JP2008010662A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フッ酸に起因する残留物を容易に除去することができる基板処理方法を提供する。
【解決手段】熱酸化膜６１及びＢＰＳＧ膜６３を有するウエハＷに向けてＨＦガスを供給して、ＢＰＳＧ膜６３を選択的にエッチングし、次いで、ウエハＷに向けてＮＨ_３ガスを供給して、ＳｉＯ_２とフッ酸との反応に基づいて発生する残留物６４のＨ_２ＳｉＦ_６とＮＨ_３ガスとを反応させてＮＨ_４Ｆ及びＳｉＦ_４を発生させ、さらに、ＮＨ_４Ｆを昇華させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関し、特に、熱酸化膜と不純物を含む酸化膜とが形成された基板を処理する基板処理方法に関する。

熱酸化処理によって形成された熱酸化膜と、ＣＶＤ処理等によって形成された不純物を含む酸化膜、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）膜とを有する半導体デバイス用のウエハ（基板）が知られている。ＢＰＳＧ膜は、ポリシリコン膜上に該ポリシリコン膜を部分的に露出させるように形成され、ポリシリコン膜のエッチングの際に、ハードマスクとして機能する。また、熱酸化膜はゲート酸化膜を構成する。

そして、このような基板ではポリシリコン膜のエッチング後、熱酸化膜を除去（エッチング）することなく、ＢＰＳＧ膜を選択的に除去（エッチング）することが求められている。

酸化膜をエッチングする際には、通常、ＣＦ系ガスのプラズマを用いるが、ＣＦ系ガスのプラズマはＢＰＳＧ膜だけでなく熱酸化膜もエッチングするため、熱酸化膜に対するＢＰＳＧ膜の選択比を確保することが困難であり、ＢＰＳＧ膜を選択的にエッチングすることができない。

これに対して、ＨＦガス、又はＨＦガス及びＨ_２Ｏガスの混合ガスをプラズマ化することなく用いるエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、ＨＦガスとＨ_２Ｏとが結びつくことによって発生するフッ酸によって不純物を含む酸化膜を優先的に除去することができ、その結果、ＢＰＳＧ膜を選択的にエッチングすることができる。
特開平０６−１８１１８８号公報

しかしながら、ＨＦガス、又はＨＦガス及びＨ_２Ｏガスの混合ガスを用いてＢＰＳＧ膜をエッチングした場合、ＳｉＯ_２とフッ酸との反応によって残留物が発生し、該残留物が半導体デバイス用のウエハの表面に付着する。この残留物は、該ウエハから製造される半導体デバイスにおいて短絡等の不具合を引き起こす。

本発明の目的は、フッ酸に起因する残留物を容易に除去することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理方法であって、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ_３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給ステップとを有することを特徴とする。

請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記ＨＦガス供給ステップでは、Ｈ_２Ｏガスを供給しないことを特徴とする。

請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記基板は前記第１の酸化膜上に形成され且つ前記第２の酸化膜に覆われたシリコン含有層を有し、前記第２の酸化膜は部分的に前記シリコン含有層を露出させ、前記シリコン含有層は、前記ＨＦガス供給ステップの前にエッチングされることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載の基板処理方法は、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理方法であって、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱ステップとを有することを特徴とする。

請求項５記載の基板処理方法は、請求項４記載の基板処理方法において、前記基板加熱ステップでは、Ｎ_２ガスの雰囲気下で前記基板を加熱することを特徴とする。

請求項６記載の基板処理方法は、請求項４又は５記載の基板処理方法において、前記基板加熱ステップでは、前記基板を１５０℃以上に加熱することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項７記載の基板処理装置は、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理装置において、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ_３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給装置とを備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項８記載の基板処理装置は、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理装置において、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱装置とを備えることを特徴とする。

請求項１記載の基板処理方法及び請求項７記載の基板処理装置によれば、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板に向けてＨＦガスが供給され、さらに、該基板に向けて少なくともＮＨ_３ガスを含む洗浄ガスが供給される。ＨＦガスから生成されたフッ酸は第２の酸化膜を選択的にエッチングするが、残留物を生成する。ＮＨ_３ガスは該残留物と反応して昇華しやすい物質を生成させる。したがって、残留物をＮＨ_３との反応及び昇華を通じて除去することができる。これにより、フッ酸に起因する残留物を容易に除去することができる。

請求項２記載の基板処理方法によれば、ＨＦガス供給ステップでは、Ｈ_２Ｏガスが供給されないので、Ｈ_２Ｏを殆ど含まない第１の酸化膜では、ＨＦガスとＨ_２Ｏとが結びつくことが殆ど無くフッ酸が殆ど発生しないため、第１の酸化膜は殆どエッチングされない。したがって、第２の酸化膜をより確実に選択的にエッチングすることができる。

請求項３記載の基板処理方法によれば、シリコン含有層は、ＨＦガスが供給される前にエッチングされる。これにより、シリコン含有層のエッチングの際、第２の酸化膜をハードマスクとして利用することができ、もって、シリコン含有層を所望の形状へ確実にエッチングすることができる。

請求項４記載の基板処理方法及び請求項８記載の基板処理装置によれば、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板に向けてＨＦガスが供給され、さらに、該基板が加熱される。ＨＦガスから生成されたフッ酸は第２の酸化膜を選択的にエッチングするが、残留物を生成する。該残留物は加熱によって分解される。したがって、残留物を加熱による分解によって除去することができる。これにより、フッ酸に起因する残留物を容易に除去することができる。

請求項５記載の基板処理方法によれば、Ｎ_２ガスの雰囲気下で基板が加熱される。Ｎ_２ガスはガス流を形成し、分解された残留物を巻き込んで運搬する。したがって、フッ酸に起因する残留物を確実に除去することができる。

請求項６記載の基板処理方法によれば、基板が１５０℃以上に加熱される。フッ酸に起因する残留物は１５０℃以上で分解する。したがって、フッ酸に起因する残留物をより確実に除去することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムについて説明する。

図１は、本実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す平面図である。

図１において、基板処理システム１０は、半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗ（基板）にプラズマ処理を施す第１のプロセスシップ１１と、該第１のプロセスシップ１１と平行に配置され、第１のプロセスシップ１１においてプラズマ処理が施されたウエハＷに後述する所定の処理を施す第２のプロセスシップ１２（基板処理装置）と、第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としてのローダーモジュール１３とを備える。

ローダーモジュール１３には、上述した第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２の他、２５枚のウエハＷを収容する容器としてのフープ（Front Opening Unified Pod）１４がそれぞれ載置される３つのフープ載置台１５と、フープ１４から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ１６と、ウエハＷの表面状態を計測する第１及び第２のＩＭＳ（Integrated Metrology System、Therma-Wave, Inc.）１７，１８とが接続されている。

第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２は、ローダーモジュール１３の長手方向に沿う側壁に接続されると共にローダーモジュール１３を挟んで３つのフープ載置台１５と対向するように配置され、オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向に関する一端に配置され、第１のＩＭＳ１７はローダーモジュール１３の長手方向に関する他端に配置され、第２のＩＭＳ１８は３つのフープ載置台１５と並列に配置される。

ローダーモジュール１３は、内部に配置された、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム機構１９と、各フープ載置台１５に対応するように側壁に配置されたウエハＷの投入口としての３つのロードポート２０とを有する。搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、該取り出したウエハＷを第１のプロセスシップ１１、第２のプロセスシップ１２、オリエンタ１６、第１のＩＭＳ１７や第２のＩＭＳ１８へ搬出入する。

第１のＩＭＳ１７は光学系のモニタであり、搬入されたウエハＷを載置するステージ２１と、該ステージ２１に載置されたウエハＷを指向する光学センサ２２とを有し、ウエハＷの表面形状、例えば、ポリシリコン膜の膜厚、配線溝やゲート電極等のＣＤ（Critical Dimension）値を測定する。第２のＩＭＳ１８も光学系のモニタであり、第１のＩＭＳ１７と同様に、ステージ２３と光学センサ２４とを有する。

第１のプロセスシップ１１は、ウエハＷにプラズマ処理を施す第１のプロセスモジュール２５と、該第１のプロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第１の搬送アーム２６を内蔵する第１のロード・ロックモジュール２７とを有する。

第１のプロセスモジュール２５は、円筒状の処理室容器（チャンバ）と、該チャンバ内に配置された上部電極及び下部電極（いずれも図示しない）とを有し、該上部電極及び下部電極の間の距離はウエハＷにプラズマ処理としてのエッチング処理を施すための適切な間隔に設定されている。また、下部電極はウエハＷをクーロン力等によってチャックするＥＳＣ２８をその頂部に有する。

第１のプロセスモジュール２５では、チャンバ内部にＣＦ系ガスを含む処理ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって導入された処理ガスをプラズマ化してイオン及びラジカルを発生させ、該イオン及びラジカルによってウエハＷにエッチング処理を施す。

第１のプロセスシップ１１では、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第１のプロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持される。そのため、第１のロード・ロックモジュール２７は、第１のプロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。

第１のロード・ロックモジュール２７の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２６が設置され、該第１の搬送アーム２６より第１のプロセスモジュール２５側に第１のバッファ３１が設置され、第１の搬送アーム２６よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ３２が設置される。第１のバッファ３１及び第２のバッファ３２は、第１の搬送アーム２６の先端部に配置されたウエハＷを支持する支持部（ピック）３３が移動する軌道上に配置され、プラズマ処理済みのウエハＷを一時的に支持部３３の軌道の上方に待避させることにより、エッチング未処理のウエハＷとエッチング処理済みのウエハＷとの第１のプロセスモジュール２５における円滑な入れ換えを可能とする。

第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに後述する所定の処理を施す第２のプロセスモジュール３４と、該第２のプロセスモジュール３４に真空ゲートバルブ３５を介して接続され、且つ第２のプロセスモジュール３４にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第２の搬送アーム３６を内蔵する第２のロード・ロックモジュール３７とを有する。

図２は、図１における第２のプロセスモジュールの断面図であり、図２（Ａ）は図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。

図２（Ａ）において、第２のプロセスモジュール３４は、円筒状の処理室容器（チャンバ）３８と、該チャンバ３８内に配置されたウエハＷの載置台３９と、チャンバ３８の上方において載置台３９と対向するように配置されたシャワーヘッド４０と、チャンバ３８内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）４１と、チャンバ３８及びＴＭＰ４１の間に配置され、チャンバ３８内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ４２とを有する。

シャワーヘッド４０は円板状の下層ガス供給部４３（洗浄ガス供給装置）及び円板状の上層ガス供給部４４（ＨＦガス供給装置）からなり、下層ガス供給部４３に上層ガス供給部４４が重ねられている。また、下層ガス供給部４３及び上層ガス供給部４４はそれぞれ第１のバッファ室４５及び第２のバッファ室４６を有する。第１のバッファ室４５及び第２のバッファ室４６はそれぞれガス通気孔４７，４８を介してチャンバ３８内に連通する。

シャワーヘッド４０の下層ガス供給部４３における第１のバッファ室４５はＮＨ_３（アンモニア）ガス供給系（図示しない）に接続されている。該ＮＨ_３ガス供給系は第１のバッファ室４５へＮＨ_３ガス（洗浄ガス）を供給する。該供給されたＮＨ_３ガスはガス通気孔４７を介してチャンバ３８内へ供給される。

また、シャワーヘッド４０の上層ガス供給部４４における第２のバッファ室４６はＨＦガス供給系に接続されている。ＨＦガス供給系は第２のバッファ室４６へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔４８を介してチャンバ３８内へ供給される。シャワーヘッド４０の上層ガス供給部４４はヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。この加熱素子は、第２のバッファ室４６内のＨＦガスの温度を制御する。

シャワーヘッド４０では、図２（Ｂ）に示すように、ガス通気孔４７，４８におけるチャンバ３８内への開口部は末広がり状に形成される。これにより、ＮＨ_３ガス又はＨＦガスをチャンバ３８内へ効率よく拡散することができる。さらに、ガス通気孔４７，４８は断面がくびれ形状を呈するので、チャンバ３８で発生した残留物等がガス通気孔４７，４８、引いては、第１のバッファ室４５や第２のバッファ室４６へ逆流するのを防止する。

また、第２のプロセスモジュール３４では、チャンバ３８の側壁がヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。これにより、チャンバ３８内の雰囲気温度を常温より高く設定することができ、後述するＢＰＳＧ膜６３のフッ酸による除去を促進することができる。また、側壁内の加熱素子は、側壁を加熱することによってＢＰＳＧ膜６３のフッ酸による除去の際に発生した残留物が側壁の内側に付着するのを防止する。

載置台３９は調温機構として冷媒室（図示しない）を内部に有する。該冷媒室には所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン液が供給され、当該冷媒の温度によって載置台３９の上面に載置されたウエハＷの温度が制御される。

図１に戻り、第２のロード・ロックモジュール３７は、第２の搬送アーム３６を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）４９を有する。また、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第２のプロセスモジュール３４の内部圧力は大気圧以下、例えば、ほぼ真空に維持される。そのため、第２のロード・ロックモジュール３７は、第２のプロセスモジュール３４との連結部に真空ゲートバルブ３５を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ドアバルブ５５を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。

また、基板処理システム１０は、ローダーユニット１３の長手方向に関する一端に配置されたオペレーションパネル５６を備える。オペレーションパネル５６は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなる表示部を有し、該表示部は基板処理システム１０の各構成要素の動作状況を表示する。

ところで、図３（Ａ）に示すようなシリコン基材６０上に、熱酸化処理によって形成されたＳｉＯ_２からなる熱酸化膜６１（第１の酸化膜）と、ポリシリコン膜６２（シリコン含有層）６２と、ＣＶＤ処理等によって形成されたＢＰＳＧ膜６３（第２の酸化膜）とが積層されたウエハＷにおいて、ＢＰＳＧ膜６３を選択的にエッチングするためには、上述したように、ＨＦガス、又はＨＦガス及びＨ_２Ｏガスの混合ガスをプラズマ化することなく用いる。なお、ＢＰＳＧ膜６３は、ポリシリコン膜６２のエッチング後に熱酸化膜６１を部分的に露出させる。

本発明者は、熱酸化膜６１に対するＢＰＳＧ膜６３の選択比をさらに高めるべく、各種実験を行ったところ、Ｈ_２Ｏが殆ど存在しない環境下において、Ｈ_２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給した場合、図４のグラフに示すように、熱酸化膜６１のエッチレートを５ｎｍ／分に留めたまま、ＢＰＳＧ膜６３のエッチレートを５００ｎｍ／分まで高めることができることを発見した。すなわち、熱酸化膜６１に対するＢＰＳＧ膜６３の選択比を１０００まで高めることができることを発見した。なお、本発明者は上記条件においてＴＥＯＳ膜のエッチレートを２０ｎｍ／分まで高めることができることも発見した。

そして、本発明者は上記高選択比実現のメカニズムについて鋭意研究を行い、以下に説明する仮説を類推するに至った。

ＨＦガスはＨ_２Ｏと結びつくことによってフッ酸となり、該フッ酸は酸化膜を侵して除去する。ここで、Ｈ_２Ｏが殆ど存在しない環境下において、ＨＦガスがフッ酸になるためには、酸化膜が含んでいる水（Ｈ_２Ｏ）分子と結びつく必要がある。

ＢＰＳＧ膜６３はＣＶＤ処理等の蒸着によって形成されるため、膜の構造が疎であり、水分子が吸着しやすい。したがって、ＢＰＳＧ膜６３にはある程度水分子が含まれている。ＢＰＳＧ膜６３に達したＨＦガスはこの水分子と結びつきフッ酸となる。そして、このフッ酸はＢＰＳＧ膜６３を侵していく。

一方、熱酸化膜６１は８００〜９００℃の環境下における熱酸化処理によって形成されるため、膜形成時に水分子を含むことがなく、また、膜の構造も密であるため、水分子が吸着しにくい。したがって、熱酸化膜６１には殆ど水分子が含まれていない。供給されたＨＦガスが熱酸化膜６１に達しても、水分子が存在しないため、フッ酸となることがない。その結果、熱酸化膜６１が侵されることはない。

これにより、Ｈ_２Ｏが殆ど存在しない環境下において、Ｈ_２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給すると、熱酸化膜６１に対するＢＰＳＧ膜６３の選択比を１０００まで高めることができる。

ところが、ＢＰＳＧ膜６３をフッ酸によって除去する場合、ＢＰＳＧ膜６３中のＳｉＯ_２とフッ酸（ＨＦ）とが下記式に示す化学反応を起こし、
ＳｉＯ_２＋４ＨＦ → ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ↑
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ → Ｈ_２ＳｉＦ_６
残留物（Ｈ_２ＳｉＦ_６）が発生する。

これに対して、本実施の形態では、残留物を除去するためにＮＨ_３を用いる。具体的には、Ｈ_２ＳｉＦ_６に向けてＮＨ_３ガスを供給することにより、下記式に示す化学反応を起こし、
Ｈ_２ＳｉＦ_６＋２ＮＨ_３ → ２ＮＨ_４Ｆ＋ＳｉＦ_４↑
ＮＨ_４Ｆ（フッ化アンモニウム）とＳｉＦ_４（四フッ化珪素）とを発生させる。ＮＨ_４Ｆは昇華しやすい物質であり、雰囲気温度を常温より多少高く設定すれば、昇華するため、容易に除去することができる。

すなわち、本実施の形態では、ＳｉＯ_２及びフッ酸の反応の残留物であるＨ_２ＳｉＦ_６をＮＨ_３との反応及び昇華を通じて除去する。

次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。

図５は、図１の基板処理システムが実行する基板処理方法を示すフローチャートである。

まず、熱酸化膜６１上にポリシリコン膜６２が均一に形成され、且つポリシリコン膜６２上にＢＰＳＧ膜６３が所定のパターンに従って形成されてポリシリコン膜６２を部分的に露出させるウエハＷを準備する。そして、該ウエハＷを第１のプロセスモジュール２５のチャンバ内に搬入し、ＥＳＣ２８上に載置する。

次いで、チャンバ内にＣＦ系ガスを含む処理ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって処理ガスをプラズマ化してイオン及びラジカルを発生させ、該イオン及びラジカルによって露出するポリシリコン膜６２にエッチング処理を施す（ステップＳ５１）。このとき、ポリシリコン膜６２がエッチングされてビアホールやトレンチが形成され、また、一部の熱酸化膜６１が露出する（図３（Ａ））。

次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール２５のチャンバから搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台３９上に載置する。

次いで、チャンバ３８内の圧力をＡＰＣバルブ４２等によって１．３×１０^１〜１．１×１０^３Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、チャンバ３８内の雰囲気温度を側壁内のヒータによって４０〜６０℃に設定する。そして、シャワーヘッド４０の上層ガス供給部４４からＨＦガスを流量４０〜６０ＳＣＣＭでウエハＷに向けて供給する（ＨＦガス供給ステップ）（ステップＳ５２）（図３（Ｂ））。なお、このとき、チャンバ３８内から水分子をほぼ除去し、また、Ｈ_２Ｏガスをチャンバ３８内に供給しない。

ここで、ＢＰＳＧ膜６３に達したＨＦガスはＢＰＳＧ膜６３に含まれている水分子と結びついてフッ酸となる。そして、このフッ酸はＢＰＳＧ膜６３を侵していき、その結果、ＢＰＳＧ膜６３が選択的にエッチングされるが、ＢＰＳＧ膜６３中のＳｉＯ_２とフッ酸との反応に基づく残留物６４が発生し、ポリシリコン膜６２や露出した熱酸化膜６１上に堆積する（図３（Ｃ））。

次いで、ＨＦガスのチャンバ３８内への供給を中止した後、シャワーヘッド４０の下層ガス供給部４３からＮＨ_３ガスをウエハＷに向けて供給する（洗浄ガス供給ステップ）（ステップＳ５３）（図３（Ｄ））。このとき、ＮＨ_３ガスは残留物６４を構成するＨ_２ＳｉＦ_６と反応してＮＨ_４Ｆ及びＳｉＦ_４を発生させる。そして、チャンバ３８内の雰囲気温度を常温より多少高く設定し、ＮＨ_４Ｆを昇華させる（図３（Ｅ））。

次いで、ウエハＷを第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８から搬出し、本処理を終了する。

図５の処理によれば、熱酸化膜６１及びＢＰＳＧ膜６３を有するウエハＷに向けてＨＦガスが供給され、さらに、該ウエハＷに向けてＮＨ_３ガスが供給される。ＨＦガスから生成されたフッ酸はＢＰＳＧ膜６３を選択的にエッチングするが、Ｈ_２ＳｉＦ_６から構成される残留物６４を生成する。ＮＨ_３ガスはＨ_２ＳｉＦ_６と反応してＮＨ_４Ｆ及びＳｉＦ_４を発生させる。ＮＨ_４Ｆは昇華しやすい。したがって、残留物６４をＮＨ_３との反応及び昇華を通じて除去することができる。これにより、Ｈ_２ＳｉＦ_６から構成される残留物６４を容易に除去することができる。

図５の処理では、ＨＦガスがウエハＷに向けて供給される際、チャンバ３８内から水分子がほぼ除去され、また、Ｈ_２Ｏガスがチャンバ３８内に供給されないので、水分子を殆ど含まない熱酸化膜６１では、ＨＦガスと水分子とが結びつくことが殆ど無くフッ酸が殆ど発生しないため、熱酸化膜６１は殆ど侵されることがない。したがって、ＢＰＳＧ膜６３をより確実に選択的にエッチングすることができる。

また、図５の処理では、ポリシリコン膜６２は、ＨＦガスの供給によってＢＰＳＧ膜６３が除去される前にエッチングされる。これにより、ポリシリコン膜６２のエッチングの際、ＢＰＳＧ膜６３をハードマスクとして利用することができ、もって、ポリシリコン膜６２を所望の形状へ確実にエッチングすることができる。

図５の処理では、チャンバ３８内から水分子がほぼ除去され、Ｈ_２Ｏガスがチャンバ３８内に供給されることがなく、さらに、ウエハＷにおけるＢＰＳＧ膜６３に含まれた水分子はＳｉＯ_２とフッ酸との反応に用いられて消費される。したがって、チャンバ３８内を非常にドライな状態に維持することができる。その結果、水分子に起因するパーティクルやウエハＷ上のウォーターマークの発生を抑制することができ、もって、ウエハＷから製造される半導体デバイスの信頼性をより向上することができる。

なお、図５の処理では残留物６４の除去の際、ＮＨ_３ガスのみをチャンバ３８内に供給したが、供給されるガスはこれに限られず、ＮＨ_３ガスと他のガス、例えば、Ｎ_２ガスとの混合ガスを供給してもよい。

また、図５の処理ではＢＰＳＧ膜６３の選択的エッチング及び残留物６４の除去を同じ第２のプロセスモジュール３４で行うことができる。したがって、基板処理システム１０を小型化することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムについて説明する。

本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、第２のプロセスシップの構成が上述した第１の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第１の実施の形態と異なる構成や作用についてのみ説明を行う。

図６は、本実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す平面図である。

図６において、基板処理システム７７は、第１のプロセスシップ１１と、第１のプロセスシップ１１においてプラズマ処理が施されたウエハＷに後述する所定の処理を施す第２のプロセスシップ６５（基板処理装置）と、ローダーモジュール１３とを備える。

第２のプロセスシップ６５は、ウエハＷに後述する選択的エッチング処理を施す第２のプロセスモジュール６６と、該第２のプロセスモジュール６６に真空ゲートバルブ６７を介して接続された、ウエハＷに後述する加熱処理を施す第３のプロセスモジュール６８と、第２のロード・ロックモジュール３７とを有する。

図７は、図６における第２のプロセスモジュールの断面図であり、図７（Ａ）は図６における線II−IIに沿う断面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＢ部の拡大図である。なお、第２のプロセスモジュール６６はその構成や作用が上述した第１の実施の形態における第２のプロセスモジュール３４と基本的に同じであり、シャワーヘッドの構成が第２のプロセスモジュール３４と異なるのみである。したがって、同様の構成や作用については説明を省略する。

図７（Ａ）において、第２のプロセスモジュール６６は、チャンバ３８の上方に配置されたシャワーヘッド６９を有する。シャワーヘッド６９は円板状のガス供給部７０（ＨＦガス供給装置）を有し、ガス供給部７０はバッファ室７１を有する。バッファ室７１はガス通気孔７２を介してチャンバ３８内に連通する。

また、シャワーヘッド６９のガス供給部７０におけるバッファ室７１はＨＦガス供給系に接続されている。ＨＦガス供給系はバッファ室７１へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔７２を介してチャンバ３８内へ供給される。シャワーヘッド６９のガス供給部７０はヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。この加熱素子は、バッファ室７１内のＨＦガスの温度を制御する。

シャワーヘッド６９では、シャワーヘッド４０におけるガス通気孔４７（４８）と同様に、ガス通気孔７２におけるチャンバ３８内への開口部は末広がり状に形成される（図７（Ｂ））。

図６に戻り、第３のプロセスモジュール６８は筐体状の処理室容器（チャンバ）７３と、該チャンバ７３内に配置されたウエハＷの載置台としてのステージヒータ７４（基板加熱装置）と、該ステージヒータ７４の近傍に配置され、ステージヒータ７４に載置されたウエハＷを上方に持ち上げるバッファアーム７５と、チャンバ７３内に不活性ガス、例えば、Ｎ_２ガスを導入するガス導入部（図示しない）とを有する。

ステージヒータ７４は、表面に酸化皮膜が形成されたアルミからなり、内蔵された電熱線等からなるヒータによって載置されたウエハＷを所定の温度まで加熱する。また、バッファアーム７５は、選択的エッチング処理が施されたウエハＷを一時的に第２の搬送アーム３７の移動軌道の上方に待避させることにより、第２のプロセスモジュール６６や第３のプロセスモジュール６８におけるウエハＷの円滑な入れ換えを可能とする。

基板処理システム７７では、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第２のプロセスモジュール６６及び第３のプロセスモジュール６８の内部圧力は真空若しくは大気圧以下に維持される。そのため、第２のロード・ロックモジュール３７は、第３のプロセスモジュール６８との連結部に真空ゲートバルブ７６を備える。

ところで、ＳｉＯ_２とフッ酸との反応に基づいて発生したＨ_２ＳｉＦ_６は、加熱によって以下に示すように分解されて
Ｈ_２ＳｉＦ_６＋Ｑ（熱エネルギ） → ２ＨＦ↑＋ＳｉＦ_４↑
ＨＦとＳｉＦ_４を発生させる。

本実施の形態では、上記式に示すＨ_２ＳｉＦ_６の分解を利用し、ＳｉＯ_２及びフッ酸の反応の残留物であるＨ_２ＳｉＦ_６を加熱による分解を通じて除去する。

次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。

図８は、図６の基板処理システムが実行する基板処理方法を示すフローチャートである。

まず、図５の処理におけるステップＳ５１を実行する。次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール２５のチャンバから搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール６６のチャンバ３８内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台３９上に載置する。

次いで、図５の処理におけるステップＳ５２を実行し、ウエハＷを第２のプロセスモジュール６６のチャンバ３８から搬出し、第３のプロセスモジュール６８のチャンバ７３内に搬入する。このとき、ウエハＷをステージヒータ７４上に載置する。そして、ステージヒータ７４により載置したウエハＷを所定の温度、具体的には１５０℃以上まで加熱する（基板加熱ステップ）（ステップＳ８１）。また、ガス導入部はチャンバ７３内にＮ_２ガスを導入し、該導入されたＮ_２ガスはＴＭＰ４１による減圧に応じてガス流を形成する。このとき、残留物６４を構成するＨ_２ＳｉＦ_６は加熱によってＨＦとＳｉＦ_４に分解され、分解されたＨＦ及びＳｉＦ_４はガス流に巻き込まれて除去される。

次いで、ウエハＷを第３のプロセスモジュール６８のチャンバ７３から搬出し、本処理を終了する。

図８の処理によれば、熱酸化膜６１及びＢＰＳＧ膜６３を有するウエハＷに向けてＨＦガスが供給され、さらに、該ウエハＷが加熱される。ＨＦガスから生成されたフッ酸はＢＰＳＧ膜６３を選択的にエッチングするが、Ｈ_２ＳｉＦ_６から構成される残留物６４を生成する。該残留物６４は加熱によってＨＦとＳｉＦ_４に分解される。したがって、残留物６４を加熱による分解によって除去することができる。これにより、Ｈ_２ＳｉＦ_６から構成される残留物６４を容易に除去することができる。

図８の処理では、ウエハＷへのＨＦガスの供給とウエハＷの加熱とを別々のプロセスモジュールで行ったが、これらの処理を１つのプロセスモジュールで行ってもよい。具体的には、図９に示すように、第２のプロセスモジュール６６における載置台３９内にヒータ７８を配設し、チャンバ３８内においてＢＰＳＧ膜６３がフッ酸によって除去された後、ウエハＷをチャンバ３８から搬出することなく、載置台３９上に留め、ウエハＷをヒータ７８によって１５０℃以上に加熱する。ＳｉＯ_２とフッ酸との反応に基づいて発生したＨ_２ＳｉＦ_６は１５０℃以上で分解する。したがって、Ｈ_２ＳｉＦ_６を加熱によってＨＦとＳｉＦ_４に分解して確実に除去することができる。

また、図８の処理では、ウエハＷを加熱する際に、チャンバ７３内にＮ_２ガスが導入されてガス流が生じるので、分解されたＨＦ及びＳｉＦ_４をガス流に巻き込んで確実に除去することができる。

上述した各実施の形態では、ＢＰＳＧ膜６３が選択的にエッチングされたが、選択的にエッチングされる酸化膜はこれに限られず、少なくとも熱酸化膜６１より多くの不純物を含む酸化膜であればよく、具体的には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜やＢＰＳ（Boron Silicate Glass）膜であってもよい。また、除去される残留物もＨ_２ＳｉＦ_６に限られず、本発明は、フッ酸による酸化膜除去の際に発生する残留物の除去であれば適用することができる。

また、各実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムとして、２つのプロセスシップが平行に配置されたものについて説明したが、基板処理システムの構成はこれに限られない。具体的には、複数のプロセスモジュールがタンデムに配置されたものやクラスター状に配置されたものであってもよい。

また、図５の処理や図８の処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤやＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。

また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す平面図である。 図１における第２のプロセスモジュールの断面図であり、図２（Ａ）は図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。 図１の基板処理システムが実行する基板処理方法を示す工程図である。 酸化膜の種類とエッチレートとの関係を示すグラフである。 図１の基板処理システムが実行する基板処理方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの概略構成を示す平面図である。 図６における第２のプロセスモジュールの断面図であり、図７（Ａ）は図６における線II−IIに沿う断面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＢ部の拡大図である。 図６の基板処理システムが実行する基板処理方法を示すフローチャートである。 図７の第２のプロセスモジュールの変形例を示す断面図である。

符号の説明

Ｗ ウエハ
１０，７７ 基板処理システム
１１ 第１のプロセスシップ
１２，６５ 第２のプロセスシップ
３４ 第２のプロセスモジュール
３８ チャンバ
３９ 載置台
４０ シャワーヘッド
４３ 下層ガス供給部
４４ 上層ガス供給部
６０ シリコン基材
６１ 熱酸化膜
６２ ポリシリコン膜
６３ ＢＰＳＧ膜
６４ 残留物
６８ 第３のプロセスモジュール
７４ ステージヒータ

Claims (8)

1. 熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理方法であって、
   前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、
   前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ_３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
2. 前記ＨＦガス供給ステップでは、Ｈ_２Ｏガスを供給しないことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
3. 前記基板は前記第１の酸化膜上に形成され且つ前記第２の酸化膜に覆われたシリコン含有層を有し、前記第２の酸化膜は部分的に前記シリコン含有層を露出させ、
   前記シリコン含有層は、前記ＨＦガス供給ステップの前にエッチングされることを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
4. 熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理方法であって、
   前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、
   前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
5. 前記基板加熱ステップでは、Ｎ_２ガスの雰囲気下で前記基板を加熱することを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
6. 前記基板加熱ステップでは、前記基板を１５０℃以上に加熱することを特徴とする請求項４又は５記載の基板処理方法。
7. 熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理装置において、
   前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、
   前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ_３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給装置とを備えることを特徴とする基板処理装置。
8. 熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有する基板を処理する基板処理装置において、
   前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、
   前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱装置とを備えることを特徴とする基板処理装置。

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