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JP4475136B2 - 処理システム、前処理装置及び記憶媒体 - Google Patents

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JP4475136B2 JP2005043245A JP2005043245A JP4475136B2 JP 4475136 B2 JP4475136 B2 JP 4475136B2 JP 2005043245 A JP2005043245 A JP 2005043245A JP 2005043245 A JP2005043245 A JP 2005043245A JP 4475136 B2 JP4475136 B2 JP 4475136B2
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Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して例えば自然酸化膜の除去処理やその後の成膜処理等を行うことができる処理システム、前処理装置及びこれらの装置の動作をコンピュータ制御するプログラムを記憶する記憶媒体に関する。
一般に、半導体集積回路を製造するためにはシリコン基板等よりなる半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化処理、拡散処理、改質処理等の各種の処理が行なわれる。これらの処理を縦型の、いわゆるバッチ式の処理装置にて行う場合には、まず、半導体ウエハを複数枚、例えば２５枚程度収容できるカセットから、半導体ウエハを縦型のウエハボートへ移載してこれに多段に支持させる。このウエハボートは、例えばウエハサイズにもよるが３０〜１５０枚程度のウエハを載置できる。このウエハボートは、排気可能な処理容器内にその下方より搬入（ロード）された後、処理容器内が気密に維持される。そして、処理ガスの流量、プロセス圧力、プロセス温度等の各種のプロセス条件を制御しつつ所定の熱処理が施される。
ところで、最近にあっては半導体集積回路の更なる動作速度の高速化、高集積化、高微細化及び薄膜化の要求が強くなされている。例えばゲート絶縁膜等の各種の薄膜を例にとれば、上記した要求を満たすためには、ウエハ表面に各種の薄膜を形成するときには、その直前にウエハ表面上に形成されている特性劣化の原因となる自然酸化膜（ＳｉＯ２ 膜）をより確実に除去し、ウエハ表面の活性状態を維持したまま、この表面に必要とする膜種を堆積させることが望まれている。
上記したような自然酸化膜を除去する方法として、ＨＦベーパや希釈ＨＦ液を用いた湿式法により自然酸化膜を直接的に除去する方法が知られているが、この場合にはウエハ表面にフッ素が残留するので好ましくない。そこで、自然酸化膜の他の除去方法として、プラズマにより活性化された活性種（ラジカル）とフッ素系のエッチングガス、例えばＮＦ３ とを反応させて中間物質（ＮＨｘＦｙ：ｘ，ｙは正数）を形成し、更にこの中間物質と自然酸化膜とを反応させてケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ４ ）２ ＳｉＦ６ ］よりなる中間体膜を形成し、このケイフッ化アンモニウムを加熱することによってこれを分解或いは昇華させてガスとして除去するようにした乾式法による除去方法及び装置が開示されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−１３３２８４号公報 特開２００１−２８４３０７号公報 特開２００２−１００５７４号公報
ところで、上記した特許文献１に開示された従来方法、或いは従来装置にあっては、ケイフッ化アンモニウムを形成する加熱チャンバの構成がそれ程明確ではなくて、抽象的で具体性に欠け、例えばチャンバ容器の材質等については不明である。また、プロセスチャンバと加熱チャンバとを上下に連通可能に配置しているが、処理対象となるウエハの搬入から、このウエハに対して所定の処理を行った後の搬出までの経路、或いは搬送ルートはシステム的に何ら示されていない。 また特許文献２に開示されている従来装置にあっては、縦型の反応室の一側に反応室と連通した縦型のチャンバを設け、これにＨ２ ガスやＮ２ ガスを導入しつつその上端部よりマイクロ波を照射して上記ガスをプラズマ化するようにしているが、この場合には、上記ガスを十分に活性化することができない、という問題がある。
また特許文献３に開示されている従来装置にあっては、縦型の処理室内へその側面側より活性種とエッチングガスを導入するようにしているが、この処理室内雰囲気の排気を処理室の下方向から行なうようにしているので、処理室内の雰囲気の流れに偏りが生じてしまう、という問題がある。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の関連技術の目的は、被処理体の表面に形成されている酸化膜に活性種と共にエッチングガスを晒して反応させることにより、加熱でもって分解、或いは昇華する中間体膜を効率的に形成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
本発明の他の関連技術の目的は、被処理体の表面の上記中間体膜を加熱してこれを効率的に分解、或いは昇華させて除去することができる熱処理装置を提供することにある。
本発明の目的は、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる前処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことが可能な処理システム及びこれをコンピュータ制御するプログラムを記憶する記憶媒体を提供することにある。
本発明の関連技術は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成するプラズマ処理装置において、内面が耐腐食性膜により覆われると共に下端に密閉状態に開閉可能になされた蓋部を有する金属材料よりなる縦長の円筒体状の処理容器と、前記処理容器の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用領域に連結されてその内部に前記活性種用ガス導入手段から供給された活性種用ガスを流すための活性種用配管を有し、前記活性種用ガスをその流れの途中でプラズマにより活性化することにより活性種を形成し、該活性種を前記活性種用領域へ供給する活性種供給手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記活性種用領域の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記活性種用領域内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記被処理体を複数枚多段に保持すると共に、前記処理容器内へその下方より挿脱可能に収容される被処理体保持手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
上記発明により、被処理体の表面に形成されている酸化膜に活性種と共にエッチングガスを晒して反応させることにより、加熱でもって分解、或いは昇華する中間体膜を効率的に形成することができる。
この場合、例えば請求項２に規定するように、前記活性種供給手段は、前記活性種用ガスをマイクロ波により活性化するマイクロ波発生源を有する。
また例えば請求項３に規定するように、前記マイクロ波は２．４５ＧＨｚまたは４００ＭＨｚである。
また例えば請求項４に規定するように、前記活性種用領域に前記活性種の流れを層流状に整流する整流板が設けられる。
また例えば前記処理容器内と前記活性種領域とが連通する開口部分には、前記活性種領域内で発生したプラズマが前記処理容器内側へ洩れることを防止するために所定の間隔で多数のガス流通孔が形成され且つ接地されたイオンシールドプレートが設けられる。
本発明の関連技術は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成するプラズマ処理装置において、内面が耐腐食性膜により覆われると共に下端に密閉状態に開閉可能になされた蓋部を有する金属材料よりなる縦長の円筒体状の処理容器と、前記処理容器の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、前記活性種用領域へ活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用領域へ導入された活性種用ガスに対してプラズマを立てて活性種を形成するプラズマ形成手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記処理容器の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記処理容器内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記被処理体を複数枚多段に保持すると共に、前記処理容器内へその下方より挿脱可能に収容される被処理体保持手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置である。
この場合、例えば前記プラズマ形成手段は、前記活性種用領域に沿って設けられた電極と、該電極に接続された高周波電源とよりなる。
また例えば前記高周波電源で発生する高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
また例えば前記活性種用領域には、該活性種用領域内で発生したプラズマが前記処理容器の内側へ洩れることを防止するためのイオンシールドプレートが設けられる。
また例えば前記イオンシールドプレートは、前記活性種の流れを層流状に整流する整流機能を有している。
また例えば前記処理容器には、該処理容器を冷却するための冷却手段が設けられている。
また例えば前記被処理体保持手段は、前記エッチングガスに対して耐腐食性になされている。
また例えば前記処理容器の下端には、該処理容器の下端の開口部を必要に応じて開閉するシャッタ部材が設けられる。
本発明の関連技術は、複数の被処理体の表面に形成されている中間体膜を加熱することによって除去する熱処理装置において、下端に密閉状態に開閉可能になされた蓋部を有する金属材料よりなる縦長の処理容器と、前記処理容器内を真空引きする真空排気系と、前記被処理体を複数枚多段に保持すると共に、前記処理容器内へその下方より挿脱可能に収容される被処理体保持手段と、前記処理容器内に設けられて前記被処理体を加熱する内側加熱手段と、前記処理容器の外側に設けられて前記処理容器を加熱する外側加熱手段と、装置全体の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。
上記発明により、被処理体の表面の上記中間体膜を加熱してこれを効率的に分解、或いは昇華させて除去することができる。
この場合、例えば請求項１５に規定するように、前記処理容器内へ不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段が設けられる。
また例えば請求項１６に規定するように、前記内側加熱手段は、前記処理容器の長さ方向に沿って挿入された複数のＵ字状のカーボンワイヤヒータよりなる。
また例えば請求項１７に規定するように、前記処理容器の下端には、該処理容器の下端の開口部を必要に応じて開閉するシャッタ部材が設けられる。
請求項１８に係る発明は、内部が前処理エリアと主処理エリアとに区分された密閉状態の筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、前記前処理エリアを区画する天井部に設けられた請求項１乃至１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置と、前記前処理エリアを区画する天井部に前記プラズマ処理装置と並んで設けられた請求項１４乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、前記前処理エリアに設けられて複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段を前記プラズマ処理装置と前記処理装置との間で移動させる保持手段搬送機構と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
この発明によれば、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことができる。
この場合、例えば請求項１９に規定するように、前記前処理エリアと前記主処理エリアとは分離区画壁により区画されると共に、前記分離区画壁には、前記前処理エリアと前記主処理エリアとの間で前記移載アーム手段により前記被処理体の移載を行う時に開閉される開閉ドアが設けられている。
また例えば請求項２０に規定するように、前記被処理体導入手段は、両側に気密に開閉可能になされたゲートバルブを有して前記筐体を区画する区画壁に設けられた密閉ボックスよりなる。
また例えば請求項２１に規定するように、前記筐体内の全体は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気になされている。
本発明の関連技術は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、内面が耐腐食性膜により覆われると共に下端に密閉状態に開閉可能になされた蓋部を有する金属材料よりなる縦長の円筒体状の処理容器と、前記処理容器の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用ガス導入手段より導入された活性種用ガスをプラズマにより活性化することにより活性種を形成し、該活性種を前記活性種用領域へ供給する活性種供給手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記活性種用領域の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記活性種用領域内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記被処理体を複数枚多段に保持すると共に、前記処理容器内へその下方より挿脱可能に収容される被処理体保持手段と、前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする前処理装置である。
この発明によれば、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる。
この場合、例えば請求項２３に規定するように、前記活性種供給手段は、前記活性種用ガスをマイクロ波により活性化するマイクロ波発生源を有する。
また例えば請求項２４に規定するように、前記マイクロ波は２．４５ＧＨｚまたは４００ＭＨｚである。
また例えば請求項２５に規定するように、前記活性種用領域に前記活性種の流れを層流状に整流する整流板が設けられる。
また例えば前記処理容器内と前記活性種領域とが連通する開口部分には、前記活性種領域内で発生したプラズマが前記処理容器内側へ洩れることを防止するために所定の間隔で多数のガス流通孔が形成され且つ接地されたイオンシールドプレートが設けられる。
本発明の関連技術は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、内面が耐腐食性膜により覆われると共に下端に密閉状態に開閉可能になされた蓋部を有する金属材料よりなる縦長の円筒体状の処理容器と、前記処理容器の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、前記活性種用領域へ活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用領域へ導入された活性種用ガスに対してプラズマを立てて活性種を形成するプラズマ形成手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記処理容器の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記処理容器内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記被処理体を複数枚多段に保持すると共に、前記処理容器内へその下方より挿脱可能に収容される被処理体保持手段と、前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする前処理装置である。
この発明によれば、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる。
この場合、例えば前記プラズマ形成手段は、前記活性種用領域に沿って設けられた電極と、該電極に接続された高周波電源とよりなる。
また例えば前記高周波電源で発生する高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
また例えば前記活性種用領域には、該活性種用領域内で発生したプラズマが前記処理容器の内側へ洩れることを防止するためのイオンシールドプレートが設けられる。
また例えば前記イオンシールドプレートは、前記活性種の流れを層流状に整流する整流機能を有している。
また例えば前記被処理体保持手段は、前記エッチングガスに対して耐腐食性になされている。
また例えば前記処理容器の下端には、該処理容器の下端の開口部を必要に応じて開閉するシャッタ部材が設けられる。
また例えば前記処理容器には、該処理容器に設けられた熱媒体通路と、前記熱媒体通路に、前期中間体膜の形成時には冷却媒体を流し、前記中間体膜の除去時には加熱媒体を流すように制御する媒体制御部とよりなる温調手段が設けられる。
また例えば前記加熱不活性ガス導入手段は、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に、前記処理容器の長さ方向に沿って設けられた分散ノズルを有する。
請求項３６に係る発明は、内部が前処理エリアと主処理エリアとに区分された密閉状態の筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、請求項２２乃至３５のいずれかに記載された前処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、前記前処理エリアに設けられて前記被処理体を多段に保持する被処理体保持手段を昇降移動させる昇降手段と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
この発明によれば、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことができる。
この場合、例えば請求項３７に規定するように、前記前処理エリアと前記主処理エリアとは分離区画壁により区画されると共に、前記分離区画壁には、前記前処理エリアと前記主処理エリアとの間で前記移載アーム手段により前記被処理体の移載を行う時に開閉される開閉ドアが設けられている。
また例えば請求項３８に規定するように、前記被処理体導入手段は、両側に気密に開閉可能になされたゲートバルブを有して前記筐体を区画する区画壁に設けられた密閉ボックスよりなる。
また例えば請求項３９に規定するように、前記筐体内の全体は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気になされている。
請求項１に係る発明は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、前記複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、前記被処理体保持手段が収容されて、一側壁に前記被処理体保持手段を搬出入できる大きさであって開閉ドアにより開閉される縦長の搬出入口が形成されると共に、該搬出入口に気密に開閉可能になされた開閉ドアが設けられ、その内面が耐腐食性膜により覆われた金属材料よりなる縦長の処理容器と、前記処理容器の底部に回転可能に設けられると共にその上に前記被処理体保持手段を起立させて設置する回転台と、前記処理容器の他の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成された活性種用領域と、活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用ガス導入手段より導入された活性種用ガスをプラズマにより活性化することにより活性種を形成し、該活性種を前記活性種用領域へ供給する活性種供給手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記活性種用領域の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記活性種用領域内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする前処理装置である。
この発明によれば、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる。
この場合、例えば請求項４１に規定するように、前記活性種供給手段は、前記活性種用ガスをマイクロ波により活性化するマイクロ波発生源を有する。
また例えば請求項４２に規定するように、前記マイクロ波は２．４５ＧＨｚまたは４００ＭＨｚである。
また例えば請求項４３に規定するように、前記活性種用領域に前記活性種の流れを層流状に整流する整流板が設けられる。
請求項５に係る発明は、表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、前記複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、前記被処理体保持手段が収容されて、一側壁に前記被処理体保持手段を搬出入できる大きさであって開閉ドアにより開閉される縦長の搬出入口が形成されると共に、該搬出入口に気密に開閉可能になされた開閉ドアが設けられ、その内面が耐腐食性膜により覆われた金属材料よりなる縦長の処理容器と、前記処理容器の底部に回転可能に設けられると共にその上に前記被処理体保持手段を起立させて設置する回転台と、前記処理容器の他の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、前記活性種用領域へ活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、前記活性種用領域へ導入された活性種用ガスに対してプラズマを立てて活性種を形成するプラズマ形成手段と、複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記処理容器の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記処理容器内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、前記排気口に接続される真空排気系と、前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする前処理装置である。
この発明によれば、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる。
この場合、例えば請求項４５に規定するように、前記プラズマ形成手段は、前記活性種用領域に沿って設けられた電極と、該電極に接続された高周波電源とよりなる。
また例えば請求項４６に規定するように、前記高周波電源で発生する高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚである。
また例えば請求項４７に規定するように、前記活性種用領域には、該活性種用領域内で発生したプラズマが前記処理容器の内側へ洩れることを防止するためのイオンシールドプレートが設けられる。
また例えば請求項４８に規定するように、前記イオンシールドプレートは、前記活性種の流れを層流状に整流する整流機能を有している。
請求項４９に係る発明は、内部が主処理エリアになされた筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、前記筐体の一側に連設された請求項４０乃至４８のいずれかに記載された前処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を備えたことを特徴とする処理システムである。
この発明によれば、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことができる。
この場合、例えば請求項５０に規定するように、前記被処理体導入手段は、両側に気密に開閉可能になされたゲートバルブを有して前記筐体を区画する区画壁に設けられた密閉ボックスよりなる。
また例えば請求項５１に規定するように、前記筐体内の全体は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気になされている。
請求項５２に係る発明は、内部が前処理エリアと主処理エリアとに区分された密閉状態の筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、前記前処理エリアを区画する天井部に設けられた請求項１乃至１３のいずれかに記載のプラズマ処理装置と、前記前処理エリアを区画する天井部に前記プラズマ処理装置と並んで設けられた請求項１４乃至１７のいずれかに記載の熱処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、前記前処理エリアに設けられて複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段を前記プラズマ処理装置と前記処理装置との間で移動させる保持手段搬送機構と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を有する処理システムにより前記被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記被処理体の表面に形成されている酸化膜に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成する工程と、前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去する工程と、前記中間体膜が除去された前記被処理体に前記主処理装置により所定の主処理を施す工程とを順次実行するように前記処理システムを制御するプログラムを記憶する記憶媒体である。
請求項５３に係る発明は、内部が前処理エリアと主処理エリアとに区分された密閉状態の筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、請求項２２乃至３５のいずれかに記載された前処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、前記前処理エリアに設けられて前記被処理体を多段に保持する被処理体保持手段を昇降移動させる昇降手段と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を有する処理システムにより前記被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記被処理体の表面に形成されている酸化膜に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成する工程と、前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去する工程と、前記中間体膜が除去された前記被処理体に前記主処理装置により所定の主処理を施す工程とを順次実行するように前記処理システムを制御するプログラムを記憶する記憶媒体である。
請求項５４に係る発明は、内部が主処理エリアになされた筐体と、前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、前記筐体の一側に連設された請求項４０乃至４８のいずれかに記載された前処理装置と、前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を有する処理システムにより前記被処理体に対して所定の処理を施すに際して、前記被処理体の表面に形成されている酸化膜に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成する工程と、前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去する工程と、前記中間体膜が除去された前記被処理体に前記主処理装置により所定の主処理を施す工程とを順次実行するように前記処理システムを制御するプログラムを記憶する記憶媒体である。
この場合、例えば請求項５５に規定するように、前記活性種用ガスは、ＮＨ３ ガス、Ｈ２ ガスとＮ２ ガス、Ｈ２ ガスとＮ２ ガスとＮＨ３ ガスの３つのグループより選択される１つのグループが用いられる。
本発明に係る処理システム、前処理装置及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本発明によれば、被処理体の表面における中間体膜の形成処理と、中間体膜の除去処理とを同一の処理容器内で連続して行うことができる。
本発明の関連技術によれば、被処理体の表面に形成されている酸化膜に活性種と共にエッチングガスを晒して反応させることにより、加熱でもって分解、或いは昇華する中間体膜を効率的に形成することができる。
本発明の他の関連技術によれば、被処理体の表面の上記中間体膜を加熱してこれを効率的に分解、或いは昇華させて除去することができる。また内側加熱手段と外側加熱手段とを設けてアイドリング時に外側加熱手段により処理容器を一定の温度以上に設定しておくことにより、被処理体をロードして昇温する際に被処理体を迅速に昇温させることができる。
本発明の更に他の関連技術によれば、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことができる。

以下に、本発明に係るプラズマ処理装置、熱処理装置、処理システム、前処理装置及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
＜処理システムの第１実施例＞
図１は本発明に係る処理システムの第１実施例を示す概略斜視図、図２は図１に示す第１実施例の概略横断面図、図３は主処理装置を示す概略構成図、図４は図１に示す第１実施例のプラズマ処理装置と熱処理装置側を示す縦断面図、図５は本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を示す断面図、図６は図５に示すプラズマ処理装置の横断面図、図７は図５に示すプラズマ処理装置の整流板を示す平面図、図８は本発明に係る熱処理装置を示す断面図、図９はシリコン酸化膜とシリコン膜に対するエッチング量の温度依存性を示すグラフ、図１０はケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ４ ）２ ＳｉＦ６ ］の蒸気圧曲線を示すグラフである。
まず、図１及び図２に示すように、この処理システム２は、全体が立方体或いは直方体のような箱状に形成された気密性の筐体４を有している。この筐体４は、例えばアルミニウム等の金属材料により成形されており、その内面は例えばアルマイト処理がなされて耐腐食性の皮膜、例えばアルマイト皮膜（酸化アルミニウム）により覆われている。尚、この筐体４を、例えばステンレススチール等の他の金属で形成するようにしてもよい。
そして、この筐体４の内部は、図２にも示すようにその表面がアルマイト等の耐腐食性の皮膜により覆われた例えばアルミニウム製の分離区画壁６により主処理エリア８と前処理エリア１０との２つの部屋に気密に区画分離されている。上記区画分離壁６の一側には、被処理体である半導体ウエハを挿通できる大きさの横幅を有する開口１２が形成されており、この開口１２には図示しない開閉機構に連結された開閉ドア１４が開閉可能に取り付けられている。またこの開閉ドア１４の周辺部には、Ｏリング等よりなるシール部材１４Ａが取り付けられており、上記開閉ドア１４を閉じた時に、その気密性を高めるようになっている。
上記主処理エリア８を区画する筐体４の区画壁の外側、具体的にはフロント側には、棚状になされた搬出入ポート１６が設けられており、この搬出入ポート１６上に被処理体である半導体ウエハＷを複数枚、例えば１０枚〜２５枚程度収容することができるカセット等の収納容器１８を載置できるようになっている。図１及び図２においては搬出入ポート１６上には２つの収納容器１８が載置されている。
またこの搬出入ポート１６と主処理エリア８の区画壁との境界部分には、この主処理エリア８内の密閉状態を破ることなく上記収納容器１８内のウエハＷを主処理エリア８内へ導入するための被処理体導入手段２０が設けられている。具体的には、この被処理体導入手段２０は、上記区画壁を貫通するようにして設けた密閉ボックス２２を有しており、この密閉ボックス２２の両側には気密に開閉可能になされたゲートバルブ２４、２６がそれぞれ設けられている。上記密閉ボックス２２は、この内部に上記収納容器１８を収容し得る大きさに設定されており、一方の大気側のゲートバルブ２４を開状態にすることにより搬出入ポートと密閉ボックス２２との間で収納容器１８の搬出入を行い、他方の主処理エリア８側のゲートバルブ２６を開状態にすることにより、密閉ボックス２２内に設置された収納容器１８内と主処理エリア８内との間でウエハＷの搬出入を行うようになっている。
そして、この密閉ボックス２２には、この内部へ不活性ガスとして例えばＮ２ ガスを必要に応じて供給できる不活性ガス導入路２８と、この内部雰囲気を必要に応じて真空排気することができる真空排気路３０とが接続されている。
また同様に、上記主処理エリア８及び前処理エリア１０にも、それぞれの内部へ不活性ガスとして例えばＮ２ ガスを必要に応じて供給できる不活性ガス導入路３２、３４と、それぞれの内部雰囲気を必要に応じて真空排気することができる真空排気路３６、３８がそれぞれ接続されている。
そして、この主処理エリア８の奥側であって、この主処理エリア８を区画する天井部には、ウエハＷに対して主たる所定の処理を施すための主処理装置４０が設けられる。ここでは主たる所定の処理として例えばウエハＷの表面に特定の膜種の成膜処理を施すものとする。
また上記前処理エリア１０を区画する天井部には、本発明に係るプラズマ処理装置４２と熱処理装置４４とが並んで起立させて設けられている。図示例では、プラズマ処理装置４２がフロント側に配置され、熱処理装置４４がバック側に配置されている。ここで上記プラズマ処理装置４２では、ウエハ表面に形成されている自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）に対してプラズマにより発生した活性種とエッチングガスを晒して自然酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成する中間体膜形成ステップを行い、上記熱処理装置４４では、上記ウエハ表面に形成された中間体膜を加熱することによりこれを分解、或いは昇華させて除去する中間体膜除去ステップを行う。そして、これらのプラズマ処理装置４２と熱処理装置４４はそれぞれ種々の構成例が存在し、その詳細については後述する。尚、この中間体膜形成ステップと中間体膜除去ステップとで、いわゆる前処理工程を構成することになり、この前処理工程を行うことによりウエハ表面に形成されていた自然酸化膜がクリアに完全に除去されて、ウエハ表面が活性化された状態となる。そして、この表面が活性化状態となったウエハ上に上記主処理装置４０により所定の膜種の薄膜、例えばゲート絶縁膜等が堆積されることになる。
そして、上記密閉ボックス２２における収納容器１８内のウエハＷを主処理エリア８内に取り込むために、この主処理エリア８内には、上記密閉ボックス２２に面して移載アーム手段４６が設けられており、この移載アーム手段４６は屈曲及び回転（旋回）可能になされている。また、この移載アーム手段４６は、例えばボールネジ等よりなる昇降機構４８に取り付けられ、上下移動可能になされている。この移載アーム手段４６は、例えば屈曲可能になされた多関節アーム機構よりなり、その先端に設けたピック４６ＡによりウエハＷを保持し、後述する主処理装置４０のウエハボートやプラズマ処理装置４２のウエハボートに対してウエハＷの移載を行い得るようになっている。
また、上記プラズマ処理装置４２と熱処理装置４４とでは、一度に複数枚のウエハに対して処理を施すために、複数枚、例えば２０〜１００枚程度のウエハを多段に保持する被処理体保持手段（後述する）としてのウエハボートを有するが、ここではプラズマ処理装置４２と熱処理装置４４とで共通に１つのウエハボートを用いる。そのため、上記前処理エリア１０の底部には、上記ウエハボートを移動させるための保持手段搬送機構５０（図２参照）が設けられている。具体的には、この保持手段搬送機構５０は、上記ウエハボートを上下方向へ昇降させる例えば垂直ボールネジ等よりなる昇降機構５０Ａと、この昇降機構５０Ａの全体を水平方向へ移動させる例えば水平ボールネジ等よりなる水平移動機構５０Ｂとよりなり、上記プラズマ処理装置４２と熱処理装置４４との間でウエハボートを移動させることができると共に、このウエハボートを上記各装置４２、４４内へそれぞれロード及びアンロードできるようになっている（図４参照）。
そして、この処理システム２の全体の動作は、コンピュータよりなるシステム制御手段５２（図２参照）により制御され、また、このシステム制御手段５２は、この処理システム２の動作全体を制御するためのプログラムを記憶する例えばフロッピディスクやフラッシュメモリ等の記憶媒体５４を有している。
ここで図３を参照して、上記主処理装置４０について簡単に説明する。この主処理装置４０は、この全体が例えば主処理エリア８の天井板４Ａ（図１参照）により支持されている。この主処理装置４０は、例えば石英よりなる有天井の縦長円筒体状の処理容器６０を有しており、この下端は開口されてこの開口に例えばステンレススチール製の円筒体状のマニホールド６２が取り付けられている。そして、この処理容器６０の外周には、ウエハＷを加熱するための筒体状の加熱ヒータ６４が設けられている。この処理容器６０内には、複数枚のウエハＷを所定の間隔を隔てて多段に支持できる例えば石英製のウエハボート６６がその下方より挿脱可能に収容されている。具体的には、このウエハボート６６は、回転台６８上に石英製の保温筒７０を介して載置されており、上記回転台６８は、上記マニホールド６２の下端開口部を気密に開閉する例えばステンレススチール製の蓋体７２を貫通して設けられる回転軸７４の上端に支持されている。そして、上記回転軸７４の貫通部には、上記処理容器６０内の気密性を保持しつつこの回転軸７４の回転を許容する磁性流体シール７６が設けられている。そして、この蓋体７２は、昇降機構７８のアーム７８Ａに取り付けられており、この蓋体７２とウエハボート６６等とを一体的に昇降させて処理容器６０内にウエハボート６６をロード及びアンロードできるようになっている。
また上記蓋体７２の周辺部とマニホールド６２の下端との接触部及びマニホールド６２の上端と処理容器６０の下端との接触部には、それぞれ気密性を保持するためのＯリング等よりなるシール部材８０、８２がそれぞれ設けられている。
そして、上記マニホールド６２には、成膜処理に必要とするガスを導入する成膜ガス導入手段８４が設けられて流量制御可能に成膜ガスを導入できるようになっている。また、この処理容器６０の上部には、この内部の雰囲気を真空排気するために図示しない真空ポンプや圧力調整弁が介設された真空排気路８６が接続されている。尚、図示されないが、Ｎ２ ガス等の不活性ガスを導入するＮ２ ガス導入手段も実際には設けられる。
そして、この主処理装置４０の全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段８８により制御され、この制御手段８８は、上記動作を制御するプログラムが記憶されたフロッピディスクやフラッシュメモリ等よりなる記憶媒体９０を有している。尚、この制御手段８８は、上記システム制御手段５２の支配下で動作することになる。そして、このように構成された主処理装置４０において、前述したように前処理工程によりウエハ表面の自然酸化膜が除去されたウエハ表面上に、主処理として所定の膜種の成膜処理が施されることになる。
次に、図４〜図８を参照して上記プラズマ処理装置４２と熱処理装置４４について説明する。
上記プラズマ処理装置４２と熱処理装置４４は、図１及び図４にも示すように、前処理エリア１０を区画する天井板４Ｂに並設されており、ここではウエハＷを保持する被処理体保持手段であるウエハボート９０と処理容器の下端の開口部を閉じる蓋部９２は、両処理装置４２、４４に対して同一のものが共通に用いられる。
［プラズマ処理装置の第１実施例］
まず、プラズマ処理装置の第１実施例について説明する。このプラズマ処理装置４２は、有天井の縦長に形成された円筒体状の処理容器９４を有している。この処理容器９４の下端は開口されて開口部９４Ａ（図４参照）を有しており、この開口部９４Ａに上記蓋部９２がＯリング等のシール部材９６を介して密閉状態に開閉可能に設けられる。上記処理容器９４及び蓋部９２はそれぞれ例えばアルミニウム等の金属材料よりなり、それぞれの内面は後述するエッチングガスに対して腐食性の大きな耐腐食性膜、例えばアルマイト皮膜（Ａｌ２ Ｏ３ ）により覆われている。尚、上記処理容器９４は接地されている。
そして、上記蓋部９２には、磁性流体シール９８を介して貫通された回転軸１００が回転可能に設けられている。この回転軸１００の上端部には回転台１０２が取り付けられており、この回転台１０２上にウエハＷを多段に保持する上記ウエハボート９０が設置されている。このウエハボート９０は例えばアルミニウム等の金属材料よりなり、その表面はエッチングガスに対して腐食性の大きな耐腐食性膜、例えばアルマイト皮膜により覆われて耐腐食性になされている。そして、上記回転軸１００の下部は、前記保持手段搬送機構５０の昇降機構５０Ａのアーム１０４に回転可能に支持されており（図４参照）、図示しない回転駆動源により回転可能になされている。従って、上記昇降機構５０Ａを駆動することにより、上記蓋部９２とウエハボート９０等を一体的に昇降させて、ウエハボート９０を処理容器９４内に対してロード・アンロードできるようになっている。
そして、この処理容器９４の一側壁には、その外側へ凸状に突出させて形成された縦長の活性種用領域１０６が形成されている。この活性種用領域１０６の長さは、上記ウエハボート９０の高さ方向の略全体の長さをカバーできる長さに設定されている。そして、この活性種用領域１０６には処理容器９４内へエッチングガスとしてフッ化ガス、例えばＮＦ３ を流量制御しつつ導入するためのエッチングガス導入手段１０８が設けられている。具体的には、このエッチングガス導入手段１０８は、上記活性種用領域１０６の長さ方向に沿って設けられた分散ノズル１１０を有しており、この分散ノズル１１０には複数のガス孔１１０Ａが所定の間隔を隔てて多数形成されており、各ガス孔１１０Ａより水平方向にエッチングガスを噴射して処理容器９４の中心方向へ向けて供給できるようになっている。この分散ノズル１１０は上記エッチングガスに対して耐腐食性の大きな材料、例えば表面がアルマイト皮膜で覆われたアルミニウムにより構成されている。
また上記活性種用領域１０６には、この領域１０６に活性種を供給するための活性種供給手段１１２が設けられている。具体的には、上記活性種供給手段１１２は、上記活性種領域１０６の高さ方向の略中央部に形成したガス穴１１４に連結した活性種用配管１１６を有しており、この活性種用配管１１６の途中に導波管１１８を介してマイクロ波発生源１２０を接続している。そして、この活性種用配管１１４の端部に活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段１２２を接続しており、活性種用ガスを流量制御しつつ導入できるようになっている。従って、上記導入された活性種用ガスは、上記マイクロ波発生源１２０からのマイクロ波によってプラズマ化されると共に活性化され、発生した活性種が上記ガス穴１１４より活性種用領域１０６内に供給されて全領域に向けて拡散させるようになっている。
ここで上記マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが用いられるが、これに限定されず、他の周波数、例えば４００ＭＨｚを用いるようにしてもよい。また上記活性種用ガスとしては、例えばＮ２ ガスとＨ２ ガスとＮＨ３ ガスとの組み合わせを用いることができるが、これに限定されず、Ｎ２ ガスとＨ２ ガスとの組み合わせ、或いはＮＨ３ ガスのみを単独で用いることもできる。
上記のようにＮ２ 、Ｈ２ 、ＮＨ３ ガス等の活性種とＮＦ３ ガスをウエハＷ上の自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）と反応させることによって、例えばケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜を形成するようになっている。
また上記活性種用領域１０６の縦長の開口部分には、上記活性種及びエッチングガスの流れを層流状態に整流するための多数の整流板１２４が設けられている。具体的には、この整流板１２４は、図７にも示すように例えば厚さが１０ｍｍ程度のアルミニウム板に所定の間隔で多数のガス流通孔１２６を穿設することにより形成されており、このガス流通孔１２６を有するアルミニウム板を上記活性種用領域１０６の縦長の開口部分に嵌め込むことにより取り付けられている。この整流板１２４の表面全体も例えばアルマイト皮膜により覆われており、耐腐食性を高めるようになっている。またこの整流板１２４の全体も接地されている。尚、上記分散ノズル１１０は、活性種用領域１０６内ではなく、上記整流板１２４の内側の処理容器９４内に設けるようにしてもよい。
また上記活性種用領域１０６に対向する容器側壁には、この処理容器９４内の雰囲気を排気するための排気口１２８が設けられている。この排気口１２８はウエハボート９０の高さを十分にカバーできる長さを有しており、図６にも示すように断面凸部状に外側へ突出させた側壁により区画されている。そして、この排気口１２８を囲む側壁には、途中に圧力制御弁１３２や図示しない真空ポンプが介設された真空排気系１３０が接続されており、上記排気口１２８を介して処理容器９４内の雰囲気を真空引きすると共に、容器内を所定の真空圧に維持できるようになっている。そして、処理容器９４の天井部には、圧力計１３４が設けられており、この圧力計１３４の検出値に基づいて上記圧力制御弁１３２を制御するようになっている。
また上記処理容器９４には、容器壁を冷却するための冷却手段１３６が設けられている。具体的には、この冷却手段１３６は、上記処理容器９４の区画壁に設けた熱媒体通路１３８を有しており、この熱媒体通路１３８に冷却媒体源１４０より冷却媒体を流すことにより、処理容器９４の温度を冷却して所定の温度に維持できるようになっている。そして、この処理容器９４の下端の開口９４Ａには、上記ウエハボート９０がアンロードされて下方へ降下された時に上記開口部９４Ａを閉じるシャッタ部材１４２（図４参照）が図示しないスライド機構によりスライド可能に設けられる。
そして、このように形成されたプラズマ処理装置４２の装置全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１４４により制御される。この制御手段１４４は、システム制御手段５２（図２参照）の配下で動作すると共に、制御のためにプログラムを記憶するためのフロッピディスクやフラッシュメモリよりなる記憶媒体１４６を有している。
［熱処理装置］
次に図８を参照して熱処理装置について説明する。
図８に示すように、この熱処理装置４４は、有天井の縦長に形成された円筒体状の処理容器１５０を有している。この処理容器１５０の下端は開口されて開口部１５０Ａ（図４参照）を有しており、この開口部１５０Ａに上記蓋部９２がＯリング等のシール部材９６を介して密閉状態に開閉可能に設けられる。尚、この蓋部９２及びこの蓋部９２に取り付けた回転台１０２上に設置したウエハボート９０等は、前述したようにプラズマ処理装置４２と共用される。上記処理容器１５０は例えばアルミニウム等の金属材料よりなり、それぞれの内面は耐腐食性の大きな耐腐食性膜、例えばアルマイト皮膜（Ａｌ２ Ｏ３ ）により覆われている。尚、ここでは石英を削るエッチングガスを用いないので、処理容器１５０の構成材料として石英（ＳｉＯ２ ）や他の金属材料、例えばステンレススチール等を用いてもよい。そして、前述したように上記蓋部９２の回転台１０２上に設置されたウエハボート９０が処理容器１５０内へその下方の開口部１５０Ａよりロード・アンロードされる。
そして、上記処理容器１５０の外側には、これを囲むようにして円筒体状の加熱ヒータよりなる外側加熱手段１５２が設けられており、主として処理容器１５０を直接的に加熱し得るようになっている。またこの処理容器１５０の内部には、この中にロードされているウエハボート９０を囲むようにして内側加熱手段１５４が設けられる。この内側加熱手段１５４は、耐熱性があってウエハＷに対する汚染の恐れが少ない例えばカーボンワイヤヒータ１５４Ａよりなり、このカーボンワイヤヒータ１５４Ａを処理容器１５０の高さ方向に延在するようにＵ字状に屈曲成形して天井部に支持させており、ウエハボート９０の周囲に複数本、例えば４本均等に配置してウエハボート９０に保持されているウエハＷを直接的に加熱し得るようになっている。尚、図４においては、このカーボンワイヤヒータ１５４Ａは２本のみ記す。このように、ウエハＷを直接的に加熱することによって、これを急速に昇温してウエハ表面に形成されているケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜を分解、或いは昇華させて除去できるようになっている。
この処理容器１５０の天井部には排気口１５６が形成されており、この排気口１５６には、途中に圧力制御弁１５８や図示しない真空ポンプ等が介設された真空排気系１６０が接続されており、処理容器１５０内の雰囲気を真空引きしつつこの圧力を所定の真空圧に維持できるようになっている。またこの処理容器１５０の側壁には、この容器内の圧力を検出する圧力計１６２が設けられており、この検出値に基づいて上記圧力制御弁１５８を制御するようになっている。
またこの処理容器１５０には、この内部へ必要に応じて不活性ガスを導入するための不活性ガス導入手段１６４が設けられている。図示例ではこの不活性ガス導入手段１６４は、処理容器１５０の天井部から容器底部に向けて挿通された例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウム製のガスノズル１６４Ａを有しており、不活性ガスとして例えばＮ２ ガスを処理容器１５０内の底部側に必要に応じて流量制御しつつ供給できるようになっている。
また処理容器１５０の天井部からは、内部に所定間隔で複数の、例えば熱電対よりなる温度測定素子１６８が収容された例えば石英チューブ１６６が挿通させて支持されており、ウエハＷの温度を高さ方向に区分されたゾーン毎に検出し、この検出値を例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御手段１７０に入力してウエハ温度を制御できるようになっている。
そして、この処理容器１５０の下端の開口１５０Ａには、上記ウエハボート９０がアンロードされて下方へ降下された時に上記開口部１５０Ａを閉じるシャッタ部材１７２（図４参照）が図示しないスライド機構によりスライド可能に設けられる。
そして、このように形成された熱処理装置４４の装置全体の動作は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる上記制御手段１７０により制御される。この制御手段１７０は、システム制御手段５２（図２参照）の配下で動作すると共に、制御のためにプログラムを記憶するためのフロッピディスクやフラッシュメモリよりなる記憶媒体１７３を有している。
次に、以上のように構成された処理システム２の第１実施例の動作について説明する。
まず、半導体ウエハＷの全体的な流れについて説明する。尚、ここでは筐体４内の全体が不活性ガスとして例えばＮ２ 雰囲気になされているものと仮定する。
図１及び図２に示すように、処理システム２の搬出入ポート１６に、その内部にウエハＷが収容された収納容器１８が載置され、この収納容器１８の内の１つが、開かれたゲートバルブ２４を介して密閉ボックス２２内へ収容される。この密閉ボックス２２では上記ゲートバルブ２４を閉じて内部雰囲気がＮ２ ガスに置換され、そして、内側のゲートバルブ２６が開かれる。
次に、主処理エリア８と前処理エリア１０とを区画する分離区画壁６に設けた開閉ドア１４を開いた状態とし、主処理エリア８内に設けた移載アーム手段４６を用いて、これを屈曲、旋回及び上下動させることによって上記収納容器１８内のウエハＷを、プラズマ処理装置４２の下方に降下されているウエハボート９０（図４も参照）へ移載する。上記移載操作は、ウエハボート９０にウエハＷが例えば満載状態になるまで行う。尚、このウエハＷは例えばシリコン基板よりなり、その表面には待機中に清浄空気等に晒されていることから、除去すべき自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）が形成されてしまっている。
上述のように、ウエハＷの移載が完了したならば、上記開閉ドア１４を閉じると共に、保持手段搬送機構５０の昇降機構５０Ａ（図２参照）を駆動して、このウエハボート９０をプラズマ処理装置４２の処理容器９４内へロードし（図５参照）、ここでマイクロ波により発生させたプラズマによって生成されたＮ２ 、Ｈ２ 、ＮＨ３ ガスの活性種とエッチングガスであるＮＦ３ ガスの作用によってウエハ表面の自然酸化膜と反応させ、ケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜を形成する。尚、ここでの中間体膜形成の過程は後述する。
上述のようにして中間体膜形成ステップが完了したならば、保持手段搬送機構５０の昇降機構５０Ａ及び水平移動機構５０Ｂをそれぞれ駆動して、上記ウエハＷの搭載されているウエハボート９０を降下させてアンロードすると共に、このウエハボート９０を横方向へ移動し、再度、ウエハボート９０を上昇させてこれを熱処理装置４４の処理容器１５０内へその下方よりロードする。尚、ウエハボート９０を下方へ降下させている時には、上記プラズマ処理装置４２と熱処理装置４４の各処理容器９４、１５０の下端の開口部９４Ａ、１５０Ａは、それぞれのシャッタ部材１４２、１７２により閉じておく。
上述のように、中間体膜の形成されたウエハＷを熱処理装置４４の処理容器１５０内へロードしたならば、外側加熱手段１５２及び内側加熱手段１５４によってこのウエハＷを所定の温度まで昇温して維持することにより、ウエハ表面の中間体膜を分解、或いは昇華させることによってこれを除去する。この時に発生したガスは、容器内へ導入されているＮ２ ガスと共に、或いは単独で真空排気される。これにより、ウエハＷの表面は、自然酸化膜の付着していない活性な状態となる。ここで、この一連の操作中、分離区画壁６に設けた開閉ドア１４は閉じられているので、ウエハＷに悪影響を与える上記中間体膜の飛沫等が主処理エリア８に流入することを防止できる。
このようにして、中間体膜除去ステップが完了することによって前処理工程が終了したならば、上記保持手段搬送機構５０を再度駆動することによって、このウエハボート９０を熱処理装置４４の処理容器１５０からアンロードすると共に、これを水平移動させて、図４に示すようにプラズマ処理装置４２の下方であるホームポジションに位置させる。
次に、分離区画壁６の開閉ドア１４を開くことによって主処理エリア８と前処理エリア１０とを連通し、主処理エリア８内の移載アーム手段４６を駆動することによって、上記ウエハボート９０内のウエハＷを、主処理装置４０の下方へ降下されている主処理装置４０のウエハボート６６（図３参照）へ全て移載する。
そして、上記ウエハボート６６への移載が完了したならば、このウエハボート６６を主処理装置４０の処理容器６０内へロードし、主処理として例えば所定の膜種、例えばゲート絶縁膜等の成膜処理を活性状態の表面になっているウエハＷ上に施すことになる。尚、上記ゲート絶縁膜としてはＳｉＯ２ の他に、例えばＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ２ 等のいわゆるｈｉｇｈ−ｋ（高比誘電率）の薄膜を形成することができる。
このようにして、主処理が完了したならば、上記ウエハボート６６を降下させて処理容器６０からアンロードし、上記移載アーム手段４６を用いて上記処理済みのウエハＷを、上記密閉ボックス２２内の空の収納容器１８に移載し、移載完了後に、この収納容器１８を外側の搬出入ポート１６側へ取り出すことによって一連の動作が終了する。
このように、この処理システムによれば、被処理体の表面の酸化膜の除去処理（前処理）と、成膜等の主処理とを連続的に効率的に行うことができる。
次に図５に示すプラズマ処理装置４２における動作について詳しく説明する。
図５に示すように、蓋部９２により処理容器９４内を密閉した状態でウエハボート９０を回転させ、この処理容器９４内を真空引きしつつエッチングガス導入手段１０８よりエッチングガスとしてＮＦ３ ガスを導入し、また、活性種用ガス導入手段１２２により活性種用ガスとしてＮ２ ガス、Ｈ２ ガス及びＮＨ３ ガスをそれぞれ導入する。尚、ＮＦ３ ガスはキャリアガスとして不活性ガス、例えばＮ２ ガスと共に流すようにしてもよい。この活性種用ガスは、活性種用配管１１０内を流れつつ活性種供給手段１１２のマイクロ波発生源１２０より伝達されてくる例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波によってプラズマ化されると共に、活性化されて活性種が形成される。
この活性種は、ガス穴１１４から上下方向に延びる活性種用領域１０６内に流れ込んでこの領域１０６内にて上下方向へ拡散して行く。そして、この活性種は、分散ノズル１１０の各ガス孔１１０Ａより噴射されるＮＦ３ ガスと混合され、この混合ガスは多数の整流板１２４によって水平方向へ整流されつつ層流状態となってウエハボート９０に保持されている各ウエハＷ間に流れ込むことになる。この際、上記混合ガスがウエハＷの表面の自然酸化膜と後述するように反応してケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜が形成されることになる。そして、ウエハＷ間を通過した残留ガスは、活性種用領域１０６の反対側に形成されて細長い排気口１２８を介して真空排気系１３０から系外へ排出されることになる。
この時の反応メカニズムは次のようになる。すなわち、活性種用ガスの活性種、例えばＮ＊、Ｈ＊、ＮＨ＊、ＮＨ２ ＊、ＮＨ３ ＊（以下、”＊”は活性種を示す）がＮＦ３ と反応してＮＨｘＦｙ（ｘ、ｙ：正数）が形成され、このＮＨｘＦｙがウエハ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）と反応して中間体膜であるケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ４ ）２ ＳｉＦ６ ］と水（Ｈ２ Ｏ）とが生成されることになる。
この時の処理容器９４内の圧力は、例えば１００〜４００Ｐａ程度である。またこの時のウエハＷは温度の高い混合ガスによって加熱される傾向にあるが、処理容器９４に設けた冷却手段１３６の熱媒体通路１３８に冷却媒体として例えば冷却水を流すことにより、ウエハ温度を室温程度、例えば２０〜３０℃に冷却維持し、中間体膜を選択性良く効率的に生成する。
ここでウエハＷの温度を室温程度に維持する理由を図９を参照して説明する。図９はシリコン酸化膜（自然酸化膜）とシリコン膜（ポリシリコン）に対するエッチング量の温度依存性を示すグラフである。尚、ここでエッチング量とはエッチングガス等と反応して形成される中間体膜の膜厚を示す。図９に示すように、シリコン膜に対するエッチング量は温度に関係なく略一定であるのに対して、自然酸化膜のエッチング量は温度が低下する程増加しており、シリコン膜に対する選択性が大きくなっている。また過度にウエハＷを冷却すると、プラズマ処理装置４２の処理容器９４の外壁に大気中の水分による結露が発生するので好ましくない。
従って、下地のシリコン膜にダメージを与えることなくこのシリコン膜に対して選択性良く自然酸化膜をエッチングするためには、上述のようにウエハ温度を２０〜３０℃程度の範囲内に設定するのが好ましいことが理解できる。
このように、このプラズマ処理装置４２によれば、ウエハＷの表面の自然酸化膜を効率的に中間体膜へと変換することができる。
また活性種用領域１０６から処理容器９４の中心に向けて流出するエッチングガスと活性種との混合ガスは、多数の整流板１２４によって整流されて層流状態となるので、これに乱流が生ずることを防止でき、ウエハ表面に均一に混合ガスを晒して接触させることができる。
更には、処理容器９４、蓋部９２、ウエハボート９０及び整流板１２４等の容器内雰囲気に晒される部材は、耐腐食性のある例えばアルマイト皮膜により覆われた金属材料（アルミニウム）により形成したので、これらの各部材が腐食されることを防止することができる。尚、処理済みのウエハＷを下方へアンロードした後には、処理容器９４の下端の開口部９４Ａをシャッタ部材１４２（図４参照）で閉じ、中間体膜の飛散を防止する。
次に、図８に示す熱処理装置４４における動作について詳しく説明する。
図８に示すように、蓋部９２により処理容器１５０内を密閉した状態でウエハボート９０を回転させ、ウエハＷを所定の温度まで昇温維持しつつこの処理容器１５０内を真空引きする。この場合、この熱処理装置４４のアイドリング時にも外側加熱手段１５２はオン状態にして処理容器１５０を一定の温度以上に設定しておき、プラズマ処理装置４２で処理の完了した室温のウエハＷがこの処理容器１５０内へロードされた時に、内側加熱手段１５４をオンし、ウエハＷを昇温する。これにより、容器自体は予め加熱されているのでウエハＷの温度を所定の温度まで迅速に昇温することができる。
このように、ウエハＷを高温に加熱することにより、ウエハ表面に形成されていたケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ４ ）２ ＳｉＦ６ ］よりなる中間体膜は、ＳｉＦ４ 、ＮＨ３ 、ＨＦ、Ｈ２ Ｏ等のガスに分解したり、或いはそのまま昇華してガスとなって除去されて行くことになる。これにより、ウエハ表面は水素終端された清浄な活性状態のシリコン表面が露出した状態となる。この場合、分解ガスや昇華ガスの排出を促進するために不活性ガス導入手段１６４より不活性ガス、例えばＮ２ ガスを流量制御しつつ導入するようにしてもよい。
またこの時の処理容器１５０内のプロセス圧力は、できるだけ低い方がよく、例えば１〜１０００Ｐａ程度に維持する。またウエハ温度は、１５０〜２５０℃の範囲が好ましい。その理由は、図１０に示す蒸気圧曲線に示すように、温度が高くなる程、ケイフッ化アンモニウムの分解、或いは昇華が早くなり、上述のように１５０〜２５０℃の範囲が好ましい。またウエハ温度が２５０℃よりも高くなると、ウエハに前工程で形成されている各種の膜に熱的ダメージを与えるので好ましくない。また、ウエハ温度が１５０℃よりも低いと、分解或いは昇華が大幅に低下し、好ましくない。
また処理容器１５０内にカーボンワイヤヒータ１５４Ａよりなる内側加熱手段１５４を設けているので、上述したように、ウエハＷを迅速に昇温して効率的に中間体膜を除去できるのみならず、ウエハＷに対して汚染が生ずることも防止することができる。
また処理容器１５０を、先のプラズマ処理装置４２の処理容器９４と同様に、内側表面をアルマイト皮膜などの耐腐食性膜により覆った金属材料（アルミニウム）で構成することにより、中間体膜の分解や昇華に伴って発生した腐食性ガスに対して耐久性を持たせることができる。
尚、上述のように中間体膜除去ステップが完了したウエハＷを下方へ降下させてアンロードした後には、この処理容器１５０の下端の開口部１５０Ａをシャッタ部材１７２（図４参照）で閉じて、これから前処理エリア１０内に対する放熱やパーティクルの飛散が生じないようにする。
そして、ここで表面が活性化状態となったウエハＷは、筐体４内の不活性ガスであるＮ２ ガス雰囲気中を搬送されて直ちに主処理装置４０内へロードされるので、再度、ウエハ表面に自然酸化膜が付着することはない。
［プラズマ処理装置の第２実施例］
次にプラズマ処理装置の第２実施例について説明する。図１１は本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施例を示す断面図、図１２は図１１に示すプラズマ処理装置に用いるプラズマ形成手段を設けた部分の一例を示す拡大断面図である。この第２実施例では、プラズマを立てる方法が異なる点を除いて図５に示す先の第１実施例と同じ構成なので、図５に示す構成部分と同一構成部分については同一符号を付し、その説明を省略する。すなわち、先の第１実施例ではプラズマを立てるために例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いたが、これに代えて、この第２実施例では例えば１３．５６ＭＨｚの高周波を用いている。
すなわち、この第２実施例のプラズマ処理装置２００では、活性種用配管１１６にはマイクロ波発生源１２０（図５参照）を取り付けておらず、Ｎ２ 、Ｈ２ 、ＮＨ３ ガス等の活性種用ガスをガス穴１１４から直接的に縦長の活性種用領域１０６内へ導入して、ここで上下方向へ拡散させるようになっている。
そして、この活性種用領域１０６には、ここでプラズマを立てて活性種を形成するためのプラズマ形成手段２０２が設けられている。具体的には、このプラズマ形成手段２０２は、上記活性種用領域１０６の長手方向に沿って設けられた例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウム製の電極２０４を有しており、この電極２０４に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を発生する高周波電源２０６が給電線２０８を介して接続されて、この電極２０４に高周波を印加できるようになっている。また、この給電線２０８の途中には、高周波によるプラズマの生成効率を高めるためにインピーダンスを整合させるマッチング回路２１０が介設されている。
上記電極２０４の配列方式は、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように２種類ある。図１２（Ａ）に示す場合には、上記活性種用領域１０６を区画する区画壁の対向面に、互いに対向するようにして一対の電極２０４を設けている。この電極２０４を設ける際には、活性種用領域１０６の区画壁に対して電気的に絶縁を図るために、例えばアルミナ等よりなる絶縁部材２１２が間に介設され、更にこの絶縁部材２１２の両側には、シール性を確保するために例えばＯリング等のシール部材２１４が介在されている。そして、上記電極２０４には、稼働時にこれを冷却するための冷却水路２１６が形成されており、この電極２０４が高周波電力により加熱されることを防止している。そして、上記一対の電極２０４間に上記給電線２０８を介して上記高周波電源２０６が接続されている。従って、図１２（Ａ）中の矢印２１８に示すように、一対の電極２０４間に電界が発生することになる。
これに対して、図１２（Ｂ）に示す場合には、上記図１２（Ａ）に示す一対の電極２０４の内のいずれか一方のみを設ける。図１２（Ｂ）では、図中、下側の電極２０４が設けられた場合を示している。そして、この電極２０４と接地されている処理容器９４との間に給電線２０８を介して高周波電源２０６を接続している。従って、図１２（Ｂ）中の矢印２２０に示すように、電極２０４と処理容器９４側の接地されている部分（活性種用領域１０６の区画壁や整流板（イオンシールドプレート）１２４を含む）との間に電界が発生することになる。
そして、この活性種用領域１０６の縦長の開口部分には、この領域内で発生したプラズマが処理容器９４の内側へ洩れて入ることを防止するために接地されたイオンシールドプレート２２４が設けられている。具体的には、このイオンシールドプレート２２４は、第１実施例の整流板１２４と全く同じものであり、図７にも示すように例えば厚さが１０ｍｍ程度のアルミニウム板に所定の間隔で多数のガス流通孔１２６を穿設することにより形成されており、このガス流通孔１２６を有するアルミニウム板を上記活性種用領域１０６の縦長の開口部分に嵌め込むことにより取り付けられている。このイオンシールドプレート２２４の表面全体も例えばアルマイト皮膜により覆われており、耐腐食性を高めるようになっている。またこのイオンシールドプレート２２４の全体も接地されている。
このイオンシールドプレート２２４を設けることにより、プラズマが活性種用領域１０６から洩れ出ることがなくなるので、処理容器９４内のウエハＷがプラズマダメージを受けることを防止することができる。尚、のイオンシールドプレート２２４が第１実施例の場合と同様に、活性種の流れを層流状に整流する整流機能を有しているのは勿論である。
また、ここではエッチングガス導入手段１０８の分散ノズル１１０は、第１実施例の場合と異なって、活性種用領域１０６内ではなく、上記イオンシールドプレート２２４よりも容器内側に設けており、エッチングガスであるＮＦ３ ガスがプラズマにより分解されることを防止するようになっている。
このように構成された第２実施例のプラズマ処理装置２００も、先の第実施例１と同じ作用を示すことになる。すなわち、活性種用ガス導入手段１２２により活性種用ガスとしてＮ２ ガス、Ｈ２ ガス及びＮＨ３ ガスが活性種用配管１１０を介して活性種用領域１０６内に流れ込んでこの領域１０６内にて上下方向へ拡散して行く。この時、高周波電源２０６より供給される高周波電力が電極２０４に印加されているので、この高周波の作用により、上記活性種用ガスはプラズマ化されると共に活性化されて活性種が形成される。そして、この活性種は拡散しつつ整流機能を有するイオンシールドプレート２２４の整流板によって水平方向へ整流されつつ層流状態となって流れて行く。そして、この活性種は、分散ノズル１１０の各ガス孔１１０Ａより噴射されるＮＦ３ ガスと混合され、層流状態を保ってウエハボート９０に保持されている各ウエハＷ間に流れ込むことになる。この際、上記混合ガスがウエハＷの表面の自然酸化膜と前述したように反応してケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜が形成されることになる。そして、ウエハＷ間を通過した残留ガスは、活性種用領域１０６の反対側に形成されて細長い排気口１２８を介して真空排気系１３０から系外へ排出されることになる。
この場合、前述したように活性種用領域１０６の開口部にイオンシールドプレート２２４を設けていることから、プラズマが活性種用領域１０６から洩れ出ることがなくなるので、処理容器９４内のウエハＷがプラズマダメージを受けることを防止することができる。尚、上記高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚに限定されず、他の周波数、例えば２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ等を用いるようにしてもよい。
＜処理システムの第２実施例＞
［前処理装置の第１実施例］
次に本発明に係る処理システムの第２実施例と前処理装置の第１実施例について説明する。
この処理システムの第２実施例では、処理システムの第１実施例で説明したプラズマ処理装置と熱処理装置とを組み合わせて１台の前処理装置としているので、装置の設備コストや占有面積を削減することが可能となる。
図１３は本発明に係る処理システムの第２実施例を示す概略斜視図、図１４は図１３に示す第２実施例の概略横断面図、図１５は本発明に係る前処理装置の第１実施例を示す断面図である。尚、図１に示す処理システムの第１実施例、図２に示す断面図及び図５に示すプラズマ処理装置の第１実施例の各構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
上述したように、この第２実施例の処理システム２３０では、先のプラズマ処理装置と熱処理装置とを組み合わせて１台の前処理装置としているので、図１３及び図１４に示すように、先のプラズマ処理装置４２（図１参照）に代えて上記前処理装置２３２を設けるだけであり、従って、図１において熱処理装置４４を設けた部分及びその下方の前処理エリア１０は不要となり、前処理エリア１０の領域を半分に減少している。具体的には、上記前処理装置２３２は、新たに加熱不活性ガス導入手段を設けた点を除いて、図５に示すプラズマ処理装置の第１実施例と全く同じである。すなわち、この前処理装置２３２は、図５に示すプラズマ処理装置に対して、加熱不活性ガス導入手段２３３を設けることにより構成されている。
この加熱不活性ガス導入手段２３３は、整流板１２４よりも容器内側に容器長さ方向に沿って設けられた分散ノズル２３４を有しており、この分散ノズル２３４には複数のガス孔２３４Ａが所定の間隔を隔てて多数形成されており、各ガス孔２３４Ａより水平方向にエッチングガスを噴射して処理容器９４の中心方向へ向けて供給できるようになっている。この分散ノズル２３４は上記エッチングガスに対して耐腐食性の大きな材料、例えば表面がアルマイト皮膜で覆われたアルミニウムにより構成されている。
そして、この分散ノズル２３４には、途中に気体加熱器２３６を介設したガス通路２３８が接続されており、不活性ガスとして例えばＮ２ ガスを必要に応じて加熱して供給できるようになっている。この気体加熱器２３６は例えば８００〜１０００℃程度にＮ２ ガスを加熱できるような能力を有している。
そして、ここでは処理容器９４に設けた熱媒体通路１３８と、この熱媒体通路１３８に流す熱媒体を制御する媒体制御部２４０とよりなる温調手段２４２が設けられる。この温調手段２４２は、上記熱媒体通路１３８に対して、中間体膜の形成時には冷却媒体を流して冷却するようにし、中間体膜を加熱して除去する時には加熱媒体を流して加熱するように、必要に応じて冷却媒体と加熱媒体とを切り替えて流し得るようになっている。このような温調手段２４２としては、例えばチラーを用いることができる。
尚、この前処理装置２３２では、ウエハボート９０は横方向へ移動させる必要がないことから、保持手段搬送機構５０は、水平移動機構５０Ｂ（図２参照）は不要であり、昇降機構５０Ａだけで構成されている。
次に、このように構成された前処理装置２３２の動作について説明する。
まず、中間体膜形成ステップを行う場合には、上記加熱不活性ガス導入手段２３３の動作を完全に停止させた状態で、図５に示したプラズマ処理装置と同様に動作させる。すなわち、活性種用ガス導入手段１２２から活性種用ガスを導入すると共に、これをマイクロ波発生源１２０からのマイクロ波により生じたプラズマによって活性化させて活性種を形成し、この活性種をエッチングガス導入手段１０８より導入されるＮＦ３ ガスと混合させつつ活性種用領域１０６にて拡散してウエハＷに晒し、これによってウエハ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）と反応させてケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜を形成する。この際、温調手段２４２の媒体制御部２４０は、冷却媒体を熱媒体通路１３８に流して処理容器９４を冷却することによってウエハＷの温度を例えば１０〜２０℃程度の室温に保持する。
このようにして、所定の時間だけ中間体膜形成ステップに行ったならば、次に、中間体膜除去ステップへ移行する。すなわち、上記ＮＦ３ ガスや活性種用ガスの供給を停止すると共に、マイクロ波の供給も停止し、この代わりに、加熱不活性ガス導入手段２３３の動作を開始して、気体加熱器２３６で加熱したＮ２ ガスを分散ノズル２３４の各ガス孔２３４Ａから噴射し、ウエハＷを加熱することによって上記中間体膜を分解、或いは昇華させて除去する。
この際、上記気体加熱器２３６ではＮ２ ガスを例えば８００〜１０００℃程度に加熱することによってウエハＷを１５０〜２５０℃程度まで加熱する。またこの時の処理容器９４内のプロセス圧力は１００〜８０ｋＰａ程度の範囲内であり、中間体膜の分解速度、或いは昇華速度が十分に大きくなるように設定すればよい。この場合、媒体制御部２４０は熱媒体通路１３８に冷却媒体に代えて加熱媒体を流して処理容器９４を例えば６０〜８０℃程度に加熱しておき、中間体膜の分解、或いは昇華を促進させる。
このように、所定の時間だけ中間体膜除去ステップを行うことにより、前処理工程、すなわち自然酸化膜除去工程を完了する。これ以降は、主処理装置４０での処理が行われる。
以上のように、この前処理装置２３２及び処理システム２３０では、中間体膜形成ステップと中間体膜除去ステップとを一台の前処理装置２３２内で連続して行うようにしたので、装置の設備コストを削減できるのみならず、スループットも向上させることができ、しかも処理システム２３０の占有面積も削減することができる。
［前処理装置の第２実施例］
次に前処理装置の第２実施例について説明する。図１６は本発明に係る前処理装置の第２実施例を示す断面図である。
上記第１実施例の前処理装置２３２に代えて、ここで説明する第２実施例の前処理装置２５０を用いることができる。この前処理装置２５０は、図１１に示すプラズマ処理装置２００の第２実施例に、図１５で示す前処理装置の第１実施例で用いられた加熱不活性ガス導入手段２３４と温調手段２４２とを追加して設けることにより形成されているので、同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１６に示すように、エッチングガス導入手段１０８の分散ノズル１１０に並べて加熱不活性ガス導入手段２３３の分散ノズル２３４を設けており、前述したように中間体膜除去ステップの時に、この分散ノズル２３４の各ガス孔２３４Ａから加熱された不活性ガス、例えばＮ２ ガスを噴射できるようになっている。
次に、このように構成された前処理装置２５０の動作について説明する。
まず、中間体膜形成ステップを行う場合には、上記加熱不活性ガス導入手段２３３の動作を完全に停止させた状態で、図１１に示したプラズマ処理装置と同様に動作させる。すなわち、活性種用ガス導入手段１２２から活性種用ガスを活性種用領域１０６へ導入すると共に、これを高周波電源２０６からの高周波により生じたプラズマによって活性化させて活性種を形成し、この活性種をイオンシールドプレート２２４を介して処理容器９４の内側へ供給し、エッチングガス導入手段１０８より導入されるＮＦ３ ガスと混合させつつウエハＷに晒し、これによってウエハ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ２ ）と反応させてケイフッ化アンモニウムよりなる中間体膜を形成する。この際、温調手段２４２の媒体制御部２４０は、冷却媒体を熱媒体通路１３８に流して処理容器９４を冷却することによってウエハＷの温度を例えば１０〜２０℃程度の室温に保持する。
このようにして、所定の時間だけ中間体膜形成ステップに行ったならば、次に、中間体膜除去ステップへ移行する。すなわち、上記ＮＦ３ ガスや活性種用ガスの供給を停止すると共に、高周波の供給も停止し、この代わりに、加熱不活性ガス導入手段２３３の動作を開始して、気体加熱器２３６で加熱したＮ２ ガスを分散ノズル２３４の各ガス孔２３４Ａから噴射し、ウエハＷを加熱することによって上記中間体膜を分解、或いは昇華させて除去する。
この際、上記気体加熱器２３６ではＮ２ ガスを例えば８００〜１０００℃程度に加熱することによってウエハＷを１５０〜２５０℃程度まで加熱する。またこの時の処理容器９４内のプロセス圧力は１００〜８０ｋＰａ程度の範囲内であり、中間体膜の分解速度、或いは昇華速度が十分に大きくなるように設定すればよい。この場合、媒体制御部２４０は熱媒体通路１３８に冷却媒体に代えて加熱媒体を流して処理容器９４を例えば６０〜８０℃程度に加熱しておき、中間体膜の分解、或いは昇華を促進させる。
このように、所定の時間だけ中間体膜除去ステップを行うことにより、前処理工程、すなわち自然酸化膜除去工程を完了する。これ以降は、主処理装置４０での処理が行われる。
以上のように、この前処理装置２５０及び処理システム２３０では、中間体膜形成ステップと中間体膜除去ステップとを一台の前処理装置２５０内で連続して行うようにしたので、装置の設備コストを削減できるのみならず、スループットも向上させることができ、しかも処理システム２３０の占有面積も削減することができる。
＜処理システムの第３実施例＞
［前処理装置の第３実施例］
次に本発明に係る処理システムの第３実施例と前処理装置の第３実施例について説明する。
この処理システムの第３実施例では、処理システムの第２実施例で説明した前処理装置を筐体側と一体としているので、装置の設備コストや占有面積（占有空間）を更に削減することが可能となる。
図１７は本発明に係る処理システムの第３実施例を示す概略斜視図、図１８は図１７に示す第３実施例の概略横断面図、図１９は本発明に係る前処理装置の第３実施例を示す断面図である。尚、図１に示す処理システムの第１実施例、図２に示す断面図及び図５に示すプラズマ処理装置の第１実施例及び図１５に示す前処理装置の第１実施例の各構成部分と同一構成部分については同一符号を付してその説明を省略する。
図１７及び図１８に示すように、この処理システム２６０では、この外側を形成する筐体４は主処理エリア８のみを囲むようにして形成されており、前処理エリア８（図２及び図１４参照）は設けられていない。従って、図２中の分離区画壁６の部分がそのまま筐体４の外周壁の一部となる。そして、この分離区画壁６に設けた開閉ドア１４の外側に、第３実施例の前処理装置２６２の処理容器が直接的に取り付けられることになる。
すなわち、この前処理装置２６２の構成は、処理容器の形態やウエハボートの昇降機構（保持手段搬送機構）を不要にした点を除いて図１５に示す前処理装置の第１実施例と基本的構成は同じである。
まずこの処理容器９４は、断面が略半楕円形状に成形されると共に、その一側壁にウエハボート９０を搬出入できる程度の大きさの搬出入口２６４（図１８参照）が縦長に形成されている。そして、この搬出入口２６４を筐体４に設けた開閉ドア１４に臨ませるようにして、この処理容器９４を筐体４の側面に直接的に取り付け固定している。従って、この開閉ドア１４は上記処理容器９４の搬出入口２６４を気密に開閉できる構造となっている。このように、開閉ドア１４も処理容器９４を区画する一部となっているので、クリーニングガス等に晒されるこの開閉ドア１４の表面にも例えばアルマイト処理等が施されて耐腐食性膜に覆われた状態となっている。
ここで、この処理容器９４内のウエハボート９０に対するウエハＷの移載は、上記開閉ドア１４を例えば横方向にスライドさせて搬出入口２６４を開き、この状態で搬出入口２６４を介して行う。従って、この前処理装置２６２では、ウエハボート９０を処理容器９４に対してロード・アンロードする必要がないので、この処理容器９４の底部は固定状態になっており、この底部に磁性流体シール９８を介して回転軸１００が回転自在に支持される。このため、ここでは先の各実施例で必要とされた保持手段搬送機構５０（図２に示す昇降機構５０Ａや水平移動機構５０Ｂも含む）は不要となるので設けられていない。
この前処理装置２６２の全体動作は、図１５に示す前処理装置の第１実施例の場合と同じであるので、ここではその記載を省略する。
このようにこの前処理装置２６２では、これを筐体４側と一体化して接合するようにしているので、装置の設備コストや占有面積（占有空間）を更に削除することができる。
［前処理装置の第４実施例］
次に前処理装置の第４実施例について説明する。図２０は本発明に係る前処理装置の第４実施例を示す断面図である。
上記第３実施例の前処理装置２６２に代えて、ここで説明する第４実施例の前処理装置２７０を用いることができる。この前処理装置２７０は、図１６に示す前処理装置２５０の第２実施例に、図２０において説明したと同様な構成を適応している。すなわち、この処理容器９４は、断面が略半楕円形状に成形されると共に、その一側壁にウエハボート９０を搬出入できる程度の大きさの搬出入口２６４（図１８参照）が縦長に形成されている。
そして、この搬出入口２６４を筐体４に設けた開閉ドア１４に臨ませるようにして、この処理容器９４を筐体４の側面に直接的に取り付け固定している。従って、この開閉ドア１４は上記処理容器９４の搬出入口２６４を気密に開閉できる構造となっている。このように、開閉ドア１４も処理容器９４を区画する一部となっているので、クリーニングガス等に晒されるこの開閉ドア１４の表面にも例えばアルマイト処理等が施されて耐腐食性膜に覆われた状態となっている。この処理容器９４の底部は固定状態になっており、この底部に磁性流体シール９８を介して回転軸１００が回転自在に支持される。
この前処理装置２７０の全体動作は、図１６に示す前処理装置の第２実施例の場合と同じであるので、ここではその記載を省略する。
このようにこの前処理装置２７０では、これを筐体４側と一体化して接合するようにしているので、装置の設備コストや占有面積（占有空間）を更に削除することができる。
ここで前処理装置の第３及び第４実施例の場合、処理容器９４の断面形状は略半楕円状（図１７及び図１８参照）に限定されず、他の形状でもよく、例えば断面４角形状に形成してもよい。
尚、以上の各実施例では、シリコン基板上に形成された自然酸化膜を除去する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、熱ＣＶＤやプラズマＣＶＤ等のプロセスによって形成したＳｉＯ２ 膜を除去する場合にも本発明を適用することができる。
またエッチングガスとしてはＮＦ３ ガスに限定されず、他のガス、例えばＮ２ Ｆ４ （テトラフルオロヒドラジン）等を用いることができる。また、使用される不活性ガスとしてはＮ２ ガスに限定されず、Ａｒガス、Ｈｅガス等の他の不活性ガスも使用することができる。
更には、主処理装置４０で行う主処理としては、各種の成膜処理に限定されず、ウエハの活性面に処理を行う必要のある全ての処理に対して本発明を適用することができる。
また、ここでは筐体４内の全体に不活性ガス（Ｎ２ ）を充填した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、筐体４内をＯ２ ガス成分をほとんど含まない真空状態に維持するようにしてもよい。
また更には、被処理体導入手段２０として密閉ボックス２２を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば収納容器１８として例えばスミフボックス（商標）やＦＯＯＰ（商標）のようにＮ２ ガスが充填密封されている容器を用いた場合には、被処理体導入手段２０は、搬出入ポート１６との間を区画する筐体の区画壁に形成された搬入口と、この搬入口に気密に開閉可能に設けられた搬入ドアと、この搬入ドアに設けられて上記スミフボックス等の開閉蓋を開閉する開閉機構とよりなり、上記スミフボックス等を上記搬入口に気密に押し付けた状態でこの開閉蓋を上記開閉機構で取り外して搬入ドアを容器内へ退避させることにより、上記スミフボックス内を筐体内へ解放するようになっている。
本発明に係る処理システムの第１実施例を示す概略斜視図である。 図１に示す第１実施例の概略横断面図である。 主処理装置を示す概略構成図である。 図１に示す第１実施例のプラズマ処理装置と熱処理装置側を示す縦断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施例を示す断面図である。 図５に示すプラズマ処理装置の横断面図である。 図５に示すプラズマ処理装置の整流板を示す平面図である。 本発明に係る熱処理装置を示す断面図である。 シリコン酸化膜とシリコン膜に対するエッチング量の温度依存性を示すグラフである。 ケイフッ化アンモニウムの蒸気圧曲線を示すグラフである。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施例を示す断面図である。 図１１に示すプラズマ処理装置に用いるプラズマ形成手段を設けた部分の一例を示す拡大断面図である。 本発明に係る処理システムの第２実施例を示す概略斜視図である。 図１３に示す第２実施例の概略横断面図である。 本発明に係る前処理装置の第１実施例を示す断面図である。 本発明に係る前処理装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る処理システムの第３実施例を示す概略斜視図である。 図１７に示す第３実施例の概略横断面図である。 本発明に係る前処理装置の第３実施例を示す断面図である。 本発明に係る前処理装置の第４実施例を示す断面図である。
符号の説明
２ 処理システム
４ 筐体
６ 分離区画壁
８ 主処理エリア
１０ 前処理エリア
１４ 開閉ドア
１６ 搬出入ポート
１８ 収納容器
２０ 被処理体導入手段
２２ 密閉ボックス
４０ 主処理装置
４２ プラズマ処理装置
４４ 熱処理装置
４６ 移載アーム手段
５０ 保持手段搬送機構
５０Ａ 昇降機構
５０Ｂ 水平移動機構
５２ システム制御手段
５４ 記憶媒体
９０ ウエハボート（被処理体保持手段）
９４ 処理容器
１０６ 活性種用領域
１０８ エッチングガス導入手段
１１０ 分散ノズル
１１２ 活性種供給手段
１２０ マイクロ波発生源
１２２ 活性種用ガス導入手段
１２４ 整流板
１２８ 排気口
１３０ 真空排気系
１３６ 冷却手段
１４２ シャッタ部材
１４４ 制御手段
１４６ 記憶媒体
１５０ 処理容器
１５２ 外側加熱手段
１５４ 内側加熱手段
１５４Ａ カーボンワイヤヒータ
１６０ 真空排気系
１６４ 不活性ガス導入手段
１７０ 制御手段
１７２ シャッタ部材
１７３ 記憶媒体
２００ プラズマ処理装置
２０２ プラズマ形成手段
２０４ 電極
２０６ 高周波電源
２３０ 処理システム
２３２ 前処理装置
２３３ 加熱不活性ガス導入手段
２３４ 分散ノズル
２３６ 気体加熱器
２４０ 媒体制御部
２４２ 温調手段
２５０ 前処理装置
２６０ 処理システム
２６２ 前処理装置
２７０ 前処理装置
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (14)

  1. 表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、
    前記複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、
    前記被処理体保持手段が収容されて、一側壁に前記被処理体保持手段を搬出入できる大きさであって開閉ドアにより開閉される縦長の搬出入口が形成されると共に、該搬出入口に気密に開閉可能になされた開閉ドアが設けられ、その内面が耐腐食性膜により覆われた金属材料よりなる縦長の処理容器と、
    前記処理容器の底部に回転可能に設けられると共にその上に前記被処理体保持手段を起立させて設置する回転台と、
    前記処理容器の他の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成された活性種用領域と、
    活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、
    前記活性種用ガス導入手段より導入された活性種用ガスをプラズマにより活性化することにより活性種を形成し、該活性種を前記活性種用領域へ供給する活性種供給手段と、
    複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記活性種用領域の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記活性種用領域内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、
    前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、
    前記排気口に接続される真空排気系と、
    前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、
    前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする前処理装置。
  2. 前記活性種供給手段は、前記活性種用ガスをマイクロ波により活性化するマイクロ波発生源を有することを特徴とする請求項１記載の前処理装置。
  3. 前記マイクロ波は２．４５ＧＨｚまたは４００ＭＨｚであることを特徴とする請求項２記載の前処理装置。
  4. 前記活性種用領域に前記活性種の流れを層流状に整流する整流板が設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の前処理装置。
  5. 表面に酸化膜を有する複数の被処理体に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成し、該中間体膜を加熱することによって除去する前処理装置において、
    前記複数枚の被処理体を多段に保持する被処理体保持手段と、
    前記被処理体保持手段が収容されて、一側壁に前記被処理体保持手段を搬出入できる大きさであって開閉ドアにより開閉される縦長の搬出入口が形成されると共に、該搬出入口に気密に開閉可能になされた開閉ドアが設けられ、その内面が耐腐食性膜により覆われた金属材料よりなる縦長の処理容器と、
    前記処理容器の底部に回転可能に設けられると共にその上に前記被処理体保持手段を起立させて設置する回転台と、
    前記処理容器の他の一側壁に、その外側へ凸状に突出させて形成されると共に前記処理容器内へ連通された活性種用領域と、
    前記活性種用領域へ活性種用ガスを導入する活性種用ガス導入手段と、
    前記活性種用領域へ導入された活性種用ガスに対してプラズマを立てて活性種を形成するプラズマ形成手段と、
    複数のガス孔が所定の間隔を隔てて形成されると共に前記処理容器の長さ方向に沿って延びる分散ノズルを有して前記処理容器内へエッチングガスを導入するエッチングガス導入手段と、
    前記活性種用領域に対向する容器側壁に設けられて前記処理容器内の雰囲気を排気する排気口と、
    前記排気口に接続される真空排気系と、
    前記処理容器内へ加熱された不活性ガスを導入する加熱不活性ガス導入手段と、
    前記被処理体に対して活性種とエッチングガスとを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成した後に、前記加熱不活性ガス導入手段を作動させて前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去するように制御する制御手段と、
    を備えたことを特徴とする前処理装置。
  6. 前記プラズマ形成手段は、前記活性種用領域に沿って設けられた電極と、該電極に接続された高周波電源とよりなることを特徴とする請求項５記載の前処理装置。
  7. 前記高周波電源で発生する高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項６記載の前処理装置。
  8. 前記活性種用領域には、該活性種用領域内で発生したプラズマが前記処理容器の内側へ洩れることを防止するためのイオンシールドプレートが設けられることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の前処理装置。
  9. 前記イオンシールドプレートは、前記活性種の流れを層流状に整流する整流機能を有していることを特徴とする請求項８記載の前処理装置。
  10. 内部が主処理エリアになされた筐体と、
    前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、
    前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、
    前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、
    前記筐体の一側に連設された請求項１乃至９のいずれか一項に記載された前処理装置と、
    前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、
    システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、
    を備えたことを特徴とする処理システム。
  11. 前記被処理体導入手段は、両側に気密に開閉可能になされたゲートバルブを有して前記筐体を区画する区画壁に設けられた密閉ボックスよりなることを特徴とする請求項１０記載の処理システム。
  12. 前記筐体内の全体は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気になされていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の処理システム。
  13. 内部が主処理エリアになされた筐体と、
    前記主処理エリアの区画壁の外側に設けられて複数の被処理体を収容した収納容器を載置する搬出入ポートと、
    前記搬出入ポートと前記区画壁との境界部分に設けられて前記収納容器内の被処理体を前記主処理エリア内の密閉状態を破ることなく導入するための被処理体導入手段と、
    前記主処理エリアを区画する天井部に設けられて前記被処理体に対して所定の処理を施すための主処理装置と、
    前記筐体の一側に連設された請求項１乃至９のいずれか一項に記載された前処理装置と、
    前記被処理体導入手段に位置された前記収納容器内の被処理体を前記筐体内へ取り込むために屈曲、旋回及び上下移動可能になされた移載アーム手段と、
    システム全体の動作を制御するシステム制御手段と、を有する処理システムにより前記被処理体に対して所定の処理を施すに際して、
    前記被処理体の表面に形成されている酸化膜に対してプラズマにより発生した活性種と共にエッチングガスを晒して前記酸化膜と反応させることにより中間体膜を形成する工程と、
    前記中間体膜を加熱することにより前記中間体膜を除去する工程と、
    前記中間体膜が除去された前記被処理体に前記主処理装置により所定の主処理を施す工程とを順次実行するように前記処理システムを制御するプログラムを記憶する記憶媒体。
  14. 前記活性種用ガスは、ＮＨ３ ガス、Ｈ２ ガスとＮ２ ガス、Ｈ２ ガスとＮ２ ガスとＮＨ３ ガスの３つのグループより選択される１つのグループが用いられることを特徴とする請求項１３に記載の記憶媒体。
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