JP2004221155A

JP2004221155A - 酸化膜の除去方法、加熱方法、及び処理装置

Info

Publication number: JP2004221155A
Application number: JP2003003936A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Matsushima; 範昭松島
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】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において、単一の装置構成で処理を可能にするとともに、処理効率を高めることのできる処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の酸化膜の除去方法は、被処理体Ｗに形成された酸化膜を除去するために、活性ガス種を酸化膜と反応させて生成膜を形成する膜生成工程と、その後、当該生成膜を加熱して除去する膜除去工程とを有する酸化膜の除去方法であって、生成膜を加熱するための移動可能な加熱手段３２を用意し、膜生成工程では、加熱手段３２を、活性ガス種と酸化膜の反応を妨げないように被処理体Ｗから離間した退避位置に配置し、膜除去工程では、加熱手段３２を被処理体Ｗに接近した加熱位置に配置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被処理体に形成された酸化膜を除去する方法、加熱方法及びこの方法を行うための処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路の製造工程では、半導体ウエハ等の基板に対し、成膜工程やパターニング工程等の複数の処理工程を順次行うことにより、所望の素子構造を備えた回路が形成される。このような各種の処理工程が行われる過程においては、通常、基板の大気に晒される部分に大気中の酸素や水分により自然酸化膜が形成される。この自然酸化膜は素子構造等に種々の悪影響を与えるため、基板に対して成膜工程等の種々の処理を行う際の前処理段階として、上記の自然酸化膜を除去しなければならない場合がある。
【０００３】
従来は上記の自然酸化膜を除去する方法として、ウエハを薬液に浸漬して、自然酸化膜を薬液により除去するいわゆるウェット洗浄が行われていた。その後、半導体集積回路の高微細化、高集積化が進み、この方法ではホール底部に発生した自然酸化膜を充分に除去できないという問題が発生した。そのため、上記のウェット洗浄に代えて、エッチングガスを用いて自然酸化膜を除去するいわゆるドライエッチング法が提案されている。
【０００４】
上記のドライエッチング法の一例として、図４に示す装置を用いた方法が知られている（たとえば以下の特許文献１参照）。この装置は、Ｎ_２ガスとＨ_２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１１４と、被処理体である半導体ウエハＷに対して自然酸化膜を除去するための所定の表面処理を行う処理容器１１６とを有し、この処理容器１１６内には支柱１１８により支持された載置台１２０が設けられている。上記載置台１２０の下方の処理容器底部には、照射口１２６が形成されており、この下方に透過窓１２８が設けられている。この透過窓１２８の下方には、上記載置台１２０を裏面側から加熱するための加熱ランプ１３６を備えた加熱手段１３２が設けられている。ここで、プラズマ形成管１１４は処理容器１１６の天井部１１６Ａに設けられた開口部上に設置され、このプラズマ形成管１１４の上端にはＮ_２ガスとＨ_２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１４４が設けられている。さらにプラズマ形成管１１４の下端部１６４にＮＦ_３ガス供給部１６８が設けられている。
【０００５】
上記装置を用いる場合には、ウエハＷを処理容器１１６内に入れ、真空引きを行った後、プラズマガス導入部１４４から入ったＮ_２ガスとＨ_２ガスがプラズマ形成管１１４内でプラズマ化され、活性化される。さらにＮＦ_３ガス供給部１６８より供給されたＮＦ_３ガスはＮ_２ガス及びＨ_２ガスのプラズマにより活性化されることにより、混合された活性ガス種となる。この活性ガス種がウエハＷの表面に供給されることにより、ウエハＷ表面の自然酸化膜１０と反応し、この反応により所定の生成膜が形成される（以上、膜生成工程）。
【０００６】
上記の生成膜が形成された後、活性ガス種の供給を停止し、残留ガスを排除した後、加熱手段１３２の加熱ランプ１３６により載置台１２０をその裏面より照射加熱することによって、ウエハＷを１００℃以上に加熱する。これによって、ウエハＷ上に形成された上記生成膜は分解し気化するため、完全に除去することができる（以上、膜除去工程）。
【０００７】
ところで、上記の活性ガス種により自然酸化膜を上記生成膜に変化させる反応は低温で促進されることが知られており、このため、上記装置を用いる場合に、膜生成工程においては、透過窓１２８と載置台１２０の間に遮蔽板を配置することにより透過窓１２８に蓄積された熱がウエハＷに届かないようにし、膜除去工程においては、上記遮蔽板を開位置に置くことにより透過窓１２８を通して加熱手段１３２の放射熱が載置台１２０を加熱できるようにする方法も提案されている（たとえば、以下の特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３３５３１６号公報
【特許文献２】
特開２００１−５３０５５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の活性ガス種により自然酸化膜を上記生成膜に変化させる反応は、実際には低温でなければ反応が進行しにくく、また、気化しやすい良好な膜質を備えた生成膜を得ることが難しいという問題点がある。しかしながら、上記従来の装置では、生成膜を得るための反応時において載置台上のウエハＷの温度が上昇するため、生成膜の形成が不十分になるとともに膜質が悪化するという問題点がある。また、実際に上記装置を用いる場合には、被処理体の加熱処理後に新たな被処理体を処理容器に導入して生成膜を形成するというように、逐次に処理を行うことが一般的であるが、このようにすると、前回の膜除去工程により載置台の温度が上昇していることから、被処理体を低温で反応させることが難しいという問題がある。したがって、次の被処理体の処理を開始する前に載置台が所定の温度まで冷却されるのを待たねばならないため、処理のサイクルタイムが長くなり処理能力が著しく低下するという問題点がある。さらに、上記装置においては、加熱ランプと被処理体の間に透過窓と載置台が存在するとともに、載置台の背面に光を照射して加熱するようにしているため、被処理体に対する加熱効率が悪いという問題点もある。
【００１０】
上記のような状況により、従来においては単一の処理装置で膜生成工程と膜除去工程の双方を共に行うことは現実的には困難であることから、膜生成工程を行う第１の処理装置（反応処理装置）と、膜除去工程を行う第２の処理装置（加熱処理装置）とを別々に設け、膜生成工程後に第１の処理装置から第２の処理装置へと被処理体を移し変えて膜除去工程の加熱処理を行っていた。しかしながら、このようにすると、全体としての処理効率は上記文献に記載された装置を用いる場合よりも向上させることができるものの、処理を行うために２つの装置が必要になることから全体として装置構成が大型化し、また、設備コストも増大するという問題点があり、さらに、製造ラインのマルチプロセスクラスター化に対する大きな障害要因になるという問題もある。
【００１１】
そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、単一の処理装置によって膜生成工程と膜除去工程とを行うことができる方法、或いは、その装置構成において、処理効率の向上を図ることを目的とする。より具体的には、処理のサイクルタイムの短縮、或いは、膜除去工程における加熱効率の向上を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の酸化物の除去方法は、被処理体に形成された酸化膜を除去するために、活性ガス種を前記酸化膜と反応させて生成膜を形成する膜生成工程と、その後、当該生成膜を加熱して除去する膜除去工程とを有する酸化膜の除去方法であって、前記生成膜を加熱するための移動可能な加熱手段を用意し、前記膜生成工程では、前記加熱手段を、前記活性ガス種と前記酸化膜の反応を妨げないように前記被処理体から離間した退避位置に配置し、前記膜除去工程では、前記加熱手段を前記被処理体に接近した加熱位置に配置することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、加熱手段を移動可能に構成し、膜生成工程では加熱手段を退避位置に配置し、膜除去工程では加熱手段を被処理体に接近させることによって、膜生成工程では生成膜の形成反応を加熱手段により妨げることがなく、また、膜除去工程では加熱手段を被処理体に接近させて効率よく生成膜を除去することができるため、単一の処理装置により行うことができるとともに、従来の方法に較べて処理効率を大幅に向上させることができる。
【００１４】
ここで、加熱手段としては、抵抗加熱式の発熱体、加熱ランプ等の加熱光源、ペルチェ素子等の熱電効果を用いた熱電素子などを用いることができる。
【００１５】
本発明において、前記退避位置を前記処理容器内に臨む別の副室の内部に設定し、前記加熱位置を前記処理容器の内部に設定することが好ましい。処理容器とは別に構成され、処理容器内に臨む副室の内部に退避位置を設定することによって、処理容器内の処理ガスによる加熱手段への物理的及び化学的影響（処理ガスによる腐食や生成物の付着など）や、加熱手段による処理容器内の反応への物理的及び化学的影響（活性ガス種の流れに対する影響や生成膜への不純物の混入など）を低減することができる。
【００１６】
本発明において、前記加熱位置を、前記処理容器内における前記被処理体の前記生成膜が形成された表面に臨む位置とすることが好ましい。この手段によれば、加熱位置を被処理体の表面に臨む位置とすることにより、生成膜を直接に加熱することができるため、生成膜を効率的に除去することが可能になる。
【００１７】
本発明において、前記膜生成工程では、前記被処理体を支持体（たとえば支持台）により支持し、前記膜除去工程では、前記被処理体を前記支持体から離間させることが好ましい。これによれば、膜除去工程において支持体から被処理体を離間させることにより、加熱対象の熱容量（ヒートマス）を低減でき、加熱時における被処理体から支持体への放熱を低減できるため、被処理体を効率的に（迅速かつ十分に）加熱することができるとともに、支持体の加熱度合を低減することができるため、支持体の残熱によって次の被処理体に対する反応温度が高くなることによる生成膜の成膜速度の低下や膜質の悪化を防止することができ、或いは、支持体の残熱が除去されるまで待機することによる処理のサイクルタイムの増加を抑制することが可能になる。
【００１８】
本発明において、前記支持体を冷却することが好ましい。支持体を冷却することによって、膜生成工程において被処理体を冷却することができるので、反応速度及び膜質の向上を図ることができる。また、上記のように支持体と離間手段とを有する場合には、膜除去工程において支持体を冷却し続ける場合でも、被処理体と支持体とが離間しているため、支持体の冷却による被処理体の加熱処理に与える影響を低減することができる。そして、このように膜除去工程においても支持体の冷却を継続することにより、次の被処理体に対する冷却を迅速に行うことが可能になるので、更なるサイクルタイムの短縮を図ることができる。
【００１９】
また、本発明の加熱方法は、処理容器内にて表面処理された被処理体に対して加熱処理を行う加熱方法において、前記処理容器に接続された、副室内に設定された加熱手段を、前記処理容器に移動させて、前記表面処理された被処理体を加熱することを特徴とする。これによれば、処理容器の処理に与える影響を低減しつつ、被処理体に対する加熱処理を効率的に行うことができる。
【００２０】
次に、本発明の処理装置は、被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するために、内部に前記被処理体を配置して処理を行う処理容器と、活性ガス種を生成する活性ガス種生成手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段とを有し、前記処理容器内において前記活性ガス種を前記酸化膜と反応させて生成膜を形成し、その後、当該生成膜を加熱して除去するための処理装置であって、前記加熱手段は、前記活性ガス種と前記酸化膜の反応を妨げないように前記被処理体から離間した退避位置と、前記被処理体に接近した加熱位置との間を移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、加熱手段を退避位置と加熱位置との間を移動可能に構成したことにより、膜生成工程では加熱手段を退避位置に離間させて反応を妨げないように構成し、膜除去工程では加熱手段を接近させて加熱位置に配置させ、効率的に生成膜を加熱することができるため、従来の装置を用いる場合に較べて処理効率を大幅に高めることができる。
【００２２】
本発明において、前記処理容器内に臨む別の副室が設けられ、当該副室の内部に前記退避位置が設定され、前記処理容器の内部に前記加熱位置が設定されていることが好ましい。ここで、処理容器と副室とは加熱手段を通過可能とする開口部が設けられていることが好ましい。
【００２３】
本発明において、前記加熱位置は、前記処理容器内における前記被処理体の前記生成膜が形成された表面に臨む位置であることが好ましい。より具体的には、支持体に被処理体が支持される場合、前記加熱位置は被処理体の支持体とは反対側に設定される。また、支持体の上に被処理体が載置される場合、前記加熱位置は被処理体の上方位置となる。
【００２４】
なお、加熱手段を移動させるために用いる移動機構としては、加熱手段を回動移動させる回動移動機構、加熱手段を直進（並進）移動させる直進移動機構などが考えられ、また、移動のための構造として、回動可能な回動アーム、案内路に沿って移動する（直線）ガイド、伸縮可能な入れ子式構造を有する支持アームなどを用いることができる。
【００２５】
本発明において、前記被処理体を支持する支持体と、当該支持体から前記被処理体を離間させる離間手段とが設けられていることが好ましい。膜除去工程において離間手段により被処理体を支持体から離間させることにより、加熱時における支持体への放熱を低減できるため、被処理体をより効率的に加熱することができるとともに、支持体の加熱度合を低減できるため、次の被処理体に対する膜生成工程を迅速かつ適切に実施できる。
【００２６】
本発明において、前記離間手段は、前記支持体の支持面から出没可能に構成された可動部材と、当該可動部材を駆動する駆動機構とを含むことが好ましい。これによれば、支持体の支持面下に可動部材を没した状態とすることにより被処理体を支持面にて支持することが可能になり、また、支持面から可動部材を突出させることによって、可動部材により被処理体を支持面から強制的に離間させることが可能になる。ここで、上記の可動部材は、支持体と被処理体との間の熱伝導性を低下させるために、断面積の小さいピンなどの軸状部材であることが望ましく、また、同様に熱伝導性を低下させるために、ガラス、セラミックスなどの熱伝導性の低い素材で構成されていることが望ましい。なお、軸状部材は被処理体を安定姿勢で離間させるために複数設けられることが望ましい。
【００２７】
本発明において、前記支持体を冷却する冷却手段が設けられていることが好ましい。これによれば、膜生成工程において支持体により被処理体を冷却することができるので、反応速度を高め、膜質を向上させることができる。ここで、膜除去工程においても冷却手段による冷却作用を継続させることにより、支持体による次の被処理体の冷却を迅速に行うことが可能になるため、処理のサイクルタイムを短縮することが可能になる。
【００２８】
上記各手段において、活性ガス種としては、典型的にはＮ_２ガスとＨ_２ガスの混合ガスをプラズマ化させ、このプラズマ中にＮＦ_３ガスを導入したものを用いることができる。また、活性ガス種生成手段としては、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Ｎ_２ガスとＨ_２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供給されるプラズマ中にＮＦ_３ガスを添加するＮＦ_３ガス供給部とを備えていることが好ましい。さらに、本発明の処理装置で使用するプラズマ形成部は、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が好ましい。
【００２９】
また、上記生成膜の成膜速度を高め、膜質を向上させるために、膜生成工程における酸化膜の温度は０〜２５℃の範囲内であることが好ましく、特に、１０〜２０℃の範囲内であることが望ましい。また、生成膜を効率的に除去するために、膜除去工程における生成膜の加熱温度は、１００〜２５０℃とすることが好ましく、特に、１８０〜２２０℃の範囲内とすることが望ましい。
【００３０】
さらに、上記膜生成工程前に、被処理体である基板をアンモニアと過酸化水素とを含む洗浄液で洗浄することが好ましい。これにより、基板（特にシリコン基板）のコンタクト抵抗を減少させ、製品の歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、本発明の別の処理装置は、処理容器内にて被処理体の表面処理を行うとともに、表面処理された被処理体に対して加熱処理を行う処理装置において、前記処理容器に接続された副室と、前記処理容器と前記副室との間を移動可能に構成された加熱手段とを設け、当該加熱手段を前記副室内から前記処理容器に移動させて、前記表面処理された被処理体を加熱することを特徴とする。
【００３２】
本発明において、前記処理容器と前記副室との間にゲートバルブ（開閉扉或いは開閉可能な仕切り）が設けられていることが好ましい。これによって、パーティクルの発生を低減することができ、被処理体の汚染を低減することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一例の酸化膜（自然酸化膜）の除去方法に使用される処理装置の概略構成図である。この処理装置１２は、Ｎ_２ガスとＨ_２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（たとえば半導体ウエハＷ）に対して自然酸化膜を除去するための所定の表面処理を行う処理容器（メインチャンバー）１６とを有する。また、処理容器１６に臨み（隣接し）、後述する膜生成工程において加熱手段を収容する副室（サブチャンバー）１７も備えている。
【００３４】
この処理容器１６は例えばアルミニウムにより構成されている。この処理容器１６内には、被処理体を支持する支持台２０が設けられている。支持台２０には冷媒通路９７ａを介して冷媒が循環するように構成された冷却ブロック９７ｂを有する冷却装置９７によって冷却される。ここで、冷却ブロック９７ｂを支持台２０に接触させて冷却するようにしてもよいが、冷却ブロックを設ける場合には当該冷却ブロックを介して、或いは、冷却ブロックを設けずに、冷媒通路９７ａが支持台２０の内部を通過するように構成してもよい。また、支持台２０の下方には、駆動部材（駆動板）９０が駆動モータ９２によって上下方向に動作可能に構成されている。駆動モータ９２は処理容器１６の外部に配置され、この駆動モータ９２の図示しない出力部は被覆材９３によって被覆されることにより処理容器１６の内部とは隔絶されている。駆動部材９０には複数の可動ピン９１が固定され、これらの可動ピン９１は、支持台２０を上下に貫通するとともに、支持台２０の支持面（上面）から出没自在に構成されている。常態では可動ピン９１の先端は支持台２０の支持面と同じ高さか或いはそれ以下の没した状態にあるが、駆動モータ９２によって駆動部材９０が上昇すると、可動ピン９１も上昇し、その先端によって支持台２０上の被処理体（ウエハＷ）を図示二点鎖線で示すように上昇させ、支持台２０から離間させることができるようになっている。
【００３５】
ここで、可動ピン９１は、可動ピン９１を介した放熱量を低減するために、なるべく断面積の小さい形状（たとえば軸形状）を有することが好ましく、また、熱伝導率の低い素材（たとえばガラスやセラミックスなど）で構成されていることが望ましい。
【００３６】
処理容器１６の底部には排気口２２が設けられ、この排気口２２には排気管２５が取り付けられ、排気管２５は排気装置２４に接続されている。この構成によって、排気装置２４を稼動させることにより、排気口２２を介して処理容器１６内を排気（真空引き）することができるようになっている。
【００３７】
プラズマ形成管１４は管状に成型されており、処理容器１６の内部に開口部を介して連通している。より具体的には、処理容器１６の上部に起立し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の上部には、この管内にＮ_２ガスとＨ_２ガスを導入するプラズマガス導入部４４が設けられる。このプラズマガス導入部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、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、流量制御器５０を介してＮ_２ガス源５２及びＨ_２ガス源５４がそれぞれ接続されている。
【００３８】
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、たとえば２．４５ＧＨｚなど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内に設けた例えば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例えば矩形導波管６２を介して上記エベンソン型の導波管６０へ供給し、プラズマ形成管１４内に導入されたたマイクロ波によりプラズマ形成管１４内にプラズマを発生させてＮ_２ガスとＨ_２ガスの混合ガスを活性化して、活性ガスプラズマのダウンフローを形成し得るようになっている。
【００３９】
上記プラズマ形成管１４の下端部に設けられた流出口６４は、処理容器１６の内部に臨む。この流出口６４は、処理容器１６の上部壁に下方に向けて広がった円錐状に加工された開口となっている。この流出口６４の周囲には、ＮＦ_３ガスを供給するためのＮＦ_３ガス供給部６８が設けられる。ＮＦ_３ガス供給部６８は、連通路７４、ガス通路７６、流量制御器７８を介してＮＦ_３ガスを充填するＮＦ_３ガス源８０に接続されている。このＮＦ_３ガス供給部６８は、処理容器１６内にシャワー状にＮＦ３ガスを供給する。このＮＦ_３ガスは、上記流出口６４から導入されるプラズマのダウンフローによって活性化され、被処理体に向けて流れるように構成されている。なお、流出口６４を処理容器１６の上部内側において下方向に傘状に広がった形状に構成してもよい。また、流出口６４の直下に、ＮＦ_３ガス供給部６８を構成するシャワーヘッドを配置してもよい。
【００４０】
さらに、上記処理容器１６の横に副室１７が隣接して設けられている。この副室１７は処理容器１６の内部に開口部１６ｂ，１７ｂを介して臨むように形成される。副室１７の内部には回動アーム９６と、この回動アーム９６の先端に接続された加熱手段３２が収容される。開口部１６ｂ，１７ｂは、回動アーム９６と加熱手段３２が通過可能に構成されている。また、処理容器１６と副室１７との間には開口部１６ｂ，１７ｂを開閉するゲートバルブ（開閉扉或いは仕切り）１９が設けられている。このゲートバルブ１９は、加熱手段３２が副室１７内に配置されているときには開口部を閉鎖するが、後述するように加熱手段３２が副室１７内から処理容器１６内に移動する際には開口部を開放し、加熱手段３２を移動可能とする。このゲートバルブ１９によってパーティクルの発生その他の被処理体に対する各種の影響を低減することができる。
【００４１】
副室１７の下側には駆動モータ９４が設けられ、この駆動モータ９４から副室１７の下側の壁を貫通して回動軸９５が副室１７内に導入され、この回動軸９５には回動アーム９６の基部が固定されている。副室１７内における回動軸９５の位置は、図２に示すように、副室１７の中で回動アーム９６ｂおよび加熱手段３２ｂが効率的に収納できる位置（図示例では副室１７内の周縁位置）とされている。回動軸９５と副室１７の間は磁性流体シール等により気密に構成されている。
【００４２】
加熱手段３２は、回動アーム９６を回動させることによって、開口部１７ｂから処理容器１６の内部に移動し、最終的に支持台２０の真上に位置するように構成されている。加熱手段３２としてはヒータプレートなどの抵抗加熱式のヒータであることが好ましいが、これに限定されるものではなく、たとえば、光照射によって加熱を行う加熱ランプであってもよい。駆動モータ９４を作動させることにより、回動軸９５を介して回動アーム９６が回動し、加熱手段３２は、図２に点線で示す位置（以下、単に「退避位置」という。）と、図１及び図２に実線で示す位置（支持台２０を真上から臨む位置、以下、単に「加熱位置」という。）との間を移動可能に構成され、また、上記退避位置と加熱位置とにそれぞれ位置決め可能に構成されている。
【００４３】
なお、図示例では回動アーム９６は垂直軸線周りに回動可能に構成されているが、回動アームを水平軸線周りに回動可能に構成された構造としてもよい。また、上記例では加熱手段３２の退避位置を副室１７の内部に設定しているが、副室１７を設けることなく、処理容器１６内における被処理体に対する膜生成工程の反応を阻害しない領域に退避位置を設定してもよい。たとえば、膜生成工程では、水平軸線周りに回動可能な回動アームが処理容器１６の内側面に沿った垂直姿勢となるように構成し、このとき、回動アームの上端に接続された加熱手段３２が処理容器１６の内面近傍に設定された退避位置に配置されるように構成し、膜除去工程では、回動アームを上方から倒すように回動させることにより、加熱手段３２を支持台２０の近く（たとえば支持台２０の直上）に設定された加熱位置に配置するように構成してもよい。
【００４４】
図３は、加熱手段３２を移動させる移動機構（上記駆動モータ９４、回動軸９５及び回動アーム９６）とは異なる他の移動機構の構成例を示す図である。この構成例において、加熱手段３２には駆動軸９８、９８が接続されており、この駆動軸９８、９８の他端には油圧シリンダ９９のピストンロッドが連結されている。また駆動軸９８が副室１７の壁を貫通する部分には磁性流体シールが設けられており、気密に構成されている。この構成例においても、処理容器１６と副室１７の間には加熱手段３２と駆動軸９８が通過可能な開口部１６ｃ，１７ｃが形成されている。ここで、油圧シリンダ９９を作動させることにより、加熱手段３２が支持台２０の真上の加熱位置と副室１７内の退避位置との間を移動するように構成されている。このように加熱手段３２が直進（並進）移動するように構成することによって、図示のように、処理容器１６と副室１７との間の開口部１６ｃ、１７ｃを小さく形成することが可能になる。なお、加熱手段３２の移動機構としては、上述の構造に限定されるものではなく、たとえば、入れ子式の伸縮可能なアーム、スカラー型ロボットと同等の多関節型アーム構造なども用いることができる。
【００４５】
上記装置構成において、上記のように処理容器１６とは別に副室１７を設ける場合においては、処理容器１６と副室１７との間の上記開口部を開閉可能に構成することも可能である。この場合には、上記開口部に対して可動扉を公知の駆動機構によって開閉可能に設ければよい。
【００４６】
次に、以上のように構成された処理装置１２を用いて行われる被処理体の酸化膜（自然酸化膜）の除去方法について説明する。ここで、被処理体としては、半導体ウエハ（シリコンウエハ）だけでなく、各種金属、半導体、絶縁体を対象とすることができ、これらの各種素材の表面や穴内面などに形成された酸化膜を除去することができるが、以下の説明では半導体ウエハ（シリコンウエハ）について説明する。
【００４７】
まず、加熱手段３２を副室１７内に収納し、支持台２０を冷却装置９７により冷却した状態とする。そして、被処理体である半導体ウエハＷを図示しないゲートを介して処理容器１６内に導入し、これを支持台２０上に載置する。このウエハＷとしては、例えば前段階でコンタクトホール等が形成され、そのホール底部の表面に自然酸化膜が形成されているものなどが挙げられる。ウエハＷは支持台２０の支持面上に適宜の手段によって保持固定される。なお、ウエハＷを処理容器１６内に導入する前に、事前処理としてウエハＷをアンモニアと過酸化水素とを含む洗浄液で洗浄することが好ましい。これにより、事前処理を行わない場合に較べて酸化膜除去後における基板（特にシリコン基板）のコンタクト抵抗を減少させることができる。
【００４８】
上記のようにウエハＷを処理容器１６内に搬入したら、処理容器１６内を密閉し、排気装置２４を稼動させて容器内部を排気する。この場合、開口部１６ｂ，１７ｂを介して副室１７内も同様に排気される。
【００４９】
そして、Ｎ_２ガス源５２及びＨ_２ガス源５４よりＮ_２ガス及びＨ_２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、Ｎ_２ガスとＨ_２ガスはマイクロ波によりプラズマ化され、活性化される。このプラズマは処理容器１６内が排気されていること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。
【００５０】
一方、ＮＦ_３ガス供給部６８からは、ＮＦ_３ガス源８０より供給されたＮＦ_３ガスがＮ_２ガスとＨ_２ガスよりなるプラズマのダウンフロー中に添加される。この結果、添加されたＮＦ_３ガスも活性化され、上記したダウンフローとともに活性ガス種としてウエハＷの表面に到達する。この活性ガス種はウエハＷに形成された酸化膜（自然酸化膜）と反応し、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏなどを含む所定組成の生成膜を形成することになる。
【００５１】
上記反応は、たとえば、以下の化学式にて示される。
ａＳｉＯ_２＋ｂＮＦ_３＋ｃＮ_２＋ｄＨ_２
→ ｅ（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６＋ｆＯ_２↑ …（１）
ここで、上記ａ〜ｆは適宜の自然数である。ただし、この反応式は一例であり、これに限定されるものではない。上記（１）式の反応は低温で反応速度が増大する。また、ウエハＷの温度が上昇すると、上記（１）の反応以外の反応が発生し、成膜される生成膜の膜質が悪化し、後述する膜除去工程において十分に生成膜を除去しにくくなる。特に、ウエハＷの温度としては、０〜２５℃の範囲内であることが好ましいが、特に、１０〜１５℃程度であることが好ましい。このウエハＷの温度は上記冷却装置９７による冷却によって維持される。
【００５２】
この膜生成工程のプロセス条件の例としては、ガスの流量に関しては、Ｈ_２、ＮＦ_３、Ｎ_２が、それぞれ５０ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍである。プロセス圧力は約５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）、プラズマ化電力は約１０００Ｗ、プロセス時間は約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てなる生成膜を形成する。
【００５３】
上記のように生成膜の形成が完了した後、Ｎ_２、Ｈ_２、ＮＦ_３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内及び副室１７内を真空引きして残留ガスを排除する。
【００５４】
その後、駆動モータ９２を作動させ、駆動部材９０を介して可動ピン９１を支持台２０から突出させることにより、ウエハＷを持ち上げ、支持台２０の支持面から離間させる。また、駆動モータ９４を作動させて回動アーム９６を回動させ、加熱手段３２を副室１７内の退避位置からウエハＷの真上の加熱位置に移動させる。ここで、加熱手段３２は移動前に加熱を開始していてもよく、移動後に加熱位置において加熱手段３２の加熱を開始してもよい。この加熱により、ウエハＷを１００℃以上とする。特に、１８０〜２２０℃の範囲であることが好ましく２００℃前後が最も望ましい。
【００５５】
この加熱により、上記生成膜は、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏなどを含む分子に分解されて気化する。たとえば、上記（１）に示す組成の生成膜であれば、ＳｉＦ_４、ＮＨ_３、Ｎ_２、Ｈ_２などに分解される。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面が表れることになる。なお、この膜除去工程のプロセス条件の一例としては、プロセス圧力は１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の範囲内で、プロセス時間は２分程度である。
【００５６】
以上説明したように、この処理装置にあっては、ウエハ表面に形成された生成膜を加熱により気化させる膜除去工程（加熱処理工程）において、加熱手段３２は支持台２０に接近した加熱位置にあり、ウエハＷを加熱する。一方、膜生成工程（低温処理工程）においては、加熱手段３２は支持台２０から離間した退避位置にあり、上記反応を妨げないように構成される。したがって、膜生成工程における反応の妨げを考慮することなく膜除去工程において加熱手段３２を接近させることができるため、特に複雑な加熱のための装置構造を設けることなく、また、膜生成工程と膜除去工程とを別々のチャンバーで行う必要もなく、ウエハＷを効率的に加熱することが可能になる。
【００５７】
また、膜除去工程においてウエハＷは支持台２０から離間するため、加熱手段３２によって加熱されるべき熱容量（ヒートマス）を小さくすることができる。換言すれば、ウエハＷを加熱したときにウエハＷから支持台２０へと逃げる熱量を低減することができるため、ウエハＷを迅速かつ十分に加熱することができる。また、この膜除去工程において支持台２０に対する加熱度合を低減することができるため、次のウエハＷに対する冷却を迅速かつ十分に行うことができ、処理のサイクルタイムを短縮できるという利点もある。特に、本実施形態においては支持台２０が冷却装置９７によって冷却されているため、上記のように支持台２０に対する加熱量が低減されることにより、冷却性能の安定性、ひいてはウエハＷの温度の安定性を高めることができることから、処理のサイクルタイムを短縮しても、安定した膜生成を行うことが可能になる。また、膜除去工程中においても支持台２０を冷却し続けることによって被処理体の冷却制御の安定性をさらに高めることができる。なお、このように膜除去工程中において支持台２０の冷却を継続する場合でも、被処理体が支持台２０から離間しているため、被処理体に対する加熱作用が妨げられることはない。
【００５８】
この発明の処理装置及び処理方法によれば、被処理体の膜生成工程においては加熱手段が被処理体から離間し、膜除去工程においては被処理体に接近して加熱を行うため、単一の装置或いは同一のチャンバー内において膜生成工程と膜除去工程とを支障なく行うことができるとともに、効率的に加熱処理を施すことができる。また、膜除去工程において被処理体を支持体（支持台）から離間させることによって、処理のサイクルタイムを短縮することができるとともに、安定した処理性能を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の処理装置を模式的に示す概略構成図。
【図２】図１に示す処理装置の回動アーム等を模式的に示す概略平面図。
【図３】加熱手段の移動機構の他の構成例を模式的に示す概略平面図。
【図４】従来の処理装置の構成を示す概略構成図。
【符号の説明】
１２…処理装置、１４…プラズマ形成管、１６…処理容器、１７…副室、１９…ゲートバルブ、２０…支持台（支持体）、３２…加熱手段、９０…駆動部材、９１…可動ピン、９６…回動アーム、９７…冷却装置（冷却手段）

Claims

被処理体に形成された酸化膜を除去するために、活性ガス種を前記酸化膜と反応させて生成膜を形成する膜生成工程と、その後、当該生成膜を加熱して除去する膜除去工程とを有する酸化膜の除去方法であって、
前記生成膜を加熱するための移動可能な加熱手段を用意し、前記膜生成工程では、前記加熱手段を、前記活性ガス種と前記酸化膜の反応を妨げないように前記被処理体から離間した退避位置に配置し、前記膜除去工程では、前記加熱手段を前記被処理体に接近した加熱位置に配置することを特徴とする酸化膜の除去方法。
前記退避位置を前記処理容器内に臨む別の副室の内部に設定し、前記加熱位置を前記処理容器の内部に設定することを特徴とする請求項１に記載の酸化膜の除去方法。
前記加熱位置を、前記処理容器内における前記被処理体の前記生成膜が形成された表面に臨む位置とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化膜の除去方法。
前記膜生成工程では、前記被処理体を支持体により支持し、前記膜除去工程では、前記被処理体を前記支持体から離間させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の酸化膜の除去方法。
前記支持体を冷却することを特徴とする請求項４に記載の酸化膜の除去方法。
処理容器内にて表面処理された被処理体に対して加熱処理を行う加熱方法において、
前記処理容器に接続された、副室内に設定された加熱手段を、前記処理容器に移動させて、前記表面処理された被処理体を加熱することを特徴とする加熱方法。
被処理体の表面に形成された酸化膜を除去するために、内部に前記被処理体を配置して処理を行う処理容器と、活性ガス種を生成する活性ガス種生成手段と、前記被処理体を加熱するための加熱手段とを有し、前記処理容器内において前記活性ガス種を前記酸化膜と反応させて生成膜を形成し、その後、当該生成膜を加熱して除去するための処理装置であって、
前記加熱手段は、前記活性ガス種と前記酸化膜の反応を妨げないように前記被処理体から離間した退避位置と、前記被処理体に接近した加熱位置との間を移動可能に構成されていることを特徴とする処理装置。
前記処理容器内に臨む別の副室が設けられ、当該副室の内部に前記退避位置が設定され、前記処理容器の内部に前記加熱位置が設定されていることを特徴とする請求項７に記載の処理装置。
前記加熱位置は、前記処理容器内における前記被処理体の前記生成膜が形成された表面に臨む位置であることを特徴とする請求項７又は８に記載の処理装置。
前記被処理体を支持する支持体と、当該支持体から前記被処理体を離間させる離間手段とが設けられていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の処理装置。
前記離間手段は、前記支持体の支持面から出没可能に構成された可動部材と、当該可動部材を駆動する駆動機構とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の処理装置。
前記支持体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１０又は１１に記載の処理装置。
処理容器内にて被処理体の表面処理を行うとともに、表面処理された被処理体に対して加熱処理を行う処理装置において、
前記処理容器に接続された副室と、前記処理容器と前記副室との間を移動可能に構成された加熱手段とを設け、当該加熱手段を前記副室内から前記処理容器に移動させて、前記表面処理された被処理体を加熱することを特徴とする処理装置。
前記処理容器と前記副室との間にゲートバルブが設けられていることを特徴とする請求項８又は１３に記載の処理装置。