JP2008218671A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば基板移載機の故障や搬送経路の障害など、基板処理装置に異常が発生してＨＳＧ形成後の基板を処理室から搬出できない場合であっても、ＨＳＧの過成長を回避することが可能な基板処理装置を提供する。
【解決手段】 基板を処理する処理室と、処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入ラインと、処理室内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入ラインと、を有する基板処理装置であって、処理室内に処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板を処理した後、基板処理装置に異常が発生して処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、処理室内に酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェハなどの基板を処理する基板処理装置に関する。

ＤＲＡＭ等の半導体装置に形成されるキャパシタセルは、容量絶縁膜と、容量絶縁膜を両側から挟み込む２つの電極と、を備えている。近年、ＤＲＡＭの高集積化にともないキャパシタセルの占有面積が縮小され、キャパシタ容量が不足する傾向がある。キャパシタ容量が不足すると、安定した記憶が行えなくなる等の動作不良が生じるため、キャパシタセル占有面積を縮小する際には、動作に必要十分なキャパシタ容量を確保することが課題となっている。

キャパシタ容量を確保する方法としては、電極間の距離となる容量絶縁膜の厚みを薄くするか、容量絶縁膜を誘電率の高い材料で構成するか、容量絶縁膜を挟み込む電極の表面積を増やす等の方法をあげることが出来る。

ここで、容量絶縁膜を挟み込む電極の表面積を増やす一つの方法として、電極表面に半球状結晶粒（ＨＳＧ；Ｈｅｍｉ−Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ−Ｇｒａｉｎ）を形成する方法が従来より用いられてきた。例えば、下地電極となる結晶化前のアモルファスシリコン膜の表面にＨＳＧを成長させて凸凹構造を形成した場合には、下地電極の表面積を、例えば６００℃で形成した多結晶シリコン膜の表面積の２倍以上に増やすことが出来る（例えば特許文献１参照）。

上述の方法では、以下に示す第１の工程と第２の工程とを順次実行することにより、アモルファスシリコン膜にＨＳＧ形成していた。まず、シーディング（ＳＥＥＤＩＮＧ）とも呼ばれる第１の工程では、アモルファスシリコン膜を備えた基板を処理室に搬入して加熱し、アモルファスシリコン膜上にＳｉＨ_４ガスを導入してＳｉＨ_４ガス分子を熱分解させ、アモルファスシリコン膜上にシリコン原子を吸着させ、吸着させたシリコン原子を膜上で移動させて集合させ、アモルファスシリコン膜上にＨＳＧの成長の元となる結晶核を形成させる。続いて第２の工程では、第１の工程で形成した結晶核とアモルファスシリコン膜とを高真空下の処理室内で加熱し、加熱することにより下地アモルファスシリコン膜中のシリコン原子をマイグレーションさせ、アモルファスシリコン膜上に第１の工程で形成した結晶核を基にＨＳＧを成長させる。
特開平５−３０４２７３号公報

上述のＨＳＧ形成方法において、ＨＳＧの粒径や密度（単位面積あたりのＨＳＧの個数）等は、処理温度や処理時間等の各種パラメータを変化させることにより制御することが可能である。ここで、これら粒径や密度を再現性よく制御するには、サーマルバジェット（すなわち１回のバッチ処理あたりの基板への熱投入量）が最も重要なパラメータとなる。例えば、サーマルバジェットが過剰となった場合には、ＨＳＧが過成長してしまい、所望の表面積を有する電極を得ることが出来なくなってしまう。ＨＳＧが過成長した電極を基にＤＲＡＭデバイスを製造しても、デバイス性能が規格外れとなってしまう。

なお、従来は、ＨＳＧを形成する際の基板の加熱手段として、例えば抵抗加熱ヒータが用いられてきた。ただし、抵抗加熱ヒータを用いる場合には、例えば加熱完了後の基板を冷却する等、サーマルバジェットが過剰にならないような制御を行うことは困難であった
。そこで従来は、ＨＳＧ形成直後の基板を、基板移載機等を用いることにより処理室から搬出し、例えば処理室とは別途設けられた冷却室に搬送することにより速やかに冷却して、サーマルバジェットが過剰にならないよう制御していた。

しかしながら、上述の方法を用いても、例えば基板移載機の故障や搬送経路の障害等が発生してＨＳＧ形成直後の基板を処理室から搬出できない場合には、基板が高温のまま処理室内に放置されることになり、サーマルバジェットが過剰になり、ＨＳＧが過成長してしまう。

そこで本発明は、例えば基板移載機の故障や搬送経路の障害など、基板処理装置に異常が発生してＨＳＧ形成後の基板を処理室から搬出できない場合であっても、ＨＳＧの過成長を回避することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入ラインと、前記処理室内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入ラインと、を有する基板処理装置であって、前記処理室内に前記処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板を処理した後、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に前記酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。

本発明によれば、例えば基板移載機の故障や搬送経路の障害など、基板処理装置に異常が発生してＨＳＧ形成後の基板を処理室から搬出できない場合であっても、ＨＳＧの過成長を回避することが可能な基板処理装置が提供することが出来る。

上述の通り、キャパシタ容量を確保する一つの方法として、例えば、電極表面にＨＳＧを形成することにより電極の表面積を増やす方法が用いられていた。そして、ＨＳＧ形成方法を実施する際においてサーマルバジェットを制御するため、ＨＳＧ形成直後の基板を、基板移載機等を用いて処理室から速やかに搬出して冷却することとしていた。

しかしながら、発明者等は上述の方法について検証した結果、例えば基板移載機の故障や搬送経路の障害などにより、ＨＳＧ形成後の基板を処理室から搬出することが出来ない場合には、基板が高温のまま処理室内に放置されることになり、サーマルバジェットが過剰になり、ＨＳＧが過成長してしまうことに気が付いた。本発明は、発明者等の知見により判明したこの新規課題を解決することを目的としてなされたものである。

以下に、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概要構成、及び本発明の一実施形態にかかる基板処理工程の概要について、図面を参照しながら説明する。

（１）基板処理装置の概要
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の概要構成例を、図１、図２を用いて説明する。本発明が適用される基板処理装置では、基板としてのウェハ２００を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図１を基準とする。すなわち、図１が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

〔第１の搬送室〕
図１および図２に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成された第１の搬送室１０３を備えている。第１の搬送室１０３の筐体１０１は、平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第１の搬送室１０３には、負圧下で二枚のウェハ２００を同時に移載する第１の基板移載機１１２が設置されている。第１の基板移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第１の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。

〔予備室〕
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とが、それぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出用の基板置き台１４１が設置されている。

〔第２の搬送室〕
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１２１が、ゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第２の搬送室１２１には、ウェハ２００を移載する第２の基板移載機１２４が設置されている。第２の基板移載機１２４は、第２の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。

図１に示されているように、第２の搬送室１２１の左側には、ノッチまたはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、図２に示されているように、第２の搬送室１２１の上部には、クリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。

図１および図２に示されているように、第２の搬送室１２１の筐体１２５の前側には、ウェハ２００を第２の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８とが設置されている。ウェハ搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、すなわち筐体１２５の外側にはＩＯステージ１０５が設置されている。ポッドオープナ１０８は、ポッド１００のキャップ１００ａを開閉すると共に、ウェハ搬入搬出口１３４を閉塞可能なクロージャ１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ１００ａを開閉することにより、ポッド１００に対するウェハ２００の出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、ＩＯステージ１０５に対して、搬入（供給）および搬出（排出）されるようになっている。

〔処理炉、およびクーリングユニット〕
図１に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち後ろ側（背面側）に位置する二枚の側壁には、ウェハ２００に所望の処理を行う第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７とが、ゲートバルブ１３０、１３１を介してそれぞれ隣接して連結されている。第１の処理炉２０２および第２の処理炉１３７は、いずれもホットウォール式の処理炉によって構成されている。第１の処理炉２０２の構成については後述する。

また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、冷却室としての第１のクーリングユニット１３８と、第２のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されている。第１のクーリングユニット１３８および第２のクーリングユニット１３９は、いずれも処理済みのウェハ２００を冷却するように構成されている。

（２）処理炉の構成
続いて、上述の基板処理装置が備える処理炉２０２の構成について、図３を用いて説明する。

上述の基板処理装置が備える処理炉２０２は、ウェハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内に処理ガスを導入（供給）する処理ガス導入ライン２１０ｂと、処理室２０１内に酸化性ガスを導入（供給）する酸化性ガス導入ライン２０９ｂと、を備えている。さらに、処理炉２０２は、処理室２０１内にて複数（ここでは２枚）のウェハ２００を支持する支持具２０３と、処理室２０１内を排気する排気ライン２１９と、各ウェハ２００の平坦面（表面）を加熱する加熱手段としてのヒータ２０４ａ，２０４ｂと、を備えている。また処理炉２０２は、処理室２０１内に処理ガス導入ライン２１０ｂから処理ガスを導入してウェハ２００を処理した後、基板処理装置に異常が発生して処理室２０１内からウェハ２００を取り出せなくなった場合に、処理室２０１内に酸化性ガス導入ライン２０９ｂから酸化性ガスを導入してウェハ２００の最表面に酸化膜を形成するよう制御するコントローラ２３０と、を備えている。

〔処理室〕
処理室２０１は、ゲートバルブ１３０を介して、第１の搬送室１０３と連結されている。そして、ゲートバルブ１３０を開放することより、第１の搬送室１０３と処理室２０１との間で、ウェハ２００を搬送することが可能となっている。また、ゲートバルブ１３０を閉めることにより、処理室２０１内を気密に保ち、処理室２０１内を真空排気することが可能となっている。

処理室２０１内外へのウェハ２００の搬送は、上述したとおり、図１に示した第１の基板移載機１１２によって行われる。本実施形態においては、処理室２０１内には、同時に複数枚のウェハ２００を搬入することが出来、同時に複数枚のウェハ２００を処理することが出来るようになっている。例えば、以下の説明では、処理室２０１内には同時に２枚のウェハ２００を搬入することが出来るように構成されているものとし、２枚のウェハ２００をそれぞれウェハＷ１，Ｗ２と呼ぶことする。

〔処理ガス導入ライン〕
処理室２０１内であってゲートバルブ１３０の近傍には、処理室２０１内に処理ガスを導入（供給）する処理ガス導入ライン２１０ｂが接続されている。処理ガス導入ライン２１０ｂには、処理ガスを供給する処理ガス供給源２１０ａと、処理ガスの流量制御手段としてのマスフローコントローラ２１０ｄと、が直列に接続されている。なお、処理ガス供給源２１０ａとマスフローコントローラ２１０ｄとの間にはバルブ２１０ｃが、マスフローコントローラ２１０ｄと処理室２０１との間にはバルブ２１０ｅが設けられている。また、処理ガス導入ライン２１０ｂと処理室２０１との接続部は、処理室２０１内に処理ガスを導入（供給）するノズル状の処理ガス供給口２１０ｆを形成している。

なお、処理ガスとしては、例えば、モノシランガス（ＳｉＨ_４）、ジシランガス（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジクロルシランガス（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）等を用いることが出来る。ここで、モノシランガスはジシランガスよりも成長速度が遅いため、ＨＳＧの形成を制御し易く好ましい。また、モノシランガスは、シリコンを含む化合物ガスの中でジクロルシランガスよりも低温で成長するから、下地のアモルファスシリコン膜が結晶化されないようにするのに有効である。

〔酸化性ガス導入ライン〕
また、処理室２０１内であってゲートバルブ１３０の近傍には、処理室２０１内に酸化
性ガスを導入（供給）する酸化性ガス導入ライン２０９ｂが接続されている。酸化性ガス導入ライン２０９ｂには、酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給源２０９ａと、酸化性ガスの流量制御手段としてのマスフローコントローラ２０９ｄと、が直列に接続されている。なお、酸化性ガス供給源２０９ａとマスフローコントローラ２０９ｄとの間にはバルブ２０９ｃが、マスフローコントローラ２０９ｄと処理室２０１との間にはバルブ２０９ｅが設けられている。また、酸化性ガス導入ライン２０９ｂと処理室２０１との接続部は、処理室２０１内に酸化性ガスを導入（供給）するノズル状の酸化性ガス供給口２０９ｆを形成している。

なお、酸化性ガスとしては、シリコンの酸化作用を有するガスとして、例えば、酸素（Ｏ_２）、空気、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、オゾン（Ｏ_３）等のガスを用いることが出来る。また、これらのガスは単体で用いてもよいし、あるいは混合して用いてもよい。また、あるいはこれらのガスと、窒素（Ｎ_２）ガスなどの不活性ガスとを混合して用いてもよい。不活性ガスと混合することにより、処理室２０１内の酸素濃度を調節して酸化速度を最適化したり、または、処理室２０１内への酸化性ガスの拡散速度を向上させることが出来る。

〔排気ライン〕
処理室２０１内であって、処理ガス供給口２１０ｆ及び酸化性ガス供給口２０９ｆが設けられる位置の反対側には、処理室２０１内を排気する排気ライン２１９が接続されている。排気ライン２１９の下流側には真空ポンプ２２０が接続されている。

〔支持具〕
処理室２０１内であって、処理ガス供給口２１０ｆ及び酸化性ガス供給口２０９ｆと排気ライン２１９との間のガス流路上には、ウェハＷ１，Ｗ２を支持する支持具２０３が設けられていている。支持具２０３は、ウェハＷ１，Ｗ２を上下二段に重ね合わせ、棚状に保持するように構成されている。

処理ガス供給口２１０ｆ及び酸化性ガス供給口２０９ｆから処理室２０１内に供給（導入）される処理ガス及び酸化性ガスは、支持具２０３に支持されているウェハＷ１，Ｗ２の平坦面に平行な一方向に流れ、排気ライン２１９から処理室２０１外へと排気される。

〔加熱手段〕
処理室２０１の外部には、処理室２０１内に支持されるウェハＷ１，Ｗ２を上下から挟み込むように、加熱手段としてのヒータ２０４ａ，２０４ｂがそれぞれ設けられている。上側に設けられるヒータ２０４ａは、上側に配置されるウェハＷ１の上平坦面と対向するように配置され、下側に設けられるヒータ２０４ｂは、下側に配置されるウェハＷ２の下平坦面と対向するように配置されている。

これらヒータ２０４ａ，２０４ｂは、上下対象の構造となっている。また、ヒータ２０４ａ，２０４ｂはそれぞれ複数（例えば４つ）の分割型抵抗加熱ヒータから構成されている。加熱手段として分割抵抗加熱ヒータを採用することにより、ウェハＷ１，Ｗ２の温度均一性を短時間で確保することが容易となる。例えば、各分割抵抗加熱ヒータに対してそれぞれ独立して通電制御することにより、ウェハＷ１、Ｗ２の主面内の温度偏差を±０．５℃以内に保持することができ、ＨＳＧ膜を安定形成することが可能となる。なお、ヒータ２０４ａ，２０４ｂへは、それぞれ個別に給電制御することが出来るよう構成されている。

また、これらヒータ２０４ａ，２０４ｂの外周部には、ヒータ２０４ａ，２０４ｂを取り囲むように、断熱部材２０５ａ，２０５ｂがそれぞれ設けられている。

〔コントローラ〕
また、処理炉２０２には、バルブ２０９ｃ，２０９ｅ，２１０ｃ，２１０ｅ、マスフローコントローラ２０９ｄ，２１０ｄ，ヒータ２０４ａ，２０４ｂ等の処理炉２０２を構成する各部の動作を制御するコントローラ２３０が設けられている。

（３）ＨＳＧ形成工程
続いて、半導体デバイスの製造工程の一工程である基板処理工程として、ウェハ２００の表面に半球状結晶粒を形成するＨＳＧ形成工程について説明する。ＨＳＧ形成工程は、上述した処理炉２０２を備える基板処理装置によって実施される。また、下記において、処理炉２０２を構成する各部の動作は、コントローラ２３０によって制御される。

〔基板準備工程〕
まず、前処理工程として、所定枚数（例えば２５枚）の未処理のウェハ２００に、ＨＳＧの下地となるアモルファスシリコン膜を形成しておく。そして、アモルファスシリコン膜が形成されたウェハ２００を、例えば希釈フッ酸水溶液により洗浄し、ウェハ２００上における自然酸化膜や、ＮＨ_４ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ等の混合液によって形成される化学酸化膜等を除去する。その後、洗浄済みのウェハ２００をポッド１００内に収納する。

〔基板搬入工程〕
そして、図１および図２に示すように、洗浄済みのウェハ２００を収納したポッド１００を、図示しない工程内搬送装置によって、基板処理装置のＩＯステージ１０５上に載置する。そして、ＩＯステージ１０５上に載置されたポッド１００のキャップ１００ａを、ポッドオープナ１０８によって取り外し、ポッド１００のウェハ出し入れ口を開放する。

ポッド１００のウェハ出し入れ口を開放したら、第２の搬送室１２１内に設置された第２の基板移載機１２４により、ポッド１００内からウェハ２００をピックアップして予備室１２２に搬入し、基板置き台１４０に移載する。なお、この移載作業中には、予備室１２２の第１の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４を閉じておき、第１の搬送室１０３内の負圧は維持しておく。そして、ポッド１００内に収納されていた所定枚数のウェハ２００の基板置き台１４０上への移載を完了させ、ゲートバルブ１２８を閉じ、予備室１２２内を排気装置（図示せず）によって負圧に排気する。

予備室１２２内を予め設定された圧力値まで排気したら、ゲートバルブ２４４を開き、予備室１２２と第１の搬送室１０３とを連通する。そして、第１の搬送室１０３の第１の基板移載機１１２により、基板置き台１４０上から二枚のウェハＷ１，Ｗ２をピックアップして第１の搬送室１０３内に搬入する。搬入後は、ゲートバルブ２４４を閉じる。

続いて、第１の搬送室１０３内あるいは処理室２０１内に窒素ガスを供給する等して、第１の搬送室１０３内の圧力と処理室２０１内の圧力とを近似させる。そして、ゲートバルブ１３０を開け、第１の搬送室１０３と処理室２０１とを連通する。そして、第１の基板移載機１１２により、二枚のウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１内に搬入する。なお、基板準備工程と基板搬入工程においては、第１の搬送室１０３内は常に窒素ガスでパージしておき、洗浄済みのウェハＷ１，Ｗ２への異物などの吸着を防止することが好ましい。

〔基板配置工程〕
続いて、処理室２０１内に搬入した二枚のウェハＷ１，Ｗ２を、第１の基板移載機１１２により支持具２０３上にそれぞれ移載する。これにより、二枚のウェハＷ１，Ｗ２が、処理室２０１内において、ヒータ２０４ａ，２０４ｂとそれぞれ対向するように配置される。支持具２０３へのウェハＷ１，Ｗ２の移載が完了したら、ゲートバルブ１３０を閉めて、処理室２０１内を密閉する。

〔基板昇温工程〕
続いて、処理室２０１内に搬入した二枚のウェハＷ１，Ｗ２を、ヒータ２０４ａ，２０４ｂによって予め設定された温度（例えば６００〜６２０℃）になるようそれぞれ加熱して、温度を安定させる。ここで、温度を安定させるための時間は例えば５分とする。また、温度を安定させる際における処理室２０１内の雰囲気は、例えば真空（１０^−４Ｐａ以下）雰囲気にするか、又はアモルファスシリコン膜と反応しない非反応性ガス（例えば窒素ガス等の不活性ガス）雰囲気とすることが好ましい。

〔処理ガス供給工程（シーディング）〕
続いて、処理室２０１内に処理ガスを導入して二枚のウェハＷ１，Ｗ２を処理する工程を実施する。すなわち、バルブ２１０ｃ、２１０ｅを開けて、マスフローコントローラ２１０ｄにより流量制御しながら、処理室２０１内に処理ガスとしてのＳｉＨ_４ガスを供給する。その際、真空ポンプ２２０により処理室２０１内を排気する。

その結果、ウェハＷ１，Ｗ２の平坦面（表面）と平行な一方向にＳｉＨ_４ガスが流れ、昇温されたウェハＷ１，Ｗ２の表面（下地のアモルファスシリコン膜の表面）上でＳｉＨ_４ガスのガス分子が熱分解し、ウェハＷ１，Ｗ２の表面にシリコン原子が吸着する。そして、ウェハＷ１，Ｗ２の表面に吸着したシリコン原子が、アモルファスシリコン膜上を移動して集合し、ウェハＷ１，Ｗ２の表面にはＨＳＧの成長の元となる結晶核が形成される。ここで、ＳｉＨ_４ガスは、例えば毎分２５ｃｃ〜２００ｃｃの割合で、２分〜２．５分流す。

〔ＨＳＧ成長工程〕
続いて、バルブ２１０ｃ、２１０ｅを閉めてＳｉＨ_４ガスの供給を止める。そして、真空ポンプ２２０により処理室２０１内を例えば真空（１×１０^−４Ｐａ以下）に排気する。そして、結晶核が形成されたウェハＷ１，Ｗ２の表面（下地のアモルファスシリコン膜の表面）を、ヒータ２０４ａ，２０４ｂにより加熱する。

その結果、アモルファスシリコン膜内のシリコン原子がマイグレーションして、結晶核を基にアモルファスシリコン膜上にＨＳＧが成長する。ここで、ＨＳＧを成長させる時間は、例えば３分とする。

〔基板冷却工程〕
ウェハＷ１，Ｗ２上にＨＳＧを形成した後、ゲートバルブ１３０を開ける。そして、第１の基板移載機１１２により、処理済みウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１内から搬出する。搬出後はゲートバルブ１３０を閉じる。

続いて、第１の基板移載機１１２により、第１の処理炉２０２から搬出したウェハＷ１，Ｗ２を第１のクーリングユニット１３８内へと搬送する。そして、第１のクーリングユニット１３８内にて処理済みウェハＷ１，Ｗ２を冷却することにより、ウェハＷ１，Ｗ２上でのＨＳＧの成長を停止させる。

なお、第１のクーリングユニット１３８内に処理済みのウェハＷ１，Ｗ２を搬送した後、第１の基板移載機１１２により基板置き台１４０上から二枚の未処理のウェハＷ１，Ｗ２をピックアップして処理室２０１内へと搬入し、上述したＨＳＧ形成後のウェハＷ１，Ｗ２に対する基板冷却工程と並行して、未処理のウェハＷ１，Ｗ２に対する基板配置工程→基板昇温工程→処理ガス供給工程→ＨＳＧ成長工程を実施するのが好ましい。

〔基板搬出工程〕
処理済みウェハＷ１，Ｗ２を第１のクーリングユニット１３８内へ搬送した後、予め設定された冷却時間が経過したら、第１の基板移載機１１２により、第１のクーリングユニット１３８内から第１の搬送室１０３内へと冷却済みのウェハＷ１，Ｗ２を搬出する。

冷却済みのウェハＷ１，Ｗ２を第１のクーリングユニット１３８内から第１の搬送室１０３内に搬出したのち、ゲートバルブ１２７を開く。そして、第１の基板移載機１１２により、第１のクーリングユニット１３８内から搬出したウェハ２００を予備室１２３内へと搬送し、基板置き台１４１上に移載する。そして、ゲートバルブ１２７を閉じる。

以上の工程を繰り返すことにより、予備室１２２内に搬入された所定枚数の未処理のウェハ２００を順次処理する。

予備室１２２内に搬入した全ての未処理のウェハ２００に対する処理を終了し、全ての処理済みウェハ２００を予備室１２３内に収納したら、ゲートバルブ１２７を閉じ、予備室１２３内に不活性ガスを導入して予備室１２３内を略大気圧に戻す。予備室１２３内を略大気圧に戻したら、ゲートバルブ１２９を開き、ＩＯステージ１０５上に載置した空のポッド１００のキャップ１００ａをポッドオープナ１０８によって開く。続いて、第２の搬送室１２１内の第２の基板移載機１２４により、基板置き台１４１上から処理済みウェハ２００をピックアップして第２の搬送室１２１内に搬出し、第２の搬送室１２１のウェハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００内に収納して行く。２５枚の処理済みウェハ２００をポッド１００内へ収納させたら、ポッド１００のキャップ１００ａをポッドオープナ１０８によって閉じる。そして、図示しない工程内搬送装置によって、ＩＯステージ１０５上のポッド１００を次の工程へ搬送する。

以上の工程は、第１の処理炉２０２および第１のクーリングユニット１３８を使用する場合を例にとって説明したが、第２の処理炉１３７および第２のクーリングユニット１３９を使用する場合についても同様の工程を実施する。また、上述の基板処理装置においては、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用として使用したが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。

また、第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７とはそれぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。なお、第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７とで別の処理を行う場合には、例えば、第１の処理炉２０２でウェハ２００に所定の処理を行った後、続けて、第２の処理炉１３７で別の処理を行うこととしてもよい。また、第１の処理炉２０２でウェハ２００に所定の処理を行った後、続けて、第２の処理炉１３７で別の処理を行う場合には、各処理の間に、第１のクーリングユニット１３８又は第２のクーリングユニット１３９を経由するようにしてもよい。

（４）ＨＳＧ過成長抑制処理
しかしながら、上述の基板冷却工程を実施する際、例えば第１の基板移載機１１２やゲートバルブ１３０が故障していたり、第１の搬送室１０３等に障害が発生していた場合には、ＨＳＧ形成後のウェハＷ１，Ｗ２を、処理室２０１から搬出することが出来なくなる。その場合、ウェハＷ１，Ｗ２は高温の状態のまま処理室２０１内に放置されることなり、サーマルバジェットが過剰となり、ＨＳＧが過成長してしまう。そこで、本発明の一実施形態においては、ウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１内に放置せざるを得ない場合においても、ＨＳＧの成長を停止させるため、処理室２０１内に酸化性ガスを供給するＨＳＧ過成長抑制処理を実行する。

かかるＨＳＧ過成長抑制処理においては、ＨＳＧ形成完了後にウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１内から搬出することが出来なくなった場合、ウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１内
に放置したまま、バルブ２０９ｃ、２０９ｅを開け、酸化性ガスとしての酸素ガスを処理室２０１内に供給する。その結果、ＨＳＧが形成されたウェハＷ１，Ｗ２の平坦面と平行な一方向に酸化性ガスが流れ、ＨＳＧ形成後のシリコン表面が酸化され、アモルファスシリコン膜内のシリコン原子の移動が抑制され、ＨＳＧの成長を停止することが出来る。なお、ＨＳＧ過成長抑制処理を実施する際、処理室２０１内は減圧状態としてもよく、常圧状態としてもよい。また、酸化性ガスを導入する際には、ヒータ２０４ａ，２０４ｂへの通電は停止することが望ましい。

（５）ＤＲＡＭキャパシタセルの構成
続いて、上述のＨＳＧ形成工程を実施することにより製造されるＤＲＡＭのキャパシタセルの構成例について、図５を参照しながら説明する。図５は本発明の一実施形態にかかる基板処理方法により形成されたＨＳＧを備えるＤＲＡＭのキャパシタセルの構造例であり、（ａ）はキャパシタセルの断面図を示し、（ｂ）はＨＳＧ形成部分の部分拡大図を示す。

図５（ａ）に示すとおり、シリコン基板１の表面に、フィールド酸化膜２、ソース領域３、及びドレイン領域４がそれぞれ形成されている。そして、ソース領域３とドレイン領域４と間のシリコン基板１上に、ゲート酸化膜５が形成されている。そして、ゲート酸化膜５上には、ゲート電極６と層間絶縁膜７とが形成されている。また、ソース領域３上の層間絶縁膜７には、ソース領域３に連通するコンタクト孔８が形成されている。

そして、層間絶縁膜７、ソース領域３、ドレイン領域４を覆うように、ＬＰＣＶＤ法などによりアモルファスシリコン膜９が形成されている。アモルファスシリコン膜９はパターニングされ、ＮＨ_４ＯＨ、Ｈ_２Ｏ_２及びＨ_２Ｏの混合液で洗浄され、フッ酸水溶液で自然酸化膜を除去されており、下部電極としての容量蓄積電極１９を構成している。

そして、上述したＨＳＧ形成方法により、図５（ｂ）に示すように、容量蓄積電極１９（アモルファスシリコン膜９）の表面には、ＨＳＧ（半球状結晶粒）１２の凹凸構造が形成されている。ＨＳＧ形成方法においては、容量蓄積電極１９（アモルファスシリコン膜９）の表面に、処理ガスとしてのＳｉＨ_４ガスが均一に供給されているため、ＨＳＧ１２の凹凸構造は容量蓄積電極１９（アモルファスシリコン膜９）の側面部を含めほぼ均一に形成されている。なお、ＨＳＧ１２が形成された容量蓄積電極１９（アモルファスシリコン膜９）の表面積は、例えば、６００℃で形成した多結晶シリコン膜の表面積の２倍以上となっている。

ＨＳＧ１２が形成された容量蓄積電極１９（アモルファスシリコン膜９）の表面には、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）との２層構造からなる容量絶縁膜１３が形成されている。そして、容量絶縁膜１３上には、多結晶シリコン膜等からなる対向電極１１が形成されている。以上述べたように、ＭＯＳトランジスタのソース領域３に、キャパシタセルを有するＤＲＡＭが構成されている。

（６）本発明の一実施形態における効果
本発明の一実施形態によれば、例えば、第１の基板移載機１１２やゲートバルブ１３０の故障、あるいは第１の搬送室１０３等の障害など、基板処理装置に異常が発生してＨＳＧ形成後のウェハＷ１，Ｗ２を処理室２０１から搬出できない場合であっても、処理室２０１内に酸化性ガスを供給することにより、アモルファスシリコン膜９内におけるシリコン原子の移動が抑制され、ＨＳＧの過成長を回避することが出来る。

以下に、本発明の実施例を、比較例および参考例とともに説明する。参照する図面にお
いて、図４は、本発明の実施例、比較例、参考例にかかるウェハ表面上の５箇所にて測定したＨＳＧ形成面の反射率を示している。形成したＨＳＧの状態は、ＨＳＧ形成面の反射率を測定することにより定量化することができる。図４において、■（四角）記号は本発明の実施例を、▲（三角）記号は比較例を、◇（菱形）記号は参考例をそれぞれ示している。ＨＳＧ形成面の反射率が高い程、ＨＳＧが過成長してしまっていることを示している。

実施例（■（四角）記号）においては、ウェハＷ１，Ｗ２の温度が５７５℃となるようにヒータ２０４ａ，２０４ｂを制御しながら、ＨＳＧを形成した。そして、ＨＳＧの形成完了後に、処理室２０１内にウェハＷ１を放置したまま、処理室２０１内に５ＳＬＭで酸素ガスを供給した。その後、処理室２０１内にウェハＷ１を１００分間放置して、ウェハＷ１のＨＳＧ形成面の５箇所（Ｆｒｏｎｔ、Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂａｃｋ、Ｌｅｆｔ，Ｒｉｇｈｔ）について、ＨＳＧの状態を観測した。その結果、５箇所すべてにおいて反射率が０．２９を下回っており、ＨＳＧの過成長を抑制できていることがわかった。

比較例（▲（三角）記号）においても、ウェハＷ１，Ｗ２の温度が５７５℃となるようにヒータ２０４ａ，２０４ｂを制御しながら、ＨＳＧを形成した。そして、処理室２０１内に酸素ガスを導入することなく、処理室２０１内にウェハＷ１を１００分間放置した。その結果、４箇所において反射率が０．３を上回っており、ＨＳＧの過成長が発生していることがわかった。

次に、参考例（◇（菱形）記号）においても、ウェハＷ１，Ｗ２の温度が５７５℃となるようにヒータ２０４ａ，２０４ｂを制御しながら、ＨＳＧを形成した。そして、処理室２０１内に酸素ガスを導入することなく、ＨＳＧ形成完了後のウェハＷ１を処理室２０１内から搬出し、第１のクーリングユニット１３８に搬入することにより冷却した。その結果、５箇所すべてにおいて反射率が０．２９を下回っており、ＨＳＧの過成長を抑制できていることがわかった。

＜本発明の他の実施形態＞
上述の通り、キャパシタ容量を確保する手段としては、容量絶縁膜を挟み込む電極の表面積を大きくする方法以外にも、電極間の距離となる容量絶縁膜の厚みを薄くするか、容量絶縁膜を誘電率の高い材料で構成する方法もある。従って上述したＨＳＧ形成方法を単独で用いるよりも、他の方法を複合して用いることにより大きな効果を期待できる。

容量絶縁膜は、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）との２層構造により構成することが出来る。かかる容量絶縁膜の誘電率εは３．８〜４．０程度である。しかし、かかる容量絶縁膜の厚みが５ｎｍ〜８ｎｍ程度であって、絶縁性を確保するための物理的な限界に達している場合には、容量絶縁膜を構成する材料として、誘電率が２７程度であるタンタル酸化膜（Ｔａ_２Ｏ_５）を用いることとしてもよい。

また、容量絶縁膜を挟み込む電極の表面積を大きくする他の方法として、例えば、キャパシタ構造を立体化する方法がある。具体的には、キャパシタ構造をシリンダ型などの立体構造とすることにより、キャパシタ容量を大幅に増加させることが出来る。上述したＨＳＧ形成方法と、キャパシタ構造を立体化する方法とを組み合わせてもよい。なお、キャパシタ構造を立体化する際には、必要に応じて微細パターンを形成する露光装置の焦点深度をさらに深めたり、ドライエッチングを採用することが好ましい。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、前記処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入ラインと、前記処理室内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入ラインと、を有する基板処理装置であって、前記処理室内に前記処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板を処理した後、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に前記酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成するよう制御するコントローラと、を有する基板処理装置が提供される。

好ましくは、
前記酸化性ガスとは、酸素、空気、水蒸気、オゾンからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであるか、これらのガスと不活性ガスとの混合ガスであり、前記コントローラは、前記処理室内に前記処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板を処理した後、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、減圧または常圧とした前記処理室内に前記酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成するよう制御する。

好ましくは、
前記コントローラは、前記処理室内に前記処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板表面に凸凹構造を形成した後、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に前記酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して前記形成した凸凹構造の最表面に酸化膜を形成するよう制御する。

好ましくは、
前記基板処理装置に発生する異常とは、前記処理室内から基板を搬出する搬送手段の故障である。

本発明の他の態様によれば、
基板処理装置の処理室内に基板を搬入する工程と、前記処理室内に処理ガスを導入して基板を処理する工程と、前記処理室内から処理後の基板を搬出する工程と、を有し、前記基板を処理する工程後に、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成する半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、
前記酸化性ガスとは、酸素、空気、水蒸気、オゾンからなる群から選択される少なくとも１種類のガスであるか、これらのガスと不活性ガスとの混合ガスであり、前記処理室内から基板を搬出する工程では、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、減圧または常圧とした前記処理室内に酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成する。

好ましくは、
前記基板を処理する工程では、前記処理室内に処理ガスを導入して基板表面に凸凹構造を形成し、前記処理室内から基板を搬出する工程では、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に酸化性ガスを導入して前記処理室内に前記酸化性ガスを導入して前記形成した凸凹構造の最表面に酸化膜を形成する。

好ましくは、
前記基板処理装置に異常が発生することとは、前記処理室内から基板を搬出する搬送手段の故障である。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のシステム構成概略図である。 本発明の一実施形態にかかる基板処理装置のシステム構成概略図である。 本発明の一実施形態における基板処理装置の処理炉のシステム構成概略図である。 本発明の実施例にかかるウェハ表面上の５箇所にて測定したＨＳＧ形成面の反射率を示しており、■（四角）記号は本発明の実施例を、▲（三角）記号は比較例を、◇（菱形）記号は参考例をそれぞれ示している。 本発明の一実施形態にかかる基板処理方法により形成されたＨＳＧを備えるＤＲＡＭのキャパシタセルの構造例であり、（ａ）は半導体チップの断面図、（ｂ）ははＨＳＧ形成部分の部分拡大図である。

符号の説明

２００ ウェハ（基板）
２０１ 処理室
２０９ｂ 酸化性ガス導入ライン
２１０ｂ 処理ガス導入ライン
２１９ 排気ライン
２３０ コントローラ
Ｗ１ ウェハ（基板）
Ｗ２ ウェハ（基板）

Claims (1)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入ラインと、
   前記処理室内に酸化性ガスを導入する酸化性ガス導入ラインと、
   を有する基板処理装置であって、
   前記処理室内に前記処理ガス導入ラインから処理ガスを導入して基板を処理した後、前記基板処理装置に異常が発生して前記処理室内から基板を取り出せなくなった場合に、前記処理室内に前記酸化性ガス導入ラインから酸化性ガスを導入して基板最表面に酸化膜を形成するよう制御するコントローラと、
   を有することを特徴とする基板処理装置。
   

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