JP2007110157A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマダメージを防止しウエハの自然酸化膜を確実に除去する。
【解決手段】自然酸化膜除去装置１０のプロセスチューブ１１にガス導入口部２２を形成し、ガス導入口部２２にガス導入管２３の一端を接続する。ガス導入管２３の他端には外部にプラズマ発生装置２６が設置されたプラズマ室２５を形成し、Ｈ₂ ガス供給源２７とＮ₂ ガス供給源２８を接続する。ガス導入管２３の途中には供給管２９を挿入し、供給管２９の他端にＮＦ₃ ガス供給源３０を接続する。ガス導入管２３に供給されたＮＦ₃ ガス３３はＨ₂ とＮ₂ の混合ガス３１がプラズマ２４で活性化された活性ガス３２で活性化されて自然酸化膜除去ガス３４として処理室１２に供給される。ガス導入管においてＮＦ₃ ガスの分解の度合いを適正に制御することで、プラズマダメージを防止しつつ自然酸化膜を確実に除去できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、処理が施される基板の自然酸化膜を除去する技術に係り、例えば、半導体装置の製造方法において半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハに成膜処理やアニール処理、酸化膜形成処理および拡散処理等の熱処理を施す際に利用して有効な技術に関する。

半導体装置の製造方法において、シリコンウエハ（以下、ウエハという。）に成膜処理やアニール処理、酸化膜形成処理および拡散処理等の熱処理を施すのにバッチ式縦形ホットウオール形熱処理装置（furnace 。以下、熱処理装置という。）が、広く使用されている。

ところで、半導体装置の製造方法においては、ウエハが各工程間を移動する際にウエハが大気に晒されると、大気中の酸素や水分に起因して自然酸化膜がウエハの表面に形成されること、並びに、このウエハの表面の自然酸化膜は不完全な結晶性を有したシリコン酸化膜であって熱処理装置のコントロールされた熱酸化によって形成されるシリコン酸化膜と比べて膜質が劣るため、自然酸化膜が表面に形成されたウエハによって製造される半導体装置の特性に例えば次のような悪影響を及ぼすことが、知られている。
1) ウエハのキャパシタ（Capacitor ）を作る絶縁膜の部分に自然酸化膜が形成されてしまうと、キャパシタの電極間隔が自然酸化膜の分だけ増えてしまい、また、誘電率の低い自然酸化膜のためにキャパシタの実効容量が小さくなってしまう。
2) ゲート酸化膜を成膜する場合において、大気中の酸素によって酸化された自然酸化膜は不純物を多く含んでいるため、自然酸化膜の上にゲート酸化膜を成膜すると、純粋なゲート酸化膜よりもリーク電流が大きくなる。また、その後の熱処理によって不純物が周りの膜の中に拡散してしまい、電気特性が低下する。
3) 多層配線構造を有する半導体装置において、下層の配線へ接続する配線をパターニングするための膜を形成する場合には、その界面に自然酸化膜が介在してしまうと、その層間の接続部の電気抵抗が大きくなる。
4) 誘電率を大きくするために、ＨＳＧ（HemiSpheical Grained poly Sylicon ）膜が形成されるウエハにおいて、自然酸化膜が成長した後のウエハにはＨＳＧ膜は成長し難くなる。

このため、ウエハが熱処理装置によって所望の熱処理（以下、本処理という。）が施されるに際して、ウエハを弗化水素（弗酸。以下、ＨＦという。）によって前処理洗浄することにより、ウエハに生成された自然酸化膜を予め除去することが、一般的に実施されている。
ところが、前処理洗浄工程から熱処理装置による本処理工程に供給される間や、熱処理装置内においてプロセスチューブに搬入される前に、ウエハが大気に接触すると、１〜２の原子層厚の自然酸化膜が形成されてしまう。
そして、時間の経過に伴って成長する自然酸化膜を極力抑えるためには、前処理洗浄工程から本処理である熱処理工程までの時間を可及的に短縮する必要があるため、工程設計の自由度が小さくなってしまう。
また、ＨＦによる前処理洗浄はウエット洗浄であるため、半導体装置の微細化に伴って、微細なトレンチの洗浄が困難になって来ている。

そこで、ドライエッチングの原理を利用した自然酸化膜除去技術の開発が要望されている。この要望に応える技術の一つとして、リモートプラズマクリーニング技術を応用した自然酸化膜除去技術が、検討されている。リモートプラズマクリーニング技術というのは、処理室の外部に配置されたリモートプラズマユニットにおいて活性化したラジカルを処理室に導入することにより、処理室に付着した副生成物を除去する技術である。

しかしながら、リモートプラズマクリーニング技術を応用した自然酸化膜除去技術においては、自然酸化膜をドライエッチングするための自然酸化膜除去ガスを活性化する方法が適切でないと、ウエハにプラズマダメージが発生したり、エッチングの選択性が得られないことによって自然酸化膜を除去することができなかったりする不具合が発生する。
また、スループットを高めるために複数枚のウエハを一括処理する場合には、複数枚のウエハ相互間およびウエハ面内において自然酸化膜除去ガスを均一に接触させないと、自然酸化膜を全体的に均一に除去することができないという不具合が発生する。

本発明の目的は、プラズマダメージの発生を防止し、被処理基板の自然酸化膜を良好なスループットをもって全体的に均一に除去することができる基板処理装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
プラズマ室でプラズマ放電された活性ガスに前記プラズマ室の出力側に設けられたガス導入管において被活性ガスが衝突されることにより、前記被活性ガスが活性化されて生成された自然酸化膜除去ガスが、ガス導入管を通じて処理室へ供給されて、前記処理室内の半導体ウエハの自然酸化膜が除去される基板処理装置であって、
前記プラズマ室には活性ガス供給源が接続されており、前記ガス導入管のガス導入口部と前記プラズマ室との間には被活性ガス供給管の一端部が挿入されており、該被活性ガス供給管の他端には被活性ガスを供給する被活性ガス供給源が接続されており、
前記被活性ガスは被活性ガス供給管から前記ガス導入管へ供給され、前記被活性ガス供給管の前記被活性ガスの噴出口は、前記被活性ガスを前記ガス導入管を流れるプラズマ放電によって活性化されたガスに向けて噴出するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。

前記した手段によれば、被活性ガスがガス導入管に供給されるとともに、活性ガス供給源からプラズマ室に供給されプラズマ放電によって活性されたガスに向けて噴出されることにより、被活性ガスの分解の度合いを制御することができるため、処理室における半導体ウエハのプラズマダメージの発生を防止することができるとともに、自然酸化膜を確実に除去することができる。
そして、被活性ガスの噴出口からプラズマ室までの距離や、被活性ガスの噴出角度および被活性ガスの噴出位置を調整することにより、被活性ガスの分解の度合いを広い範囲で適正に制御することができる。

以下、本発明の第一の実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、基板としてのウエハの表面に形成された自然酸化膜をリモートプラズマクリーニング技術によって除去する自然酸化膜除去装置として、図１に示されているように構成されており、この自然酸化膜除去装置１０は複数枚のウエハ１を一括してバッチ処理するものとして構成されている。

図１に示されているように、ウエハをバッチ処理する自然酸化膜除去装置（以下、バッチ式自然酸化膜除去装置という。）１０は、自然酸化膜除去処理を実施するための処理室１２を形成したプロセスチューブ１１を備えている。
プロセスチューブ１１は石英ガラスが使用されて両端が閉塞した円筒形状に一体成形されており、中心線が垂直になるように縦に設置されている。
プロセスチューブ１１の下端閉塞壁にはボートを保持したターンテーブル１３が同心円に配されて回転自在に支持されており、ターンテーブル１３はプロセスチューブ１１の下端底壁の外部に設置されたロータリーアクチュエータ１４によって回転駆動されるようになっている。

図１に示されているように、ターンテーブル１３の上には複数枚のウエハ１を保持するためのボート１５が一体回転するように設置されている。
ボート１５は上側端板１６および下側端板１７と、両端板１６と１７との間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材１８とを備えており、各保持部材１８には保持溝１９が複数条、長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。ボート１５の下側端板１７はターンテーブル１３の上面に着脱自在に固定されている。
そして、ウエハ１はウエハ移載装置（図示せず）によってプロセスチューブ１１の側壁の一部に開設されたウエハ移載口（図示せず）から処理室１２へ搬入されるとともに、各保持溝１９間に挿入されて水平かつ互いに中心が揃った状態で整列されて保持される。

図１に示されているように、プロセスチューブ１１の筒壁には排気口部２０が処理室１２に連通してプロセスチューブ１１の高さ方向に略一杯に形成されており、排気口部２０には処理室１２を排気する排気管２１が接続されている。

プロセスチューブ１１の筒壁における排気口部２０に対向する部分には、ガス導入口部２２が処理室１２に連通してプロセスチューブ１１の高さ方向に略一杯に形成されており、ガス導入口部２２の高さ方向の中間部にはガス導入管２３の一端がガスを処理室１２へ水平方向に導入するように接続されている。
ガス導入管２３の他端にはプラズマ２４の形成領域としてのプラズマ室２５が形成されており、プラズマ室２５の外部にはプラズマ発生装置２６がプラズマ室２５にプラズマ２４を形成するように設置されている。プラズマ発生装置２６はＩＣＰ、ＣＣＰ、ＥＣＲのような誘導結合型およびμ表面波型等のいずれのプラズマ発生装置によって構成してもよい。
プラズマ室２５には水素（Ｈ₂ ）ガス（以下、Ｈ₂ ガスという。）を供給するためのＨ₂ ガス供給源２７と、窒素（Ｎ₂ ）ガス（以下、Ｎ₂ ガスという。）を供給するためのＮ₂ ガス供給源２８とがそれぞれ接続されている。

ガス導入管２３のガス導入口部２２とプラズマ室２５との間には被活性ガス供給管２９の一端部が挿入されており、被活性ガス供給管２９の他端には、被活性ガスとしての三弗化窒素（ＮＦ₃ ）ガス（以下、ＮＦ₃ ガスという。）を供給するためのＮＦ₃ ガス供給源３０が接続されている。
被活性ガス供給管（以下、ＮＦ₃ ガス供給管という。）２９のガス導入管２３への挿入端部はＬ字形状に屈曲されており、そのＮＦ₃ ガス噴出口２９ａはＮＦ₃ ガスをプラズマ室２５へ向けて噴出するようにガス導入管２３の中心線上においてプラズマ室２５へ向けられている。

図示しないが、プロセスチューブ１１の外部には処理室１２を加熱するためのランプヒータ等からなるヒータユニットが、ウエハ移載口や排気口部２０およびガス導入口部２２に干渉しないように設備されている。

次に、前記構成に係るバッチ式自然酸化膜除去装置の作用を説明する。
なお、以下の説明においては、図２（ａ）に示されているように、ウエハ１には前段階でコンタクトホール２が形成されており、コンタクトホール２の底部には自然酸化膜３が発生しているものとする。

図１に示されているように、自然酸化膜３を除去すべきウエハ１は複数枚が、ボート１５にウエハ移載装置によって装填（チャージング）される。
ウエハ移載口がゲートバルブ（図示せず）によって閉じられて処理室１２が気密に維持された状態で、処理室１２が排気管２１によって排気され、ボート１５を支持したターンテーブル１３がロータリーアクチュエータ１４によって回転される。

一方、図１に示されているように、プラズマ室２５にはプラズマ２４がプラズマ発生装置２６によって形成されるとともに、Ｈ₂ ガス供給源２７およびＮ₂ ガス供給源２８から所定の流量のＨ₂ ガスおよびＮ₂ ガス（以下、混合ガスという。）３１が供給される。
プラズマ室２５に供給された混合ガス３１はプラズマ放電によって活性化され、活性ガス種３２が形成される。

また、プラズマ室２５には被活性ガスとしてのＮＦ₃ ガス３３がＮＦ₃ ガス供給管２９の噴出口２９ａからプラズマ室２５に向けて噴出されて、ガス導入管２３を通じて供給される。プラズマ室２５に供給されたＮＦ₃ ガス３３は活性ガス種３２に添加された状態になるため、活性ガス種３２によって活性化される。
この活性化されたＮＦ₃ ガスは自然酸化膜除去ガス３４となって混合ガス３１および活性ガス種３２と一緒に、処理室１２の排気力および混合ガス３１の給気力によってガス導入管２３を処理室１２に向かって流れ、ガス導入口部２２から処理室１２に流れ込む。

処理室１２に流れ込んだ自然酸化膜除去ガス３４は処理室１２の全体に均等に拡散し、ウエハ１の表面の自然酸化膜３と反応し、図２（ｂ）に示されているように、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆの混合した生成物の膜（以下、表面処理膜という。）４を形成する。
この際、ウエハ１を保持したボート１５がターンテーブル１３によって回転されているため、自然酸化膜除去ガス３４はウエハ１の全面に均等に接触する。

以上の表面処理膜を形成するために設定された処理時間が経過すると、Ｈ₂ ガス供給源２７、Ｎ₂ ガス供給源２８およびＮＦ₃ ガス供給源３０によるＨ₂ ガス、Ｎ₂ ガスおよびＮＦ₃ ガスの供給が停止されるとともに、プラズマ発生装置２６の駆動も停止される。
また、処理室１２の残留ガスは処理室１２が排気管２１によって排気されることにより排出される。

残留ガス排出時間が経過すると、処理室１２がヒータユニットによって所定の温度（例えば、１００℃）に加熱される。この加熱により、図２（ｃ）に示されているように、表面処理膜４は昇華して行く。これにより、ウエハ１の自然酸化膜３が除去されてウエハ１の表面にはＳｉ面５が露出した状態になる。
なお、以上の自然酸化膜の除去のプロセスは、次のように考えられる。
Ｈ₂ ガス、Ｎ₂ ガス、ＮＦ₃ ガスおよびこれらの各活性種からなる自然酸化膜除去ガスが自然酸化膜（ＳｉＯ₂ ）と反応してＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆを含む高分子となり、この高分子生成物が１００℃以上の熱により昇華する。

以上の表面処理膜を昇華するために設定された処理時間が経過すると、ヒータユニットの加熱が停止され、処理室１２の残留ガスが排気管２１の排気力によって排出される。

残留ガス排出時間が経過すると、ボート１５の処理済みウエハ１はウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージング）されて、ゲートバルブによって開放されたウエハ移載口を通じてウエハキャリア（図示せず）に移載される。

以降、前述した作用が繰り返されて、複数枚のウエハ１がバッチ式自然酸化膜除去装置１０によってバッチ処理されて行く。

ところで、前述した自然酸化膜の除去作用に大きく寄与するＮＦ₃ ガス３３がガス導入管２３に送り込まれずに処理室１２に供給されてから、処理室１２に送り込まれて来る混合ガス３１による活性ガス種３２によって間接的に活性化される場合には、ウエハ１にプラズマダメージが発生したりエッチングの選択性が得られなかったりすることが、本発明者によって究明された。

しかし、本実施の形態においては、ＮＦ₃ ガス３３がガス導入管２３においてプラズマ室２５に向けて噴出されることにより、ガス導入管２３およびプラズマ室２５に送り込まれて活性ガス種３２によって間接的に活性化されるため、ウエハ１にプラズマダメージが発生したりエッチングの選択性が得られなかったりすることは防止される。
すなわち、ガス導入管２３およびプラズマ室２５に送り込まれて活性ガス種３２によって間接的に活性化されることにより、前述した自然酸化膜の除去作用に大きく寄与するＮＦ₃ ガス３３の分解の度合いは適正なもの（値や範囲）となって処理室１２に供給されることになるため、ウエハ１にプラズマダメージが発生したりエッチングの選択性が得られなかったりすることは防止される。

そして、図１に示されているように、ＮＦ₃ ガス供給管２９の噴出口２９ａからプラズマ室２５までの距離Ｌを増減調整することにより、ＮＦ₃ ガス３３の分解の度合いは広い範囲で適正に制御することができる。
例えば、距離Ｌを小さく設定してプラズマ室２５に吹き込まれるＮＦ₃ ガス３３の量を増加させることにより、ＮＦ₃ ガス３３の分解の度合いが大きくなるように制御することができる。
反対に、距離Ｌを大きく設定してプラズマ室２５に吹き込まれるＮＦ₃ ガス３３の量を減少させることにより、ＮＦ₃ ガス３３の分解の度合いは小さくなるように制御することができる。
ちなみに、この距離Ｌの調整は、ウエハ１の除去すべき自然酸化膜３の推定体積と、ウエハ１に形成された除去すべきでない酸化膜（ＳｉＯ₂ ）の面積との関係、混合ガス３１やＮＦ₃ ガス３３の供給量等々の諸条件に対応して実験やコンピュータによるシミュレーション等の経験的手法により、適宜に求めることが望ましい。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 自然酸化膜の除去作用に大きく寄与するＮＦ₃ ガスの分解の度合いを適正に制御することにより、自然酸化膜とシリコンとの間のエッチング選択比を八倍以上に設定することができるため、自然酸化膜を確実に除去することができる。
例えば、自然酸化膜を毎分３Å以上のエッチングレートで削ることができる。

2) 自然酸化膜の除去作用に大きく寄与するＮＦ₃ ガスの分解の度合いを適正に制御することにより、ウエハやプロセスチューブおよびボート等にプラズマダメージが発生するのを防止することができる。

3) ＮＦ₃ ガス供給管の噴出口からプラズマ室までの距離Ｌを調整することにより、ＮＦ₃ ガスの分解の度合いを広い範囲で適正に制御することができるため、あらゆる処理条件に対応して自然酸化膜を確実に除去することができる。

4) 自然酸化膜除去ガスをボートに並べられたウエハ群の主面と平行方向に導入することにより、自然酸化膜除去ガスをウエハの主面全体にわたって均等に接触させることができるため、ウエハの自然酸化膜を全体にわたって均一に除去することができる。

5) ウエハを保持したボートをターンテーブルによって回転させることにより、自然酸化膜除去ガスをウエハの全面に均等に接触させることができるため、ウエハの自然酸化膜を均一に除去することができる。

6) 例えば、前処理洗浄された後にウエハの表面に生成された自然酸化膜を除去してからウエハにＣＶＤ膜を形成することにより、ＣＶＤ膜に対する自然酸化膜の悪影響を確実に防止することができるため、ＣＶＤ装置の性能および信頼性を高めることができ、ひいては、そのＣＶＤ装置によって処理されたウエハによる半導体装置の品質および信頼性並びに歩留りを高めることができる。

図３は本発明の他の実施の形態に係る枚葉式自然酸化膜除去装置の縦断面図である。

本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、ウエハを枚葉処理するように構成されている点である。
すなわち、本実施の形態に係る枚葉式自然酸化膜除去装置１０Ａにおいては、プロセスチューブ１１Ａが高さの低い処理室１２Ａを形成するように短尺円筒形状に形成されており、処理室１２Ａの底面の上に設置されたターンテーブル１３Ａにはボートの代わりに二枚のウエハ１、１を保持する保持台１５Ａが設置されている。
３５はランプからなるヒートユニットである。

本実施の形態によれば、前記実施の形態と同様の作用および効果が奏される。
すなわち、ＮＦ₃ ガス３３がガス導入管２３においてプラズマ室２５に向けて噴出されることにより、ガス導入管２３およびプラズマ室２５に送り込まれて混合ガス３１による活性ガス種３２によって間接的に活性化されるため、ウエハ１にプラズマダメージが発生したりエッチングの選択性が得られなかったりする現象を防止することができる。

なお、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に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、ＮＦ₃ ガス供給管はガス導入管に図１に示されているように挿入するに限らず、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されているように挿入してもよい。

図４（ａ）はＮＦ₃ ガス供給管２９Ａがガス導入管２３の処理室１２側の端から中心線に沿って挿入された例を示している。
ここで、図４（ａ）の実施の形態によるＮＦ₃ ガス供給管２９Ａの噴出口からプラズマ室２５までの距離Ｌと、エッチングレート（エッチング速度）との関係を究明する実験例を示す。
プラズマ発生装置２６のμ波電力が１８００Ｗ、Ｈ₂ ガスの流量が４００ｃｃ／分、Ｎ₂ ガスの流量が３００ｃｃ／分、ＮＦ₃ ガスの流量が１０００ｃｃ／分、処理室１２の圧力が１２０Ｐａ、ウエハの温度が４０℃以下であるプロセス条件において、ＮＦ₃ ガス供給管２９Ａの噴出口からプラズマ室２５までの距離Ｌが２０５ｍｍの時にはエッチングレートは３．３Å／分、距離Ｌが２２７ｍｍの時にはエッチングレートは２．５Å／分、距離Ｌが２６８ｍｍの時にはエッチングレートは１．７Å／分であった。
この実験例により、充分なエッチングレートが得られ、かつ、Ｌの値を選定することによってエッチングレートを調整し得ることが検証された。

図４（ｂ）はＮＦ₃ ガス供給管２９Ｂがガス導入管２３に対して傾斜角Θをもって挿入された例を示している。
この例においては、ＮＦ₃ ガス供給管２９Ｂのガス導入管２３に対する傾斜角Θを増減調整することにより、ＮＦ₃ ガス３３の分解の度合いを広い範囲で適正に制御することができる。

図４（ｃ）はＮＦ₃ ガス供給管２９Ｃがガス導入管２３の中心線に直交するように挿入された例を示している。
図４（ｃ）の実施の形態において、図４（ａ）と同一のプロセス条件で、ＮＦ₃ ガス供給管２９Ｃの噴出口からプラズマ室２５までの距離Ｌと、エッチングレート（エッチング速度）との関係を究明したところ、距離Ｌが２１０ｍｍの時にはエッチングレートは０．３Å／分であり、エッチングが可能であることが検証された。
しかし、ＮＦ₃ ガス供給管２９Ｃを処理室１２へ向けて流した場合には、エッチングが殆ど起きなかった。
これは、ＮＦ₃ ガス３３が即座に排気され、活性化されたＨ₂ ガスとＮ₂ ガスとの混合ガス３１の滞在時間が短くなり、エネルギ交換が殆どなされなかったことが原因であると、考えられる。

前記実施の形態ではウエハに熱処理が施される場合について説明したが、被処理基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

被活性ガスとしてはＮＦ₃ ガスを使用するに限らず、三弗化塩素（ＣｌＦ₃ ）、四弗化炭素（ＣＦ₄ ）、六弗化炭素（Ｃ₂ Ｆ₆ ）等や他のハロゲンガスを使用してもよい。

以上説明したように、前記した実施の形態によれば、プラズマダメージの発生を防止し、被処理基板の自然酸化膜を確実に除去することができる。

以下、本発明の第三の実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、基板としてのウエハの表面に形成された自然酸化膜をリモートプラズマクリーニング方式によって除去する自然酸化膜除去装置として、図５および図６に示されているように構成されており、この自然酸化膜除去装置４０は複数枚のウエハ１を一括してバッチ処理するものとして構成されている。

図５および図６に示されているように、ウエハをバッチ処理する自然酸化膜除去装置（以下、バッチ式自然酸化膜除去装置という。）４０は、自然酸化膜除去処理を実施するための処理室４２を形成したプロセスチューブ４１を備えている。
プロセスチューブ４１は真空を保つことが可能な気密構造の略直方体の箱形状に形成されており、中心線が垂直になるように縦に設置されている。
プロセスチューブ４１の下端閉塞壁にはボート搬入搬出口４３が開設されており、ボート搬入搬出口４３はボートエレベータ（図示せず）によってプロセスチューブ４１に対して昇降されるシールキャップ４４により開閉されるようになっている。
シールキャップ４４の下面にはロータリーアクチュエータ４５が設置されており、ロータリーアクチュエータ４５の出力軸である回転軸はシールキャップ４４の中心を貫通されて処理室４２に挿入されている。ロータリーアクチュエータ４５の回転軸の上端にはターンテーブル４６が水平に配されて一体回転するように支持されている。

図５に示されているように、ターンテーブル４６の上には複数枚のウエハ１を保持するためのボート４７が一体回転するように設置されており、ボート４７はウエハ１に金属汚染等の悪影響を及ぼさないように石英やアルミナ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックによって形成されている。
ボート４７は上側端板４７ａおよび下側端板４７ｂと、両端板４７ａと４７ｂとの間に架設されて垂直に配設された複数本（本実施の形態では三本）の保持部材４７ｃとを備えており、各保持部材４７ｃには保持溝４７ｄが複数条、長手方向に等間隔に配されて互いに同一平面内において開口するようにそれぞれ刻設されている。
ウエハ１は各保持溝４７ｄ間に挿入されて水平かつ互いに中心が揃った状態で整列されて保持されるようになっており、ボート４７の下側端板４７ｂはターンテーブル４６の上面に着脱自在に据え付けられるようになっている。

図５および図６に示されているように、プロセスチューブ４１の一枚の側壁には排気口部５０が処理室４２に連通してプロセスチューブ４１の高さ方向に略一杯に形成されており、排気口部５０には処理室４２を排気する排気管５１が接続されている。

プロセスチューブ４１の排気口部５０に対向する側壁には、ガス導入口部５２が処理室４２に連通してプロセスチューブ４１の高さ方向に略一杯に形成されており、ガス導入口部５２の高さ方向の中間部にはガス導入管５３の一端がガスを処理室４２へ水平方向に導入するように接続されている。
ガス導入管５３の他端には活性化した自然酸化膜除去ガス５４を供給するためのリモートプラズマユニット５５が接続されており、リモートプラズマユニット５５はＮＦ₃ ガスを高周波等の手段を用いて活性化するように構成されている。

ガス導入口部５２のガス吹出口側には自然酸化膜除去ガス５４を分散させてウエハ１に平行に流通させる分散手段としての分散板５７が設置されており、この分散板５７によってガス導入口部５２の分散板５７よりも上流側領域には、自然酸化膜除去ガス５４の流れを分散させるバッファ部５６が形成されている。
分散板５７には図７（ａ）に示されているように縦に長い長孔（スリット）によって構成されたガス吹出口５８が開設されており、ガス吹出口５８から自然酸化膜除去ガスが処理室４２に上下方向に分散して吹き出されるようになっている。
分散板５７はボート４７に保持されたウエハ１の外周からの距離Ｌが５０ｍｍ以内に設定されている。分散板５７はガスの流れを分散させるバッファ部５６を形成する役目を果たすだけでなく、イオンやラジカルのエネルギを制御する役目を果たすようになっている。

また、排気口部５０のガス吸込口側には排気を上下方向において均等にするためのコンダクタンスプレート５９が設置されており、コンダクタンスプレート５９には縦に長い長孔によって構成されたガス吸込口５９ａが開設されている。
コンダクタンスプレート５９も分散板５７に対応してボート４７に保持されたウエハ１の外周からの距離Ｌが５０ｍｍ以内に設定されている。

次に、前記構成に係るバッチ式自然酸化膜除去装置の作用を説明する。

自然酸化膜３を除去すべき複数枚のウエハ１はボート４７に処理室４２の外部においてウエハ移載装置（図示せず）によって装填（チャージング）され、その後に、ボート４７が処理室４２へボート搬入搬出口４３から搬入（ローディング）される。
図５および図６に示されているように、ボート搬入搬出口４３がシールキャップ４４によって閉じられて処理室４２が気密に維持された状態で、処理室４２が排気管５１によって排気され、ボート４７を支持したターンテーブル４６がロータリーアクチュエータ４５によって回転される。

一方、リモートプラズマユニット５５からは活性化されたＮＦ₃ ガスからなる自然酸化膜除去ガス５４がガス導入口部５２へ、処理室４２の排気力およびリモートプラズマユニット５５の給気力によって導入される。
ガス導入口部５２に導入された自然酸化膜除去ガス５４はバッファ部５６において全体的に均等に分散し、長孔からなるガス吹出口５８から処理室４２に上下方向に均等に分散して流れ込む。
この際、活性化された自然酸化膜除去ガス５４は分散板５７によって流れを分散されるとともに、イオンやラジカルのエネルギを減衰する傾向に制御される。
ちなみに、排気口部５０に敷設されたコンダクタンスプレート５９は排気管５１の排気力を全体にわたって均等に分散することによって、自然酸化膜除去ガス５４の流れの均等化に寄与する。

処理室４２に流れ込んだ自然酸化膜除去ガス５４はボート４７に保持されたウエハ１に接触することにより、その表面の自然酸化膜と良好な選択比をもって反応して自然酸化膜を除去する。
この際、自然酸化膜除去ガス５４は分散板５７によって分散されることにより処理室４２において全体的に均等に流通するため、ボート４７に保持された複数枚のウエハ１にボート４７の全高にわたって均一に接触し、かつまた、ウエハ１を保持したボート４７がターンテーブル４６によって回転されているため、自然酸化膜除去ガス５４は各ウエハ１の面内において均等に接触する。
したがって、複数枚がボート４７に縦に並べられて保持されているウエハ１に形成された自然酸化膜であっても、全体にわたって均等に除去されることになる。

また、リモートプラズマユニット５５によって活性化された自然酸化膜除去ガス５４のイオンやラジカルのエネルギは分散板５７によって減衰される傾向に制御されているため、この自然酸化膜除去ガス５４がウエハ１に接触してもウエハ１にプラズマダメージが発生したりエッチングの選択性が得られなかったりする現象が発生することはない。

ところで、処理室の側壁内周面が円周形状に形成されていると、自然酸化膜除去ガス５４は処理室の円周形状の内周面に沿って流れるため、処理室の側壁内面はウエハとの間隔を少なくした同心円の円周形状に形成した方がよい。
しかし、処理室の側壁内周面とウエハとの間隔を少なくすることはボートの設置精度の調整を難しくすることになる。

本実施の形態においては、分散板５７およびコンダクタンスプレート５９がウエハ１の外周からの間隔Ｌが５０ｍｍ以下にそれぞれ設定されていることにより、処理室４２の側壁内周面を円周形状に形成しなくても、また、処理室４２の側壁内周面とウエハ１との間隔を小さく設定しなくても、自然酸化膜除去ガス５４を効率よく流通させることができるとともに、ウエハ面内の中央部に供給することができる。
したがって、自然酸化膜除去ガス５４の自然酸化膜の除去レートの低下を防止することができるとともに、自然酸化膜の除去の均一性を高めることができる。
しかも、処理室４２の側壁内周面とウエハ１との間隔を小さく設定しなくても済むため、ボート４７の設置精度の調整作業が困難になるのを回避することができる。

以上の自然酸化膜を除去するために設定された処理時間が経過すると、リモートプラズマユニット５５による自然酸化膜除去ガス５４の供給が停止されるとともに、ターンテーブル４６の回転が停止される。
また、処理室４２の残留ガスは処理室４２が排気管５１によって排気されることにより排出される。

残留ガス排出時間が経過すると、処理済みのウエハ１を保持したボート４７はシールキャップ４４の下降によって処理室４２の外部へ搬出（アンローディング）される。
ボート４７に保持された処理済みのウエハ１はボート４７からウエハ移載装置によって脱装（ディスチャージング）される。

以降、前述した作用が繰り返されて、複数枚のウエハ１がバッチ式自然酸化膜除去装置４０によってバッチ処理されて行く。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 自然酸化膜除去ガスを分散板によって分散させて処理室に全体にわたって均等に流通させることにより、自然酸化膜除去ガスを複数枚のウエハにボートの全高にわたって均一に接触させることができるため、複数枚がボートに縦に並べられて保持されているウエハに形成された自然酸化膜であっても、全体にわたって均等に除去することができる。
つまり、ウエハに形成された自然酸化膜の除去作業を複数枚のウエハについて一括してバッチすることができ、その結果、ウエハに形成された自然酸化膜の除去作業のスループットをウエハを枚葉処理する場合に比べて高めることができる。

2) リモートプラズマユニットによって活性化された自然酸化膜除去ガスのイオンやラジカルのエネルギを分散板によって減衰させる傾向に制御することにより、この自然酸化膜除去ガスがウエハに接触したときのウエハのプラズマダメージの発生やエッチングの選択性の低下を防止することができるため、自然酸化膜を適正に除去することができる。

3) 分散板のウエハの外周からの距離Ｌを５０ｍｍ以内に設定して、活性化された自然酸化膜除去ガスのイオンやラジカルのエネルギを制御することにより、自然酸化膜とシリコンとの間のエッチング選択比を八倍以上に設定することができるため、自然酸化膜を確実に除去することができる。例えば、自然酸化膜を毎分３Å以上のレートで除去することができる。

4) 分散板をウエハの外周からの間隔Ｌが５０ｍｍ以下に設定することにより、処理室の側壁内周面を円周形状に形成しなくても、また、処理室の側壁内周面とウエハとの間隔を小さく設定しなくても、自然酸化膜ガスを効率よく流通させることができるため、自然酸化膜除去ガスの自然酸化膜の除去レートの低下を防止することができるとともに、自然酸化膜の除去の均一性を高めることができる。
しかも、処理室の側壁内周面とウエハとの間隔を小さく設定しなくても済むため、ボートの設置精度の調整作業が困難になるのを回避することができる。

5) 自然酸化膜除去ガスをボートに並べられたウエハ群の主面と平行方向に導入することにより、自然酸化膜除去ガスをウエハの主面全体にわたって均等に接触させることができるため、ウエハの自然酸化膜を全体にわたって均一に除去することができる。

6) ウエハを保持したボートをターンテーブルによって回転させることにより、自然酸化膜除去ガスをウエハの全面に均等に接触させることができるため、ウエハの自然酸化膜を均一に除去することができる。

7) 例えば、前処理洗浄された後にウエハの表面に生成された自然酸化膜を除去してからウエハにＣＶＤ膜を形成することにより、ＣＶＤ膜に対する自然酸化膜の悪影響を確実に防止することができるため、ＣＶＤ装置の性能および信頼性を高めることができ、ひいては、そのＣＶＤ装置によって処理されたウエハによる半導体装置の品質および信頼性並びに歩留りを高めることができる。

なお、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に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、分散板のガス吹出口は、図７（ａ）に示されているように縦に長い長孔からなるガス吹出口５８によって構成するに限らず、図７（ｂ）に示されている分散板５７Ｂの場合のように、円形の小孔からなる複数個のガス吹出口５８Ａにより構成してもよい。

また、一枚の分散板を敷設するに限らず、図７（ｃ）に示されているように、二枚の分散板５７Ａ、５７Ａを平行に並べて敷設してもよい。
敷設する分散板は二枚に限らないし、例えば、長孔からなるガス吹出口５８を有する分散板５７と、複数個の小孔からなるガス吹出口５８Ａを有する分散板５７Ａとのように互いに異なる構造の分散板を敷設してもよい。
さらに、複数枚の分散板は平行に敷設するに限らず、互いに傾斜させて敷設してもよい。

このように分散板のガス吹出口の形状やサイズおよび大きさ、また、分散板の敷設の枚数や配置間隔および傾斜角度等々の諸条件を選択することにより、自然酸化膜除去ガスの分散状況およびイオンやラジカルのエネルギの制御状況等を適宜に設定することができるため、自然酸化膜除去ガスによる自然酸化膜に対する選択比や除去の均一性等を適宜に制御することができる。

さらに、図８に示されているように、ガス導入管５３を処理室４２に垂直方向に延在するように挿入し、このガス導入管５３の挿入部の管壁にガス吹出口５８Ｂを開設してもよい。この場合においても、自然酸化膜除去ガス５４はボート４７に保持された複数枚のウエハ１に全高にわたって均等に供給されるとともに、ウエハ１の面内において均一に接触するため、前記実施の形態と同様の作用および効果が奏される。

ところで、自然酸化膜が成長した後のウエハにおいては、ＨＳＧ（HemiSpheical poly Sylicon ）膜は成長し難いため、ＨＳＧ膜の成膜前には自然酸化膜を除去することが必要になる。
しかし、自然酸化膜除去装置によって自然酸化膜が除去された後に、ウエハが大気に一旦晒されてしまうと、ＨＳＧ膜を成膜するための基板処理装置（例えば、ＣＶＤ装置）において成膜処理してもＨＳＧ膜が成長しない状況が発生する。原因ははっきり解明されていないが、自然酸化膜を除去した際に、ウエハの表面に副生成物が付着してしまい、その副生成物が大気中の成分と反応し、ＨＳＧ膜の成長を妨げていると、考えられる。
そこで、その副生成物が大気中の成分と反応する前に、自然酸化膜の除去の処理室において副生成物を昇華させることが望ましい。

図９に示されているバッチ式自然酸化膜除去装置４０Ａはその副生成物を大気に晒す前に処理室４２において昇華させることができるように構成したものであり、ランプヒータ６０が石英ガラスからなる照射窓６１を透過して処理室４２を加熱するように設置されている点が、前記実施の形態と異なる。

本実施の形態においては、自然酸化膜除去ガス５４による処理が終了した後に、処理室４２がランプヒータ６０によって石英ガラスからなる照射窓６１を透過して８０℃以上に加熱されることにより、ウエハ１に付いた副生成物が昇華される。
ちなみに、この加熱処理により、次の工程であるＨＳＧ膜の成膜工程において、ＨＳＧ膜が適正に成長することが確認されている。
さらに、同じ処理室４２においてウエハ１を水素終端処理すると、自然酸化膜除去の状態はより一層安定する。

なお、前記実施の形態においては、ウエハを加熱するのにランプヒータを使用した場合につき説明したが、抵抗加熱ヒータ等の加熱手段を使用してもよい。

前記実施の形態においては自然酸化膜を除去する処理室に加熱手段を設置した場合について説明したが、自然酸化膜除去後の大気に晒される前に副生成物を除去すればよい訳であるから、加熱手段を自然酸化膜除去ガスが供給される処理室とは別の処理室に設置するとともに、両方の処理室間を真空または不活性ガス雰囲気によって連絡し、ウエハを自然酸化膜除去ガスによる処理室から加熱処理室へ搬送するように構成してもよい。

前記実施の形態ではウエハに熱処理が施される場合について説明したが、被処理基板はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、基板に生成された自然酸化膜を良好なスループットをもって全体的に均一に除去することができる。

本発明の一実施の形態であるバッチ式自然酸化膜除去装置を示す縦断面図である。 自然酸化膜除去作用を説明するための各説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る枚葉式自然酸化膜除去装置を示す縦断断面である。 供給管の他の実施の形態を示す各部分断面図である。 本発明の他の実施の形態であるバッチ式自然酸化膜除去装置を示す縦断面図である。 その横断面図である。 分散板の他の実施の形態を示す各斜視図である。 本発明の他の実施の形態であるバッチ式自然酸化膜除去装置を示す縦断面図である。 本発明の他の実施の形態であるバッチ式自然酸化膜除去装置を示す横断面図である。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…コンタクトホール、３…自然酸化膜、４…表面処理膜、５…Ｓｉ面、１０…バッチ式自然酸化膜除去装置（基板処理装置）、１１…プロセスチューブ、１２…処理室、１３…ターンテーブル、１４…ロータリーアクチュエータ、１５…ボート、１６…上側端板、１７…下側端板、１８…保持部材、１９…保持溝、２０…排気口部、２１…排気管、２２…ガス導入口部、２３…ガス導入管、２４…プラズマ、２５…プラズマ室、２６…プラズマ発生装置、２７…Ｈ₂ ガス供給源、２８…Ｎ₂ ガス供給源、２９…被活性ガス供給管、２９ａ…ＮＦ₃ ガス噴出口、３０…ＮＦ₃ ガス供給源、３１…混合ガス、３２…活性ガス種、３３…ＮＦ₃ ガス（被活性ガス）、３４…自然酸化膜除去ガス、１０Ａ…枚葉式自然酸化膜除去装置、１１Ａ…プロセスチューブ、１２Ａ…処理室、１３Ａ…ターンテーブル、１５Ａ…保持台、３５…ヒータユニット、２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃ…供給管、４０…バッチ式自然酸化膜除去装置（基板処理装置）、４１…プロセスチューブ、４２…処理室、４３…ボート搬入搬出口、４４…シールキャップ、４５…ロータリーアクチュエータ、４６…ターンテーブル、４７…ボート、４７ａ…上側端板、４７ｂ…下側端板、４７ｃ…保持部材、４７ｄ…保持溝、５０…排気口部、５１…排気管、５２…ガス導入口部、５３…ガス導入管、５４…自然酸化膜除去ガス、５５…リモートプラズマユニット、５６…バッファ部、５７、５７Ａ、５７Ｂ…分散板（分散手段）、５８、５８Ａ、５８Ｂ…ガス吹出口、５９…コンダクタンスプレート、５９ａ…ガス吸込口、６０…ランプヒータ（加熱手段）、６１…照射窓。

Claims (2)

1. プラズマ室でプラズマ放電された活性ガスに前記プラズマ室の出力側に設けられたガス導入管において被活性ガスが衝突されることにより、前記被活性ガスが活性化されて生成された自然酸化膜除去ガスが、ガス導入管を通じて処理室へ供給されて、前記処理室内の半導体ウエハの自然酸化膜が除去される基板処理装置であって、
   前記プラズマ室には活性ガス供給源が接続されており、前記ガス導入管のガス導入口部と前記プラズマ室との間には被活性ガス供給管の一端部が挿入されており、該被活性ガス供給管の他端には被活性ガスを供給する被活性ガス供給源が接続されており、
   前記被活性ガスは被活性ガス供給管から前記ガス導入管へ供給され、前記被活性ガス供給管の前記被活性ガスの噴出口は、前記被活性ガスを前記ガス導入管を流れるプラズマ放電によって活性化されたガスに向けて噴出するように構成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記被活性ガス供給管の前記ガス導入管への挿入端部は、ガス導入管と０〜９０度の角度で接続されていることを特徴とする基板処理装置。

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