JPH0355841A - 縦型処理装置及び処理装置 - 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、縦型処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、ＬＳＩの高集積度化により、例えばＭＯＳ−ＦＥ
Ｔ・の実装密度が向上し、最近のＬＳＥでは、例えばＩ
Ｍ，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
、１　６ＭＤＲＡＭ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
／％をローデイ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の戊膜に使用される装
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・ソクチャンノ
く一に予備室を接続し、ロードロツクチャンノく−への
ウエハのローディングまたはアンローデイングをも、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／＼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ＩＩ
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、酸化膜の戊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
、生或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。

［発明の構或］ （課題を解決するための手段） 本発明は、縦型処理容器内に被処理体を設定して処理す
る縦型処理装置において、 被処理体を縦型処理容器にローディングする途中で、局
所的なエッチングを実行することにより、被処理体に形
成された自然酸化膜を予め除去するエッチング装置を備
えたものである。

（作　用） 本発明によれば、縦型処理容器内にて被処理体の処理を
開始する前に、予め自然酸化膜を局所的なエッチングに
よって除去することができる。

従って、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、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。

しかも、本発明では上記のエッチング作用を、被処理体
を縦型処理容器にローデイングする途中で実施している
。このため、装置自体が大型化することもなく、処理の
スルーブット低下を極力抑制することが可能である。

（実施例） 以下、本発明を縦型酸化炉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、酸化膜を形或
するためのプロセスガス０２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
を介して真空引きすることで、前記プロセスチューブ１
０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。

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
れたプラズマ生戊用の電１３０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のロード口ックチャンバ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のロード口ツクチャンバ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４２
ａ，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４６〜５
２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のロード口ックチャンバ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−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のロード口ッ
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
対してビンセット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、ゲートバルプ
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。このバージガスとしては、不活性ガスとしてのＮ２
またはＡ『、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プ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１８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ｌ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がシャツター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Ｓｔ／Ｓｉｎ２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１
６を介して真空引きを行い、その後Ｎ２バージを実施す
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１
２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リウエハ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上に形威されている自然酸
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。この局所的なプラズマエ
ッチングを実現するためには、上記実施例のようにウエ
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，またはＨ２を導入し、例
えば１３．５８　Ｍｚの交流電源により高電界をかける
ことでプラズマを生威し、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或している
。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２
０のローディング途中において、ウエノ＼２０に形戊さ
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
こともてきる。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のロードロツクチャンバ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ブッ
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、自然酸化膜の生戊を極
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
戊を除去できるため、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。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば被処理体を縦型処
理容器にローディングする途中において局所的なエッチ
ングを実行することにより、被処理体に形成されている
自然酸化膜を、本来の処理工程実施前に予め除去するこ
とができ、酸化膜の成膜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、複数のロードロツ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
のローデイ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（ウエノ＼）、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・・・ロードロツクチャンノく、４６〜５２・・
・ゲートバルプ、 ６０．６２・・・キャリア、７０・・・／％ンドラー９
０．９２．９４・・・プラズマエッチング装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）縦型処理容器内に被処理体を設定して処理する縦
   型処理装置において、 被処理体を縦型処理容器にローディングする途中で、局
   所的なエッチングを実施することにより、被処理体に形
   成された自然酸化膜を予め除去するエッチング装置を備
   えたことを特徴とする縦型処理装置。
2. （２）エッチング装置は、縦型処理容器へのローディン
   グ途中の領域付近に配置されたプラズマ生成用の電極と
   、プラズマ生成領域にエッチングガスを導入するガス供
   給部とで構成した請求項（１）に記載の縦型処理装置。
3. （３）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、このラジカルを縦
   型処理容器へのローディング途中の局所領域に供給する
   ラジカル供給部とで構成した請求項（１）に記載の縦型
   処理装置。