JP2744933B2 - 縦型処理装置及び処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、縦型処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、LSIの高集積度化により、例えばMOS・FETの実
装密度が向上し、最近のLSIでは、例えば1M,4MDRAMの最
小設計幅が１μｍ以下になり、ゲート酸化膜の膜厚も10
0Å以下になってきた。さらに、16MDRAMのゲート酸化膜
は、数十Åとさらに薄膜化の傾向となっている。

ここで、横型炉の場合には、半導体ウエハを搭載した
ボートを反応管内部へ水平方向の駆動によりローディン
グする際に、対流により空気が反応管内部へ混入するこ
とが避けられなかった。従って、横型炉の場合には、ウ
エハをローディングする際に自然酸化膜の形成が避けら
れず、ゲート酸化膜の膜厚を制御する必要のある高密度
素子への対応がその構造的理由により自ずから限界があ
った。

一方、縦型炉の場合には、横型炉と比較して酸素の巻
込みが少なく、現在の1MDRAMの成膜に使用される装置は
この縦型炉が主流となっている。

しかしながら、4M,16Mとさらに高密度化が促進する
と、この縦型炉の場合にも自然酸化膜の生成を抑制すべ
き改良が必要となってくる。

1989年３月に発行された雑誌「電子材料」の第38頁か
ら第39頁には、縦型炉においてウエハをローティングす
る雰囲気を厳密に制御するための構成が開示されてい
る。

ここに開示されているロードロック方式とは、縦型炉
の下方に配置されるボート上下機構等をロードロックチ
ャンバー内に配置し、このチャンバー内部を真空ガス置
換などにより窒素で完全に置換した後にボートのローデ
ィングを行うようにしている。この結果、ローディング
時にウエハが酸化されていることを防止し、自然酸化膜
を大幅に抑制している。さらに、このロードロックチャ
ンバーに予備室を接続し、ロードロックチャンバーへの
ウエハのローディングまたはアンローディングをも、窒
素雰囲気にて実施するようにしている。

また、特開昭62−263642号公報には、プラズマ気相成
長装置に真空予備室を接続し、この真空予備室にてウエ
ハをプリベークして水分等を除去するものが開示されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の技術では、縦型炉にウエハをローディ
ングする空間を酸素を断った雰囲気とすることで、自然
酸化膜の膜厚を極力少なくすることにあった。

しかしながら、素子の高密度化が急速に進み、酸化膜
の膜厚コントロールがより緻密化すると、上述した従来
の技術のように自然酸化膜の生成を抑制するだけでは対
処することはできない。

また、酸化膜の成膜装置以外の処理装置にあっても余
分な自然酸化膜を除去して歩留まりの向上を確保したい
要求がある。

そこで、本発明の目的とするところは、自然酸化膜の
生成は是認しながら、成膜等の本来の処理工程の開始前
に、生成された自然酸化膜を予め除去することができる
縦型処理装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 請求項１に記載の発明に係る縦型処理装置は、被処理
体を搬送する搬送手段を用いて縦型処理容器の外方より
該縦型処理容器内に向けて被処理体を搬送し、前記縦型
処理容器内にて前記被処理体を配置して処理する縦型処
理装置において、前記縦型処理容器の開口付近に形成さ
れる第１の処理領域と、前記縦型処理容器の奥方にて第
１の処理領域より大きく形成され、本来の処理を行う第
２の処理領域と、前記第１の処理領域にて前記被処理体
にエッチング処理を施すエッチング装置と、を有し、前
記搬送手段により前記第１の処理領域にて前記被処理体
の相対位置を変えて、前記第１の処理領域で複数枚の被
処理体の一部を順次エッチングすることにより、被処理
体に形成された自然酸化膜を予め除去することを特徴と
する。

請求項２に記載の発明に係る縦型処理装置は、請求項
１において、前記エッチング装置は、縦型処理容器の開
口付近に配置されたプラズマ生成用の電極と、前記第１
の処理領域にエッチングガスを導入するガス供給部と、
を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係る縦型処理装置は、請求項
１において、前記エッチング装置は、縦型処理容器外部
に配置され、プラズマ雰囲気にて気体分子を分解するこ
とによりラジカルを生成するラジカル生成器と、このラ
ジカルを前記第１の処理領域へ向けて供給するラジカル
供給部と、を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明に係る処理装置は、被処理体を
搬送する搬送手段を用いて処理容器の外方より該処理容
器内に向けて被処理体を搬送し、前記処理容器内にて前
記被処理体を配置して処理する処理装置において、前記
処理容器の開口付近に形成される第１の処理領域と、前
記処理容器の奥方にて第１の処理領域より大きく形成さ
れ、本来の処理を行う第２の処理領域と、前記第１の処
理領域にて前記被処理体にエッチング処理を施すエッチ
ング装置と、を有し、前記搬送手段により前記第１の処
理領域にて前記被処理体の相対位置を変えて、前記第１
の処理領域で複数枚の被処理体の一部を順次エッチング
することにより、被処理体に形成された自然酸化膜を予
め除去することを特徴とする。

（作 用） 請求項１及び４に記載の各発明によれば、以下の作用
効果を有する。

（イ）従来の例えば特開昭62−466994号では、１枚のみ
の被処理体を固定してエッチングにより表面処理を行
い、その後成膜形成を行うものであった。このため、処
理時間が大幅にかかっていた。これに対し本願請求項１
及び４の各発明では、エッチング作用を、被処理体を縦
型処理容器にローディングしながら実施できるので、装
置自体が大型化することもなく、処理のスループット低
下を極力抑制し、しかも、複数の被処理体の一部を一括
処理できることも相俟って、処理時間を大幅に短縮する
ことが可能である。

このようにして、縦型処理容器内にて被処理体の処理
を開始する前に、予め自然酸化膜をエッチングにより除
去することで、酸化膜の成膜処理を行う場合には、素子
の高密度化に対応した酸化膜の緻密な膜厚コントロール
が可能となり、他の処理を行う場合にあっても、余分な
自然酸化膜が生成されていない状態での処理を実現でき
る。

特に、請求項４では、縦型処理容器以外の他の例えば
横型処理容器でも、上記同様の作用効果を奏することが
できる。

請求項２に記載の発明によれば、エッチング装置は、
プラズマ生成によるプラズマエッチング用の装置として
形成することで、上記作用効果を奏しながらもプラズマ
エッチングを実施できる。

請求項３に記載の発明によれば、エッチング装置は、
ラジカルによるプラズマを注入することで、ラジカルに
よるプラズマエッチングを行うことができる。

（実施例） 以下、本発明を縦型酸化炉に適用した一実施例につい
て、図面を参照して具体的に説明する。

第１図において、プロセスチューブ10は例えば石英に
て円筒状に形成され、その軸方向を垂直方向とすること
で縦型熱処理炉を構成している。このプロセスチューブ
10の上端部には、酸化膜を形成するためのプロセスガス
O₂を導入するガス導入管12が設けられている。また、プ
ロセスチューブ10の周囲にはヒータ14が設けられ、この
プロセスチューブ10内を所定のプロセス温度例えば850
℃に設定可能としている。さらに、このプロセスチュー
ブ10の下端側には排気管16が連結され、この排気管16は
図示しない真空ポンプに接続されている。そして、この
排気管16を介して真空きくすることで、前記プロセスチ
ューブ10内を所定の真空度に設定し、あるいは、プロセ
スチューブ10に導入されたガスを排気可能としている。

このプロセスチューブ10内にはボート18が搬入出可能
となっている。このボート18は、ウエハ20を水平状態に
て、かつ、縦方向に所定間隔をおいて多数枚のウエハ20
を搭載可能としている。このボート18は、前記プロセス
チューブ10の均熱領域に各ウエハ20を設定するための保
温筒22に載置固定され、この保温筒22がボートエレベー
タ26にて上下方向に駆動されることにより、前記ボート
18をプロセスチューブ10内にローディングし、あるいは
アンローディングできるようにしている。尚、前記保温
筒22の下端部にはフランジ24が設けられ、ボート18をプ
ロセスチューブ10内に設定した後に、このフランジ24が
プロセスチューブ10の下端開口部を密閉するようにして
いる。さらに、ボート18がプロセスチューブ10より完全
にアンローディングされた後には、シャッター28が閉鎖
駆動され、プロセスチューブ10の下端開口部を密閉する
ようにしている。

そして、本実施例装置の特徴的構成として、前記ボー
ト18をプロセスチューブ10にローディングする過程にお
いて、このボート18に搭載されている各ウエハ20をプラ
ズマエッチングするための装置が設けられている。すな
わち、このプラズマエッチング装置は、プロセスチュー
ブ10へのローディング途中の領域付近に配置されたプラ
ズマ生成用の電極30と、このプラズマ生成領域に局所的
にエッチングガスを導入するためのエッチングガス導入
管32とから構成されている。

この電極30としては、板状電極を対向させた容量結合
形、あるいはコイル状手電極による誘導結合形等を併用
できる。

さらに、本実施例装置では前記ウエハ20への自然酸化
膜の生成を極力低減するために、第２図に示すようなロ
ードロック方式を採用している。

すなわち、前記プロセスチューブ10の下方の領域であ
って、前記ボートエレベータ26の上下動機構等を含む空
間は、第１のロードロックチャンバ40内に設定されてい
る。また、この第１のロードロックチャンバ40の第２図
の左側には、第２のロードロックチャンバ42が配置さ
れ、右側には第３のロードロックチャンバ44が配置され
ている。前記第１のロードロックチャンバ40は、その内
部を真空置換し、その後不活性ガス等によるパージを実
施できるようにガス導入管40a,排気管40bが接続されて
いる。同様に、第2,第３のロードロックチャンバ42,44
にも、それぞれガス導入管42a,44a及び排気管42b,44bが
接続されている。さらに、各ロードロックチャンバ間を
気密に遮断し、あるいは大気と遮断するために、各ロー
ドロックチャンバ40,42,44の両側には、ゲートバルブ46
〜52が設けられている。

そして、本実施例装置では、複数枚のウエハ20を搭載
したキャリアを前記第２のロードロックチャンバ42内に
設定し、このキャリアより１枚ずつウエハ20を取り出し
て、第１のロードロックチャンバ40内部に配置されてい
る前記ボート18にウエハ20を移し換えるようにしてい
る。そして、プロセスチューブ10での処理が終了した後
は、ボート18より１枚ずつウエハ20を取り出して、第３
のロードロックチャンバ44内部に配置されているキャリ
アにウエハ20を移し換え、移し換え動作終了後に、第３
のロードロックチャンバ44からキャリアごと搬出して次
の工程に移行するようにしている。

ここで、第1,第2,第３のロードロックチャンバ40,42,
44の間での、ウエハの移し換え機構の一例について、第
３図を参照して説明する。

同図に示すように、第１のロードロックチャンバ40内
部には、ウエハ20の移し換え動作を行うためのハンドラ
ー70が配置されている。このハンドラー70は、１枚のウ
エハ20を載置して支持するためのピンセット72を有し、
このピンセット72を前記第２のロードロックチャンバ42
内部に設定されているキャリア60への搬入出位置、前記
第１のロードロックチャンバ40内部に配置されているボ
ート18への搬入出位置、及び前記第３のロードロックチ
ャンバ44内部に配置されているキャリア62への搬入出位
置にそれぞれ移動可能としている。尚、本実施例のハン
ドラー70は上下動機構を有していないが、ボートねじ26
aに螺合して上下動する前記ボートエレベータ26の移動
により、ボート18に対する上下方向の位置を可変でき、
一方、前記キャリア60,62は、図示しない上下動機構に
よりその上下方向の位置を可変するようにしている。

次に、前記ピンセット72に移動機構について説明する
と、このピンセット72は、支点80,80に一端を回転自在
に支持した２本のリンク74,74を有している。一方、第
３図の矢印方向に回転可能な基台76には、支点84,84を
中心に回転自在なリンク78,78が設けられている。そし
て、この一対のリンク74,78の連結部を支点82とするこ
とで、いわゆるフラグレッグ方式により伸縮自在な機構
を実現している。そして、このリンク74,78による伸縮
動作、及び前記基台76の回転動作により、上述した各搬
入出位置に対してピンセット72を移動可能としている。

次に、作用について説明する。

まず、ゲートバルブ46をクローズとし、ゲートバルブ
50をオープンとした状態で、第２のロードロックチャン
バ42内部にキャリア60を搬入する。その後、ゲートバル
ブ50をクローズとし、排気管42bを介して真空引きした
後に、ガス導入管42aよりパージガスを導入し、第２の
ロードロックチャンバ42内部をパージする。このパージ
ガスとしては、不活性ガスとしてのN₂またはAr、あるい
は水素ガスH₂を挙げることができる。特に、水素ガスH₂
でパージした場合には、この水素ガスH₂の純度をかなり
高めることが可能であるので酸素を排出することに効果
的であり、かつ、仮に反応したとしても還元作用を呈す
るので、ウエハ20の酸化を防止することが可能である。

次に、第１のロードロックチャンバ40内部を同様に真
空引きし、かつ、パージした後にゲートバルブ46をオー
プンとし、キャリア60よりボート18に対するウエハ20の
移動を行う。この際、キャリア60を載置した上下動機構
及びボート18を支持したボートエレベータ26の上下動機
構により、キャリア60及びポート18の上下方向位置を変
更し、ハンドラー70のリンク74,78の伸縮動作及び基台7
6の回転動作によりピンセット72をキャリア60,ボート18
間で移動させ、ウエハ20を１枚ずつボート18に移送する
ことになる。

このウエバ20の移送動作により、ボート18はボートエ
レベータ26の１ステップ上昇動作に従って、プロセスチ
ューブ10に向けて上昇移動されることになる。そこで、
ボート18がシャッター28と干渉しないタイミングでこの
シャッター28を開放し、ボート18の上端側よりプロセス
チューブ10への搬入（ローディング）が開始されること
なる。

そして、本実施例では、このボート18のプロセスチュ
ーブ10に対するローディング途中において、局所的なプ
ラズマエッチングを実施することにより、ウエハ20に形
成された自然酸化膜をエッチングするようにしている。
すなわち、エッチングガス導入管32を介して、プロセス
チューブ10の下端開口部付近に局所的にエッチングガス
を導入し、かつ、電極30によって上記エッチングガスに
高電界をかけることによってプラズマを発生させてい
る。これにより、ウエハ20に形成されている自然酸化膜
のプラズマエッチング、特にラジカルによる化学的エッ
チングが実施されることになる。尚、本実施例の場合に
は、上述したロードロック方式を採用しているので、ウ
エハ20が酸化される可能性が少なく、このため自然酸化
膜の膜厚も薄くなっている。従って、上記のプラズマエ
ッチング装置としては、ウエハ20をSi基板とした場合の
Si/SiO₂の高選択比を実現できる装置であることが好ま
しい。

このようにして、プロセスチューブ10へのローディン
グ途中において、局所的なプラズマエッチングを行いな
がらボート18のローディングを完了することになる。ボ
ート18のローディングが完了すると、保温筒22のフラン
ジ24によって、プロセスチューブ10の下端開口部が密閉
されることになる。そして、この後排気管16を介して真
空引きを行い、その後N₂パージを実施すると共に、ヒー
タ14の加熱により、プロセスチューブ10内部を所定のプ
ロセス温度に設定することになる。そして、プロセス温
度にて安定した後に、ガス導入管12を介して酸素ガスO₂
をプロセスチューブ10内に導入し、加熱下においてウエ
ハ20に対する例えばゲート酸化膜の成膜処理を行うこと
になる。

プロセスチューブ10内部での成膜工程が終了した後、
ヒータ14の温度を下降させて冷却し、この後ボートエレ
ベータ26の駆動によりボート18のアンローディングを実
施する。また、この間を利用して、ゲートバルブ48,52
をクローズとした状態で、第３のロードロックチャンバ
44内部の真空引き、及びガスパージを実施しておく。

そして、第1,第３のロードロックチャンバ40,44内部
を、酸素のない同一雰囲気に設定した後に、ゲートバル
ブ48をオープンとして、ボート18からキャリア62へのウ
エハ20の移送を実施する。このウエハ20の移送動作は、
ボート18の上下動，キャリア62の上下動及びハンドラー
70の移動により実施する。

第３のロードロックチャンバ44内部に配置されている
キャリア62へのウエハ20の移送が完了した後に、ゲート
バルブ48をクローズとし、この第３のロードロックチャ
ンバ44内部の圧力を大気圧に設定する。その後、ゲート
バルブ52をオープンとし、キャリア62の搬出を行う。以
上のような動作により、ゲート酸化膜の成膜工程の１バ
ッチ処理が終了することになる。

このように、本実施例によれば、プロセスチューブ10
に対してボート18をローディングする途中において、局
所的なプラズマエッチングによりウエハ20上に形成され
ている自然酸化膜を除去することができ、プロセスチュ
ーブ10内部にての本来のゲート酸化膜の緻密な膜厚コン
トロールを実現することが可能となる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明は、ウエハ20をプロセスチューブ10にローディ
ングする途中において、局所的なプラズマエッチグを行
うことにより、ウエハ20上に形成されている自然酸化膜
を、プロセスチューブ10内部での本来の処理工程実施前
に除去することにある。この局所的なプロズマエッチン
グを実現するためには、上記実施例のようなウエハ20の
ローディング途中の領域に電極30を配置し、この領域に
エッチングガスを導入するものに限らない。

例えば、第４図に示すように構成することもできる。
同図に示すものは、プロセスチューブ10外部にラジカル
発生器90を配置したものである。このラジカル発生器90
は、エッチングガス導入管92を介してエッチングガスNF
₃またはH₂を導入し、例えば13.56Mzの交流電源により高
電界をかけることでプラズマを生成し、このプラズマに
よりラジカル例えばフッ素ラジカル，水素ラジカル等を
生成している。そして、このラジカル発生器90内部にて
発生したラジカルを、プロセスチューブ10のウエハ20ロ
ーディング途中に接続したラジカル導入管94を介して、
ローディング途中の局所領域に供給するように構成して
いる。このラジカルは、化学的に活性であり、しかも、
イオンのように方向性をもたないので、ウエハ20のロー
ディング途中の局所領域にこれを供給することによっ
て、ウエハ20上に形成されている自然酸化膜をラジカル
の化学的エッチング作用により除去することが可能とな
る。

また、本発明はプロセスチューブ10に対するウエハ20
のローディング途中において、ウエハ20に形成されてい
る自然酸化膜を予め除去できるため、必ずしも上記実施
例のようなロードロック方式を採用するものに限らな
い。しかし、ウエハ20に形成される自然酸化膜を極力抑
制するためには、上記ようなロードロック方式を併せて
採用するものが好ましい。この際、設置面積等の要請に
より第２図に示すような構成を採用できない場合には、
第５図に示すようなロードロック方式を採用することも
できる。同図によれば、第３のロードロックチャンバ44
を設けず、第２のロードロックチャンバ42を、第１のロ
ードロックチャンバ40に対するウエハ20の搬入出用の予
備室として兼用したものである。このようにした場合、
搬入出経路が同一であるためスループットの低下は否め
ないが、酸素を断った雰囲気にてウエハの搬入出動作を
実現できるため、自然酸化膜の生成を極力抑制すること
が可能である。

また、本発明は必ずしも酸化膜の成膜処理装置に適用
するものに限らず、他の成膜装置あるいは成膜以外の処
理装置について適用した場合にも、余分な自然酸化膜の
形成を除去できるため、歩留まりの向上を図ることが可
能となる。

さらに、本発明は必ずしも上記実施例のような複数枚
の被処理体を一度に処理するバッチ処理装置に適用され
るものに限らず、枚葉式の処理装置についても同様の効
果を奏することができる。

［発明の効果］ 請求項１及び４の各発明によれば、エッチング作用
を、被処理体を縦型処理容器にローディングしながら実
施できるので、装置自体が大型化することもなく、処理
のスループットが向上し、処理時間を大幅に短縮するこ
とが可能である。また、自然酸化膜を、本来の処理工程
実施前に予め除去でき、歩留まりの向上が図れる。特
に、請求項４では、縦型処理容器以外の他の例えば横型
処理容器にも適用できる。

請求項２の発明によれば、電極によるプラズマエッチ
ングを実施できる。

請求項３の発明によれば、ラジカルによるプラズマエ
ッチングを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した縦型酸化炉の概略断面図、 第２図は、実施例装置に適用されたロードロック方式を
説明するための概略断面図、 第３図は、複数のロードロックチャンバに対するウエハ
の移送機構を説明するための平面図、 第４図は、ウエハのローディング途中における局所的な
プラズマエッチングを実現するための変形例を説明する
概略断面図、 第５図は、ロードロック方式の変形例を説明するための
概略断面図である。 10……縦型処理容器（プロセスチューブ）、 18……ボート、20……被処理体（ウエハ）、 26……ボートエレベータ、 30,32……プラズマエッチング装置、 40,42,44……ロードロックチャンバ、 46〜52……ゲートバルブ、 60,62……キャリア、70……ハンドラー、 90,92,94……プラズマエッチング装置。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理体を搬送する搬送手段を用いて縦型
   処理容器の外方より該縦型処理容器内に向けて被処理体
   を搬送し、前記縦型処理容器内にて前記被処理体を配置
   して処理する縦型処理装置において、 前記縦型処理容器の開口付近に形成される第１の処理領
   域と、 前記縦型処理容器の奥方にて第１の処理領域より大きく
   形成され、本来の処理を行う第２の処理領域と、 前記第１の処理領域にて前記被処理体にエッチング処理
   を施すエッチング装置と、 を有し、 前記搬送手段により前記第１の処理領域にて前記被処理
   体の相対位置を変えて、前記第１の処理領域で複数枚の
   被処理体の一部を順次エッチングすることにより、被処
   理体に形成された自然酸化膜を予め除去することを特徴
   とする縦型処理装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、 前記エッチング装置は、 縦型処理容器の開口付近に配置されたプラズマ生成用の
   電極と、 前記第１の処理領域にエッチングガスを導入するガス供
   給部と、 を有することを特徴とする縦型処理装置。
3. 【請求項３】請求項（１）において、 前記エッチング装置は、 縦型処理容器外部に配置され、プラズマ雰囲気にて気体
   分子を分解することによりラジカルを生成するラジカル
   生成器と、 このラジカルを前記第１の処理領域へ向けて供給するラ
   ジカル供給部と、 を有することを特徴とする縦型処理装置。
4. 【請求項４】被処理体を搬送する搬送手段を用いて処理
   容器の外方より該処理容器内に向けて被処理体を搬送
   し、前記処理容器内にて前記被処理体を配置して処理す
   る処理装置において、 前記処理容器の開口付近に形成される第１の処理領域
   と、 前記処理容器の奥方にて第１の処理領域より大きく形成
   され、本来の処理を行う第２の処理領域と、 前記第１の処理領域にて前記被処理体にエッチング処理
   を施すエッチング装置と、 を有し、 前記搬送手段により前記第１の処理領域にて前記被処理
   体の相対位置を変えて、前記第１の処理領域で複数枚の
   被処理体の一部を順次エッチングすることにより、被処
   理体に形成された自然酸化膜を予め除去することを特徴
   とする処理装置。