより、図４に示
すようにマイクロ波によりＨ２ ガスとＮ２ ガスのプラ
ズマが発生してこのプラズマにより両ガスの活性主Ｈ
＊、Ｎ＊及びこれらの活性種が結合して別の活性種ＮＨ
＊が生成されることになる。
【００２７】これらの活性種はＨ＊、Ｎ＊、ＮＨ＊はプ
ラズマ容器１２２内を降下して処理容器２４内に流入
し、ここで処理ガスであるＮＦ３ ガスと反応してＮＦ
３ Ｈｘとなり、更に、これらのガスや活性種が、半導
体ウエハ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）と反応して、
これが（ＮＨ４ ）２ ＳｉＦ６ よりなる中間体に変換
され、ウエハ表面に中間体膜８が形成されることにな
る。この時のプロセス圧力は例えば５３２Ｐａ（４Ｔｏ
ｒｒ）程度、ウエハＷが３００ｍｍサイズの時の各ガス
の流量は、例えばＮ２ ガス（プラズマ用）が１リット
ル／ｍｉｎ、Ｈ２ ガスが５０ｓｃｃｍ程度、ＮＦ３ ガ
スが１５０ｓｃｃｍ程度、プロセス時間が６０秒程度で
ある。尚、これらの各数値は単に一例を示したに過ぎ
ず、これに限定されない。また、プロセス温度が、１０
℃より低い場合、或いは２５℃よりも高い場合には、い
ずれの場合にも自然酸化膜を十分に中間体へ変換させる
ことができない。このようにして、所定の時間だけ低温
処理工程を行って中間体を作成したならば（図６中の点
Ｐ２）、次に、高温処理工程へ移行して上記中間体を昇
華させる。
【００２８】まず、図５に示すように、処理ガスである
ＮＦ３ ガスの供給及びＨ２ ガスの供給をそれぞれ停止
し、また、マイクロ波コイル１２６へのマイクロ波の印
加も停止し、プラズマや活性種を発生させないようにす
る。尚、Ｎ２ ガス源１３６からのＮ２ ガスの供給は引
き続いて行い、処理容器２４内をＮ２ ガス雰囲気にす
る。これと同時に、冷媒供給機構８０の動作を停止して
冷却水を補助熱媒体流路５２内へ流さないようにし、更
に、上下段ブロック４０Ａ、４０Ｂ間の隙間４８へのＨ
ｅガスの供給も停止する。そして、熱媒体選択供給機構
５４にあっては、冷却部６６の両側の上流側切替弁７０
と下流側切替弁７２とを切り替えて加熱部６８側へＮ２
ガスが流れるように設定する。これにより、加熱部６
８ではＮ２ ガスが所定の高温、例えば２００〜４００
℃程度の範囲内に加熱されて、Ｎ２ ガスは今度は加熱
用熱媒体（ホットＮ２ ）となって上段ブロック４０Ａ
の熱媒体流路５０内に沿って流れることになり、この載
置台４０を直ちに加熱昇温する。
【００２９】このようにして、載置台４０の温度が昇温
して所定の高温状態で安定したならば（図６中の点Ｐ
３）、この状態で所定の時間、例えば３０秒程度だけ高
温処理を施す。これにより、ウエハ表面上の中間体膜８
は、熱分解してＨ２ 、ＮＨ３、Ｎ２ 、ＳｉＦ４ ガス
等となって飛んでしまい、昇華してしまう。この時のプ
ロセス圧力は、例えば９３Ｐａ（０．７Ｔｏｒｒ）程度
である。この場合、プロセス温度が２００℃よりも低い
と中間体膜８が十分に昇華せず、また、４００℃よりも
高いと、製造すべき回路素子の種類にもよるが、電気的
特性が急激に劣化する恐れがあるし、また、処理容器壁
等から不純物金属が排出されてウエハが金属汚染を生ず
る恐れもある。
【００３０】このようにして、高温処理工程が終了した
ならば（図６中の点Ｐ４）、スループットを考慮して載
置台４０を迅速に冷却して降温させるために、先に図６
中の点Ｐ１−点Ｐ２間で説明したような操作を行う。す
なわち、上段ブロック４０Ａの熱媒体流路５０に流れる
熱媒体を、加熱用熱媒体から冷却用熱媒体へ切り替え、
下段ブロック４０Ｂの補助熱媒体流路５２へ冷媒として
冷却水を流しはじめると共に、上下段ブロック４０Ａ、
４０Ｂ間の隙間４８へＨｅガスを流しはじめる。これに
より、前述したように載置台４０の温度を急速に１０〜
２５℃に向けて低下させる。尚、この時も、前述したよ
うに冷却されたＮ２ ガスよりなる低温用熱媒体のみ
で、十分迅速に載置台４０を冷却し得るならば、冷却水
及びＨｅガスの使用は省略してもよい。そして、半導体
ウエハＷのハンドリング温度になったならば、処理済み
のウエハと未処理のウエハの差し替えを行う（図６中の
点Ｐ５）。
【００３１】このようにして、載置台４０の温度が所定
の低温状態になって、ウエハ温度も安定したならば（図
６中の点Ｐ６）、前述したと同様に、低温処理工程を行
えばよい。以後は、上述したようにこのような低温処理
工程と高温処理工程とを繰り返し行うことになる。この
ようにして、１つの処理装置内において、低温処理工
程、例えば中間体の形成操作と、高温処理工程、例えば
中間体の昇華操作とを、スループットを低下させること
なく迅速に連続的に行うことが可能となる。また、一般
的に昇温よりも降温により多くの時間を要する載置台４
０の熱的特性に鑑みて、降温時のみに下段ブロック４０
Ｂの補助熱媒体５２に冷媒（冷却水）を流すようにすれ
ば、載置台４０の降温速度を促進させることができ、ス
ループットを一層向上させることが可能となる。
【００３２】更には、上下段ブロック４０Ａ、４０Ｂ間
の隙間４８に、降温時にＨｅガスなどの熱対流用ガスを
供給すれば、両ブロック４０Ａ、４０Ｂ間の熱移動が促
進され、更に、載置台４０の降温速度を促進させること
が可能となる。また、ここでは冷却用熱媒体及び加熱用
媒体として窒素ガスを用いたが、これに限定されず、例
えばＡｒ、Ｈｅ等を用いることができる。また、この熱
媒体として、気体に限らず液体、例えば温水等を用いる
ことができる。また、ここでは補助熱媒体流路５２に流
す冷媒として冷却水を用いたが、これに限定されず、他
の冷媒、例えばガルデン（商品名）、フロリナート（商
品名）等も用いることができる。更には、ここでは処理
ガスとしてＮＦ３ ガスを用いたが、これに限定され
ず、ＮＦ３ ガス、ＳＦ６ ガス、ＣＦ４ ガスの内の少
なくとも一種を用いることができる。
【００３３】また、上記実施例では、載置台４０を、上
下段ブロック４０Ａ、４０Ｂの２つのブロックに分割さ
れたものを接合して構成した場合を例にとって説明した
が、これに限定されず、図７に示すように、載置台４０
として薄い一枚の円板状のブロック内に、熱媒体流路５
０と補助熱媒体流路５２を別々に形成するうにしてもよ
い。これによれば、載置台４０自体の熱容量を小さくし
て、載置台４０の昇温操作及び降温操作を一層迅速に行
うことが可能となる。また、ここでは低温処理工程と高
温処理工程として、ウエハ表面から自然酸化膜を除去す
るプレクリーニング処理を例にとって説明したが、これ
に限定されず、２つの異なる温度帯域で連続的に処理す
る工程ならばどのような処理にも本発明を適用すること
ができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の処理装置
及び処理方法によれば、次のように優れた作用効果を発
揮することができる。請求項１、５、６、７、８、９、
１０に係る発明によれば、載置台の熱媒体流路に冷却用
熱媒体と高温用熱媒体とを選択的に流すことにより、同
一の処理容器内において低温処理と高温処理とを連続的
に、且つ迅速に行うことができる。請求項２、３に係る
発明によれば、載置台の降温時に補助熱媒体流路に冷媒
を流すことにより、載置台の降温操作を更に迅速に行う
ことが可能となり、その分、スループットを向上させる
ことができる。請求項４に係る発明によれば、上段ブロ
ックと下段ブロックとの間の微細な隙間（接合部）に熱
対流用ガスが導入されるので、両ブロック間の熱伝達効
率を促進させて、載置台の降温操作を一段と迅速に行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る処理装置を示す構成図である。
【図２】図１中の載置台中に形成された熱媒体流路を示
す水平断面図である。
【図３】図１中の載置台中に形成された補助熱媒体流路
を示す水平断面図である。
【図４】中間体の作成を行う低温処理工程を説明するた
めの説明図である。
【図５】中間体を昇華させるための高温処理工程を説明
するための説明図である。
【図６】処理方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の処理装置の変形例を示す構成図であ
る。
【図８】自然酸化膜を中間体に変換する従来の処理装置
の一例を示す概略構成図である。
【図９】中間体を昇華させる従来の処理装置の一例を示
す概略構成図である。
【符号の説明】
８ 中間体膜 ２０ 処理装置 ２４ 処理容器 ４０ 載置台 ５０ 熱媒体流路 ５２ 補助媒体流路 ５４ 熱媒体選択供給機構 ５８ 主媒体供給ライン ６２ 主媒体排出ライン ６６ 冷却部 ６８ 加熱部 ７０ 上流側切替弁 ７２ 下流側切替弁 ８０ 冷媒供給機構 ８２ 補助媒体供給ライン ８４ 補助媒体排出ライン ８６ 補助冷媒源 ９２ 熱対流用ガス供給機構 ９４ 熱対流用ガスライン ９６ ヘリウム源 １２０ 活性種発生機構 １２２ プラズマ容器 １２６ マイクロ波コイル １３０ マイクロ波発生器 １４８ 処理ガス供給手段 １５４ ＮＦ３ ガス源 Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 DA04 FA02 FA10 GA02 JA10 KA23 KA26 4M104 DD23 5F004 AA14 BA20 BB18 BB25 BB26 CA01 CA04 DA01 DA17 DA18 DA24 DA25 DB03 EA28 5F033 QQ12 QQ15 QQ94 WW03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空引き可能になされた処理容器と、前
    記処理容器内へ必要な処理ガスを供給する処理ガス供給
    手段と、処理すべき被処理体を載置する載置台とを有す
    る処理装置において、前記載置台に熱媒体を流すための
    熱媒体流路を形成し、前記熱媒体流路に、低温処理を行
    うための冷却用熱媒体と高温処理を行うための加熱用熱
    媒体とを選択的に供給する熱媒体選択供給機構を接続す
    るように構成したことを特徴とする処理装置。
  2. 【請求項２】 前記載置台には、補助熱媒体流路が形成
    されており、前記補助熱媒体流路には必要時に前記高温
    処理後に前記載置台の降温を促進させるための冷媒を流
    すための冷媒供給機構を接続するように構成したことを
    特徴とする請求項１記載の処理装置。
  3. 【請求項３】 前記載置台は、上段ブロックと下段ブロ
    ックとに上下２段に分離して接合されており、前記上段
    ブロックには前記熱媒体流路が形成され、前記下段ブロ
    ックには前記補助熱媒体流路が形成されていることを特
    徴とする請求項２記載の処理装置。
  4. 【請求項４】 前記上段ブロックと前記下段ブロックと
    の接合部には、不活性ガスよりなる熱対流用ガスを供給
    する熱対流用ガス供給機構が接続されていることを特徴
    とする請求項３記載の処理装置。
  5. 【請求項５】 前記処理容器には、必要な活性種を発生
    させて前記処理容器内へ導入するための活性種発生機構
    が接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のい
    ずれかに記載の処理装置。
  6. 【請求項６】 前記低温処理は、前記被処理体の表面に
    形成されている自然酸化膜を中間体へ変換する中間体形
    成処理であり、前記高温処理は、前記中間体を昇華させ
    る昇華処理であることを特徴とする請求項１乃至５のい
    ずれかに記載の処理装置。
  7. 【請求項７】 前記中間体形成処理では、プラズマガス
    としてＮ２ ガスとＨ２ガスとを用い、処理ガスとして
    ＮＦ３ ガスとＳＦ６ ガスとＣＦ４ ガスの内の少なく
    とも一種を用いるようにしたことを特徴とする請求項６
    記載の処理装置。
  8. 【請求項８】 真空引き可能になされた処理容器と、前
    記処理容器内へ必要な処理ガスを供給する処理ガス供給
    手段と、処理すべき被処理体を載置する載置台とを有す
    る処理装置を用いた処理方法において、 前記載置台上に載置した被処理体に対して所定の低温の
    温度範囲において低温処理を行う低温処理工程と、 前記低温処理工程に引き続いて前記載置台を加熱するこ
    とにより前記被処理体を昇温して所定の高温の温度範囲
    内において高温処理を行う高温処理工程とを有すること
    を特徴とする処理方法。
  9. 【請求項９】 前記低温処理工程は、前記被処理体の表
    面に形成されている自然酸化膜を中間体へ変換する工程
    であり、前記高温処理工程は、前記中間体を昇華させる
    工程であることを特徴とする請求項８記載の処理方法。
  10. 【請求項１０】 前記所定の低温の温度範囲は１０〜２
    ５℃であり、前記所定の高温の温度範囲は２００〜４０
    ０℃であることを特徴とする請求項８または９記載の処
    理方法。
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