JPH11354514A - クラスターツール装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗浄乾燥後の汚染物を除去して、成膜面の清
浄度を高めて品質の良好な成膜を行うことができるクラ
スターツール装置及び成膜方法を提案する。 【解決手段】 被処理体Ｗを洗浄し、洗浄前に被処理体
Ｗの表面に付着している汚染及び不要な膜を除去し、被
処理体Ｗを乾燥させる洗浄乾燥室２と、洗浄乾燥室２に
おいて洗浄中及び乾燥中に被処理体Ｗの表面に吸着した
有機物を含む汚染物を除去する除去処理室１０と、除去
処理室１０で有機物が除去された被処理体Ｗの表面に成
膜処理を施す成膜処理室７，８，９と、除去処理室１０
と成膜処理室７，８，９とに共通に連通されかつ遮断可
能に連結され、被処理体Ｗの搬入及び搬出を行う共通搬
送室４とを備えたクラスターツール装置１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハに異なる一連の処理を行う複数の処理室を集合させて
結合したクラスターツール装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置にあっては、最近の
高密度化、高集積化の要請に応じて、極薄かつ高品質な
ポリシリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、チ
タン膜、コバルト膜、酸化タンタル膜等が要求されてい
る。このように薄膜形成及び成長の技術を応用する半導
体装置の製造プロセスでは、半導体の結晶表面の残留不
純物が作製される半導体装置の品質に極めて大きな影響
を及ぼす。

【０００３】例えばシリコン結晶表面の場合、その表面
に存在する自然酸化膜、有機汚染物、重金属等の残留不
純物は、薄膜ゲート酸化膜の高精度の制御を困難にした
り、絶縁耐圧などの電気特性の劣化を招来する。また、
メタルオーミックコンタクトの作製において、直列抵抗
の増加や整流特性の劣化、窒化シリコン膜の膜厚ばらつ
きといった、プロセス阻害要因や素子性能低下要因とし
て働く。

【０００４】従って、成膜処理前における半導体ウエハ
の管理も細心の注意を払わなければならず、成膜処理前
においてウエハ表面に付着している汚染物を、洗浄処理
等により効率的に除去する技術が、半導体ウエハから作
製される半導体装置の電気的な欠陥の低減を図るために
重要になっている。

【０００５】前述の洗浄処理の手段としては、乾式処理
と湿式処理の２つがあるが、乾式処理は未だ研究段階で
実用化が充分確立されておらず、実際の製造ラインでは
一般に湿式処理が多く採用されている。この湿式処理の
手段としては、例えば過酸化水素、硫酸−過酸化水素、
硝酸、水酸化アンモニウム−過酸化水素、塩酸−過酸化
水素、フッ酸等の化学薬品水溶液が使用される。最近で
は、フッ酸−過酸化水素やオゾン添加超純水等が使用さ
れるようになってきている。

【０００６】しかしながら、湿式処理の最後には、基板
表面を乾燥させる必要があり、この乾燥方式としては、
遠心力により水を除去するスピン乾燥法と、イソプロピ
ルアルコールに代表される有機溶剤蒸気による乾燥手段
が一般的に用いられている。ここで、スピン乾燥法で
は、小さな水玉が最後まで乾燥しきれずに残留するいわ
ゆるウォーターマークと呼ばれる水しみが残留すること
が多く、洗浄後にタングステンシリサイド膜の成長に続
いてドライエッチングを行ったときに、このウォーター
マークの部分がエッチングマスクとなり、エッチング残
渣となることがある。

【０００７】そこで、最近、イソプロピルアルコールに
代表される有機溶剤蒸気による乾燥手段が好んで使用さ
れるようになってきている。

【０００８】一方、洗浄後、次のウエハ処理装置までの
ウエハ搬送中に、クリーンルーム内の空気中に存在する
有機ガスや、プラスチックの搬送ボックスから放出され
る有機ガスがウエハ表面に吸着する。この有機ガスは、
ウエハをクリーンルーム内の空気にさらす又はプラスチ
ックケース内に保管しておくだけでも、極めて短時間の
内にウエハ表面に吸着する。

【０００９】洗浄乾燥後においてもウエハ表面に有機汚
染物質が残っていると、膜の密着性が低下したり、膜厚
の制御が良好に行えない。

【００１０】このようにウエハ搬送中に有機物が吸着す
るのを防止するため、搬送ボックスからの放出ガスを少
なくする、不活性ガスを充填した密閉ボックスで搬送す
る、洗浄機と成膜装置を直接結合させて搬送させる等の
対策が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、搬送中
での有機物の吸着を防止したとしても、乾燥に使用され
るイソプロピルアルコール等の有機物質が洗浄乾燥中に
吸着してしまうと、成膜工程に悪影響を及ぼすことにな
る。

【００１２】従って、品質の良好な極薄膜を生産性よく
成膜できる技術が充分には開発されていないのが現状で
ある。

【００１３】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、洗浄乾燥後の汚染物を除去して、成膜面の清浄
度を高めて品質の良好な成膜を行うことができるクラス
ターツール装置及び成膜方法を提案するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のクラスターツー
ル装置は、被処理体を洗浄し、洗浄前に被処理体の表面
に付着している汚染及び不要な膜を除去し、被処理体を
乾燥させる洗浄乾燥室と、洗浄乾燥室において洗浄中及
び乾燥中に被処理体の表面に吸着した有機物を含む汚染
物を除去する除去処理室と、除去処理室で有機物が除去
された被処理体の表面に成膜処理を施す成膜処理室と、
除去処理室と成膜処理室とに共通に連通されかつ遮断可
能に連結され、被処理体の搬入及び搬出を行う共通搬送
室とを備えたものである。

【００１５】本発明の成膜方法は、洗浄中及び乾燥中に
被処理体の表面に吸着した有機物を含む汚染物を除去し
た後、大気に曝さずに成膜処理を行うものである。

【００１６】上述の本発明のクラスターツール装置によ
れば、洗浄乾燥室において洗浄中及び乾燥中に被処理体
の表面に吸着した有機物を含む汚染物を、除去処理室で
除去して被処理体の表面を清浄化することができる。ま
た、各処理室間の被処理体の搬送は、除去処理室と成膜
処理室とに共通に連通されかつ遮断可能に連結された共
通搬送室を介して行われるため、この間の被処理体表面
の汚染を抑制することができる。

【００１７】上述の本発明の成膜方法によれば、被処理
体の表面に吸着した有機物を含む汚染物を除去した後、
大気に曝さないで成膜処理を行うので、被処理体の表面
を清浄化した状態で成膜を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、被処理体を洗浄し、洗
浄前に被処理体の表面に付着している汚染及び不要な膜
を除去し、被処理体を乾燥させる洗浄乾燥室と、洗浄乾
燥室において洗浄中及び乾燥中に被処理体の表面に吸着
した有機物を含む汚染物を除去する除去処理室と、除去
処理室で有機物が除去された被処理体の表面に成膜処理
を施す成膜処理室と、除去処理室と成膜処理室とに共通
に連通されかつ遮断可能に連結され、被処理体の搬入及
び搬出を行う共通搬送室とを備えたクラスターツール装
置である。

【００１９】また本発明は、上記クラスターツール装置
において、除去処理室は、被処理体を加熱する加熱ヒー
タを有して成る構成とする。

【００２０】また本発明は、上記クラスターツール装置
において、除去処理室は、被処理体に紫外線を照射する
手段と、オゾンガスを供給する手段とを有して成る構成
とする。

【００２１】本発明は、洗浄中及び乾燥中に被処理体の
表面に吸着した有機物を含む汚染物を除去した後、大気
に曝さずに成膜処理を行う成膜方法である。

【００２２】図１は本発明の一実施の形態として本発明
に係るクラスターツール装置の概略構成図（平面図）を
示す。本実施の形態においては、被処理体として半導体
ウエハＷを用い、この半導体ウエハＷの表面にシリコン
窒化膜を減圧ＣＶＤ（化学的気相成長）処理により成膜
する場合を例にとって説明する。

【００２３】図１に示すように、このクラスターツール
装置１は、例えばアルミニウムから成る６角形の容器状
になされた共通搬送室４をその中心に有して成り、共通
搬送室４の周辺に、ウエハ取り出し口として第１カセッ
ト室５及び第２カセット室６、有機物除去処理室１０、
第１の成膜処理室７、第２の成膜処理室８及び第３の成
膜処理室９をそれぞれ開閉可能になされたゲートバルブ
１１〜１６を介して連結されている。また、有機物除去
処理室１０の共通搬送室４に対して反対側には例えば単
槽式の洗浄乾燥装置２が直接接続されている。

【００２４】単槽式の洗浄乾燥装置２は、複数の酸及び
アルカリ水溶液による処理、純水によるリンス、イソプ
ロピルアルコール（ＩＰＡ）による乾燥処理を順に行え
る構成の装置である。

【００２５】有機物除去処理室１０は、洗浄乾燥中に吸
着したＩＰＡ等の有機物を含む汚染物を加熱や紫外線照
射及びオゾンガス供給によって完全に分離除去する除去
処理室である。この有機物除去処理室の一形態の概略構
成図を図２に示す。

【００２６】図２に示す有機物除去処理室１０は、例え
ば全面が炭化シリコンでコートされたカーボン製の加熱
ヒータ２０が埋め込まれており、載置台２１上に載置し
た半導体ウエハＷを所定の温度、例えば２００℃程度に
加熱し得るようになっている。

【００２７】共通搬送室４内には、内部に取り込んだ半
導体ウエハＷの位置決めを行う回転位置決め機構と、半
導体ウエハＷを保持した状態で屈伸及び回転可能になさ
れた多関節アーム機構により成る搬送アーム３が配置さ
れており、これを屈伸、回転させることによって各室間
に渡ってウエハを搬入・搬出しうるようになっている。
この共通搬送室４も不活性ガス、例えば窒素ガスの供給
と、真空引きが可能になされている。

【００２８】続いて、本実施の形態のクラスターツール
装置１の動作について説明する。まず、図１に基づいて
半導体ウエハＷに対する処理の全体の流れから説明す
る。最初に、共通搬送室４を含む各成膜処理室７，８，
９は、未使用時にはベース圧として例えば５×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ程度の高い真空度に維持されて、自然酸化膜の形
成を防止している。

【００２９】次に、洗浄乾燥装置２においてＩＰＡ蒸気
により乾燥した半導体ウエハＷを、一枚ずつゲートドア
１７を介して有機物除去処理室１０内へ搬入し、この有
機物除去処理室１０内を密閉して上述したベース圧まで
真空引きする。そして、半導体ウエハＷを加熱又は紫外
線照射及びオゾンガス供給することにより、半導体ウエ
ハＷ表面に吸着しているＩＰＡ等の有機物を脱離又は直
接分解させて除去する。

【００３０】脱離した有機物を充分排気した後に、ゲー
トバルブ１１を開にして、予めベース圧に維持されてい
る共通搬送室４内の搬送アーム３を伸ばして半導体ウエ
ハＷを一枚取り出し、これを回転位置決め機構１８によ
り半導体ウエハＷのオリエンテーションフラットを検出
することにより位置合わせする。位置合わせ後の半導体
ウエハＷは、再度搬送アーム３を用いて開状態に成され
たゲートバルブ１３或いは１６を介して予めベース圧に
なされている第１の成膜処理室７或いは第２の成膜処理
室８内に導入される。このように最初の成膜処理を行う
成膜処理室として、２つの成膜処理室７，８を設けた理
由は、成膜処理に要する時間に鑑みてスループットを向
上させるためである。ここでＣＶＤ処理により所定の温
度で窒化シリコン膜が成膜されることになる。

【００３１】尚、必要に応じて、さらに続いて第３の成
膜処理室９において半導体ウエハＷに成膜処理を行う。

【００３２】次に、図２を参照して有機物除去処理につ
いて説明する。図２は、図１に示した有機物除去処理室
１０の構成の一形態の一部内部の構成を示す側面図であ
る。

【００３３】この有機物除去処理室１０は、その室内
に、半導体ウエハＷが載置される載置台２１及びこの載
置台２１の下に半導体ウエハＷの加熱を行う加熱ヒータ
２０が設けられ、また上方には紫外線照射手段として紫
外線光源（水銀ランプ）２２が設けられている。紫外線
光源２２と載置台との間には、透過板２３が設けられ、
紫外線を透過すると共に半導体ウエハＷの加熱により発
生するガスから紫外線光源２２を遮蔽する。

【００３４】有機物除去処理室１０の前後には、図１に
示した半導体ウエハＷの出し入れを行うゲートバルブ１
１及びゲートドア１７が接続されている。また、透過板
２３の位置のやや下にオゾンガス供給管２５が接続さ
れ、オゾンガス供給管２５とは反対側の下部に排気管２
４が接続され、排気管２４の他端は真空ポンプ２６に接
続されている。これにより、有機物除去処理室１０の室
内の透過板２３より下の部分にオゾンガスを流すことが
できる。

【００３５】この有機物除去処理室１０により、例えば
次のように有機物の処理を行う。載置台２１上に載置さ
れた半導体ウエハＷは、例えば加熱ヒータ２０により所
定の温度例えば２００℃程度に加熱される。或いは、オ
ゾンガスを供給管２５から供給しながら、上方に位置す
る紫外線照射手段の紫外線光源（水銀ランプ）２２から
例えば波長が２５４ｎｍの紫外線ＵＶを放出し、この紫
外線は透過板２３を透過して半導体ウエハＷの表面に照
射される。この紫外線照射のエネルギーが、有機物とウ
エハ表面との結合エネルギー以上となることにより、有
機物がウエハ表面から離脱し、真空ポンプ２６の吸引力
により排気管２４から吸引されて排除される。

【００３６】続いて、半導体ウエハＷがゲートバルブ１
１を介して共通搬送室４に搬送される。そして、アーム
３によりゲートバルブ１６を介して第１の成膜処理室７
内の真空（例えば１０^-7Ｐａ以上）を落とすことなく、
第１の成膜処理室７内に搬入され、所定の圧力、温度で
一定時間原料ガスを流して例えば窒化シリコン膜等の成
膜が行われる。

【００３７】そして、清浄度が維持された半導体ウエハ
Ｗ表面に成膜するため、第１の成膜処理室７内に原料ガ
スを導入すると、半導体ウエハＷ表面に成膜が開始され
る。

【００３８】ここで、実際に上述の有機物除去処理室１
０を備えたクラスターツール装置１によって洗浄乾燥後
に有機物除去処理を行った半導体ウエハＷに、窒化シリ
コン膜を成膜して、膜特性の測定・評価を行った。

【００３９】窒化シリコン膜の成膜の条件は、例えば以
下の条件とすることができる。尚、単位ｓｃｃｍは、標
準状態における流量（ｃｍ³ ／分）を示す。 原料ガスの種類及び流量：ＮＨ₃ ／ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂＝３
００ｓｃｃｍ／３０ｓｃｃｍ 雰囲気圧力 ：５０Ｐａ程度 成膜温度 ：６８０℃

【００４０】また、比較のため、有機物除去処理を行わ
なかった他は、同一の条件で窒化シリコン膜を成膜した
場合の成膜速度特性も測定した。

【００４１】有機物除去処理を行った半導体ウエハＷに
成膜した窒化シリコン膜について、その成膜速度特性を
測定したところ、図３中実線に示すように、成膜開始ま
での潜伏時間が、図３中破線で示す上述の比較例の場合
よりも短かった。

【００４２】上述の本実施の形態のクラスターツール装
置１によれば、分子レベルで清浄化された半導体ウエハ
Ｗ表面に対して成膜を行うことができるので、半導体ウ
エハＷ表面に直ちに核が成長する成膜、つまり成膜が開
始されるまでの潜伏期間がゼロの成膜を実現することが
できる。また、成膜時における異常核成長の発生を防止
することができる。この結果、膜厚、膜質が均一な膜を
形成することができるので、安定した成膜が可能にな
る。

【００４３】また、洗浄乾燥後に残留するＩＰＡ等の有
機物の有機物除去処理室１０による除去効果を加熱脱離
ガスクロマトグラフィー質量分析計により分析した。図
４は、上述の有機物除去手段による有機物の除去効果を
示す、有機物のガスクロマトグラムである。図４Ａは、
洗浄乾燥後のウエハ表面の有機物の状態を示し、図４Ｂ
は、有機物除去処理室１０での処理後に分析したウエハ
表面の有機物の状態を示すガスクロマトグラムである。

【００４４】この結果から、図４Ａで観察されたＩＰＡ
によるピークが、有機物除去処理後は殆ど観察されず、
ＩＰＡが除去されたことが分かる。即ち、有機物除去処
理室１０で、ＩＰＡを始めとする有機物が確実に除去さ
れ、ウエハ表面が完全に分子レベルで清浄化されること
が明らかである。

【００４５】以上説明したように本実施の形態のクラス
ターツール装置１によれば、次のように優れた作用効果
を発揮することができる。有機物除去処理室１０におい
て、半導体ウエハＷ表面に付着した有機物を含む汚染物
が除去されるので、半導体ウエハＷの薄膜成長面が容易
に清浄化され、かつその清浄面を保持した状態で所要の
薄膜が成長される。従って、基板と成長膜との界面の汚
染が抑えられた高品質の薄膜の形成が可能となり、これ
により高性能の半導体装置を製造することができる。

【００４６】また、洗浄乾燥装置２に接続された有機物
除去処理室１０と複数の成膜処理室７，８を共通搬送室
４を中心として集合させて設けて、洗浄乾燥工程で吸着
するＩＰＡ等の有機物を除去した半導体ウエハＷを途中
で大気に曝すことなく連続的に処理を行うようにしたの
で、品質及び電気的特性の良好な極薄ＣＶＤ膜を膜厚の
制御よく形成することが可能となる。さらに、極薄ゲー
ト酸化膜の高精度の制御や、絶縁耐圧等の電気特性の向
上、メタルオーミックコンタクトにおける直列抵抗の減
少や整流特性の向上といった、様々な素子性能の向上と
歩留まり向上が可能になる。

【００４７】尚、上述の図１に示した実施の形態におい
ては、洗浄乾燥装置部２と有機物除去処理室１０とがゲ
ートドア１７を介して接続されていたが、これら洗浄乾
燥装置部と有機物除去処理室とをそれぞれ別に共通搬送
室に接続して、これらの間のウエハの移送を一旦共通搬
送室を介して行う構成としても、上述の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。この場合は、共通搬送室
を介してウエハを移動させる分の手間が増えるが、クラ
スターツール装置を設置するスペースの都合上、洗浄乾
燥装置部と有機物除去処理室とを連接して設けることが
難しい場合に適している。

【００４８】本発明のクラスターツール装置及び成膜方
法は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り
得る。

【００４９】

【発明の効果】上述の本発明によれば、洗浄乾燥工程で
吸着する有機物を除去したウエハ等被処理体を途中で大
気に曝すことなく連続的に処理を行うため、被処理体の
薄膜成長面が容易に清浄化され、かつその清浄面を保持
した状態で所要の薄膜を成長することができる。これに
より、被処理体と成長膜との界面の汚染が抑えられた高
品質の薄膜の形成が可能となり、品質及び電気的特性の
良好な極薄膜を膜厚の制御よく形成することができる。
従って、様々な素子性能の向上と歩留まり向上が可能に
なり、高性能の半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクラスターツール装置の一実施の
形態の概略構成図（平面図）である。

【図２】図１のクラスターツール装置の有機物除去処理
室の構成を示す図である。

【図３】ＳｉＮ膜の成膜時間と膜厚との関係を、本発明
のクラスターツール装置による成膜方法と従来の成膜方
法で比較した図である

【図４】有機物除去装置による有機物除去処理を行った
効果を示すガスクロマトグラムである。 Ａ 洗浄乾燥直後のウエハ表面の吸着有機物を示すガス
クロマトグラムである。 Ｂ 有機物除去装置における処理の後のウエハ表面の吸
着有機物を示すガスクロマトグラムである。

【符号の説明】

１…クラスターツール装置（半導体処理装置）、２…洗
浄乾燥装置部、３…搬送アーム、４…共通搬送室、５…
第１カセット室、６…第２カセット室、７…第１の成膜
処理室、８…第２の成膜処理室、９…第３の成膜処理
室、１０…有機物除去処理室、１１，１２，１３，１
４，１５，１６…ゲートバルブ、１７…ゲートドア、１
８…回転位置決め機構、２０…加熱ヒータ、２１…載置
台、２２…紫外線光源（水銀ランプ）、２３…透過板、
２４…排気管、２５…オゾンガス供給管、２６…真空ポ
ンプ、Ｗ…半導体ウエハ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体を洗浄し、洗浄前に該被処理体
   の表面に付着している汚染及び不要な膜を除去し、該被
   処理体を乾燥させる洗浄乾燥室と、 前記洗浄乾燥室において洗浄中及び乾燥中に前記被処理
   体の表面に吸着した有機物を含む汚染物を除去する除去
   処理室と、 前記除去処理室で有機物が除去された前記被処理体の表
   面に成膜処理を施す成膜処理室と、 前記除去処理室と前記成膜処理室とに共通に連通されか
   つ遮断可能に連結され、前記被処理体の搬入及び搬出を
   行う共通搬送室とを備えたことを特徴とするクラスター
   ツール装置。
2. 【請求項２】 前記除去処理室は、前記被処理体を加熱
   する加熱ヒータを有して成ることを特徴とする請求項１
   に記載のクラスターツール装置。
3. 【請求項３】 前記除去処理室は、前記被処理体に紫外
   線を照射する手段と、オゾンガスを供給する手段とを有
   して成ることを特徴とする請求項１に記載のクラスター
   ツール装置。
4. 【請求項４】 洗浄中及び乾燥中に被処理体の表面に吸
   着した有機物を含む汚染物を除去した後、大気に曝さず
   に成膜処理を行うことを特徴とする成膜方法。