JP3200460B2 - 成膜処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハに
対して成膜処理を行うための成膜処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体ウエハの処理においては、
ウエハが空気中の酸素と反応することによってウエハ表
面上に自然酸化膜が生成されるが、この自然酸化膜は、
ゲート酸化膜やコンタクト抵抗を増大させるため、次の
成膜を行う前に自然酸化膜を除去し、あるいはその生成
を抑えることが必要である。

【０００３】このため従来では洗浄ステーションにて、
フッ酸などの薬液中にウエハを浸漬したり、あるいはフ
ッ酸溶液中にキャリアガスを吹き込んでフッ酸蒸気を
得、これをウエハに接触させたりして自然酸化膜を除去
するようにし、洗浄処理後のウエハを例えば成膜処理ス
テーションに搬送するようにしている。

【０００４】ところで成膜処理を高温下で行う場合に
は、処理炉内にロードするときに空気が対流により炉内
に巻き込まれ、この結果高温下でウエハと空気中の酸素
とが反応して自然酸化膜の生成を促進させてしまう。そ
こで最近においては、例えば縦型処理炉の下方側の領域
を不活性ガス雰囲気にして、ウエハボートに対するロー
ド、アンロードを行うといったことも検討されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方半導体デバイスの
高集積化が急速に進み、例えばＤＲＡＭが４Ｍから１６
Ｍ、３２Ｍへ更にそれ以上の容量をも達成しようとして
いる段階においては、酸化膜の膜厚をより緻密にコント
ロールしなければならないし、またキャパシタ膜の生成
時などにおいても余分な自然酸化膜を除去する必要があ
る。

【０００６】従って従来のように処理炉内へウエハをロ
ードするときに自然酸化膜の生成を抑制するだけでは対
拠することができず、洗浄ステーションから成膜処理ス
テーション内へ搬送する間に空気中の酸素や水分とシリ
コンが反応して生成される１０オングストローム程度の
自然酸化膜の生成についても抑制する必要にせまられて
いる。

【０００７】本発明はこのような事情のもとになされた
ものであり、その目的は、自然酸化膜の再成長を極力抑
えた状態で成膜処理することのできる成膜処理装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の被処理
体を一括して成膜処理する成膜処理領域に結合され、不
活性ガス雰囲気とされる第１のロ−ドロック室と、この
第１のロ−ドロック室と大気雰囲気との間に介在し、当
該第１のロ−ドロック室側及び大気雰囲気側に夫々ゲ−
トバルブが設けられた、複数の被処理体が収納される第
２のロ−ドロック室と、前記第１のロードロック室内に
設けられ、第２のロードロック室内の被処理体を前記成
膜処理領域内に位置させるための移載機構と、大気雰囲
気に配置され、複数の被処理体を収納したカセットを載
置するステ−ジと、前記第２のロ−ドロック室の近傍に
おける大気雰囲気に配置され、被処理体表面の自然酸化
膜を除去するための洗浄装置と、前記ステ−ジに載置さ
れたカセットから被処理体を取り出して前記洗浄装置に
搬送し、洗浄された被処理体を第２のロ−ドロック室内
に搬入する搬入機構と、を有してなり、前記第２のロ−
ドロック室には、不活性ガスを導入して大気圧よりも陽
圧雰囲気にするための手段と、排気管と、前記洗浄装置
で洗浄された被処理体の表面を加熱するための加熱手段
と、が設けられていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】成膜処理すべき被処理体は、先ず洗浄装置にて
表面の自然酸化膜の除去処理がなされ、その後直ちに不
活性ガス雰囲気である第２のロードロック室内に導入さ
れる。次いで第２のロードロック室の大気側の搬入口を
閉じた後前記被処理体は、移載機構により不活性ガス雰
囲気である第１のロードロック室を介して成膜処理領域
へロードされ、ＣＶＤなどの成膜処理が行われる。従っ
て被処理体は洗浄直後に不活性ガス雰囲気内に置かれ
て、そのまま成膜処理領域内へロードされるので、自然
酸化膜の生成が抑えられたクリーンな被処理体の表面に
対して成膜が行われる。また第２のロードロック室内に
て被処理体に対して加熱処理を行えば洗浄時に生成され
た副生成物を分解できるので表面がより一層クリーンな
状態になる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る成膜処理装置の
横断平面図、図２は後述する成膜処理炉から第３のロー
ドロック室に至る部分の縦断側面図であり、この装置
は、縦型炉である成膜処理炉１と、この成膜処理炉１の
下方側に位置し、後述するウエハボートへ被処理体とし
ての半導体ウエハを着脱するためのウエハ着脱室２と、
このウエハ着脱室２にゲートバルブＧ１を介して気密に
結合され、当該着脱室２と共に第１のロードロック室を
構成するウエハ移載室３と、この移載室３にゲートバル
ブＧ２を介して気密に結合された第２のロードロック室
４と、この第２のロードロック室４の近傍に各々配置さ
れたウエハ洗浄装置５及び、例えば２５枚の未処理のウ
エハを収納したウエハカセット６１を各々載置する搬入
ステージ６２ａ、６２ｂと、このステージ６２ａ、６２
ｂに置かれたカセット６１からウエハを取り出し、前記
洗浄装置５を介して第２のロードロック室４内に搬入す
るための例えば上下、回転、伸縮の自由度を持つ多関節
アームよりなる搬入機構６と、前記移載室３にゲートバ
ルブＧ３を介して気密に結合された、処理済ウエハの搬
出用の第３のロードロック室７とを備えている。

【００１１】前記成膜処理炉１は、内部にウエハの成膜
処理領域を形成する反応容器１１、及びこの反応容器１
１の外周を囲むよう配置されたヒータ１２などから成
り、反応容器１１内に処理ガスを導入して、ＣＶＤなど
の成膜処理を行う。

【００１２】前記ウエハ着脱室２には、ボールネジ２１
などにより昇降されるエレベータ２２及び、このエレベ
ータ２２に載置され、例えば９９枚のウエハＷを収納で
きるウエハボート２３などが設けられている。

【００１３】前記移載室３には、上下、回転、伸縮の自
由度を持つ多関節アームよりなる移載ロボット３１とウ
エハのオリフラ（オリエンテーションフラット）合わせ
を行うためのオリフラ合わせ機構３２とが設置されてお
り、前記移載ロボット３１は、第２のロードロック室４
内に搬入された未処理のウエハをオリフラ合わせ機構３
２を介してウエハ着脱室２内のウエハボート２３へ移載
すると共に、ウエハボート２３上の処理済みのウエハを
取り出して第３のロードロック室７内に搬出する役割を
持つ。そしてこの実施例では、移載ロボット３１、エレ
ベータ２２及びウエハボート２３は、第２のロードロッ
ク室４内のウエハを成膜処理領域内に位置させるための
移載機構に相当するものである。

【００１４】前記第２のロードロック室４には、図３に
示すように、加熱手段である赤外線ランプ４１が例えば
３本並べて上部側に配置されると共に、この赤外線ラン
プ４１の下方側にウエハ載置台４２が設けられ、更に前
記赤外線ランプ４１の上方側に、窒素ガスなどの不活性
ガスを噴出させる多数の噴出孔を備えたガス導入管４３
が設けられている。図３中４４は排気管、Ｇ４は大気側
のゲートバルブである。

【００１５】前記赤外線ランプ４１は、後述するように
前記洗浄装置５にてフッ酸によりウエハを洗浄したとき
にウエハ表面に水分を主成分とする副生成物が付着され
るため、残留している副生成物を加熱分解する役割を持
つ。

【００１６】前記洗浄装置５は、例えば図４に示すよう
に構成されており、次にこの洗浄装置５について詳述す
る。

【００１７】８は処理槽であり、その下方側には開閉バ
ルブ８１を介して例えば１〜５％のフッ酸溶液を貯留す
る貯留槽８２が配置されている。

【００１８】前記処理槽８の天井部は、図示しない昇降
機構により昇降されて処理槽８を密閉、解放する蓋体８
３により構成されており、この蓋体８３の中央部には、
駆動部８３１により鉛直軸のまわりに回動する回動軸８
３２が磁気シール部８３３を介して、処置槽８内に挿入
されている。また前記回動軸８３２の下端には、吸引あ
るいは把持爪などの把持によってウエハＷを保持する保
持盤８４が取り付けられている。

【００１９】前記処理槽８には、前記蓋体８３を開いた
ときに、処理槽８内のフッ酸蒸気の外部への拡散を抑え
るためにシャッタＳにより開閉される排気口８５が形成
されており、この排気口８５の外側は図示しない真空ポ
ンプにより負圧になっている。

【００２０】前記蓋体８３、及び処理槽８の側壁には、
夫々窒素ガスの導入孔８６及び排気孔８７が形成されて
おり、これら導入孔８６及び排気孔８７を介して窒素ガ
スを通流することによって、フッ酸蒸気に対する磁気シ
ール部８３３の保護を行うと共に、シャッタＳを開いて
処理槽８内を排気するときにガスを置換するようにして
いる。

【００２１】そしてウエハＷを洗浄するにあたっては、
先ずウエハＷを、エッチングすべき面を下方に向けて保
持盤８４に保持した後、蓋体８３を閉じて処理槽８内を
密閉状態とし、続いて駆動部８３１により保持盤８４を
ウエハＷと共に回転させ、例えば５００ｒｐｍに達した
後開閉バルブ８１を開く。これによって貯留槽８２内の
フッ酸の蒸気がウエハＷの表面に巻き込まれ、ウエハＷ
の表面上の自然酸化膜が除去される。エッチング終了後
は、シャッタＳを開いて処理槽８内のガスをある程度置
換した後蓋体８３を鎖線の位置まで上昇させ、次のウエ
ハと交換する。次に全体構成の説明に戻ると、前記第３
のロードロック室７は、処理済みのウエハを収納するカ
セット６１を例えば２個置くことのできる搬出ステージ
７１と、外部に対して気密を維持するためのゲートドア
Ｄとを備えている。

【００２２】ここで前記ウエハ着脱室２、ウエハ移載室
３及び第３のロードロック室７は、図示しないガス導入
管及び排気管が接続されていて、窒素ガスなどの不活性
ガス雰囲気が得られるようになっている。

【００２３】次に上述する実施例の作用について説明す
る。今外部から未処理のウエハＷを２５枚収納した２個
のカセット６１が搬入ステージ６２ａ、６２ｂに運び込
まれたとすると、搬送機構６のアームにより前記カセッ
ト６１内から未処理のウエハＷを取り出して、洗浄装置
５の鎖線位置の保持盤８４（図４参照）に保持させる。
次いで洗浄装置５の蓋体８３が閉じられ、既に詳述した
ようにウエハＷの洗浄が行われてウエハＷ表面上の自然
酸化膜が除去され、その後蓋体８３が開かれる。

【００２４】しかる後搬送機構６のアームにより洗浄済
みのウエハＷを保持盤８４から受け取って第２のロード
ロック室４内の載置台４２（図３参照）に被処理面を上
側にして載置する。ただしこのときまでに、第２のロー
ドロック室４における移載室３側のゲートバルブＧ２を
閉じ、かつ大気側のゲートバルブＧ４を開いておくと共
に、ガス導入管４３より不活性ガスを当該ロードロック
室４内に噴出させて大気圧よりもよ陽圧にし、これによ
り大気側からの空気の侵入を抑えるようにしておく。そ
してこのロードロック室４については、排気管４４を用
いなくとも、空気と単に置換することにより、不活性ガ
ス雰囲気を得ることができるが、排気管４４を用いて一
旦ロードロック室４内を真空雰囲気にした後不活性ガス
を導入するようにすれば、水分などをほとんど含まない
非常にクリーン雰囲気が得られるので有利である。

【００２５】ウエハＷを載置台４２に載せた後赤外線ラ
ンプ４１に例えば全体で５００Ｗの電力を印加し、これ
によりウエハＷを例えば表面が７０℃付近になるまで加
熱する。加熱時間はウエハＷと赤外線ランプ４１との離
間距離などにもよるが、例えば１分間程度である。

【００２６】続いて大気側のゲートバルブＧ４を閉じて
から、ウエハ移載室３側のゲートバルブＧ２とウエハ移
載室３、ウエハ着脱室間のゲートバルブＧ１とを開き、
移載ロボット３１のアームにより前記載置台４２上のウ
エハを取り出してオリフラ合わせ機構３２の回転ステー
ジ上に載置し、ここでオリフラ合わせを行なった後当該
ウエハをウエハ着脱室２内のボート２３に受け渡す。な
お、移載ロボット３１及び上述の搬入機構５の各アーム
によるウエハＷの保持は例えば真空チャックなどにより
行われる。

【００２７】一方第２のロードロック室４内のウエハが
移載室３に搬入された後、ゲートバルブＧ２を閉じ、ゲ
ートバルブＧ４を開いて、洗浄装置５よりの次のウエハ
Ｗの搬入に備えるようにし、このような操作を繰り返し
て着脱室２内のボート２３に所定枚数のウエハＷを搭載
する。その後エレベータ２２によりボート２３を反応容
器１２内にロードしてウエハＷを成膜処理領域内に位置
させ、例えばＣＶＤなどの成膜処理を行う。

【００２８】成膜処理が終了した後ボート２３を着脱室
２内に降下させ、ゲートバルブＧ１及びＧ３を開いて、
移載ロボット３１によりボート２３上のウエハＷを順次
第３のロードロック室７内のカセット６１に移載する。
なおこのときロードロック室７の大気側のゲートドアＤ
は閉じられており、例えば２個のカセット６１に処理済
みのウエハが収納された後ゲートドアＤを開き、外部へ
搬出されていく。

【００２９】このような実施例によれば、ウエハは自然
酸化膜が除去された直後に不活性ガス雰囲気に置かれ、
そのまま大気に触れることなく反応容器内に導入される
と共に、途中で加熱処理によって洗浄時の残留副生成物
が分解除去されるので、非常にクリーンな状態のウエハ
表面に成膜処理が行われる。

【００３０】以上において、上述実施例のように、第１
のロードロック室をウエハ着脱室２とウエハ移載室３と
に分離すれば、広いウエハ着脱室２を大気に解放するこ
となく、移載ロボット３１やオリフラ合わせ機構３２を
メンテナンスできるので、メンテナンス後の立上がりに
要する時間が短いなどの利点はあるが、本発明では、こ
れらを一体化して第１のロードロック室とすることもで
きる。

【００３１】また本発明では、搬出用ロードロック室７
を設けることなく、第２のロードロック室４内にカセッ
トの載置領域を確保しておき、当該ロードロック室４を
介して処理済みのウエハを外部に搬出するようにしても
よい。

【００３２】そしてまたウエハの搬入については、第２
のロードロック室４内に多数枚例えば１回の成膜処理に
おいて反応容器内にロードされる枚数分のウエハを収納
できる収納領域を設定し、ここにウエハを多数枚搬入し
た後、一括して加熱処理を行うようにしてもよく、この
場合には、所定枚数のウエハをボートに装着するのに要
する時間を短縮できる利点がある。

【００３３】更に洗浄後のウエハを加熱する加熱手段と
しては、赤外線ランプに限ることなくホットプレートな
どをもちいてもよく、また第２のロードロック室の外に
配置してもよい。

【００３４】そしてこのような加熱手段を用いれば、洗
浄時の残留副生成物を分解除去できるのでウエハの表面
が非常にクリーンな状態となるが、本発明では必ずしも
加熱手段を必要とするものではない。

【００３５】更にまた洗浄装置については、フッ酸の蒸
気を用いることに限定されるものではなく、薬液を用い
たウエット式のものであってもよい。

【００３６】なお本発明における成膜処理装置は、ＣＶ
Ｄのみならず、酸化や拡散などの処理を行う場合にも適
用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被処理体
は自然酸化膜が除去された直後に不活性ガス雰囲気を通
して、そのまま大気に触れることなくバッチ処理するた
めの成膜処理領域内に置かれ、しかも成膜処理領域に結
合された第１のロードロック室は、大気との間に第２の
ロードロック室が存在することから水分の少ない非常に
クリーンな状態を維持できるので、この領域で仮に長い
待機時間を要しても自然酸化膜の生成が極力抑えられた
状態で被処理体の表面に成膜処理を行うことができる。
従って例えば半導体デバイスに対しては、ゲート酸化膜
の膜厚を高い精度でコントロールでき、あるいは所要の
コンタクト抵抗を確実に得られるなど、高集積化に対応
することができる。また第２のロードロック室に加熱手
段を設け、複数の被処理体を一括して加熱するようにし
ているため、洗浄時に被処理体の表面に生成された副生
成物を加熱分解でき、より一層クリーンな表面に対して
成膜処理を行うことができると共に、スループットを向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概略を示す横断平面図であ
る。

【図２】図１の一部を示す縦断側面図である。

【図３】第２のロードロック室の一例を示す説明図であ
る。

【図４】洗浄装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 処理炉 ２ ウエハ着脱室 ２３ ウエハボート ３ 移載室 ３１ 移載ロボット ４ 第２のロードロック室 ４１ 赤外線ランプ ５ 洗浄装置 ６ 搬送機構 ７ 第３のロードロック室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の被処理体を一括して成膜処理する
   成膜処理領域に結合され、不活性ガス雰囲気とされる第
   １のロ−ドロック室と、 この第１のロ−ドロック室と大気雰囲気との間に介在
   し、当該第１のロ−ドロック室側及び大気雰囲気側に夫
   々ゲ−トバルブが設けられた、複数の被処理体が収納さ
   れる第２のロ−ドロック室と、 前記第１のロードロック室内に設けられ、第２のロード
   ロック室内の被処理体を前記成膜処理領域内に位置させ
   るための移載機構と、 大気雰囲気に配置され、複数の被処理体を収納したカセ
   ットを載置するステ−ジと、 前記第２のロ−ドロック室の近傍における大気雰囲気に
   配置され、被処理体表面の自然酸化膜を除去するための
   洗浄装置と、 前記ステ−ジに載置されたカセットから被処理体を取り
   出して前記洗浄装置に搬送し、洗浄された被処理体を第
   ２のロ−ドロック室内に搬入する搬入機構と、を有して
   なり、 前記第２のロ−ドロック室には、不活性ガスを導入して
   大気圧よりも陽圧雰囲気にするための手段と、排気管
   と、前記洗浄装置で洗浄された被処理体の表面を加熱す
   るための加熱手段と、が設けられていることを特徴とす
   る成膜処理装置。