JP3329200B2

JP3329200B2 - 半導体装置の製造方法および装置

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Publication number: JP3329200B2
Application number: JP21968196A
Authority: JP
Inventors: 昭男斉藤; ▲斉▼ 岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2016-08-21
Also published as: JPH1064865A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術】本発明は、半導体装置の製造工程
等において、半導体ウエハ等半導体基板を清浄にする洗
浄方法および半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の基板の表面に形成され
る集積回路は、近年ますます集積度が増加しており、パ
ターンの線幅が微細化してきている。最小加工寸法は６
４ＭｂｉｔＤＲＡＭで０．３μｍ、２５６ＭｂｉｔＤＲ
ＡＭで０．２μｍであり、その製造工程において微量な
汚染が製品の品質や歩留まりを著しく低下させている。
微量な汚染として特に問題となるのは、異物、金属汚
染、有機物汚染である。また、工程によっては自然酸化
膜も除去すべきもの（汚染の一種）と考えられている。

【０００３】上記汚染に対し基板表面を洗浄する手段と
して、アールシーエーレビュー３１（１９７０年）第１
８７頁から２０６頁［ＲＣＡＲｅｖｉｅｗ，３１
（１９７０）Ｐ．１８７〜２０６］で述べられている
ように、アンモニア水と過酸化水素水の混合物や塩酸と
過酸化水素水の混合物を８０℃程度に加熱し、これにウ
エハを浸漬する方法（ＲＣＡ洗浄）が一般に行なわれて
いる。また、自然酸化膜の除去にはフッ酸が用いられて
いる。これらのウエット洗浄法は液中で処理するため、
汚染の再付着が不可避であること、高段差部分や複雑な
素子構造への液浸透が充分でないことなどの理由で早晩
限界が生ずることが予想されている。そこで、汚染の再
付着が原理的に起こり得ず、高段差部分の洗浄が容易で
あるプラズマ、光、熱で励起した活性分子や活性原子に
よりウエハ上および表層の汚染を除去する洗浄法が提案
されている。これはドライ洗浄と呼ばれ、特開昭６２−
４２５３０号公報で述べられているように塩素ガスに紫
外光を照射することでＳｉウエハ上の金属汚染を除去す
る方法や特開平４−７５３２４号公報で述べられている
ように酸素ガスにプラズマを印加してＳｉウエハ上の有
機物を除去する方法や特開平６−３３８４７８で述べら
れているように三フッ化窒素にプラズマを印加してＳｉ
ウエハ上の自然酸化膜を除去する方法等が知られてい
る。

【０００４】一方、ウエハ裏面の汚染についても近年そ
の有害性が認識されつつある。ウエハ裏面への汚染の付
着は主として、ＣＶＤ、スパッタ等成膜を行なう際に裏
面にも成膜されてしまうことにより、またＣＶＤ、スパ
ッタ、ドライエッチング、イオン注入等を行なう真空装
置内でウエハ治具等により、またリソグラフィ等を行な
う装置内で搬送系より生ずるものと考えられている。こ
のウエハ裏面汚染を除去するためには、ウエット洗浄法
としてブラシスクラブ洗浄や反応性の高い溶液をウエハ
裏面のみに接触させる方法等が知られている。また、ド
ライ洗浄法としては特開平１−１８９１２２号公報や特
開平３−４０４１８号公報で述べられている酸素ガスや
オゾンガスに光を照射したり加熱するものがあるが、こ
れらはウエハ裏面に付着したレジスト除去を目的とする
ものに限定されている。

【０００５】従来法により裏面洗浄を行なう際の工程シ
ーケンスを図２に示す。裏面洗浄装置はブラシスクラブ
洗浄が用いられており、ドライエッチング、レジスト除
去を行なった後に組み合わせることが一般的である。こ
うすることで、通常はウエット法で行なわれる後洗にお
いてウエハの裏面に付着している異物や汚染がウエハの
集積回路形成面へ転写することを防止できるからであ
る。また、256MbitDRAM以降で予想される工程において
は、成膜前やドライエッチング後に上記したドライ洗浄
が広く使われるが、裏面洗浄装置は同様に用いられるも
のと考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したブラシスクラ
ブ洗浄法等のウエット洗浄法は、専用の装置が必要であ
り、また占有面積も広い。近年のクリーンルームはその
建設および維持に膨大なコストを要し、できるだけ装置
数を少なくしなければならない。また、図１に示した工
程図のように、専用装置による裏面洗浄工程を省略して
ウエハの集積回路形成面の処理とウエハ裏面の洗浄を同
時に行なうようにすれば工程数が短縮できる。従って、
ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を同一チャンバ
内で処理することには、図りしれないメリットがある。

【０００７】ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を
同一チャンバ内で処理する方法は図１に示すように、大
きくわけて２通り考えられる。ひとつは図１（ｃ）に示
したウエハの集積回路形成面のドライ洗浄とウエハ裏面
の洗浄を同一チャンバ内で行なうというものである。た
だし、必ずしも（ｃ）に示したような成膜の前処理、ド
ライエッチングの後処理の両方でいつもウエハ裏面の洗
浄を行う必要はない。どちらかの集積回路形成面のドラ
イ洗浄時にウエハ裏面の洗浄を行うだけでも良い。もう
ひとつは図１（ａ)，(ｂ）に示した成膜、ドライエッチ
ング等とウエハ裏面の洗浄を同一チャンバ内で行なうと
いうものである。もちろん、リソグラフィやレジスト除
去時にウエハ裏面の洗浄を組み合わせても良い。

【０００８】しかし、ウエハの集積回路形成面と裏面を
ドライ洗浄により処理するこれらの手法には以下に示す
ような解決すべき課題がある。まず、集積回路形成面と
ウエハ裏面の洗浄を同一チャンバ内で行なう場合には、（１）ウエハの裏面には、ウエハの集積回路形成面に用
いている従来から知られた方法をそのまま単純に適用す
ることができない。ウエハの集積回路形成面に用いる方
法はダメージの小さいこと（ここでは半導体装置を構成
する各種薄膜のエッチングレートが小さいことと考え
る）が要求されているため、汚染が強力に付着している
ウエハの裏面に用いても効果がほとんど期待できないた
めである。（２）従って、ウエハの集積回路形成面と裏面を同一チ
ャンバ内で処理するためにはマイルドな方法と強力な方
法を同時あるいは逐次的に実現しなければならず、その
ための工夫が必要である。

【０００９】また、成膜、ドライエッチング、レジスト
除去処理等とウエハ裏面の洗浄を同一チャンバ内で行な
う場合には、集積回路形成面の処理方法とウエハ裏面の
処理方法が全く異なっており、それらを同一チャンバ内
で行なうための工夫が必要である。

【００１０】本発明の目的は、上記従来の問題点を解消
することにあり、その第１の目的はウエハの集積回路形
成面の処理およびウエハ裏面の汚染除去を同一チャンバ
内で行なう方法を、第２の目的はそれを行なう洗浄装置
および成膜、ドライエッチング、イオン注入装置等を、
それぞれ提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のうち、ウエハの
集積回路面と裏面のドライ洗浄を同一チャンバで行なう
場合、ウエハ裏面の処理速度がウエハの集積回路形成面
の処理速度よりも大きくすることで上記課題を解決する
というものである。定量的に述べると、ウエハの集積回
路形成面にはエッチング速度５０Å／分以下、ウエハの
裏面にはエッチング速度２００Å／分以上となるような
ドライ洗浄法を用いることで上記課題を解決するという
ものである。具体的には、ウエハの集積回路形成面およ
び裏面で異なる励起方法を用いる、異なる種類のガスを
用いる、異なる成分のガスを用いる、同一ガスを用いて
異なる温度、プラズマ分布、ガス流量で処理するという
ものである。

【００１２】ウエハ裏面洗浄で除去すべき汚染は、前述
したように異物、金属汚染、有機物汚染、自然酸化膜と
多岐にわたっているが、ウエハ裏面に形成された薄膜を
エッチングすることで薄膜上に存在するこれらの汚染は
除去される。従って、以後ウエハ裏面に対する洗浄力は
薄膜のエッチングレートで示すことにする。

【００１３】また、ウエハの集積回路形成面における成
膜、ドライエッチング、レジスト除去とウエハ裏面のド
ライ洗浄を同一チャンバで行なう場合、ウエハの集積回
路形成面および裏面で異なる励起方法を用いる、異なる
種類のガスを用いる、異なる成分のガスを用いる、同一
ガスを用いて異なる温度、プラズマ分布、ガス流量等で
処理するというものである。

【００１４】ここで言う同一チャンバ内とは、通常の意
味で一つの閉じられた空間内というだけでなく、後述す
る実施例に示すように、ウエハの集積回路形成面と裏面
を同時に処理できるような工夫のなされた場合も含まれ
ている。

【００１５】また、本発明の洗浄装置は、上記方法を実
現するための機構とガス供給系とガスを励起するための
プラズマ発生部、紫外光光源あるいは加熱部を、ウエハ
等を搬送できる真空装置に組み合わせたものである。ま
た、本発明の処理装置は成膜機能、ドライエッチング機
能等に前記洗浄機能を組み合わせたものである。

【００１６】また、本発明を用いて製造された半導体装
置はウエハ裏面にはとんど薄膜が形成されていない。あ
るいは、形成されている薄膜中に存在する異物数は従来
法によるものと比べ大幅に少なくなっている。何故なら
工程ごとにウエハ裏面の洗浄やエッチング処理を行って
いるからである。具体的な異物数については実施例２の
検討で裏面に付着した０.３ミクロン以上の異物数を測
定してみたところ最大で５００個／ウエハ程度であった
から、１チップあたり２５個以下と見積もることができ
る。（１ウエハより２０チップ以上得るとして算出し
た。）次に、ウエハの集積回路形成面と裏面それぞれに適した
ドライ洗浄法について詳述する。ウエハの集積回路形成
面にドライ洗浄法を用いる場合、その目的は汚染を除去
するというものであるが、ドライ洗浄の性質上半導体装
置を構成する数々の薄膜をエッチングすることとなるた
め、このエッチングを極力抑えることが必要である。深
さ方向へのエッチングにはある程度余裕があるが、問題
となるのはパターンの幅が小さくなったり、コンタクト
ホールの孔径が大きくなることであり、一般的に加工寸
法の５％程度が限度である。エッチングはパターンの両
側から起こるから、許容エッチング量は２．５％程度と
なる。２５６ＭＤＲＡＭでは最小加工寸法が０．２μｍ
であるから、許容エッチング量は５０Å以下となる。汚
染を除去するというドライ洗浄の目的を達成するために
は、少なくとも１分程度の時間を要するので、ウエハの
集積回路形成面のドライ洗浄に許されるエッチングレー
トは５０Å／分程度以下でなければならない。

【００１７】一方、ウエハの裏面にドライ洗浄を用いる
場合、ＣＶＤ等の成膜で裏面に形成された薄膜をすべて
除去する必要のある時が最もエッチング量を大きくする
ケースであるから、１０００Å程度エッチングする必要
がある。裏面のドライ洗浄に費やすことのできる時間と
してはスループットの点から実用的には５分程度が限界
である。（ウエハ裏面処理に要する時間は必ずしもウエ
ハの集積回路形成面の処理に要する時間と一致している
必要はない。必要なスループットから規定される。）従
って、ウエハ裏面のドライ洗浄に要求されるエッチング
レートは２００Å程度以上である。すなわち、ウエハの
集積回路形成面と裏面に同一チャンバ内でドライ洗浄を
適用する場合、それらのエッチングレートは４倍以上異
なっていなければならない。

【００１８】また、成膜、ドライエッチング等とウエハ
裏面洗浄を組み合わせる場合、集積回路形成面の成膜、
ドライエッチング方法に前記したウエハ裏面洗浄の条件
を満足する手法を組み合わせることで達成できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施例
によって詳細に説明する。（実施例１）ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を
別々の方法でかつ同時に処理できる図３に示す装置を用
いて実験を行なった。

【００２０】ガス導入系３、４より導入されるガスは、
キャビティ５によりプラズマ化することができる。ウエ
ハ２の上面にはランプ７より紫外光を照射できる。ま
た、ウエハ加熱用ヒータ９を用いることでウエハ２の温
度を高めることができる。

【００２１】ウエハの集積回路形成面および裏面にＣＶ
Ｄ法により酸化シリコン膜を形成し、集積回路形成面を
上にして図３に示す装置に装着した。ただし、本実施例
では集積回路形成面に集積回路は形成されておらずウエ
ハのミラー面に酸化シリコン膜が形成されているものと
なっている。以下の実施例においても、特に記述がない
限り、集積回路形成面はウエハミラー面であるとする。
ガス導入系３よりプラズマ化しない三フッ化窒素を、ガ
ス導入系４よりプラズマ化しない三フッ化塩素を導入す
る。さらにランプ７によりウエハ上面に紫外光を照射す
る。ウエハ温度とウエハ両面の酸化シリコン膜のエッチ
ングレートの関係を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】ウエハの集積回路形成面は紫外光励起によ
るマイルドな方法でエッチングされるため、ウエハの裏
面に比べ著しく小さなエッチングレートが得られた。表
１の判定欄に○印で示した組み合わせでウエハの集積回
路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏面は２００Å／
分以上の条件を満たすことがわかった。

【００２４】（実施例２）次に、本発明の効果を明らか
とするため以下に示す実験を行った。図２の従来法に示
す処理を行ったウエハ、従来法より裏面洗浄の工程を省
略して処理を行ったウエハ、図１（ｃ）の本発明の実施
例に示す処理を行ったウエハ、図１（ｃ）に示す処理よ
り成膜前あるいはドライエッチング後に行うウエハ裏面
洗浄を省略したものについて検討した。それぞれのウエ
ハの処理工程のちがいを表２にまとめた。

【００２５】

【表２】

【００２６】実験は２通りの方法で行なった。（１）リソグラフィのパターニングは行なわず、処理終
了後にパターンは残らない。これは、処理終了後のウエ
ハの集積回路形成面の付着異物数、金属汚染量を評価す
るためのものである。（２）リソグラフィのパターニングはコンタクトホール
を形成するというもので、図４(a)〜(d)に示すように、
Ｓｉウエハ２上に酸化シリコン膜１２を成膜し、リソグ
ラフィにより孔部１４を形成した後ドライエッチングに
よりコンタクトホール１５を形成しレジスト膜を除去し
た。これは、集積回路形成面に形成したデバイスの特性
を評価するためのものである。

【００２７】各工程の詳細は以下の通りである。前洗：ＲＣＡ洗浄（アンモニア＋過酸化水素水＋水）＋
フッ酸処理。成膜：酸化シリコン膜形成。リソグラフィ：レジスト塗布＋露光＋現像。エッチング：プラズマ化した四フッ化炭素によるドライ
エッチング。レジスト除去：プラズマ化した酸素によるアッシャー処
理。裏面洗浄：ブラシスクラバ処理。後洗：ＲＣＡ洗浄（アンモニア＋過酸化水素水＋水）。集積回路形成面、裏面ドライ洗浄：上記実施例１No.２
に示す方法。

【００２８】（１）の検討を行ない得られた結果を表３
に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】従来法で裏面洗浄を省略すると、付着異物
数、金属汚染量ともに大幅に増加することがわかった。
これは、成膜、ドライエッチング、レジスト除去等の際
にウエハ裏面が汚染され、後洗を行った際にこの汚染が
ウエハの集積回路形成面に転写されたことを示してい
る。これに対し、本発明を行った場合、工程が短縮でき
た上に従来例と同等以上のウエハ清浄度が得られた。特
に、成膜前、ドライエッチング後共に本発明を用いた場
合、ウエハ清浄度は従来例より明らかに向上した。

【００３１】次に（２）の検討を行なった。この場合は
図４(e)に示すように、上記処理に加え、ガス導入系３
よりプラズマ化せずにシラン系ガスを導入しＣＶＤ法に
より集積回路形成面にポリシリコン膜１６を形成した。
この際、ウエハ裏面にシラン系ガスが回り込まないよう
にガス導入系４よりアルゴンガスを流した。処理終了
後、リソグラフィによりパターニングし、コンタクト抵
抗を測定した。得られた結果を表３に示す。従来法で裏
面洗浄を省略するとコンタクト抵抗はやや大きくなる。
その他の場合はほぼ同等である。

【００３２】以上の検討より、エッチングレートがウエ
ハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏面は
２００Å／分以上という条件を満たす手法を用いること
で、従来の裏面洗浄を省略できるという本発明の効果を
実証することができた。従って、この条件を満たすこと
が本発明の要件であることがわかったので、以下の実施
例ではこの条件を満たす手法がどのようなものであるか
について検討する。

【００３３】（実施例３）図３に示す装置により検討し
た。ウエハの集積回路形成面および裏面にＣＶＤ法によ
り酸化シリコン膜を形成し、集積回路形成面を上にして
装置に装着した。ガス導入系３よりプラズマ化しない塩
素ガスを、ガス導入系４よりキャビテイによりプラズマ
化した塩素ガスを導入する。さらにランプ７によりウエ
ハ上面に紫外光を照射する。ウエハ温度とウエハ両面の
酸化シリコン膜のエッチングレートの関係を表４に示
す。

【００３４】

【表４】

【００３５】ウエハの集積回路形成面は紫外光励起によ
るマイルドな方法でエッチングされるため、ウエハの裏
面に比べ著しく小さなエッチングレートが得られた。表
４の判定欄に○印で示した組み合わせでウエハの集積回
路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏面は２００Å／
分以上の条件を満たすことがわかった。ここに示したよ
うに、異なった励起法を用いることによりウエハの集積
回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ内で行なうこと
ができた。

【００３６】（実施例４）ウエハ両面にポリシリコン膜
を形成し、集積回路形成面を上にして図３に示す装置に
装着した。ガス導入系３、４よりプラズマ化せずに三フ
ッ化塩素ガスを導入した。表５に示すウエハ温度で処
理した後、ウエハ２の集積回路形成面即ちウエハ上面に
ガスを導入するガス導入系３を閉とし、表５に示すウエ
ハ温度で処理した。

【００３７】

【表５】

【００３８】ウエハ温度とウエハ両面のポリシリコ
ンエッチングレートの関係を表５に示す。表５の判定欄
に○印で示した組み合わせでウエハの集積回路形成面は
５０Å／分以下、ウエハの裏面は２００Å／分以上の条
件を満たすことがわかった。ここに示したように、ウエ
ハの温度を制御することによりウエハの集積回路形成面
と裏面の洗浄を同一チャンバ内で行なうことができた。

【００３９】（実施例５）ウエハ両面にポリシリコン膜
を形成し、集積回路形成面を上にして図３に示す装置に
装着した。ガス導入系３、４よりプラズマ化して塩素ガ
スを導入した。キャビティ６、７に加えるマイクロ波出
力とウエハ両面のポリシリコンエッチングレートの関係
を表６に示す。

【００４０】

【表６】

【００４１】表６の判定欄に○印で示した組み合わせで
ウエハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏
面は２００Å／分以上の条件を満たすことがわかった。
ここに示したように、プラズマ分布を制御することによ
りウエハの集積回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ
内で行なうことができた。

【００４２】（実施例６）ウエハ両面にポリシリコン膜
を形成し、集積回路形成面を上にして図３に示す装置に
装着した。ガス導入系３、４よりプラズマ化した塩素ガ
スを導入した。ただし、プラズマは同等とし、ウエハの
集積回路形成面側の塩素ガス流量とウエハの裏側の塩素
ガス流量は異なる値として実験を行なった。ガス流量と
ウエハ両面のポリシリコンエッチングレートの関係を表
７に示す。

【００４３】

【表７】

【００４４】表７の判定欄に○印で示した組み合わせで
ウエハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏
面は２００Å／分以上の条件を満たすことがわかった。
ここに示したように、ガス流量を制御することによりウ
エハの集積回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ内で
行なうことができた。

【００４５】（実施例７）ウエハ両面にポリシリコン膜
を形成し、集積回路形成面を上にして図３に示す装置に
装着した。ガス導入系３、４よりプラズマ化した塩素ガ
スを導入した。ただし、プラズマ、ガス流量は同等と
し、ウエハの集積回路形成面側の塩素ガス含有量とウエ
ハの裏側の塩素ガス含有量は異なる値として実験を行な
った。ガス含有量とウエハ両面のポリシリコンエッチン
グレートの関係を表８に示す。

【００４６】

【表８】

【００４７】表８の判定欄に○印で示した組み合わせで
ウエハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏
面は２００Å／分以上の条件を満たすことがわかった。
ここに示したように、ガス含有量を制御することにより
ウエハの集積回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ内
で行なうことができた。

【００４８】（実施例８）ウエハの集積回路形成面とウ
エハの裏面を別々の方法でかつ同時に処理できる図５に
示す装置を用いて実験を行なった。マイクロ波発生器１
８により発生させたマイクロ波を導波管１９により導
き、コイル２１で磁場を発生させ、ガス導入系３、４よ
り導入したガスをプラズマ化する。コイルを制御するこ
とによりプラズマ密度をコントロールできる。

【００４９】ウエハ両面に酸化シリコン膜を形成し、集
積回路形成面を上にして上記装置に装着した。ガス導入
系３、４より三フッ化窒素ガスを導入した。磁場の大き
さとウエハ両面の酸化シリコンエッチングレートの関係
を表９に示す。

【００５０】

【表９】

【００５１】表９の判定欄に○印で示した組み合わせで
ウエハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの裏
面は２００Å／分以上の条件を満たすことがわかった。
ここに示したように、プラズマを制御することによりウ
エハの集積回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ内で
行なうことができた。

【００５２】（実施例９）ウエハの集積回路形成面とウ
エハの裏面を別々の方法でかつ同時に処理できる図６に
示す装置を用いて実験を行なった。プラズマ発生用電極
２３に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加することでガス
導入系３、４より導入したガスをプラズマ化できる。印
加電圧を制御することによりプラズマ密度をコントロー
ルできる。

【００５３】ウエハ両面に酸化シリコン膜を形成し、集
積回路形成面を上にして上記装置に装着した。ガス導入
系３、４より三フッ化窒素ガスを導入した。プラズマパ
ワとウエハ両面の酸化シリコンエッチングレートの関係
を表１０に示す。

【００５４】

【表１０】

【００５５】表１０の判定欄に○印で示した組み合わせ
でウエハの集積回路形成面は５０Å／分以下、ウエハの
裏面は２００Å／分以上の条件を満たすことがわかっ
た。ここに示したように、プラズマを制御することによ
りウエハの集積回路形成面と裏面の洗浄を同一チャンバ
内で行なうことができた。

【００５６】（実施例１０）両面に酸化シリコン膜を形
成したウエハを集積回路形成面を上にして図３に示す装
置に装着し、実施例１Ｎｏ.２に示した条件で処理し
た。次に、ガス導入系３より酸素ガスを導入し加熱用ラ
ンプ９によりウエハ２を加熱し集積回路形成面に熱酸化
膜を形成した。尚、ウエハ裏面には酸素ガスが回り込ま
ないようにガス導入系４よりアルゴンガスを所定量導入
した。処理終了後ウエハを取り出し、水素ガス中でアニ
ールした後、ライフタイムの測定を行なった。１６０〜
２１０μｓと良好な値が得られた。

【００５７】（実施例１１）ウエハ両面にアルミニウム
膜２４を形成し、集積回路形成面に図７に示すようにレ
ジスト膜１３を塗布しリソグラフィにより孔部１５を形
成した。ウエハを図５に示す装置に装着し、集積回路形
成面側に塩素ガスを導入しプラズマを発生させてアルミ
ニウム膜のドライエッチングを行った。ここで、一旦ウ
エハを装置外に取り出し、電子顕微鏡で集積回路形成面
側を観察して反応生成物残渣の存在を確認した。ウエハ
を装置に戻し、集積回路形成面側に三フッ化塩素ガス
を、裏面側に塩素ガスを導入した。プラズマはウエハ裏
面側のみ発生させた。処理後、ウエハの集積回路形成面
側を電子顕微鏡で観測したところ、反応生成物残渣はき
れいに除去されていた。また、ウエハ裏面のアルミニウ
ム膜も除去されていた。本実施例により、ドライエッチ
ング後、ウエハの集積回路形成面と裏面のドライ洗浄を
同一チャンバ内で行うことが可能であることがわかっ
た。

【００５８】（実施例１２）ウエハの集積回路形成面に
レジスト膜を形成したウエハを図３に示す装置に装着
し、ガス導入系３よりプラズマ化した酸素ガスを導入し
た。次に実施例１Ｎｏ.２に示した条件でウエハの集積
回路形成面および裏面のドライ洗浄を行った。ウエハの
両面より自然酸化膜が完全に除去されていた。本実施例
によりレジスト除去後、ウエハの集積回路形成面と裏面
のドライ洗浄を同一チャンバ内で行うことが可能である
ことがわかった。

【００５９】（実施例１３）イオン打ち込みを行なった
後、ウエハを図３に示す装置に装着した。実施例１Ｎ
ｏ.２に示した条件でウエハの集積回路形成面および裏
面のドライ洗浄を行った。ウエハの集積回路面の金属汚
染を評価したところ、良好な値が得られた。また、ウエ
ハ裏面の自然酸化膜は完全に除去されていた。本実施例
によりイオン打ち込み後、ウエハの集積回路形成面と裏
面のドライ洗浄を同一チャンバ内で行うことが可能であ
ることがわかった。

【００６０】（実施例１４）図８に示す装置はガス導入
系より成膜ガスを導入し加熱用ランプ９でウエハ２を加
熱することで、ウエハの集積回路形成面に薄膜を形成で
きるものである。また、ガス導入系４よりウエハ裏面の
ドライ洗浄用ガスを導入することでウエハ裏面の洗浄を
行うことができる。

【００６１】ウエハ両面に酸化シリコン膜を形成した
後、図４(a)〜(d)に示すように集積回路形成面にリソグ
ラフィによりコンタクトホールを形成した。このウエハ
を、図８に示す装置に集積回路形成面を上にして装着
し、ガス導入系３よりシラン系ガスを、ガス導入系４よ
りプラズマ化せずに三フッ化塩素ガスを導入した。処理
終了後、集積回路形成面にポリシリコン膜が形成できて
おり、またウエハの裏面に形成されている酸化シリコン
膜は完全に除去できていた。本実施例により、集積回路
形成面の成膜と裏面のドライ洗浄が同時に行えることが
わかった。

【００６２】（実施例１５）図９に示す装置はガス導入
系３によりレジスト形成用モノマをバブラー２７を用い
てバブリングすることでチャンバ内に導入できる。ま
た、ガス導入系４よりウエハ裏面のドライ洗浄用ガスを
導入することでウエハ裏面の洗浄を行うことができる。

【００６３】ウエハ２を集積回路形成面を上にして装着
した後、バブラー２７中のメチルメタクリレートをアル
ゴンガスを用いてバブリングし装置内に導入した。ま
た、ガス導入系４よりは三フッ化窒素を導入した。プラ
ズマ発生用電極２３に１３．５６ＭＨｚの高周波を印加
することで導入したガスをプラズマ化した。処理終了
後、ウエハの集積回路形成面にレジストが形成できてお
り、またウエハ裏面の自然酸化膜は完全に除去できてい
た。本実施例により、集積回路形成面へのレジスト膜ド
ライ形成と裏面のドライ洗浄が同時に行えることがわか
った。

【００６４】（実施例１６）集積回路形成面にレジスト
膜を形成し任意のパターンに露光したウエハを、集積回
路形成面を上にして図３に示す装置に装着した。ガス導
入系３よりプラズマ化した塩素ガスを導入し、ガス導入
系４よりプラズマ化した三フッ化窒素ガスを導入した。
処理終了後、ウエハの集積回路形成面が現像できてお
り、またウエハ裏面の自然酸化膜は完全に除去できてい
た。本実施例により、集積回路形成面へのドライ現像と
裏面のドライ洗浄が同時に行えることがわかった。

【００６５】（実施例１７）集積回路形成面にレジスト
膜を形成したウエハを、集積回路形成面を上にして図３
に示す装置に装着した。ガス導入系３よりプラズマ化し
た酸素ガスを導入し、ガス導入系４よりプラズマ化した
三フッ化窒素ガスを導入した。処理終了後、ウエハの集
積回路形成面のレジストが完全に除去できており、また
ウエハ裏面の自然酸化膜も完全に除去できていた。本実
施例により、集積回路形成面のレジスト除去と裏面のド
ライ洗浄が同時に行えることがわかった。

【００６６】（実施例１８）図７に示すように集積回路
形成面にアルミニウム膜２４、ついでレジスト膜１３を
形成しリソグラフィによりパターニングしたウエハを、
集積回路形成面を上にして図５に示す装置に装着した。
ガス導入系３より塩素ガスを、ガス導入系４より三フッ
化窒素ガスを導入した。マイクロ波発生器１３により発
生させたマイクロ波を導波管１４により導き、コイル１
６で磁場を発生させ、導入されたガスをプラズマ化す
る。処理終了後、ウエハの集積回路形成面のアルミニウ
ムは所定量エッチングされており、またウエハ裏面の自
然酸化膜も完全に除去できていた。本実施例により、集
積回路形成面のドライエッチングと裏面のドライ洗浄が
同時に行えることがわかった。

【００６７】（実施例１９）集積回路形成面に酸化シリ
コン膜、ついでレジスト膜を形成しリソグラフィにより
パターニングしたウエハを、集積回路形成面を上にして
図１０に示す装置に装着した。ガス導入系３、４より三
フッ化窒素ガスを導入した。マイクロ波発生器１３によ
り発生させたマイクロ波を導波管１４により導き、コイ
ル１６で磁場を発生させ、導入されたガスをプラズマ化
する。処理終了後、ウエハの集積回路形成面の酸化シリ
コンは所定量エッチングされており、またウエハ裏面の
自然酸化膜も完全に除去できていた。本実施例により、
集積回路形成面のドライエッチングと裏面のドライ洗浄
が同時に行えることがわかった。

【００６８】（実施例２０）図１１に示す装置により複
数枚のウエハをバッチ処理により、ウエハの集積回路形
成面と裏面のドライ洗浄を同一チャンバにより行った。
実施条件は実施例１Ｎｏ.２と同様とし、得られた結果
を表１１に示す。

【００６９】

【表１１】

【００７０】ウエハによるエッチングレートにバラツキ
はあるが、１枚を除いて、集積回路形成面はエッチング
速度５０Å／分以下、ウエハの裏面はエッチング速度２
００Å／分以上いう条件を満たしている。

【００７１】（実施例２１）図１２に示す装置により実
験を行った。図３に示した装置にレーザ部を加えたもの
で、ウエハ裏面にレーザを照射し、ウエハ裏面の異物を
除去することができる。レーザ照射後、実施例１Ｎｏ．
２と同様にしてウエハの集積回路形成面と裏面のドライ
洗浄を行なった。実施例１で得られた結果と同等のもの
が得られた。

【００７２】（実施例２２）図１３に示すようなウエハ
反転機構を有するドライエッチング装置を用いて、以下
の実験を行なった。ウエハが処理される場合ウエハは図
１３（ａ）に示す位置にある。処理終了後ウエハは図１
３（ｂ）に示す位置に移動し、ウエハチャック３５によ
りチャックし、図１３（ｃ）に示すように反転させる。
反転後、ウエハは図１３（ａ）に示す位置に移動し、処
理が実行される。

【００７３】集積回路形成面にアルミニウム膜を形成し
たウエハを装着し、ガス導入系４より塩素ガスを導入し
プラズマを発生させ、ウエハの集積回路形成面のアルミ
ニウム膜をエッチングした。エッチング終了後、ウエハ
反転機構によりウエハを反転させ、ガス導入系より三フ
ッ化塩素を導入しウエハを加熱した。処理終了後、ウエ
ハの集積回路形成面のアルミニウム膜は所定量エッチン
グされており、またウエハ裏面の自然酸化膜も完全に除
去できていた。

【００７４】（実施例２３）本発明によるモニタを組み
合わせた一貫処理装置の一例を図１４、１５に示す。図
１４はモニタ機能を有するクリーニング、成膜一貫処理
装置である。クリーニング用ガスはガス導入系３、４よ
り、成膜用ガスはガス導入系３より導入することができ
る。試料ウエハ２の両面のドライ洗浄を行なった後、ウ
エハをモニタ室３６に移し、モニタ３７により表面清浄
度を評価する。十分な清浄度にあればウエハを成膜室３
５に戻し成膜を行なう。清浄度が不十分であれば、ウエ
ハを成膜室３５に移し再びクリーニングを行ない、再チ
ェックする。

【００７５】図１５はモニタ機能を有するクリーニン
グ、ドライエッチング一貫処理装置である。クリーニン
グ用ガスはガス導入系３、４より、ドライエッチング用
ガスはガス導入系３より導入することができる。試料ウ
エハ２の両面のドライエッチングを行なった後、ウエハ
両面のドライ洗浄を行ない、ウエハをモニタ室３６に移
し、モニタ３７により表面清浄度を評価する。十分な清
浄度にあればウエハを次工程へ移す。清浄度が不十分で
あれば、ウエハをエッチング室４０に戻し再びクリーニ
ングを行ない、再チェックする。

【００７６】（実施例２４）ウエハを保持する方法の一
例を図１６に示す。ウエハ２の裏面が静電チャック４１
に吸引され、ウエハ保持具に保持される。このような構
造であれば、ウエハの集積回路形成面にウエハの裏面処
理用ガスは入りこまない。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、ウエハの集積回路形成
面および裏面の洗浄を同一チャンバ内で行なうことがで
きるため、半導体装置等のスループットを高めることが
でき、低コストで上記製品を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体製造工程図。

【図２】従来の半導体製造工程図。

【図３】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図４】本発明の一実施例を示した図。

【図５】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図６】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図７】本発明の一実施例を示した図。

【図８】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図９】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１０】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１１】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１２】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１３】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１４】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１５】本発明の半導体製造装置の一例を示した図。

【図１６】本発明のウエハ保持機構の一例を示した図。

【符号の説明】

１…真空チャンバ、２…試料ウエハ、３、４…ガス導入
系、５、６…キャビティ、７…紫外線ランプ、８…石英
窓、９…加熱用ランプ、１０…真空排気装置、１１…マ
イクロ波電源、１２…酸化シリコン膜、１３…レジスト
膜、１４…孔部、１５…コンタクトホール、１６…ポリ
シリコン膜、１７…ＥＣＲマイクロ波プラズマ装置、１
８…マイクロ波発生装置、１９…導波管、２０…石英
板、２１…コイル、２２…プラズマ装置、２３…プラズ
マ発生電極、２４…アルミニウム膜、２５…成膜、クリ
ーニング装置、２６…レジストドライ成膜装置、２７…
バブラー、２８…ＥＣＲマイクロ波エッチング装置、２
９…クリーニング装置、３０…レーザ照射クリーニング
装置、３１…レーザ部、３２…ウエハ反転機能付きドラ
イエッチング装置、３３…アンテナ、３４…プラズマ発
生用電源、３５…ウエハチャック、３６…成膜室、３７
…モニタ室、３８…モニタ、３９…試料台、４０…ゲー
トバルブ、４１…ドライエッチング室、４２…静電チャ
ック部、４３…ウエハ保持具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−186081（ＪＰ，Ａ) 特開平７−86259（ＪＰ，Ａ) 特開平８−279494（ＪＰ，Ａ) 国際公開96／9128（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を同一チャ
ンバで処理し、かつ前記ウエハの集積回路形成面の洗浄
方法と前記ウエハの裏面の洗浄方法とが異なる励起手段
を用いて行うことにより、前記ウエハの裏面の処理速度
が前記ウエハの集積回路形成面の処理速度よりも大なら
しめることを特徴とするウエハの洗浄方法。
【請求項２】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、反応速度５０Å／分以下でエッチングする方法を用
いてウエハの集積回路形成面を処理する工程と、該処理
工程とは異なる励起手段であって、反応速度２００Å／
分以上でエッチングする方法を用いてウエハの裏面を処
理する工程を同一チャンバ内で行うことを特徴とするウ
エハの洗浄方法。
【請求項３】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を同一チャ
ンバで処理し、かつ前記ウエハの集積回路形成面の洗浄
方法と前記ウエハの裏面の洗浄方法とが、同一ガスを用
いて、温度、プラズマ分布、ガス流量を制御することに
より、前記ウエハの裏面の処理速度が前記ウエハの集積
回路形成面の処理速度よりも大ならしめることを特徴と
するウエハの洗浄方法。
【請求項４】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、反応速度５０Å／分以下でエッチングする方法を用
いてウエハの集積回路形成面を処理する工程と、該処理
工程と同一ガスを用いて、温度、プラズマ分布、ガス流
量を制御することにより、反応速度２００Å／分以上で
エッチングする方法を用いてウエハの裏面を処理する工
程を同一チャンバ内で行うことを特徴とするウエハの洗
浄方法。
【請求項５】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、ウエハの集積回路形成面とウエハの裏面を同一チャ
ンバで処理し、かつ前記ウエハの集積回路形成面の洗浄
方法と前記ウエハの裏面の洗浄方法とが、成分の異なっ
たガスあるいは全く異なる種類のガスを用いることによ
り、前記ウエハの裏面の処理速度が前記ウエハの集積回
路形成面の処理速度よりも大ならしめることを特徴とす
るウエハの洗浄方法。
【請求項６】ドライ洗浄により半導体ウエハを洗浄する
際、反応速度５０Å／分以下でエッチングする方法を用
いてウエハの集積回路形成面を処理する工程と、該処理
工程と成分の異なったガスあるいは全く異なる種類のガ
スを用いることにより、反応速度２００Å／分以上でエ
ッチングする方法を用いてウエハの裏面を処理する工程
を同一チャンバ内で行うことを特徴とするウエハの洗浄
方法。