JPH0355840A - 縦型処理装置における処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、縦型処理装置における処理方法に関する。

（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
ＬＭ，４ＭＤＲＡＭの最小設計幅が１μｍ以下になり、
ゲート酸化膜の膜厚も１００人以下になってきた。さら
に、１６ＭＤＲＡＭのゲート酸化膜は、数十人とさらに
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ＩＭＤＲＡＭの威膜に使用される装
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或を抑制す
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ディ
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口ックチャ
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
−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６２−２８３８４２号公報には、プラズマ
気相戒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は、縦型炉にウェハをローディング
する空間を酸素を断った雰囲気とすることで、自然酸化
膜の膜厚を極カ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、酸化膜の或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りの向上を確保する要求
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
或は是認しながらも、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
縦型処理装置での処理方法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） 本発明の処理方法は、縦型処理容器内に被処理体をロー
ディングして処理するにあたり、上記縦型処理容器での
本来の処理前であって、この縦型処理容器、又はこれと
ロードロックチャンバーを介して連結された他の容器内
に被処理体をローディングした後に、被処理体を加熱し
た状態にてクリーニング用ガスを供給し、このガスの化
学的反応により、被処理体に形威されている自然酸化膜
の除去を行うことを特徴とする。

（作　用） 本発明方法によれば、縦型処理容器内にて被処理体の本
来の処理を開始する前に、予め自然酸化膜をクリーニン
グ用ガスの加熱下での化学的反応を利用して除去するこ
とができる。従って、酸化膿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、一方、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
理を実現することが可能である。

上記方法を実施する場合、クリーニング用ガスによる酸
化膜除去を縦型処理容器を兼用して行っても良いし、縦
型処理容器とは別の処理容器にて行っても良い。別の容
器で実施した場合には、ロードロックチャンバーを介し
て縦型処理容器にローディングすることにより、クリー
ニング処理後に自然酸化膜が形威されない雰囲気にてロ
ーディングすることができる。

（実施例） 以下、本発明方法を縦型酸化炉での実施に適用したー実
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の上端側には、ガス導入管１
２が設けられている。このガス導入管１２は、酸化膜を
形威するためのプロセスガス０２を導入する他、バージ
ガス例えばＮ２ガスを導入可能であり、さらに、ウエハ
２０の自然酸化膜を除去するためのクリーニング用ガス
をそれぞれ切り換えて導入可能である。このクリーニン
グ用ガスとしては、プラズマレスエッチングガスとして
ＮＦ３，Ｈｃ／等を挙げることができ、還元ガスとして
はＨ２等を挙げることができる。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内を所定温度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は図示しない真空ボンブに
接続されている。そして、この排気管１６を介して真空
引きすることで、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２
２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。

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１ｏ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４ｏ
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４
０ｂ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
，４４ｍ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、複数枚のウェハ２０を搭載
したキャリアを前記第２のロードロッグチャンバ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のロード口ックチャンバ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のロード口ックチャンバ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、ウエハの移シ換え機構の一例に
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７
２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のロード口ックチャンバ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、ボールねじ２６ａ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、前記ビンセット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をオーブンとした状態で、第２のロード口ツクチャ
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。このバージガスとしては、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及びボート１８
の上下方向位置を変更し、ハンドラ−７０のリンク７４
，７８の伸縮動作及び基台７６の回転動作によりビンセ
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枚ずつボートエ８に移送することになる。

このウエハ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
ングでこのシャツタ−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。

このようにして、プロセスチューブ１０へのローディン
グを行い、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１
０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内部を所定のクリーニング温度に設定す
ることになる。

そして、クリーニング温度にて安定した後に、ウエハ２
０の自然酸化膜のクリーニング動作が開始されることに
なる。

プラズマレスエッチングを行う場合には、上記クリーニ
ング温度として６００℃，９５０℃に設定し、エッチン
グガスとしてＮＦ，又はＨｃｌ等をガス導入管１２を介
して導入する。

このエッチングガスは、上記温度にてエッチングの化学
的反応が促進されるので、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る。

なお、第２図に示すようにロツドーロック方式を採用し
た場合には、ウエハ２０がプロセスナュブ１０にローデ
ィングされる際に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
ラズマレスエッチングとしては、ウエハ２０をＳｉ基板
とした場合のＳ　ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ　２の高選択比を
実現できるものが好ましい。

一方、還元作用を行う場合には、上記クリーニング温度
として例えば１０５０℃に設定し、還元ガスとしてＨ２
等をガス導入管１２を介して導入する。

この還元ガスは、上記温度にてエッチングの還元反応が
促進されるので、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る。

このような自然酸化膜の除去工程が終了したら、プロセ
スチューブ１０内を真空置換した後にＮ２パージすると
共に、ヒータ１４を制御して酸化膜の成膜プロセス温度
例えば８５０℃に設定する。

その後、ガス導入管１２を介して酸素ガス０２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内部での威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β。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のロード口ックチャ／バ４４内部に配置されている
キャリア６２へのウェハ２ｏ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のロード口ッ
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をオーブンとし、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をローディングした後に、本来の処
理を行うべき容器と同一のプロセスチューブ１０内にて
、予めプラズマレスエッチング又は還元作用により、ウ
ェハ２ｏ上に形或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
酸化膜の緻密が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。

本発明を実施するに際して、上記実施例のように本来の
処理を行うべきプロセスチューブ１０を酸化膜の除去処
理容器として兼用する場合には、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４
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のロード口ックチャンバ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、本発明は上記各実施例のように、必ずしも本来の
処理を実施するプロセスチューブ１０を酸化膜の除去工
程を実施する容器と兼用するものに限らない。

第５図は、本来の処理容器以外の他の容器にて予め酸化
膜を除去する実施例の概略断面図である。

同図に示すように、第１のロードロックチャンバ４０に
は、プロセスチｊ−ブ１０ａ，ガス導入管１２ａ．ヒー
タ１４ａ，排気管１６ａ，シャッタ２８ｇ等で構成され
る縦型酸化炉と、プロセスチューブ１０ｂ，ガス導入管
１２ｂ９　ヒータ１４ｂ，排気管１６ｂ，　　シャッタ
２８ｂで等構成される縦型クリーニング装置とを連結し
ている。

このような装置によれば、第１，第２のロードロックチ
ャンバ４０．４２間は、上述したハンドラー７０によっ
てウエハ２０をキャリア６２よりボート１８に向けて移
送を行う。ボートｌ８を先ずプロセスチューブ１０ｂに
ローディングし、ここで自然酸化膜の除去を実施する。

プロセスチューブ１０ｂよりアンローディングした後は
、ボート１８をプロセスチューブ１０ａに下方まで図示
しないボートハンドラーによって移動させ、プロセスチ
ューブ１〔〕ａにローディングし、本来の成膜処理を実
施する。その後は、上記実施例と同様にボート１８のア
ンローイング，ウエハ１８の移送およびキャリア６２の
搬出によって１バッチ処理が終了することになる。

ここで、酸化膜の除去後のプロセスチューブ１０Ｈに対
するローディング動作を、酸素を断った雰囲気での第１
のロードロックチャンバ４０を介して実施できるので、
新たな自然酸化膜が戊膜工程前に付着することを防止で
きる。

なお、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〕 以上説明したように、本発明によれば被処理体の本来の
処理を実施する縦型処理容器、あるいはこれとロード口
ツクチャンバを介して連結された他の容器にて、加熱下
でクリーニング用のガスを供給することで、被処理体に
形威されている自然酸化膜を、本来の処理工程実施前に
クリーニング用ガスの化学的作用により除去することが
できる。従って、酸化膜の成膜処理装置にあっては素子
の高密度化に対応した緻密な膜厚コントロールが可能と
なり、他の処理装置に適用した場合にも余分な自然酸化
膜を除去できることにより歩留まりの向上を図ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施する縦型酸化炉一実施例を
示すの概略断面図、 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、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、 第５図は、他の容器にて酸化膜除去を行う変形例を説明
するための概略断面図である。 １．０，ＩＯａ・・・縦梨処理容器 １０ｂ・・・他の容器、 １２，１２ａ，１２ｂ・・・ガス導入管、１４，１４ａ
，１４ｂ−・・ヒータ、 １８・・・ボー　ト、２０・・・被処理体〈ウヱノ＼）
、２６・・・ボートエレベータ、 ４０，４２．４４・・・０−ドロツクチャンバ、４６〜
５２・・・ゲー１・バルブ、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）縦型処理容器内に被処理体をローディングして処
   理するにあたり、 上記縦型処理容器での本来の処理前であって、この縦型
   処理容器、又はこれとロードロックチャンバーを介して
   連結された他の容器内に被処理体をローディングした後
   に、被処理体を加熱した状態にてクリーニング用ガスを
   供給し、このガスの化学的反応により、被処理体に形成
   されている自然酸化膜の除去を行うことを特徴とする縦
   型処理装置における処理方法。
2. （２）クリーニング用ガスをプラズマレスエッチングガ
   スとした請求項（１）に記載の縦型処理装置における処
   理方法。
3. （３）クリーニング用ガスを還元ガスとした請求項（１
   ）に記載の縦型処理装置における処理方法。