WO2000022660A1 - Procede et appareil de traitement de surface - Google Patents

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Description

明 細 書 表面処理方法及びその装置 技術分野
本発明は、 被処理体、 例えば半導体ウェハの表面をクリーニングする表面処理 方法及びそれに用いる表面処理装置に関する。 背景技術
一般に、 半導体集積回路 （半導体素子） を製造するためには、 被処理体である 半導体ウェハ等の基板に対して所定の成膜とパターンエッチング等を繰り返して 行ない、 多数の所望の素子を形成するようになつている。
ところで、 このように被処理体 （基板） に対して各種の処理工程を行うに当つ て、 被処理体、 例えば半導体ウェハ （以下 "ウェハ" という） を各処理装置間で 搬送する必要があることから、 ウェハが大気に曝されることが避けられなかった。 そのため、 ウェハ表面の大気に曝される部分 （例えば、 コンタクトホール底のシ リコン基板の露出部や、 ビアホール底の金属層の露出部等） に、 それら露出部と 大気中の酸素や水分とが反応することによって、 いわゆる自然酸化膜が発生し易 かった。 また、 ウエット洗浄 （例えば R C A洗浄） の薬液と前述の露出部が反応 することにより、 その表面に化学酸化物 （C h e m i c a l O x i d e ) が発 生するおそれがあった。 また、 各種の処理工程や、 各処理装置間の搬送の間に、 ウェハ表面が金属等で汚染されるおそれもあった。
このような自然酸化膜及び化学酸化物を含めた酸化物 （以下、 総称して "自然 酸化物" という） や金属汚染は、 半導体素子の特性、 例えば電気的特性等を劣化 させることから、 ウェハへの成膜工程等の前処理として、 酸化物や金属汚染等を ウェハ表面から除去してウェハ表面をクリーニングする表面処理が行なわれてい る o
自然酸化膜等を除去するこの種の表面処理は、 従来は、 ウェハを H F溶液等の 薬液中に浸漬して自然酸化膜等をウェハの表面より除去する、 いわゆるゥエツト 洗浄 （例えば R C A洗浄） が一般的に行われてきた。 しかしながら、 半導体素子 の高集積化及び高微細化が進むにつれて、 素子サイズ、 例えばその線幅やコン夕 ク トホ一ル径等も微細となり、 例えばコンタク トホールのァスぺクトレシオが大 となるとともにその径は 0 . 2〜0 . 3 zm程度、 あるいはそれ以下 （例えば、 0 . 1 2 z m) になりつつある。 この微細化のために、 ウエッ ト洗浄中、 薬液が このような微細なコンタクトホール内に十分に浸み込まなかったり、 あるいはこ れとは逆にこの中に浸み込んだ薬液がその表面張力のためにこのコンタクトホー ル内から排出できない事態が生じていた。 このためコンタクトホールの底部に発 生した自然酸化膜を十分に除去することができないとする致命的な問題点が生じ ていた。
また、 複数層からなる積層構造体をウエット洗浄する場合、 そのコンタクトホ ール壁のェッチングレートが層毎に異なることから、 ホール壁面に凹凸が発生す る等の問題点があった。
添付した図 8 A及び図 8 Bは、 例えばシリコン材 （S i ) からなるウェハ Wの 表面に形成されたドレインゃソースに電気的コンタクトをとるためのコンタクト ホール 2 0 2を示していて、 図 8 Aに示すホール径 Dは、 0 . 2〜0 . 3〃m程 度である。 このホール 2 0 2の多層構造の壁面は、 図 8 Aに示すように、 異なる 成膜工程で形成された、 例えば 3層構造の、 シリコン酸化膜 （S i〇2 ) よりな つている。 ここで、 例えば、 ウェハ W表面に成膜された第 1層目の S i 0 2 膜 2 0 4は、 熱酸化により形成された膜であり、 第 2層目の S i 02 膜 2 0 6は、 スピンコ一ト法により形成されたリンドープドガラスであり、 また第 3層目の S i 02 膜 2 0 8は、 シリカガラスにより形成されている。 そして、 図 8 Aに示 すように、 コンタクトホール 2 0 2の底部に自然酸化膜 2 1 0が発生している。 このような 3層構造の成膜層においては、 各層を構成する S i 02 膜 2 0 4， 2 0 6， 2 0 8は、 ウエット洗浄する際、 薬液に対するエッチング速度がそれぞ れ異なっている。 そのため、 ウエッ ト洗浄によって自然酸化膜 2 1 0を除去した 後には、 図 8 Bに示すように、 ホール 2 0 2の側壁に、 前述したエッチング速度 の差に起因して凹凸 2 0 9が発生したり、 あるいは薬液が浸入し易い各層間の境 界部分が過度に削り取られてしまう （切込み部分参照） といった問題点が従来の ゥエツ ト洗浄にあった。
そこで、 このような従来のゥエツ ト洗浄のもつ問題点を解決するために、 薬液 によるゥエツ ト洗浄に代えて、 エッチングガスを用いて自然酸化膜を除去する、 いわゆるドライ洗浄 （エッチング） 法が種々提案されている （例えば、 特開平 4 - 2 0 6 5 2 6号公報、 特開平 6— 1 9 6 4 5 5号公報参照）。
一般にドライ洗浄による自然酸化膜除去法としてァルゴンガスと H 2 ガスによ るスパッ夕エッチングが用いられている。
さらに、 例えば、 上記した特開平 4一 2 0 6 5 2 6号公報に示す半導体ウェハ のスルーホールの金属穴埋め方法においては、 前処理室で下地金属の一部を露出 させた露出下地の前処理、 とくにその金属膜の表面に存在する酸化膜を C 1 F 3 ガスを供給 ·加熱してライ トエッチングし、 いわゆる自然酸化膜等の除去を行つ ている。 そして、 この前処理したウェハを大気に曝すことなく、 搬送手段により 前処理室から成膜室へ搬送して金属の選択 C V D処理を行うようになっている。 また、 上記した特開平 6— 1 9 6 4 5 5号公報に示すウェハの処理方法では、 ウェハを C 1 F 3 ガスと H 2 ガスとの混合ガス雰囲気に入れ、 この混合ガスに紫 外線を照射してウェハ上に発生した自然酸化膜をウェハを加熱することなく除去 している。
しかしながら、 従来のアルゴンガスと水素ガスによるスパヅ夕ェヅチング法で はウェハのコンタク卜への損傷のおそれがあり、 低エネルギ一のドライ洗浄が要 求されていた。
また、 公知の C 1 F 3 ガスによるウェハのクリーニングは、 次の問題点を有し ていた。
すなわち、 クリーニングに用いた C 1 F 3 ガスに由来する塩素によって、 ゥェ ハ上の金属膜等が腐蝕されて、 製品としての半導体素子の歩留まり、 信頼性が低 下するという問題点があった。 つまり、 C 1 F 3 ガスは塩素含有ガスであるため、 C 1 F 3 ガスを用いてウェハ表面のクリーニングを行った後には、 例えば、 その 表面に存在するシリコンや金属等の原子と結合した塩素原子というかたちで、 塩 素がウェハ上に残留し、 この残留塩素によって、 ウェハ上に形成された金属膜等 (例えば半導体素子の配線として機能する） が腐蝕されるので、 半導体素子の電 気的特性等が劣化し、 製品である半導体素子の信頼性、 歩留まりが低下すること になる。
また、 C1F3 ガスによる反応が過度に進行して、 ウェハへのダメージを招来 させ、 製品としての半導体素子の歩留まり、 信頼性が低下するという問題点もあ つた。 つまり、 C1F3 ガスを用いてウェハ表面のクリーニングを行った後には、 自然酸化物等だけでなく、 ウェハ上に形成された、 例えば、 S i02 等の絶縁膜、 A 1などの金属膜も C 1 F3 ガスと反応してエッチングされてしまう。 そして、 例えば、 半導体素子の層間絶縁膜として機能する絶縁膜や半導体素子の配線とし て機能する金属膜等が過度にエッチングされると、 半導体素子の電気的特性等が 劣化し、 製品である半導体素子の信頼性、 歩留まりが低下することになる。
本発明は、 このような従来の被処理体表面のクリーニングのもつ問題点に鑑み てなされたもので、 半導体素子等の製造工程において用いられた場合に製品の信 頼性を向上させることが可能な表面処理方法及びその装置を提供することを目的 とする。 発明の開示
上記目的を達成するために、 請求の範囲第 1項に係る発明は、 C1F3 ガスを 用いて被処理体の表面をクリーニングする工程と、 クリーニング工程で被処理体 の表面に残留した C 1 F3 ガスに由来する塩素を該表面から除去する塩素除去ェ 程とを有することを特徴とする。
請求の範囲第 2項に係る発明は、 塩素除去工程が還元ガスを用いて塩素を被処 理体の表面から除去する工程を有することを特徴とする。
請求の範囲第 3項に係る発明は、 還元ガスが H2 ガスであることを特徴とする。 請求の範囲第 4項に係る発明は、 被処理体の表面に C1F3 ガスを供給して被 処理体の表面に C1F3 ガスを吸着させる吸着工程と、 C1F3 ガスの被処理体 表面への供給を停止する工程と、 被処理体の表面に吸着した C1F3 ガスを用い て被処理体の表面をクリーニングする工程とを有することを特徴とする。
請求の範囲第 5項に係る発明は、 吸着工程において、 被処理体を 20°C以下に 冷却することを特徴とする。 請求の範囲第 6項に係る発明は、 内部に被処理体が配置される処理容器と、 処 理容器内に C1F3 ガスを供給する手段と、 供給した C1F3 ガスを活性化する 手段と、 処理容器内に還元ガスを供給する手段とを備えることを特徴とする。 請求の範囲第 7項に係る発明は、 内部に被処理体が配置される処理容器と、 処 理容器内に C1F3 ガスを供給する手段と、 被処理体への C1F3 ガスの吸着を 促進する手段と、 供給した C1F3 ガスを活性化する手段とを備えることを特徴 とする。
請求の範囲第 8項に係る発明は、 処理容器内に設けられ、 被処理体を載置する 載置台を備えることを特徴とする。
請求の範囲第 9項に係る発明は、 被処理体への C1F3 ガスの吸着を促進する 手段が、 載置台に内設され、 かつ該載置台上に載置された被処理体を冷却する手 段であることを特徴とする。
請求の範囲第 10項に係る発明は、 C1F3 ガスを活性化する手段が載置台の 被処理体載置部から離間した加熱位置で被処理体を加熱する手段であることを特 徴とする。
請求の範囲第 11項に係る発明は、 被処理体載置部と加熱位置との間で被処理 体を昇降させる手段を備えることを特徴とする。
請求の範囲第 12項に係る発明は、 請求の範囲第 6項から第 11項のいずれか 1項に記載の表面処理装置と、 内部を非反応性雰囲気に維持することが可能であ り、 かつ表面処理装置との間で被処理体を非反応性雰囲気中で搬送可能に設けら れた搬送チャンバと、 搬送チャンバとの間で被処理体を非反応性雰囲気中で搬送 可能に設けられた 1個あるいは複数個の他の処理装置とを備えることを特徴とす る。
請求の範囲第 13項に係る発明は、 他の処理装置が被処理体上に金属配線を形 成するための金属配線形成チヤンバであることを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の表面処理装置の一実施の形態の模式構成図である。
図 2 A及び図 2 Bは、 図 1に示した表面処理装置に用いられるウェハーリフト 機構を示し、 図 2 Aはその平面図、 図 2 Bはその側面図を示す。
図 3 A及び図 3 Bは、 図 1に示した表面処理装置に用いる C 1 F 3 ガス供給部 (シャワーヘッド） の変形例を示し、 図 3 Aは、 リング状のシャワーヘッドを、 また、 図 3 Bは、 格子状のシャワーヘッドをウェハ載置台側から見た状態を示す 平面図である。
図 4は、 本発明の表面処理方法の一実施の形態の各工程を示すフローチヤ一ト である。
図 5 A、 図 5 B及び図 5 Cは、 本発明の表面処理方法の一実施の形態の工程を 示す図であって、 図 5 Aは、 ウェハに付着した自然酸化物の付着状態の拡大図、 図 5 Bは、 ウェハ上に C 1 F 3 ガスが吸着した状態の拡大図、 図 5 Cは、 プラズ マにより活性化した還元ガス （H 2 ガス） によって残留塩素を除去する状態の拡 大模式図である。
図 6 A及び図 6 Bは、 ウェハ載置台の他の例を示す図であって、 図 6 Aはその 平面図、 図 6 Bはその正断面図である。
図 7は、 図 1に示した本発明の一実施の形態である表面処理装置を真空クリー 二ング装置として用いて加熱装置、 配線形成装置及び冷却装置と組合せて構成し た真空クラスタ装置の概念図である。
図 8 A及び図 8 Bは、 自然酸化膜を除去する従来の表面処理方法を説明する図 であって、 図 8 Aは、 ウェハのコンタクトホールの底部に生成された自然酸化膜 の付着状態を示す拡大図、 図 8 Bは、 コンタクトホールの側壁に凹凸等が形成さ れた状態を示す拡大模式図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の表面処理方法とそれに用いる表面処理装置の一実施の形態を添 付した図面を参照して説明する。
表面処理装置の構成
図 1は、 本発明の表面処理装置の実施形態の一例を示す概念構成図である。 図 1に示す表面処理装置 （クリーニング装置） 1は、 半導体素子等の製造工程にお いて、 例えば、 コンタクトホール 2 0 2 (図 8 A参照） 等が形成されたウェハ W (被処理体） の表面のクリーニングに用いられるものである。 このクリーニング によって、 コンタクトホール 2 0 2等の底部の表面に発生した自然酸化膜あるい は化学酸化物のような酸化物であって、 その膜厚が 1 0〜 2 0オングストローム 程度の酸化物 （以下、 「自然酸化物」 という）、 あるいは、 コンタク トホール 2 0 2等の底部や側壁部の表面に付着した、 例えば金属等の汚染物が除去される。 そして、 表面処理装置 1は、 H 2 ガス等の還元ガスをプラズマ化して活性化す るプラズマ形成管 3 0と、 被処理体であるウェハ Wを収容してその表面のクリー ニングを行うために所定の表面処理をする処理 （反応） 容器 1 0と、 この処理容 器 1 0内にクリ一ニングガスとしての C 1 F 3 混合ガスを供給するクリーニング ガス供給管 2 6と、 から主に構成されている。
処理容器 1 0は、 アルミニウム材料からなり、 その内壁には石英 （S i 02 ) ライニング 1 3 , 1 4が張られてウェハ Wの金属汚染、 処理容器 1 0のアルミ二 ゥム表面の浸蝕等が抑制されている。 この処理容器 1 0は、 筒状のハウジング体 であって、 その横断面は、 円形、 方形、 多角形状のいずれであってもよい。
この処理容器 1 0の底部には所定厚の底板 1 2が嵌着されていて、 この底板 1 2上にはその表面を石英で覆われた基台 2 9が配置され、 この基台 2 9には、 石 英によってウェハ載置部以外を覆われた円筒状のウェハ載置台 （サセプ夕一） 2 0が立設されている。 このウェハ載置台 2 0の略水平な上面には、 被処理体であ るウェハ Wが石英製のクランプリング 2 1により係止されるようになつている。 さらに、 円筒状の載置台 2 0の内部には冷却媒体 （チラ一） を収納するジャケッ ト （あるいはパイプ） 2 2をもつ熱交換体 2 3が充填され、 冷却媒体供給装置 4 2より冷却管路 4 3を介してウェハ Wを所定の温度、 例えば 2 0 °C以下の温度に 冷却するために冷却媒体がジャケッ ト （あるいはパイプ） 2 2内に供給され、 こ の冷却系を循環するようになっている。
また、 載置台 2 0には、 後述するように、 載置したウェハ Wを、 加熱の際に、 載置台 2 0のウェハ載置部から離間した加熱位置まで上昇させるピン駆動機構 2 5により昇降されるウェハリフト手段 2 4が配設されている。 このウェハリフ 卜 手段 2 4は、 図 2 A、 図 2 Bにそれぞれ示すように構成されていて、 処理容器 1 0の下部に配設された載置台 2 0の基台 2 9の下面に液圧シリンダ 2 5 (ピン駆 動機構） を配設し、 そのシリンダロッ ド 2 5 aの先端部に馬蹄形状の支持片 2 4 bを固着する。 そして、 この支持片 2 4 bから半径方向内方に延出したアーム 2 4の所定個所、 例えば 3力所に上方に突出したその先端部に尖頭部をもつ支持ピ ン 2 4 aを立設し、 支持ピン 2 4 aでウェハ Wを 3点支持して略水平に維持する。 そして、 加熱ランプ 1 9によるウェハ加熱時に、 液圧シリンダ 2 5を作動させて ウェハ Wを前述の加熱位置まで上昇させるようになつている。
また、 図 1に示すように、 処理容器 1 0の底部に嵌着した底板 1 2の周縁部に は、 例えば 4個の排気管 4 0が設けられていて、 これらの排気管 4 0にそれぞれ 接続された真空ポンプ等の排気手段 4 1により処理容器 1 0内の真空引きを可能 にしている。
—方、 処理容器 1 0の上部には、 アルミニウム材からなる頂板 1 1が固着され ていて、 0—リング等のシール部材 1 7を介してフランジ部 1 6をもつ石英製の ドーム （覆い） 1 5が配設されている。 このドーム 1 5は、 石英製のプラズマ形 成管 3 0と一体に形成されているので、 それらを支えるための機械的強度が十分 とれるものであればよく、 その形状は、 ドーム形状のものだけでなく、 平坦な石 英板でもよい。
なお、 シール部材 1 7が配設されたシール部には圧力センサ等が配置されて、 シール部の締付圧力やシール部からのガス漏洩防止のための監視を行うようにし —しあ ·©。
さらに、 ドーム 1 5の上方には、 ウェハ Wをその上方から加熱して、 ウェハ W 上の C 1 F 3 ガスを活性化するための多数の加熱ランプ 1 9が配設されている。 これらの加熱ランプ 1 9は急速昇温を可能とするためハロゲンランプ等からなり、 これらの加熱ランプ 1 9から放出される熱線が透明な石英製のドーム 1 5を透過 して、 前述の加熱位置まで上昇されたウェハ Wの表面に入射してウェハ Wを所定 の温度、 例えば 1 5 0 °C以下の温度、 に加熱するようになっている。
さらに、 加熱ランプ 1 9群は、 金属等からなるカバ一 1 8により覆われていて、 加熱ランプ 1 9から外部への熱線及び光線を遮断するとともに、 石英製のドーム 1 5が仮りに破損しても C 1 F 3 や H 2 等のクリーニングガス及び還元ガスの外 部への拡散、 溢出を防ぐようにしてある。 なお、 C1F3 ガスを活性化するための手段として、 紫外線を照射するための 光源を用いてもよい。
また、 処理容器 10の側壁には、 ウェハ Wの搬出入時に開閉されるゲ一卜バル ブ 10 aが設けられて、 接続される搬送室とその開放時に連通するようになって いる。 ゲートバルブ 10 aの内面も石英被覆保護されている。
さらに、 還元ガスを導入しブラズマ化するための石英製のブラズマ形成管 30 が同じく石英からなるドーム 15の上部中央に溶融接合等により一体化して連結 されてドーム 15の中央で処理容器 10に開口している。
このプラズマ形成管 30の上端部には、 この中に還元ガスである H2 ガスを導 入する還元ガス導入部 33が接続されていて、 H2 ガス源 36から流量制御器 (MFC) 34を介してガス通路 33 aに H2 ガスを供給して、 還元ガスとして 誘導コイル 35が卷回されたプラズマ形成管 30のプラズマ発生部へ供給するよ うになっている。
この誘導コイル 35には、 例えば 13. 56MH zの高周波 （RF (Radio Frequency) 波） を発生する高周波電源 32が、 インピーダンスマツ チングを行う整合回路 31を介して、 接続されている。 高周波電力を誘導コイル 35に供給することにより、 プラズマ発生部に供給されてくる還元ガスがプラズ マ化され、 活性ガス種としてプラズマ形成管 30の開口部 30 aから処理容器 1 0内に供給される。
なお、 プラズマ発生源としてマイクロ波放電管を用いてもよい。
さらに、 プラズマ形成管 30の開口部 30 aの下方に、 処理容器内にクリ一二 ングガスとしての C 1 F3 ガスを供給する多数のガス噴出孔 26 aが （好ましく は略水平な面、 すなわち載置台 20上に載置されたウェハ Wの表面に略平行な面、 に沿って略等間隔に配置されて） 設けられている。 これらガス噴出孔 （C1F3 ガス供給部） 26 aは、 導通管 26に処理容器 10の外壁に周設されたリング状 の配管 26 bを介して接続され、 この導通管 26は、 流量制御器 （MFC) 27 を介して C1F3 ガス源 28に接続されて所定流量の C 1 F3 ガスを多数のガス 噴出孔 26 aから処理容器 10内に供給するようになっている。
ここで、 図 1では、 これらのガス噴出孔 26 aは、 処理容器 10の内壁面から 僅かに内方に突出したパイプ状のものの先端部に開口されたものとしたが、 直接、 処理容器 1 0の内壁面にガス噴出孔 2 6 aを開口させてもよい。
また、 図 3 Aに示すように、 石英製のリング状のシャワーヘッ ド 2 6 1 bを構 成し、 このシャワーへヅ ド 2 6 1 bに多数のガス噴出孔 2 1 6 aをその円周上に
(好ましくはその円周上に略等間隔に配置して） 下方 （載置台 2 0の方向） に向 つて開口し、 導通管 2 6 1をこのリング状のシャワーへッ ド 2 6 1 aに接続した ものを処理容器 1 0内の所定位置に （好ましくは略水平に） 配設して C 1 F 3 ガ スを処理容器 1 0内に供給するようにしてもよい。
さらに、 図 3 Bに示すようにシャワーへヅド 2 6 2 bを格子状に形成して、 多 数のガス噴出孔 2 6 2 aを所定の個所に （好ましくはその格子上に略等間隔に配 置して） 開口させ、 この格子状のシャワーへッ ド 2 6 2 bに導通管 2 6 2を接続 したものを処理容器 1 0内の所定位置に (好ましくは略水平に)配設して C 1 F 3 ガスを処理容器 1 0内に供給するようにしてもよい。
前述のように、 C 1 F 3 ガス供給手段を多数のガス噴出口を有するように構成 することによって、 C 1 F 3 ガスを多数のガス噴出孔からシャワー状に処理容器 1 0内に供給し、 載置台 2 0上に載置されたウェハ W上に万遍なく均等に流下さ せることができる。
表面処理方法の構成
次に、 本発明の表面処理方法の実施の形態の 1例である、 以上のように構成さ れた表面処理 （クリーニング） 装置 1を用いた表面処理 （クリーニング） 方法に ついて、 図 4 (フローチャート） に基づいて説明する。
図 1に示す表面処理装置 1において、 まず、 真空ポンプ 4 1を作動させ、 排気 管 4 0を介して真空引きすることにより、 処理容器 1 0内を真空雰囲気 （例えば 1〜3 T o r r ) にする。
次に、 被処理体であるウェハ W 1枚を、 ゲートバルブ 1 0 aを開放して、 隣接 する、 例えば真空搬送室から処理容器 1 0内に搬入する。 ウェハ Wを載置台 （サ セプ夕一） 2 0上に載置した後、 ゲートバルブ 1 0 aを閉鎖し、 クランプリング 2 1を作動させて、 ウェハ Wを載置台 2 0に係止する （ステップ S 3 0 1 )。 こ の時、 このウェハ Wには、 例えば前工程においてコンタクトホール 2 0 2 (図 7 参照） が形成されていて、 このホール底部の表面には図 5 Aに示すような膜厚 1 0〜20オングス卜ロームの自然酸化物 80が発生している。
その後、 C1F3 (3フッ化塩素） ガスを流量制御器 （MFC) 27で所定の 流量に制御しつつクリーニングガス供給管 26に供給する。 そして、 C1F3ガ スを、 処理容器 10内に開口した多数のガス噴出孔 26 aからシャワー状に供給 し、 載置台 20上に載置されたウェハ W上に万遍なく均等に流下させる （ステツ プ S 302)。
この際、 図 1に示す冷却媒体供給装置 42を作動させて、 冷却媒体 （例えば、 エチレングリコール） を載置台 20内に供給して載置台 20を冷却し、 載置台 2 0上のウェハを冷却する。 載置台 20上のウェハ Wは冷却してあるので、 この冷 却により、 ウェハ Wへの C1F3 ガスの吸着が促進され、 ウェハ W上に C1F3 ガスが良く吸着する （ステップ S 303)。 発明者の実験によると、 ウェハ の 表面温度が 100°C以下の温度領域では、 C1F3 は殆んど分解せず、 若干量が ウェハ Wの表面に吸着するだけである。 これに対して、 ウェハ Wの表面温度が低 い場合には、 C1F3 の吸着量が増える。 従って、 C1F3 ガスをウェハ Wの表 面に効率良く吸着させるために、 ウェハ Wの表面温度を 20°C以下の温度に冷却 する。 このようにして、 図 5 Bに示すように、 ウェハ W上に C 1 F3 ガス 81を 吸着させる。
次いで、 処理容器 10内への C 1 F3 ガスの導入を停止する （ステップ S30 4)。 この時、 処理容器 10内は真空排気されている。
また、 室温では、 C 1F3 は殆ど反応しない （自然酸化物 80等が除去されず、 ウェハ Wの表面がクリーニングされない） ので、 この状態で、 クランプリング 2 1を作動させてウェハ Wの載置台 20への係止を解除し、 ウェハリフト手段 24 を駆動させてウェハ Wを前述の加熱位置まで上昇させる （ステップ S 305)。 そして、 加熱手段の加熱ランプ 19を点灯させ、 加熱ランプ 19によりウェハ W の上方からその表面を加熱する。 このようにして、 ウェハ Wの温度を、 室温から 急速に所定の温度、 例えば 150°Cの温度、 まで上昇させる （ステップ S 30 この加熱ランプ 19による 150°Cの温度への急速加熱によって、 ウェハ W上 に吸着された CI F3 ガスはその表面上で熱分解し活性化される。 そして、 ゥェ ハ W表面から自然酸化物 80等が除去され、 ウェハ Wの表面のクリーニングがな される （ステツプ S 307 )。 クリーニング後、 加熱ランプ 19を消灯させる (ステップ S 308)。
このように、 C1F3 ガスを用いてウェハ W表面をクリーニングした後には、 図 5 Cに示すように、 ウェハ Wの表面に、 クリーニングに用いた C 1 F3 ガスに 由来する塩素 83が、 例えばウェハ Wの表面を構成する原子に結合した塩素原子 というかたちで、 残留している。
そこで、 図 1に示す H2 ガス源 36から流量制御器 34を介してガス通路 33 aに H2 ガスを還元ガスとして供給する。 誘導コイル 35に高周波電力を供給す ることによって、 ガス通路 33 aに供給された H2 ガスは、 プラズマ形成管 30 内でプラズマ化され、 活性ガス種として、 プラズマ形成管 30の開口部 30 aか ら処理容器 10内に載置されたウェハ W上に流下する （ステップ S 309 )。 そ して、 図 5 Cに示すように、 この H2還元ガス 84は、 ウェハ W上に残留する塩 素 83をウェハ W表面から還元作用により除去する （ステップ S 310)。
なお、 この還元ガスによる残留塩素の除去を処理容器 10以外の別のチャンバ で行ってもよい。 また、 還元ガスをプラズマ化せずに処理容器 10内に導入し、 加熱ランプ 19によってウェハ Wを所定の温度に加熱することによって、 ウェハ Wからの残留塩素の除去を行ってもよい。
その後、 還元ガスの導入を停止する （ステップ S311)。 この時、 処理容器 10内は真空排気されている。
最後に、 図 1に示すゲートバルブ 10 aを開放して、 表面のクリーニングが終 了したウェハ Wを処理容器 10内から搬出し、 例えば、 隣接する真空搬送室に戻 す （ステップ S312)。 その後、 ゲートバルブ 10 aを閉鎖した後に、 次工程、 例えば、 真空搬送室に隣接する加熱室へウェハ Wを搬送ロボット等により搬入す る o
上述の表面処理方法では、 ウェハ Wの表面に C1F3 ガスを供給して、 ウェハ Wの表面に C1F3 ガスを吸着させ、 C1F3 ガスのウェハ Wの表面への供給を 停止した後に、 ウェハ Wの表面に吸着した C 1 F3 ガスを用いてウェハ Wの表面 をクリーニングするようにした。 そのため、 反応する C1F3 の量をウェハの表 面に吸着した量かそれ以下に制限して、 C1F3 ガスによる反応の進行度合を制 御することができ、 ウェハ W上に形成されている絶縁膜や金属配線膜等が過度に エッチングされることを抑制することができる。
また、 ウェハ Wの表面温度を 20°C以下の温度に冷却して、 ウェハ Wへの C 1 F3 ガスの吸着を促進しているので、 C1F3 ガスをウェハ Wの表面に効率 良く吸着させることができる。
また、 ウェハ Wを加熱する際に、 載置台 20のウェハ載置部から離間した加熱 位置までウェハ Wを上昇させているので、 載置台 20とウェハ Wとの間の熱伝達 が抑制され、 ウェハ Wの加熱を効率良く行うことができる。
また、 C1F3 ガスを用いてウェハ Wの表面をクリーニングし、 ウェハ Wの表 面に残留した、 該 C1F3 ガスに由来する塩素を還元ガスを用いて除去するよう にしたので、 該塩素によってウェハ W上の金属膜等が腐蝕されることを抑制する ことができる。
また、 還元ガスとして H2 ガスを用いているので、 ウェハ上の残留塩素と還元 ガスとの反応生成物は揮発性の塩化水素となり、 該反応生成物を容易に処理容器 外に排出することができる。
なお、 上述の表面処理方法は、 S i上に発生した自然酸化物を除去する場合の ほかに、 例えば、 W、 Ti、 Al、 Ni、 C o及びそれらのシリサイ ド上に成長 した極薄い （ 10〜20オングストローム程度） 酸化物を除去する場合にも適用 できる。
また、 上述の表面処理方法は、 コンタクトホールが形成されたウェハ Wの表面 のクリーニングを行う場合のほかに、 例えば、 ビアホールが形成されたウェハ W の表面のクリーニングを行う場合にも適用できる。
ゥェハ支持手段の他の実施の形態
次に、 ウェハ支持手段の他の実施の形態について図 6 A、 図 6 Bを参照して説 明する。
これらの図において、 符号 401は、 処理容器を示す。 この処理容器 401の 底部には、 底板 403が設けられており、 この底板 403の中心部には排気管 4 0 5が設けられている。
一方、 底板 4 0 3のうち、 排気管 4 0 5が設けられた中心部から偏心した位置 には、 筒状の載置台支持部 4 0 7が立設されている。 この載置台支持部 4 0 7に は、 円盤状のウェハ載置台 4 0 9が固定されている。 このウェハ載置台 4 0 9は、 その上面にウェハを載置する凹部 4 1 1が形成され、 この凹部 4 1 1にウェハが 載置されるようになっている。
また、 ウェハ載置台 4 0 9の内部には、 この載置台を冷却するための冷媒を循 環させる冷媒通路 4 1 3が形成されている。 この冷媒通路 4 1 3は、 ウェハ載置 台 4 0 9を均一に冷却できるようにウェハ載置台の外周部及び中心部の全域にわ たって配設されている。 この冷媒通路 4 1 3には、 一対の冷媒管路 4 1 5が接続 されている。 この一対の冷媒管路 4 1 5は、 筒状の載置台支持部 4 0 7の内部を 通って配管され、 冷媒供給手段 （図示せず） に接続されている。 そして、 ウェハ 載置台 4 0 9に冷媒を供給及び排出することによって、 ウェハを冷却できるよう になっている。
一方、 前記底板 4 0 3のうち、 排気管 4 0 5が設けられた中心部から偏心した 位置で、 前記載置台支持部 4 0 7から周方向に所定角度離間した位置には、 ピン 駆動機構 4 1 7が固定されている。 このピン駆動機構 4 1 7は、 その内部にモー 夕等の駆動源を有しており、 この駆動源によって駆動されるロッド 4 1 9を処理 容器 4 0 1内に突出させている。 このロッド 4 1 9の上端には、 メインアーム 4 2 1が固定されており、 このメインアーム 4 2 1は、 この処理容器 4 0 1の中心 部に向かって突出して設けられている。 このメインアーム 4 2 1の先端には、 3 つのサブアーム 4 2 3が設けられている。 この 3つのサブアーム 4 2 3は、 隣り 合うサブアーム同士がそれぞれ 1 2 0度をなすように半径方向外方に突出して形 成されている。 それぞれのサブアーム 4 2 3の先端には、 上方に突出して形成さ れたリフ トビン 4 2 5が設けられている。 このリフトビン 4 2 5は、 ウェハ載置 台に形成された孔部に挿入された状態で配設されている。 このような構成におい て、 まずピン駆動機構 4 1 7内の駆動源を駆動することによって、 ロヅド 4 1 9 を上下動させる。 そして、 メインアーム 4 2 1、 サブアーム 4 2 3を介してリフ トビン 4 2 5を昇降させることによって、 ウェハ載置台 4 0 9上のウェハを昇降 できるようになつている。
このウェハ支持手段にあっては、 載置台支持部 4 0 7、 ピン駆動機構 4 1 7を 処理容器 4 0 1の外周部に配置することによって、 排気管 4 0 5を底板 4 0 3の 中央部に設けているから、 処理容器内から排気される気体の流線を処理容器の軸 線に対して軸対象に形成することができる。 従って、 処理容器内の雰囲気にむら が生じるのを防止することができ、 ウェハの均一な処理を行うことができる。 クラス夕装置の構成
以下に、 本発明の表面処理装置を、 搬送チャンバを介して他の処理装置 （例え ば金属配線形成チャンバ） と接続して構成したマルチチャンバ方式のクラス夕装 置の一実施形態について説明する。
図 7に示すクラス夕装置 1 0 0は、 本発明の処理装置の一実施形態である、 図 1に示す表面処理装置 1を真空クリーニングチャンバ 1 0 1として、 真空クリー ニングチャンバ 1 0 1、 加熱チャンバ 1 0 2、 1台あるいは複数台の金属配線形 成チャンバ 1 0 3 (例えば、 A l、 T i、 T i N、 S i、 W、 WN、 C u、 T a、 T a N、 S i N等の金属配線形成を被処理体上に C V Dで行うもの）、 冷却チヤ ンバ 1 0 4及び口一ドロツクチャンバ 1 0 5を、 それぞれゲートバルブ 1 0 8を 介して、 内部を真空に維持することが可能な搬送チャンバ 1 0 6に接続したもの である。 そして、 搬送チャンバ 1 0 6内に配設された搬送ロボヅト 1 0 7によつ て、 被処理体、 例えば半導体ウェハを、 搬送チャンバ 1 0 6とそれ以外の各チヤ ンバとの間で、 非反応性雰囲気である真空中で搬送可能に構成されている。
半導体ウェハは、 まずカセッ卜内に配置された状態でロードロックチャンバ 1 0 5内に搬入され、 ロードロヅクチャンバ 1 0 5内の真空引きが行われる。 次に、 ウェハが、 ロードロツクチャンバ 1 0 5内から搬送チャンバ 1 0 6内に 1枚ずつ 搬入され、 搬送チャンバ 1 0 6内でオリフラ合せ等のァライメントが行われる。 次に、 ウェハが、 搬送チャンバ 1 0 6内から真空クリーニングチャンバ 1 0 1内 に搬入されて、 真空クリーニングチャンバ 1 0 1内でウェハの表面のクリーニン グが行われる。
次に、 ウェハが、 真空クリーニングチャンバ 1 0 1内から搬出されて搬送チヤ ンバ 1 0 6内に搬入された後、 搬送チャンバ 1 0 6内から加熱チャンバ 1 0 2内 に搬入され、 加熱チャンバ 1 0 2内で予め加熱される。
さらに、 ウェハが加熱チャンバ 1 0 2内から搬出されて搬送チャンバ 1 0 6内 に搬入された後、 搬送チャンバ 1 0 6内から金属配線形成チャンバ 1 0 3内に搬 入され、 金属配線形成チャンバ 1 0 3内で C V Dにより A l、 T i等の金属配線 が、 ウェハ上に形成される。 次に、 ウェハが、 金属配線形成チャンバ 1 0 3内か ら搬出されて搬送チャンバ 1 0 6内に搬入された後、 搬送チャンバ 1 0 6内から 冷却チャンバ 1 0 4内に搬入され、 冷却チャンバ 1 0 4内で冷却される。
次に、 ウェハが冷却チャンバ 1 0 4から搬出された搬送チャンバ 1 0 6内に搬 入された後、 搬送チャンバ 1 0 6内からロードロックチャンバ 1 0 5内に搬入さ れる。 ロードロックチャンバ 1 0 5内に戻された処理後のウェハは、 ロードロヅ クチャンバ 1 0 5内が常圧にされた後に、 口一ドロツクチャンバ 1 0 5から搬出 されるようになつている。
ここで、 とくに冷却チャンバ 1 0 4を配置した理由は、 通常約 5 0 0 °Cの温度 にウェハが加熱される金属配線形成チャンバ 1 0 3から約 1 5 0 °Cの温度しか許 容されないウェハカセットを収納するロードロックチャンバ 1 0 5へ配線形成後 ウェハを搬入する前に大幅なウェハの温度低下が不可欠であるからである。 なお、 金属配線形成の前に、 ウェハを予め加熱しておく必要がない場合には、 加熱チャンバ 1 0 2を省略してもよい。
上述のクラス夕装置では、 ウェハ表面のクリーニングからウェハ上への金属配 線形成までの連続プロセスを、 途中でウェハを大気に曝すことなく行うことがで きるので、 クリーニングから金属配線形成までの間にウェハ上に自然酸化物が発 生することを防止することができる。
これにより、 該連続プロセスを、 例えばコンタクトホール、 ビアホールが形成 されたウェハに対して行うと、 ホールに埋め込まれる金属とホール底との接触部 の抵抗値を低くすることができる。
また、 該連続プロセスを一つのクラス夕装置内で行っているので、 クリ一ニン グから金属配線形成までの時間管理が不要になるとともに、 該連続プロセスを高 いスループッ 卜で行うことができる。
本発明の表面処理方法及びその装置によれば、 半導体素子等の製造工程におい て用いられた場合に製品の信頼性を向上させることが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. C 1 F3 ガスを用いて被処理体の表面をクリーニングする工程と、 前記クリ一ニング工程で前記被処理体の表面に残留した前記 C 1 F3 ガスに由 来する塩素を該表面から除去する塩素除去工程と、
を有することを特徴とする表面処理方法。
2. 前記塩素除去工程が還元ガスを用いて前記塩素を前記被処理体の表面か ら除去する工程を有する、 ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の表面処理 方法。
3. 前記還元ガスが H2 ガスである、 ことを特徴とする請求の範囲第 2項に 記載の表面処理方法。
4. 前記被処理体の表面に C 1 F3 ガスを供給して前記被処理体の表面に C 1 F3 ガスを吸着させる吸着工程と、
前記。 1 F3 ガスの前記被処理体表面への供給を停止する工程と、
前記被処理体の表面に吸着した C 1 F3 ガスを用いて前記被処理体の表面をク リーニングする工程と、
を有することを特徴とする表面処理方法。
5. 前記吸着工程において、 前記被処理体を 20°C以下に冷却する ことを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の表面処理方法。
6. 内部に被処理体が配置される処理容器と、
前記処理容器内に C1F3 ガスを供給する手段と、
供給した前記 C1F3 ガスを活性化する手段と、
前記処理容器内に還元ガスを供給する手段と、
を備えることを特徴とする表面処理装置。
7. 内部に被処理体が配置される処理容器と、
前記処理容器内に C1F3 ガスを供給する手段と、
前記被処理体への C 1F3 ガスの吸着を促進する手段と、
供給した前記 C1F3 ガスを活性化する手段と、
を備えることを特徴とする表面処理装置。
8 . 前記処理容器内に設けられ、 前記被処理体を載置する載置台を備えるこ とを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の表面処理装置。
9 . 前記被処理体への C 1 F 3 ガスの吸着を促進する手段が、 前記載置台に 内設され、 かつ該載置台上に載置された前記被処理体を冷却する手段である、 こ とを特徴とする請求の範囲第 8項に記載の表面処理装置。
1 0 . 前記 C l F a ガスを活性化する手段が前記載置台の被処理体載置部か ら離間した加熱位置で前記被処理体を加熱する手段である
ことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の表面処理装置。
1 1 . 前記被処理体載置部と前記加熱位置との間で前記被処理体を昇降させ る手段を備える、 ことを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の表面処理装置。
1 2 . 請求の範囲第 6項から第 1 1項のいずれか 1項に記載の表面処理装置 と、
内部を非反応性雰囲気に維持することが可能であり、 かつ前記表面処理装置と の間で被処理体を非反応性雰囲気中で搬送可能に設けられた搬送チャンバと、 前記搬送チャンバとの間で被処理体を非反応性雰囲気中で搬送可能に設けられ た 1個あるいは複数個の他の処理装置と、
を備えることを特徴とするクラス夕装置。
1 3 . 前記他の処理装置が被処理体上に金属配線を形成するための金属配線 形成チャンバである、 ことを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載のクラス夕装
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