JPH05217919A - 自然酸化膜除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハなどの被処理体の自然酸化膜の
再成長を抑えること。 【構成】 ガスチャンバ５１内に、ウエハカセット５４
を搬出入するための搬出入ステージ５２と、フッ酸蒸気
により洗浄を行なう洗浄装置６と、赤外線ランプ７５を
用いた加熱部７と、ウエハの移載機構５３とを設置す
る。ステージ５２内に洗浄前のウエハＷを収納したカセ
ット５４を搬入した後、ガス導入管５１ａ、排気管５１
ｂによりガスチャンバ５１内を窒素ガスにより置換し、
移載機構５３によりカセット５４内のウエハＷを洗浄装
置６に受け渡し、ここで洗浄後、加熱部７にて加熱し、
残留副生成物を除去する。その後ウエハＷは窒素ガス雰
囲気の予備室４などを介して成膜処理炉１内に搬送され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自然酸化膜除去装置に
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】このように予めウエハ
を洗浄して自然酸化膜を除去しておき、また成膜処理時
において、高温下での自然酸化膜の成長を抑えるように
したとしても、洗浄ステ−ションから成膜処理ステ−シ
ョンに搬送される間に自然酸化膜が再成長するし、更に
各ステ−ションの処理のタイミングの差により洗浄後の
ウエハを待機させる場合には、その度合いは更に大きく
なる。

【０００６】こうして再成長した自然酸化膜は、ウエハ
を処理炉内へロ−ドする時に生成される自然酸化膜に比
べればかなり薄いので、従来ではあまり問題とされてい
なかったが、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１６Ｍ、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−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り、このような状況下に
おいては、かなり薄い自然酸化膜についても抑制する必
要がある。

【０００７】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、その目的は、自然酸化膜の再成長を極力抑
えることのできる自然酸化膜除去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、洗浄前の被洗
浄体を収納するための被洗浄体収納部と、前記被洗浄体
を洗浄してその表面の自然酸化膜を除去するための洗浄
装置と、前記被洗浄体収納部に収納された洗浄前の被洗
浄体を洗浄装置に受け渡すと共に、洗浄済みの被洗浄体
を洗浄装置から受取るための移載機構とを不活性ガス雰
囲気とされるガスチャンバ内に配置したことを特徴とす
る。

【０００９】また本発明は洗浄装置で洗浄された被洗浄
体の表面を加熱する為の加熱手段をガスチャンバ内に設
けるようにしてもよい。

【００１０】

【作用】ガスチャンバ内を例えば大気に解放しておき、
この中に被洗浄体を載置した後ガスチャンバを密閉状態
とし、不活性ガスを導入して空気と置換する。その後移
載機構により前記被洗浄体を洗浄装置に受け渡してここ
で洗浄を行ない、洗浄済みの被洗浄体を取り出すが、こ
れをガスチャンバ内に一旦保管するようにしてもよい
し、あるいは順次次の処理装置内に搬入するようにして
もよい。加熱手段を備えている場合には、洗浄後に加熱
手段で被洗浄体の洗浄された表面を加熱すれば、残留し
ている洗浄時の副生成物を加熱分解することもでき、よ
り一層クリ−ンな表面状態とすることができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る自然酸化膜除去
装置を成膜処理システムに適用した例を示す横断平面
図、図２はＡ−Ａ線に沿った縦断側面図であり、この成
膜処理システムは、縦型の成膜処理炉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
たウエハ移載室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予備室４と、この予備室４に
連結された本発明の実施例に係る自然酸化膜除去装置５
とを備えている。

【００１２】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。

【００１３】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ボ−トエレベータ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。

【００１４】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第１の移載機構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、また前記予備室４にも前記移載機構３１と同様の
第２の移載機構４１が設置されている。

【００１５】ここで前記ウエハ着脱室２、ウエハ移載室
３及び予備室４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
られるロードロック室として構成されている。

【００１６】前記自然酸化膜除去装置５は、不活性ガス
雰囲気とするためのガスチャンバ５１を備えており、こ
のガスチャンバ５１内には、ウエハ収納部である搬出入
ステージ５２と、フッ酸蒸気によりウエハの表面の自然
酸化膜を除去するための洗浄装置６と、前記移載機構３
１、４１と同様の構成の多関節アームよりなる第３の移
載機構５３と、加熱部７とが設置されている。

【００１７】前記ガスチャンバ５１には、不活性ガス例
えば窒素ガスを導入するためのガス導入管５１ａ及び排
気管５１ｂが設けられると共に、外部（大気雰囲気）と
の間を気密に保持するためのゲートドアＤが設けられて
いる。なおＶ１、Ｖ２はバルブである。前記搬出入ステ
ージ５２には、例えば２５枚の洗浄前の被洗浄体である
ウエハを収納した２個のウエハカセット５４がゲートド
アＤを通じて搬入され、このカセット５４は、処理済み
のウエハが戻された後ゲートドアＤを通じて外部に搬出
される。

【００１８】前記第３の移載機構５３は、搬出入ステー
ジ５２上のカセット５４内の洗浄前のウエハを取り出し
て洗浄装置６に受け渡し、洗浄後のウエハを加熱部７に
移載すると共に、前記予備室４より搬送されてきた処理
済みのウエハを前記カセット５４内に戻す役割を持つ。

【００１９】前記加熱部７は、図３に示すように両側面
に夫々ウエハの搬出入口７１、７２を備え、ゲートバル
ブＧ３に搬出入口７２が対向するように配置された筐体
７３内に、ウエハ載置台７４を設置し、更にこの載置台
７４上のウエハＷの被洗浄面を加熱するよう、これの上
方に加熱手段としての赤外線ランプ７５を３本並行状に
設けて構成されている。このように加熱手段を設けた理
由は、後述するように前記洗浄装置６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
加熱分解するためである。

【００２０】前記洗浄装置６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６について詳述す
る。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】次に上述の実施例の作用について説明す
る。まず洗浄前のウエハＷを例えば２５枚収納した２個
のカセット５４を外部からゲ−トドアＤを介して自然酸
化膜除去装置５内の搬出入ステージ５２に搬入し、ゲ−
トドアＤを閉じた後ガス導入管５１ａ及び排気管５１ｂ
を用いてガスチャンバ５１内の空気を窒素ガスにより置
換する。

【００２７】次いで移載機構５３のア−ムによりカセッ
ト５４内から洗浄前のウエハＷを取り出して洗浄装置６
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６の蓋体８３が閉じられ、既に詳述したよ
うにしてウエハの洗浄が行なわれてウエハ表面上の自然
酸化膜が除去され、その後蓋体８３が開かれる。

【００２８】しかる後移載機構５３のア−ムにより洗浄
後のウエハを保持盤８４から受け取って加熱部７の載置
台７４（図３参照）に載置する。続いて赤外線ランプ７
５に例えば全体で５００Ｗの電力を印加し、これにより
ウエハを例えば表面が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７５との離間距離な
どにもよるが、例えば１分間程度である。ただしこの時
までにウエハ着脱室２、ウエハ移載室３及び予備室４の
中を図示しない排気管により一旦真空雰囲気とした後、
図示しないガス導入管より窒素ガスを導入して水分の少
ないクリ−ン度の高い窒素ガス雰囲気としておく。そし
てゲ−トバルブＧ２を閉じておいて、ゲ−トバルブＧ３
を開き、第２の移載機構４１により前記載置台７４上の
ウエハＷを受け取って予備室４内に搬入し、その後ゲ−
トバルブＧ３を閉じてからゲ−トバルブＧ２を開き、オ
リフラ合わせ機構３２に受け渡す。

【００２９】オリフラ合わせ機構３２によるオリフラ合
わせが終了する前にゲ−トバルブＧ１を開いておき、オ
リフラ合わせが終了したウエハＷを、第１の移載機構３
１のア−ムによりウエハ着脱室２内のボ−ト２３に受け
渡す。なおこうした各移載機構３１、４１、５３の各ア
−ムによるウエハの保持は、例えば真空チャックなどに
より行われる。

【００３０】一方第２の移載機構４１がウエハをオリフ
ラ合わせ機構３２に受け渡した後ゲ−トバルブＧ２を閉
じ、ゲ−トバルブＧ３を開いて次のウエハの搬入に備え
るようにする。この場合自然酸化膜除去装置５のガスチ
ャンバ５１内は、単に空気と窒素ガスとを置換した、水
分などを可成り含むクリ−ン度の低い不活性ガス雰囲気
であるから、ガスチャンバ５１内のガスが予備室４内に
入り込むのを抑えるために、ウエハの搬入直前にゲ−ト
バルブＧ３を開く事が望ましい。このような操作を繰り
返して着脱室２内のボ−ト２３に所定枚数のウエハＷを
搭載する。

【００３１】その後エレベ−タ２２によりボ−トを反応
容器１１内にロ−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なう。成膜処
理が終了した後ボ−ト２３を着脱室２内に降下させ、ゲ
−トＧ１、Ｇ２を開いて第１の移載機構３１によりボ−
ト２３上のウエハＷを例えばオリフラ合わせ機構３２を
中継点として第２の移載機構４１に受け渡す。そしてゲ
−トバルブＧ２を閉じゲ−トバルブＧ３を開いて、加熱
部３１の載置台７４を中継点として当該ウエハを移載機
構５３に受け渡し、元のカセット５４内に戻す。このよ
うな操作を順次繰り返すことにより処理済みのウエハが
全て元のカセット５４内に戻される。

【００３２】このような実施例によればウエハは自然酸
化膜が除去された後、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−ンな状態のウエハ表面
に成膜処理が行われる。

【００３３】以上において本発明はシステム全体のレイ
アウトや各ステ−ションの処理のタイミングなどに応じ
て種々変形することができ、例えばウエハ移載室３や予
備室４に搬出口を設け、これらを通じて処理済みのウエ
ハを外部に搬出するようにしてもよいし、あるいは自然
酸化膜除去装置５のガスチャンバ５１内に多数のウエハ
カセットを保管できる領域を確保しておくようにしても
よい。

【００３４】本発明者の実験によれば、ウエハを洗浄し
た後不活性ガス雰囲気中に置いた場合には、数十時間経
過するまでは自然酸化膜の再成長はほとんどみられない
が、空気中に置いた場合には、早いものでは１〜２時間
経過後に自然酸化膜の再成長がみられることから、シス
テムの都合上洗浄した後成膜処理が行われるまで長い時
間放置される場合などには、洗浄後のウエハを多数保管
しておくことは非常に有効である。

【００３５】また上述実施例では、クリ−ン度の高い不
活性ガス雰囲気のウエハ着脱室２やウエハ移載室３内に
クリ−ン度の低いガスチャンバ５１内の不活性ガスが入
り込まないように予備室４を設けているが、本発明では
必ずしも予備室４を設けなくとも良い。

【００３６】そしてまた本発明ではガスチャンバ５１を
例えばキャスタなどを用いて移動可能に構成すると共
に、ガス導入管５１ａ、排気管５１ｂを着脱自在とすれ
ば、成膜処理ステ−ションが複数ある場合などに順次利
用することができて便利である。 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用いてもよい。

【００３７】そしてこのような加熱手段を用いれば、洗
浄後にウエハ表面に残留している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。

【００３８】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。

【００３９】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
被洗浄体は自然酸化膜が除去された後、大気に触れるこ
となく不活性ガス雰囲気の中に置かれるので、自然酸化
膜の再成長が抑えられ、この結果被洗浄体のクリ−ンな
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。

【００４０】また請求項２の発明によれば、予備室に加
熱手段を設けているため、洗浄後に被洗浄体の表面に残
留している副生成物を加熱分解できるので、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。

【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Ａ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】加熱部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 ３ ウエハ移載機構 ３１ ４１ ５３ 移載機構 ５ 自然酸化膜除去装置 ５２ 搬出入ステージ ６ 洗浄装置 Ｗ ウエハ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄前の被洗浄体を収納するための被洗
   浄体収納部と、前記被洗浄体を洗浄してその表面の自然
   酸化膜を除去するための洗浄装置と、前記被洗浄体収納
   部に収納された洗浄前の被洗浄体を洗浄装置に受け渡す
   と共に、洗浄済みの被洗浄体を洗浄装置から受取るため
   の移載機構と、 を不活性ガス雰囲気とされるガスチャンバ内に配置した
   ことを特徴とする自然酸化膜除去装置。
2. 【請求項２】 ガスチャンバ内に、洗浄装置で洗浄され
   た被洗浄体の表面を加熱するための加熱手段を設けた請
   求項１記載の自然酸化膜除去装置。