JP3925088B2

JP3925088B2 - ドライ洗浄方法

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Publication number: JP3925088B2
Application number: JP2001007156A
Authority: JP
Inventors: 賢悦横川; 義典桃井; 勝伊澤; 新一田地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-01-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスの製造工程におけるウエハの洗浄装置に係り、特に半導体製造の前工程におけるプラズマ処理や平坦化処理の後にウエハ表面に残存する異物等を真空中で除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハ（以下、単にウエハと称す）の洗浄は純水または純水に各種酸やアルカリ溶液を希釈した溶液を用い、該溶液中にウエハを浸すまたは溶液を吹き付ける方法にてウエハ表面の異物を洗い流すことで実施されている。またウエハを溶液に浸すと同時にブラシによりウエハ表面を機械的に洗浄する方法等も用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
先に記した従来の洗浄方法は基本的に水を使うウエット洗浄方であるため、下記する課題を有する。
ドライエッチングやプラズマCVDといった真空中での処理を連続して真空中で一貫処理すると加工精度および製造効率を高められるが、各処理後に必要な洗浄がウエット処理なため、一旦ウエハを大気に出す必要性が生じ、先に記した効果を得られない。
ウエット洗浄では、洗浄の他にリンス、乾燥の工程が必要となり、製造工程の増加をまねく。
ウエット洗浄では、半導体材料の極表面を改質してしまい、半導体の微細化に伴いその表面改質による歩留まりの低下が生じる。
ウエット洗浄では、液体の表面張力により、微細構造部に十分液体が浸透しない場合があり、微細構造部での洗浄力が不足する。
半導体装置の新材料、特に絶縁膜材料に今後有機系膜やポーラスな有機系膜等の吸湿性の高い材料が高性能デバイスでは必要となってきており、それら材料を用いた半導体装置の製造ではウエット洗浄または場合によっては大気にさらすだけでデバイスの特性劣化が引き起こされる。
通常、ウエット洗浄はバッチ処理で行われる。ウエハが３００ｍｍΦ（直径）またはそれ以上の場合、そのウエハの洗浄および洗浄前後のハンドリングに時間を要する。
一方、ウエット洗浄に置き換わる洗浄方法として、ドライ(Dry)洗浄がある。そのドライ洗浄は、例えば、特開平8-131981号公報、特開平8-85887号公報あるいは特開平9-17776号公報に開示されている。
本発明の目的は、先に記したウエット洗浄に伴う課題を解決するため、真空中での洗浄でかつ真空中でもウエット処理に匹敵する洗浄力が得られるドライ洗浄を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００５】
本発明の一実施の形態は、真空排気手段により排気された真空容器内にて、被処理ウエハの表面および裏面に近接または接してパット型構造体をそれぞれ配置させ、該構造体と該被処理ウエハの間にガスを供給し、該構造体を被処理ウエハに対して相対的に移動させることで被処理ウエハ表面および裏面を洗浄することにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【０００７】
本発明における第１の実施形態およびその動作を説明する。なお、洗浄されるべき被処理体は、例えば直径３００ｍｍΦの円形の半導体ウエハである。
図１に第１の実施形態における基本構成図を示す。真空排気手段（真空ポンプ：図示せず）を有する真空容器１内に被処理ウエハ２および該被処理ウエハ設置手段３が設置されている。被処理ウエハ設置手段３は被処理ウエハ２の周辺４点を支持する構成となっており、かつ支持部を回転させることにより被処理ウエア２を円周方向に回転させる機能を有する。被処理ウエハ２の表面および裏面にはパット型構造体４、５が近接して配置される。該パット型構造体４、５には被処理ウエハ２上での水平方向の移動を可能とする走査機構６と被処理ウエハ２に近接配置するための上下移動機構７が設置されている。パット型構造体４、５には該パット型構造体４、５と被処理ウエハ２間に作用する加重を検出する加重検出手段８が設置されており、該パット型構造体４、５と被処理ウエハ２間に作用する加重により上下移動機構７での移動量を制御することで該パット型構造体４、５と被処理ウエハ２との間隔を制御している。また真空容器１の上部にはプラズマ生成手段９が設置されている。本実施の形態ではマイクロ波帯の電磁波を用いたプラズマ生成手段を用いた。すなわち、プラズマ生成手段９はマイクロ波発振部２３、導波管２４および誘電体窓２５を構成している。ガス導入部２１からプラズマ生成部９aにCF4ガスが供給される。
本実施の形態では、プラズマ生成手段９にマイクロ波帯（具体的には２．４５GHz）の電磁波を用いたが他にUHF帯電磁波やラジオ波帯電磁波さらにはそれら電磁波に磁場を印加してプラズマを生成しても同様な効果を有する。
また、本実施の形態では、該プラズマ生成手段９によって生成されるプラズマ２２の拡散領域に被処理ウエハ２を配置する構造とした。拡散領域に被処理ウエハを配置することでプラズマ２２による過剰な損傷等を被処理ウエハ２に与えることを防ぐことができる。
被処理ウエハ２の温度制御手段２０として赤外ランプが設置されており、その赤外光２６により被処理ウエハ２の温度を室温（約２５℃）から300℃の範囲で制御できる構造となっている。構造体４、５より噴出されるガスにて被処理ウエハ２の冷却が行われ、赤外ランプの加熱とあわせて被処理ウエハの温度を一定化するように温度制御手段２０にて赤外ランプの出力を制御している。本実施の形態では被処理ウエハの温度制御手段を用いたが、特に被処理ウエハ温度を上げなくても十分な洗浄力がある場合には当然ながらこのような温度制御手段を必ずしも必要としない。
図２は被処理ウエハ設置手段３の詳細を説明するための平面図である。図は被処理ウエハ２と被処理ウエハ設置手段３を被処理ウエハ２上部から見た図である。被処理ウエハ２の外周部が４個の被処理ウエハ設置手段３に接し保持されている。また、各被処理ウエハ設置手段３が図示するように回転することで被処理ウエハ２を回転させる。図１および図２に示す被処理ウエハ設置手段３を用いることで、被処理ウエハ２の両面を開放することができ、後述する両面の洗浄を実施することが可能となる。
【０００８】
次に、被処理ウエハ２の表面に近接させるパット型構造体４および裏面に近接させるパット型構造体５部の詳細を図３に示す。被処理ウエハに近接配置するパット型構造体４、５は被処理ウエハ２に近接するテフロン（登録商標）で形成されたパット部１０、ガス導入部１１、支持部１２、加重検出手段８、走査機構６と上下移動機構７への接続機構１３からなる。接続機構１３は支点１４を中心に被処理ウエハ２の両面とパット部１０面との平行を制御できる関節機能をもつ構造となっている。ガス導入部はパット上部よりガスを供給し、パット部１０と被処理ウエハ２の間にガスを噴出する構造となっている。本実施の形態ではパット部１０の中央部１箇所に形成したガス噴出部１５からガスを噴出する形態および図４に示すパット部１０の面内に均等配置した複数個の孔のガス噴出部１６よりガスを噴出する形態の２種類を用いた。図５、６に被処理ウエハの裏面に接する構造体の別な実施の形態における構造を示す。半導体デバイス（例えばMISFET）が造り込まれていない被処理ウエハの裏面はさほど機械的なダメージを気にする必要がない。よって、図５、６に示した実施の形態では被処理ウエア裏面の洗浄力を優先するため、先の図３、４に示した構造のように非接触とせず、直接被処理ウエハに接する構造とした。図５、６にそれぞれ示すように、被処理ウエハに接するパット部１７の表面は凹凸または毛状の構造とした。図５、６に示す実施の形態においても、パット部１７による異物除去で飛散した異物を再付着させないためにガス導入部１８よりガスを噴出する構造を有した。また同様にパット部１７の被処理ウエハ裏面への接触圧力を制御する目的で加重検出手段１９を有する。
【０００９】
本実施の形態ではパット型構造体４、５のパット部にテフロン（登録商標）を用いたが他にポリビニルアルコール、デルリン、ベスペル、カプトン、ポリ塩化ビニール、ポリエステル、酸化シリコン、シリコン、酸化アルミニュウムを用いても同様の効果があることは言うまでもない。基本的にパット部の材質には被処理ウエハ２表面の材質より柔らかい材質を用いることが望ましい。すなわち、被処理ウエハ２の表面および裏面に配置した構造体４，５の被処理ウエハ面に近接する部分の材質は被処理ウエハ表面を構成する材料より硬度が低い材料が用いられる。特に、図５、６にそれぞれ示すパット部は直接被処理ウエハの裏面に接するためテフロン等の被処理ウエハ（シリコン基板）に対して柔軟な材料が最適である。
【００１０】
また、本実施の形態ではパット型構造体４、５の被処理ウエハに接する面の大きさは直径３cmとした。これは被処理ウエハ２にプラズマ生成手段９により生成された活性種の到達効率を容易にするためである。すなわち、パット型構造体４が大きすぎると該パット型構造体により被処理ウエハ面が覆われてしまい、プラズマによる活性種が到達できなくなってしまうからである。よって、本パット型構造体４、５の大きさは被処理ウエハの大きさより小さいことが必要である。
【００１１】
図７に図１の実施の形態とは異なる装置構成例を示す。図７と図１の違いは主にプラズマ生成手段９の位置である。図１の実施の形態ではプラズマ生成手段9を被処理ウエハ２の表面側に配置した。これは主に被処理ウエハ2表面の洗浄に下記するプラズマの洗浄アシスト効果を反映させるためである。
図７に示す洗浄装置は、被処理ウエハ2の表面および裏面の両方にプラズマのアシスト効果を反映させるため被処理ウエハ2の側面側にプラズマ生成手段を配置した。このプラズマ生成手段９の配置と被処理ウエハ２の回転機能により被処理ウエハ２の両面に同様のプラズマアシスト効果を与えることができる。図７の実施の形態の他に被処理ウエハ２の両面にプラズマアシスト効果を反映させる方法として、被処理ウエハ２の両側それぞれにプラズマ生成手段を配置しても同様の効果があることはいうまでもない。また、主に裏面のみにプラズマの洗浄アシスト効果を反映させたい場合には図１の装置構成におけるプラズマ生成手段９側の被処理ウエハ２面を裏面とすることで可能となることもいうまでもない。
【００１２】
次に、本実施の形態における洗浄工程例を用いて説明する。
まず、洗浄の対象となる被処理ウエハ２は被処理ウエハ設置手段３により支持される。被処理ウエハ設置手段３は図１で概要を記したように被処理ウエハのエッジ部を複数点で保持し、被処理ウエア表面および裏面の両面を開放し両面洗浄可能としている。
次に、図１でも説明したように被処理ウエハ設置部３の支持部の回転により被処理ウエハ２を回転させる。本実施例の場合おいては被処理ウエハ２の回転速度を200回転/分とした。また温度制御機構２０である赤外ランプにより被処理ウエハの温度を100度に設定した。被処理ウエハの温度を高めることで、被処理ウエハ表面での化学反応効率を高くでき、洗浄効率を高められる。
つづいて、パット型構造体４および５のガス噴出部１５よりアルゴンガスをそれぞれ噴出させ、該パット型構造体４、５を走査機構６により被処理ウエハ２上に配置する。本実施の形態ではパット型構造体４、５から噴出するアルゴンガス流量をそれぞれ２０リットル/分とした。噴出したアルゴンガスは真空容器１に設置される排気手段により排気される。
【００１３】
次に、プラズマ生成手段９により別途設置した第２のガス導入手段２２より導入したCF4ガスと構造体４、５より導入したアルゴンガスの混合ガスのプラズマを生成する。プラズマ生成後、構造体４、５を上下移動機構７により被処理ウエハ２に近接させる。この時、加重検出手段１９により構造体４および５と被処理ウエハ２間に作用する力を検出することでパット部表面と被処理ウエハ２との間隔を制御する。具体的にはパット型構造体４、５より供給したアルゴンガスによりパット面と被処理ウエハ２面間は高ガス圧力状態となり、パット部１７が被処理ウエハに接しなくてもパット部および被処理ウエハ２間に加重が生じるため、その加重と流すガスの流量を管理することでパット部表面と被処理ウエハ２面との間隔が制御できる。
加重検出手段１９には圧電素子、歪計、バネ、弾力材、おもり、またはそれらを組み合わせを用いることができる。本実施の形態ではパット部表面と被処理ウエハ２面の間隔が５〜２０μmになるよう制御した。ただし、パット部表面と被処理ウエハ２面の間隔を１〜100μmの範囲とすることでも必要に応じた同様の効果が得られる。構造体４のパット部表面と被処理ウエハ２面の間隔を１μm以下にすると間隔を一定に保つのが困難となると同時にあまり近接させると接触する可能性が高くなり被処理ウエハ２表面にダメージを誘発するため１〜100μmの間隔が最も効果的である。また、被処理ウエハ２の裏面を洗浄する構造体５と被処理ウエハ２の間隔は、表面ほどダメージを気にする必要がないため直接パット型構造体５が被処理ウエハ２に接するよう配置しても問題ない。しかし、直接接する場合においても、パット型構造体５と被処理ウエハ２間の加重を管理することは必要であり、一定押付け圧力にて裏面も洗浄される。また直接パット型構造体５を被処理ウエハに接触させる場合は、図５、６に示したパット部の構造を用いることで洗浄力を高めることができる。
【００１４】
本実施の形態では、パット型構造体４、５より供給するガスにアルゴンを用いたが、他に窒素、He、Xe、Neを用いても同様の効果があることは言うまでもない。また本実施の形態ではパット型構造体４、５と被処理ウエハ２間に流すガス流量を２０リットル/分としたが、0.５から500リットル/分の流量でも同様の効果が得られる。当然洗浄力のみで考えればガス流量は多いほど洗浄力を高めることができるが、ガス消費によるコスト等から0.５〜500リットル/分が実用的な範囲となる。被処理ウエハ２との間隔が制御された構造体４、５を走査機構６により被処理ウエハ２上を走査することで被処理ウエハの回転とあわせて被処理ウエハ２全面をパット型構造体２で走査することが可能な構造となっている。
本実施の形態では被処理ウエハを回転する回転機構を用いたが、他に構造体４、５自身を回転する機構または被処理ウエハを回転する機構と構造体自身を回転する機構を併用する場合においても同様の効果がある。
次に、洗浄のメカニズムを説明する。
まず、パット型構造体４および５の機能を説明する。構造体４および５は主に被処理ウエハ２表面または裏面に吸着した異物に物理的力を作用させ、除去する機能をはたす。しかし、特にデバイスが形成される被処理ウエハ表面では直接パット型構造体４が被処理ウエハ面に接すると作用する物理的力が大きすぎ被処理ウエハ面にダメージを生じさせてしまう。そのため、本実施の形態ではパット型構造体４と被処理ウエハ２間にガスを流し、該ガスを介して被処理ウエハ２面に間接的に物理的力を作用させる構造としている。パット型構造体４と被処理ウエハ２間にガス流を生成することで、該ガス流の摩擦応力を被処理ウエハ表面に作用することができる。このため、非接触のまま大きな物質移動力を生成することができる。また、パット型構造体４と被処理ウエハ２を近接させた微小隙間にガスを導入することで広い範囲に洗浄力を有する高速のガス流を生成することが可能となる。さらに、そのガス流速による洗浄力は隙間間隔とガス流量で決まることからパット型構造体４と被処理ウエハ２の間に作用する力と流すガスの流量を制御するだけで精密に洗浄力を制御できる。この精密な洗浄力制御機能により低ダメージ性と高洗浄力の両立を得ることができる。また高速のガス流は被処理ウエハ２面に形成された微細構造のあらゆる部分に洗浄力を作用させることが可能となる。このため、ウエット洗浄では表面張力により洗浄作用が及ばなくなる極微細半導体構造の高効率な物理的洗浄力が得られる。被処理ウエハの裏面を洗浄する構造体６に関しては、表面洗浄と基本的に同様であるがダメージをあまり気にする必要がないことから図５、６等で示した構造体のパット部で直接接触させ洗浄することで高い異物除去能力をはたすことができる。
【００１５】
次に、プラズマ生成手段９の機能を図8、９、１０を参照し説明する。
図8、９、１０に示すプラズマの機能は前記で説明したパット型構造体４による物理作用だけでは除去困難な異物の吸着力を緩和し、洗浄効率を高めることにある。
まず、図８は静電的に吸着した異物３０のプラズマ２７による吸着力緩和のメカニズムを示す。プラズマエッチングやスパッタといったプラズマを用いた半導体製造プロセス後のウエハ表面３１にはマイナス帯電により異物３０の静電吸着が生じている。しかし、本実施の形態によるプラズマ生成手段９で発生する希薄プラズマのプラス電荷により、イオンシース２８内での静電吸着力２９を緩和し、構造体４または５による物理作用での洗浄力を高められる。
次に、図９は異物３０が被処理ウエハ３１面に化学吸着している場合の吸着力緩和メカニズムの説明図である。通常、異物３０が被処理ウエハ３１に化学吸着する場合、異物と被処理ウエハ３０の接触面で酸化反応が生じている。すなわち、異物３０と被処理ウエハ３１表面間で電子のやり取りが行われることで化学吸着力が生じている。この状態は化学反応論的には、異物３０とウエハ表面間で化学吸着層３３を介し電子のやり取りが行われることで吸着力が生じていることになる。そこで酸素ガスを供給しプラズマを生成することでオゾンまたは酸素ラジカル３２等の酸化性の強い活性種を生成し、該活性種を異物に吸着させることで電子の交換をウエハ表面から異物３０と該オゾンまたは酸素ラジカル３２等の活性種間に移行することで化学吸着力が緩和される。同様の効果はプラズマに窒素、水素または酸素も含めたこれら酸化還元性ガスの混合によっても同様の効果があることは言うまでもない。
さらに、図１０に示すリフトオフ機能について説明する。
本実施の形態ではパット型構造体４、５から供給するアルゴンガスとは別に、プラズマ生成手段９部にCF4ガスを供給している。このCF4ガスはプラズマ生成によりF、CF3とった反応性の高いハロゲンラジカル３５に分解される。これらハロゲンラジカル３５が被処理ウエハ３１表面のシリコンまたはシリコン酸化膜を極少量エッチング（リフトオフ）処理することで、被処理ウエハ３１表面に溶けこむまたは食込んだ異物３０を除去しやすくし、パット型構造体４による物理作用の洗浄力を高める。すなわち、洗浄前のウエハ表面３４をエッチバックすることにより、ウエハ３１表面に対する異物３０の接触面積が小さくなる。このため、異物３０は容易に除去される。
本実施の形態ではCF4ガスの解離種を用いたが、C2F6、C3F8、Cl2、F2、ＮＦ3、HF、アンモニア、水素ガスを用いても同様なリフトオフ効果があることは言うまでもない。また被処理ウエハに吸着する異物は様々な形態で吸着しているため、図8、９、１０を参照し、説明した作用をそれぞれ独立でなく混合して作用させ異物除去を行うことは言うまでもない。
以上のパット型構造体による物理的作用とプラズマによる化学的作用および電気的作用により減圧中でのウエハの高効率な洗浄が行える。
【００１６】
特に、本発明によるドライ洗浄方法を0.３μm以下のスルーホール構造を有する半導体装置の製造に用いることで、その微細部に洗浄効果を発揮できる。このため、低コストで、高歩留まりな半導体装置の製造が可能となる。
【００１７】
前記の実施の形態では、パット型構造体５による物理的洗浄作用をプラズマの反応性によりアシストする形態としたが、他の実施の形態としてプラズマ生成手段９の変わりに紫外線光源を用い該紫外線により真空内に導入した反応ガスを励起しても同様の化学的作用が得られパット型構造体５による物理作用をアシストすることができる。
また、同様に他の実施の形態としてフッ酸蒸気またはフッ酸と水蒸気の混合気体をプラズマ生成の代わりに実施することで先の実施の形態におけるシリコンあるいはシリコン酸化膜のリフトオフ機能が実現でき、パット型構造体５による物理作用をアシストすることができる。
さらに、本実施の形態のような異物除去に対するアシストは、上記ガス流による異物除去との組み合わせ以外に、他の手段による異物除去にも適用可能である。例えば、真空容器内の高速排気（実効排気速度が８００リットル/sec.以上）との組み合わせも考えられる。
【００１８】
また、図１に示す半導体製造装置の真空容器１（処理室）内で、主プロセス（酸化膜のエッチング）と洗浄とを連続的に行ってもよい。パット型構造体５が覆われていない箇所のウエハ主面ではエッチングが行われ、パット型構造体５が覆われた箇所のウエハ主面では洗浄が行われる。
【００１９】
このような方法では、エッチングとともに、そのエッチング時に発生した異物となる反応生成物の洗浄が効率よく行える。
【００２０】
次に、本発明を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図１１はドライエッチング、プラズマCVDまたはスパッタ装置に本発明による洗浄機能を付加した場合の半導体製造装置を示す平面図である。図１１を用いて本実施の形態である半導体装置の製造方法を説明する。
従来、ドライエッチング等の処理後にはウエハを一旦大気に出しウエット洗浄を実施していた。図１１に示す半導体製造装置はエッチングチャンバ等の主プロセスチャンバ３６、３７の他に例えば図１に示した洗浄チャンバ３８、３９が付加されている。処理前のウエハはウエハ入り口カセットからアーム４０によりウエハ搬送室４１に搬送される。そして、主プロセスおよび洗浄がされた処理後のウエハはアーム４０によりウエハ出口カセットに収納される。
本実施の形態によれば、ウエハに対し主プロセス（例えばドライエッチングのようなウエハの加工工程）が終了した後、ウエハ搬送室４１でウエハ搬送アーム４０によってウエハを大気に開放することなく洗浄チャンバ３８、３９に移送し、洗浄を行う。
これにより、トータルではウエット洗浄に伴う余分な工程が削減でき、半導体装置の製造コストを低減できる。
また、真空中で一貫処理されるためプロセス処理後の表面改質を起こす確立が低下しデバイス特性および歩留まりが向上すると同時にスループットも早くなる。図１２は図１１に示す実施の形態の応用であり、主処理室の他に後処理チャンバ４４、４５を設けた場合の例である。具体的には主処理（チャンバ３６、３７）をエッチング工程とし、後処理（チャンバ４４，４５）をレジストマスクの除去を行うアッシング処理とした場合である。エッチング処理後にアッシング処理を行う。そしてその後、本発明における洗浄処理（チャンバ３８、３９）を真空中で一貫して実施する。このことにより、エッチング処理後のウエット洗浄工程が不要となり、また表面改質および微細構造部での異物も除去できてきることからその後の工程における精度と歩留まりが向上する。
なお、図１１および図１２に示す実施の形態は、主プロセスチャンバおよび後処理チャンバをそれぞれ2つ有する装置構成にて説明した。しかしながら、これは量産性を高めるために２チャンバ構成とした場合に適用した場合であり、当然、主プロセスチャンバまたは後処理チャンバがそれぞれ１個づつの装置構成において、図１に示す洗浄チャンバを付加し、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２１】
図１３に示す半導体製造装置は、先の単一な処理だけなく複数の真空内処理を真空一貫で実現する場合の構成である。すなわち、この半導体製造装置いわゆるモジュウールは、複数の処理チャンバ４７がマルチチャンバ搬送室４６で接続され、処理室のうち少なくとも1つ以上を図１に示した洗浄チャンバ４８を構成する。
本実施の形態によれば、真空内で高効率な洗浄処理が実現でき、真空一貫で処理できる工程が多くなる。真空内で一連に処理できる工程が増えれば増えるほど半導体装置の製造コストおよびスループットが高まり、また加工精度も向上するため低コストで高性能な半導体装置を製造することが可能となる。
【００２２】
図１３に示したモジュウールにより作成する半導体装置の製造プロセスを、図１４を参照し、以下に説明する。
【００２３】
図１４は、酸化膜に０．３μｍ以下のホール径で、アスペクト比（膜厚/ホール径）：５０以上のスルーホールを形成するためのプロセスを示す工程断面図である。酸化膜１００は、例えば上層配線と下層配線との間に形成された層間絶縁膜である。
（a）酸化膜１００上にポリシコンマスク１０１がパターニング形成された半導体基板（ウエハ）が用意される。ポリシコンマスク１０１は、スルーホール形成用の開口部１０１aが通常のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたものである。
パターニング形成されたものである。そして、ウエハ２は図１３に示すウエハ入り口カセット３８に収納される。
(b) 続いて、図１３に示すように予備室４２aを通してマルチチャンバ搬送室４２へ搬送される。そして、まず、ウエハ２は、ウエハ搬送アーム（により、処理チャンバＡ内に搬送される。処理チャンバＡ内において、パターニングされたポリシリコン（多結晶シリコン）１０１上に、さらにポリシリコン１０２をCVD法により堆積させる。
(c) CVD処理後、ウエハ２を洗浄チャンバAにて洗浄を行う。その後、ウエハ２は処理チャンバＢに移送され、ポリシリコン１０２のドライエッチング（異方性エッチング）により、マスク１０１の開口部側壁にポリシリコン１０２を残す。この方法によれば、マスク１０１の開口部１０１aに対し、自己整合的に開口部１０１aの径よりも小さい開口部１０１bが形成できる。
(d) 続いて、ウエハ２を図１３に示す洗浄チャンバＢにて洗浄を行う。そして、処理チャンバCにて酸化膜１０１のドライエッチングを行い、酸化膜１０１にスルーホール１００aを形成する。なお、処理チャンバCは、例えば特開平9-321031号公報に開示のプラズマ処理装置で構成されている。
(e) 酸化膜エッチング後、酸化膜エッチング中に堆積した有機膜を処理チャンバＤにてアッシングし除去する。
【００２４】
この一連のプロセスにより、初期にポリシリコンマスクをパターニングしたサイズより縮小したサイズで酸化膜を加工することができ、リソグラフィーの限界以下のサイズで加工することが可能となる。
【００２５】
さらに、本実施の形態は、図１３に示した本発明によるモジュールで実現することで、通常、各処理間に実施する洗浄をウエット洗浄で行う場合に比べ格段に低コストで実現することが可能となる。
【００２６】
また、本実施の形態によれば、ＣＶＤ工程、ポリシリコンエッチング工程、酸化膜エッチング工程およびアッシング工程の連続処理が真空一貫で成されるため、大気暴露による自然酸化膜形成などにともなう歩留まり低下要因がなくなる。そして、スルーホールの加工寸法精度も向上する。
【００２７】
図１５は図１または図７の実施の形態とは異なる装置構成例を示す。図１５の装置構成では被処理ウエハ２の裏面洗浄にパット型構造体とは別に冷却ガス吹き付け手段４９を用いた場合の実施の形態である。炭酸ガスあるいは窒素ガスを冷却し、かつ微細なノズルから真空容器１内に該ガスを噴出させると微細な氷結微粒子５０が形成される。該氷結微粒子５０はガス噴出により比較的高い運動エネルギーを有しており、該運動エネルギーで被処理ウエハ裏面の異物を衝突除去する。
【００２８】
半導体装置の基本部分であるMISFET形成プロセスに、本発明の洗浄を適用した実施の形態を、図１６を参照し、以下に説明する。
【００２９】
MISFETの形成は、大まかには図１６に示すように、(a)素子分離形成およびゲート用ポリシリコン堆積、(b)ゲート電極形成（ポリシリコンエッチング）、(c)イオン打ち込みによるエクステンション（N-領域）形成、(d)窒化膜堆積、(e)ゲート電極側壁保護膜形成（窒化膜エッチング）、(f)シリサイド層形成の順で行われる。上記(a)〜(f)の各工程間では前記実施の形態１で述べた洗浄が行われる。
上記(a)〜(f)の各工程を以下に簡単に説明する。
(a) シリコン基板５２に素子間分離のための溝分離領域５４が形成される。なお、シリコン基板５２はＰ型基板にＰウエルが形成されたものである。続いて、ゲート酸化膜（図示せず）を介してゲート用ポリシリコン５３が堆積される。このゲート用ポリシリコン５３は、真空処理室内でＣＶＤ法により形成される。
(b) 真空処理室内でポリシリコンのドライエッチ加工が行われ、ゲート電極５５が形成される。
(c) イオン打ち込み法により、ゲート電極４９に整合されたエクステンション（N-領域５６、５７）が形成される。このエクステンションはホットエレクトロン対策として形成された比較的低濃度を有するソース・ドレイン領域である。
(d) プラズマＣＶＤ法により窒化膜５８がゲート電極５５を有する半導体基板５２上に堆積される。
(e) 窒化膜５８をドライエッチング（異方性エッチング）することにより、ゲート電極５５の側壁にゲート側壁保護膜５９を形成する。この後、前記実施の形態１で述べたドライ洗浄を行う。そして、イオン打ち込み法により、ゲート側壁保護膜５９に整合された比較的高濃度を有するコンタクト用N＋領域（ソース、ドレイン領域５６Ｓ、５７Ｄ）が形成される。
(f) 続いて、低抵抗化のためにソース、ドレイン領域５６Ｓ、５７Ｄ表面およびゲート電極５５表面にシリサイド層６０がそれぞれ形成される。シリサイド層６０は、例えば、コバルトをソース、ドレイン領域５６Ｓ、５７Ｄ表面およびゲート電極５５表面に付着させ、熱処理することにより形成される。
【００３０】
以上、本実施に形態によれば、MISFET形成プロセスにおいて、各工程間の洗浄をドライ洗浄で行っているため、製造歩留まり向上とともに低コストで高性能な半導体装置を製造することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、図１６に示した一つのMISFETを例に半導体装置の製造プロセスを説明した。実際には、このような MISFETが一つの半導体基板に複数個形成され、LSI、VLSIの如き半導体集積回路装置を構成する。したがって、ウエハ主面には、図１７aおよび図１７bに示す０．３μｍ以下の超微細構造がいたるところに存在する。このような超微細構造を有するウエハ面での洗浄効果を以下に説明する。
【００３２】
図１７aは深孔コンタクト６４内部に付着した異物６６を除去する機能の説明図で、図１７bは配線６７のコーナ部（配線の段差部）に付着した異物６６を除去する機能の説明図である。
【００３３】
図１７aおよび図１７bに示したように、パット型構造体６１とウエハの表面部２aとの隙間６２において、異物６６を除去するための物理的な作用をガスの流れ６３による粘性摩擦で生じさせるため、ガス流の及ぶ範囲であれば洗浄効果を発揮することができる。
【００３４】
従来のウエット洗浄では液体の表面張力により微細部に液体が進入しにくく、０．３μｍ以下の構造では十分な洗浄効果が得られない場合が想定される。しかしながら、本発明では前記したように表面張力のないガス流を用いるため、今後益々、微細化する半導体装置の洗浄に効果を発揮できる。
【００３５】
本発明の洗浄方法は、短TATが要求されるシステムLSI、例えばメモLSIとロジックLSIとがチップ上に混裁したLSIの製造において有効であり、洗浄を効率よく行うことにより短期間で、低コスト、高歩留まりのシステムLSIが製造できる。
【００３６】
以上、本発明者等によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、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変更可能であることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３８】
本発明によれば、被処理ウエハ表面と裏面を同時に洗浄することを可能とし、洗浄の適用範囲を拡大すると同時に半導体装置の製造における歩留まり向上と低コスト化が可能となる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基本構成図。
【図２】被処理ウエハ設置手段の詳細説明図。
【図３】実施の形態で用いた第１のパット型構造体の詳細説明図。
【図４】実施の形態で用いた第２のパット型構造体の詳細説明図。
【図５】被処理ウエハの裏面洗浄を行うパット型構造体の一実施形態を示す図。
【図６】被処理ウエハの裏面洗浄を行うパット型構造体の他の実施形態を示す図。
【図７】図１の実施の形態とは異なる装置構成を示す図。
【図８】プラズマによる洗浄作用を示す説明図。
【図９】プラズマによる洗浄作用を示す他の説明図。
【図１０】プラズマによる洗浄作用を示す他の説明図。
【図１１】本発明を用いた半導体製造装置の一実施形態を示す平面図。
【図１２】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形態を示す平面図。
【図１３】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形態を示す平面図。
【図１４】図１２に示す半導体製造装置を用いて製造する半導体装置のプロセスの断面図。
【図１５】本発明を用いた半導体製造装置の他の実施形態を示す平面図。
【図１６】本発明に係る半導体装置のプロセスの断面図
【図１７】 aは微細孔の洗浄効果を示す説明図、bは微細構造段差部の洗浄効果を示す説明図。
【符号の説明】
１…真空容器、２…被処理ウエハ、３…被処理ウエハ設置手段、４…表面用パット型構造体、５…裏面用パット型構造体、６…走査機構、７…上下移動機構、８…加重検出手段、９…プラズマ生成手段、１０…パット部、１１…ガス導入部、１２…支持部、１３…接続機構、１４…支点、１５…ガス噴出部、１６…複数個のガス噴出部、１７…パット部、１８…ガス導入部、１９…加重検出手段、２０…温度制御機構、２１…第２のガス導入手段、２２…プラズマ、２３…マイクロ波発振部、２４…導波管、２５…誘電体窓、２６…赤外光、２７…プラズマ、２８…イオンシース、２９…吸引力、３０…異物、３１…ウエハ面、３２…酸素またはオゾンラジカル、３３…化学吸着層、３４…洗浄前ウエハ表面、３５…ハロゲンラジカル、３６…主プロセスチャンバ１、３７…主プロセスチャンバ２、３８…洗浄チャンバ１、３９…洗浄チャンバ２、４０…ウエハ搬送アーム、４１…ウエハ搬送室、４２…ウエハ入り口カセット、４３…ウエハ出口カセット、４４…後処理チャンバ１、４５…後処理チャンバ２、４６…マルチチャンバ搬送室、４７…処理チャンバ、４８…洗浄チャンバ、４９…冷却ガス吹き付け手段、５０…氷結微粒子、５１…冷却ガス導入機構、５２…シリコン基板、５３…ポリシリコン、５４…素子分離、５５…ゲート電極、５６…ソース、５７…ドレイン、５８…窒化膜、５９…ゲート側壁保護膜、６０…シリサイド、６１…パット型構造体、６２…パット型構造体と被処理ウエハ表面の隙間、６３…ガス流、６４…微細孔、６５…吸引力、６６…異物、６７…、微細段差構造。

Claims

真空排気手段により排気された真空容器内にて、ガス噴出部を有するパット面を備えたパット型構造体を、被処理ウエハの表面および裏面に近接させて、それぞれ配置し、
該構造体と該被処理ウエハの間に所定流量のガスを供給することにより、前記パット面と前記被処理ウェハとの間にガス流を生成し、
前記パット型構造体を被処理ウエハに対して相対的に移動させることで被処理ウエハ表面および裏面を洗浄することを特徴とするドライ洗浄方法。
真空排気手段により排気された真空容器内にて、ガス噴出部を有するパット面を備えたパット型構造体を、被処理ウエハの表面および裏面に近接してそれぞれ配置させ、
該被処理ウェハの表面および裏面と前記パット面との間隙を１〜１００μｍに制御し、
当該間隙に流量が０．５〜５０００リットル／分のガスを供給することにより、該間隙にガス流を生成し、
前記パット型構造体を前記被処理ウエハに対して相対的に移動させることで被処理ウエハ表面および裏面を洗浄することを特徴とするドライ洗浄方法。
請求項１または２に記載のドライ洗浄方法において、
被処理ウエハの表面および裏面に近接または接して配置される前記構造体の大きさが被処理ウエハ径より小さいことを特徴とするドライ洗浄方法。
請求項１または２に記載のドライ洗浄方法において、
真空容器内にプラズマを形成する手段を付加し、該プラズマと該表面および裏面に配置した構造体の作用により被処理ウエハ面を洗浄することを特徴とするドライ洗浄方法。
請求項１または２に記載のドライ洗浄方法において、
前記被処理ウエハの表面および裏面に配置したパット構造体に作用する圧力を検知し、
該圧力が一定となるよう構造体の被処理ウエハへの押付け力を制御することで被処理ウエハと構造体の間隔を制御することを特徴とするドライ洗浄方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載のドライ洗浄方法において、
該構造体と該被処理ウエハの隙間にガスを供給する方法は、該構造体の被処理ウエハ面に接する面の中央部に形成したガス噴出し孔より該被処理ウエハ面に向けて噴出される構造であることを特徴とするドライ洗浄方法。