JP2020043180A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板表面のシリコン含有膜をエッチングするにあたり、基板処理のスループットを向上させる。【解決手段】基板処理装置は、基板の表面に形成されたシリコン含有膜に処理ガスを供給し、当該シリコン含有膜を変質して反応生成物を生成する処理モジュールと、前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させるフラッシュランプと、を有する。また、基板処理方法は、基板の表面に形成されたシリコン含有膜に処理ガスを供給し、当該シリコン含有膜を変質して反応生成物を生成する変質工程と、フラッシュランプから前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させる昇華工程と、を有する。【選択図】図４

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
特許文献１には、シリコン酸化膜のエッチング方法が開示されている。このエッチング方法は、シリコン酸化膜の表面に処理ガスを供給し、当該シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成させる変質工程と、高温の加熱ガスによって反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有する。
特開２００７−１８０４１８号公報
本開示にかかる技術は、基板表面のシリコン含有膜をエッチングするにあたり、基板処理のスループットを向上させる。
本開示の一態様は、基板を処理する基板処理装置であって、基板の表面に形成されたシリコン含有膜に処理ガスを供給し、当該シリコン含有膜を変質して反応生成物を生成する処理モジュールと、前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させるフラッシュランプと、を有する。
本開示によれば、基板表面のシリコン含有膜をエッチングするにあたり、基板処理のスループットを向上させることができる。
ＡＦＳ（ケイフッ化アンモニウム）の昇華効果を検証するにあたり、ウェハ表面のＡＦＳの膜厚分布を示す説明図である。 フラッシュランプからの光の照射時間と光の出力との関係を示すグラフである。 本実施形態にかかるウェハ処理装置の構成の概略を示す平面図である。 本実施形態にかかる処理モジュールの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施形態にかかるウェハ処理装置の構成の概略を示す平面図である。 他の実施形態にかかるウェハ処理装置の構成の概略を示す平面図である。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、例えば特許文献１に開示されるように、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という場合がある。）の表面に形成されたシリコン酸化膜を、プラズマを用いずにドライエッチングする方法が知られている。かかるドライエッチング方法は、上述した変質工程と加熱工程を有している。
変質工程は、例えばＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理であり、シリコン酸化膜の表面に処理ガスを供給し、シリコン酸化膜と処理ガスとを化学反応させ、当該シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する。加熱工程は、例えばＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）であり、ウェハを収容した処理室に高温ガスを供給し、当該ウェハ上の反応生成物を昇華温度以上に加熱して気化（昇華）させる。これらＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を連続的に行うことにより、シリコン酸化膜のエッチングが行われる。
ＰＨＴ処理では、上述した高温ガスを用いる以外にも、例えばウェハを載置する載置台を加熱したり、あるいは反応生成物に赤外光を照射する場合などがある。しかしながら、いずれの場合でも、ウェハ全体が反応生成物の昇華温度以上に加熱されてしまう。そうすると、後続のプロセスを実行するためにウェハを冷却する時間が必要になり、ウェハ処理のスループットが低下する。
そこで、本開示にかかる技術は、ウェハ表面の酸化膜をエッチングするにあたり、ウェハ処理のスループットを向上させる。具体的には、酸化膜を変質させた反応生成物に対してフラッシュランプから光（以下、「フラッシュ光」という場合がある。）を照射し、当該反応生成物を昇華させる。本開示者らが鋭意検討した結果、このようにフラッシュランプを用いた場合、反応生成物を短時間で昇華させることができ、さらに反応生成物を昇華後のウェハを短時間で冷却して、結果的にウェハ処理のスループットを向上させることができることが分かった。
本開示者らは、先ず、フラッシュランプを用いた場合の、反応生成物の昇華効果について調べた。具体的には、反応生成物としてケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）、以下、「ＡＦＳ」という場合がある。）がウェハ表面に生成された場合に、フラッシュランプを用いてＡＦＳを加熱して昇華させる試験を行った。
本開示者らは、ＡＦＳの昇華効果を検証するにあたり、ＡＦＳの膜厚を測定した。図１は、ウェハ表面のＡＦＳの膜厚分布を示す図である。図１（ａ）はＡＦＳを昇華させる前の当該ＡＦＳの膜厚分布を示し、図１（ｂ）及び（ｃ）はフラッシュランプからＡＦＳに光を照射した場合の当該ＡＦＳの膜厚分布を示している。また、図１（ｂ）及び（ｃ）では、ＡＦＳにおけるフラッシュ光の照射位置を変えている。具体的には、図１（ｂ）のパターン１では、フラッシュ光をＡＦＳのＸ軸正方向かつＹ軸負方向に照射した。図１（ｃ）のパターン２では、フラッシュ光をＡＦＳのＸ軸方向中央かつＹ軸負方向に照射した。図１（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、フラッシュ光の照射位置とＡＦＳの膜厚の減少位置が一致しており、フラッシュ光によりＡＦＳが適切に昇華していることが分かる。
また本開示者らは、ＡＦＳの昇華効果を検証するにあたり、ウェハ表面の成分を分析した。表１は、試験条件と試験結果を示している。実施例である試験Ｎｏ．１〜３はそれぞれ、フラッシュランプからＡＦＳに光を照射した場合であり、発光強度と雰囲気を変更している。具体的には、試験Ｎｏ．１における発光強度は小さく大気雰囲気であり、試験Ｎｏ．２における発光強度は小さくＮ２雰囲気であり、試験Ｎｏ．３における発光強度は大きく大気雰囲気である。なお、発光強度の大小は相対的なものであって、試験Ｎｏ．１〜２における発光強度は、試験Ｎｏ．３における発光強度より小さい。比較例である試験Ｎｏ．４〜５はそれぞれ、エキシマランプからＡＦＳに光を照射した場合であり、照射時間（発光時間）を変更している。具体的には、試験Ｎｏ．４における照射時間は２０分であり、試験Ｎｏ．５における照射時間は５０分である。
試験は、ＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法とＩＣ（Ｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）法の２つの方法で行った。ＸＰＳ法では、ウェハ表面から１０ｎｍの表層の成分を測定した。ＡＦＳはＦ（フッ素）とＮ（窒素）を含むため、ＦとＮが０％であると、ＡＦＳが昇華していることを示す。ＩＣ法では、ウェハ表面におけるＦ（フッ素）イオン濃度を測定した。Ｆイオン濃度が１０の１３乗まで減少すると、ＡＦＳが昇華していることを示す。
ＸＰＳ法とＩＣ法のいずれの結果を参照しても、試験Ｎｏ．４〜５のエキシマランプを用いた場合、ＡＦＳを昇華させることができなかった。光の照射時間を長くしても、この結果は変わらない。一方、試験Ｎｏ．１〜３のフラッシュランプを用いた場合、ＡＦＳを昇華させることができた。この際、処理雰囲気は大気雰囲気でもＮ２雰囲気でもほぼ変わらず、ＡＦＳの昇華に影響がないことが分かった。また、発光強度は大きい方が、ＡＦＳを昇華させる効果が大きいことも分かった。
以上のように、フラッシュランプからＡＦＳに光を照射すると、当該ＡＦＳが適切に昇華することが分かった。ここで、本開示者らはさらに鋭意検討した結果、ＡＦＳに光を照射して同じエネルギーを与える場合、光の出力、すなわち発光強度を高くし、照射時間を短くすると、ＡＦＳを昇華させた後のウェハの冷却時間（以下、「ウェハ冷却時間」という場合がある。）を短くできることが分かった。図２に示すように、パターンＡとパターンＢの面積（図中の斜線部）が同じであって、すなわち同じエネルギーを投入する場合、高出力で短時間のパターンＡの方が、低出力で長時間のパターンＢに比べて、ウェハ冷却時間を短時間にできる。以下、パターンＡで照射される光を「高出力・短時間」といい、パターンＢで照射される光を「低出力・長時間」という場合がある。この高出力・短時間の光を照射して、ウェハ冷却時間を短時間にできると、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。そして、この高出力・短時間の光照射を実現するのが、フラッシュランプなのである。
本開示者らは、高出力・短時間の光を照射してＡＦＳを昇華させた場合に、ウェハの冷却時間を短くできる理由について、次の２つの理由を推察した。
１つ目の理由は、ウェハに投入されるエネルギーの体積に起因するものである。ＡＦＳを含むウェハ表面に光を照射した場合、ウェハ表層（ウェハ表面から数ｎｍの層）が加熱されるが、その熱はある一定時間ウェハ表層にとどまり、すぐにウェハ内部に拡散するわけではない。
しかしながら、低出力・長時間の光を照射して、ＡＦＳを昇華させるための必要なエネルギーをウェハ表層に付与する場合、ウェハ表層をＡＦＳの昇華温度まで加熱するのに時間がかかり、与えられた熱がウェハ内部に拡散してしまう。そうすると、ウェハ内部まで加熱されてしまうので、ウェハ冷却時間が長くなる。
これに対し、高出力・短時間の光を照射して、ＡＦＳを昇華させるための必要なエネルギーをウェハ表層に付与する場合、当該ウェハ表層の体積が小さいため、単位体積当たりのエネルギーが大きくなる。そうすると、ウェハ表層を短時間でＡＦＳの昇華温度まで加熱することができ、ウェハ表層に付与された熱がウェハ内部に拡散するのを抑制できる。すなわち、ウェハ表層だけをＡＦＳの昇華温度まで加熱することができ、ＡＦＳを昇華させることができる。かかる場合、ウェハ内部まで加熱されていないので、ウェハ冷却時間を短くすることができる。
２つ目の理由は、ウェハに投入されるエネルギーの量に起因するものである。低出力・長時間の光をウェハ表面に照射する場合、上述したようにウェハ表層に与えられた熱はウェハ内部に拡散してしまう。そうすると、ウェハ内部に拡散したエネルギーを補填するように光を照射する必要があるため、ウェハ表層をＡＦＳの昇華温度まで加熱するのに必要なエネルギーの量が多くなる。そうすると、ウェハが内部まで加熱されてしまい。ウェハの平均温度が高くなり、ウェハ冷却時間が長くなる。
これに対し、高出力・短時間の光をウェハ表面に照射する場合、上述したようにウェハ表層を短時間でＡＦＳの昇華温度まで加熱することができ、ウェハ表層に付与された熱がウェハ内部に拡散するのを抑制できる。このため、ウェハ表層をＡＦＳの昇華温度まで加熱するのに必要なエネルギーの量を少なく抑えることがきる。そうすると、ウェハ全体の加熱を抑制することができ、ウェハの平均温度が低くなり、ウェハ冷却時間を短くすることができる。
以上のように、フラッシュランプからウェハ表面に高出力・短時間の光を照射することで、ウェハ冷却時間を短時間にでき、その結果ウェハ処理のスループットを向上させることができる。そして、本開示者らがさらに鋭意検討したところ、フラッシュランプから照射される光がパルス光であると、ウェハ冷却時間をさらに短時間にできることが分かった。これは、フラッシュランプからのパルス光は、より高い出力で、かつより短時間で照射されるからである。
以下、本実施形態にかかる基板処理装置としてのウェハ処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図３は、本実施形態にかかるウェハ処理装置１の構成の概略を示す平面図である。本実施形態においては、ウェハ処理装置１が、基板としてのウェハＷにＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を行う処理モジュールを備える場合について説明する。なお、本開示のウェハ処理装置のモジュール構成はこれに限られず、任意に選択され得る。
図３に示すようにウェハ処理装置１は、大気部１０と減圧部１１がロードロックモジュール２０ａ、２０ｂを介して一体に接続された構成を有している。大気部１０では、大気圧雰囲気下においてウェハＷの搬送及び処理が行われる。減圧部１１では、減圧雰囲気下においてウェハＷの搬送及び処理が行われる。
ロードロックモジュール２０ａは、大気部１０の後述するローダーモジュール３０から搬送されたウェハＷを、減圧部１１の後述するトランスファモジュール４０に引き渡すため、ウェハＷを一時的に保持する。ロードロックモジュール２０ａは、２枚のウェハＷを重なるように保持する上部ストッカ２１ａと下部ストッカ２１ｂを有している。
また、ロードロックモジュール２０ａは、ゲートバルブ２２ａが設けられたゲート２２ｂを介して後述するローダーモジュール３０に接続されている。このゲートバルブ２２ａにより、ロードロックモジュール２０ａとローダーモジュール３０の間の気密性の確保と互いの連通を両立する。また、ロードロックモジュール２０ａは、ゲートバルブ２３ａが設けられたゲート２３ｂを介して後述するトランスファモジュール４０に接続されている。このゲートバルブ２３ａにより、ロードロックモジュール２０ａとトランスファモジュール４０の間の気密性の確保と互いの連通を両立する。
さらに、ロードロックモジュール２０ａにはガスを供給する給気部（図示せず）とガスを排出する排気部（図示せず）が接続され、当該給気部と排気部によって内部が大気圧雰囲気と減圧雰囲気に切り替え可能に構成されている。すなわちロードロックモジュール２０ａは、大気圧雰囲気の大気部１０と、減圧雰囲気の減圧部１１との間で、適切にウェハＷの受け渡しができるように構成されている。なお、ロードロックモジュール２０ｂはロードロックモジュール２０ａと同様の構成を有しているため、説明を省略する。
大気部１０は、ウェハ搬送機構（図示せず）を備えたローダーモジュール３０と、複数のウェハＷを保管可能なフープ３１を載置するロードポート３２と、を有している。
ローダーモジュール３０は内部が矩形の筐体からなり、筐体の内部は大気圧雰囲気に維持されている。ローダーモジュール３０の筐体の長辺を構成する一側面には、複数、例えば３つのロードポート３２が並設されている。ローダーモジュール３０の筐体の長辺を構成する他側面には、ロードロックモジュール２０ａ、２０ｂが並設されている。また、ローダーモジュール３０は、筐体の内部においてその長手方向に移動可能なウェハ搬送機構（図示せず）を有している。ウェハ搬送機構はロードポート３２に載置されたフープ３１とロードロックモジュール２０ａ、２０ｂとの間でウェハＷを搬送できる。なお、ウェハ搬送機構の構成は、後述するウェハ搬送機構５０の構成と同様である。
フープ３１は複数のウェハＷを等間隔で多段に重なるようにして収容する。また、ロードポート３２に載置されたフープ３１の内部は、例えば、大気や窒素ガス等で満たされて密閉されている。
減圧部１１は、２枚のウェハＷを同時に搬送するトランスファモジュール４０と、トランスファモジュール４０から搬送されたウェハＷにＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を順次行う処理モジュール４１とを有している。トランスファモジュール４０と処理モジュール４１の内部は、それぞれ減圧雰囲気に維持される。なお、トランスファモジュール４０には、処理モジュール４１が複数、本実施形態においては例えば６つ設けられている。
トランスファモジュール４０は内部が矩形の筐体からなる。トランスファモジュール４０は、例えばロードロックモジュール２０ａに搬入されたウェハＷを一の処理モジュール４１に搬送し、ＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を順次施す。その後、トランスファモジュール４０は、ウェハＷをロードロックモジュール２０ｂを介して大気部１０に搬出する。
処理モジュール４１の内部には、２枚のウェハＷを水平方向に並べて載置する、後述する２つの載置台１０１、１０１が設けられている。処理モジュール４１は、載置台１０１、１０１にウェハＷを並べて載置することにより、２枚のウェハＷに対して同時にＣＯＲ処理又はＰＨＴ処理を行う。
トランスファモジュール４０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構５０が設けられている。ウェハ搬送機構５０は、２枚のウェハＷを重なるように保持して移動する搬送アーム５１ａ、５１ｂと、搬送アーム５１ａ、５１ｂを回転可能に支持する回転台５２と、回転台５２を搭載した回転載置台５３とを有している。また、トランスファモジュール４０の内部には、トランスファモジュール４０の長手方向に延伸するガイドレール５４が設けられている。回転載置台５３はガイドレール５４上に設けられ、ウェハ搬送機構５０をガイドレール５４に沿って移動可能に構成されている。
トランスファモジュール４０は、上述したようにゲートバルブ２３ａ、２３ａを介してロードロックモジュール２０ａ、２０ｂに接続されている。また、トランスファモジュール４０には、ゲートバルブ５５ａが設けられたゲート５５ｂを介して処理モジュール４１が接続されている。かかるゲートバルブ５５ａにより、トランスファモジュール４０と処理モジュール４１の間の気密性の確保と互いの連通を両立する。
以上のウェハ処理装置１には制御部６０が設けられている。制御部６０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理装置１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。また、プログラム格納部には、各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてウェハ処理装置１の各構成部にウェハＷを処理するためのプログラム、例えば処理レシピが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部６０にインストールされたものであってもよい。
次に、処理モジュール４１の構成について説明する。図４は、処理モジュール４１の構成の概略を示す縦断面図である。
処理モジュール４１は、気密に構成された処理容器１００と、処理容器１００内でウェハＷを載置する基板保持部としての２つの載置台１０１、１０１と、載置台１０１、１０１の上方から載置台１０１、１０１に向けて処理ガスを供給する給気部１０２と、各載置台１０１、１０１の上方から載置台１０１、１０１に向けて光を照射するフラッシュランプ１０３と、を有している。
処理容器１００は、例えば略方体状の容器である。処理容器１００は、平面視の形状が例えば略矩形であり、上面及び下面が開口した筒状の側壁１１０と、側壁１１０の上面を気密に覆う天井板１１１と、側壁１１０の下面を覆う底板１１２と、を有している。側壁１１０と底板１１２はそれぞれ、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属からなる。天井板１１１は、フラッシュランプ１０３からの光を透過させる材料、例えば石英からなる。側壁１１０の上端面と天井板１１１との間には、処理容器１００内を気密に保つシール部材（図示せず）が設けられている。また、処理容器１００にはヒータ（図示せず）が設けられ、底板１１２には断熱材（図示せず）が設けられている。処理容器１００の内部は隔壁１１３によって２つの処理空間Ｓに区画され、各処理空間Ｓに載置台１０１が配設されている。
載置台１０１は、略円筒形状に形成されている。載置台１０１の内部には、ウェハＷの温度を調節する温度調節機構１２０が内蔵されている。温度調節機構１２０は、例えば水などの冷媒を循環させることにより載置台１０１の温度を調節し、載置台１０１上のウェハＷの温度を所定の温度に制御する。
また、底板１１２における載置台１０１の下方の位置には、支持ピンユニット（図示せず）が設けられており、処理モジュール４１の外部に設けられたウェハ搬送機構５０との間でウェハＷを受け渡し可能に構成されている。
給気部１０２は、載置台１０１に載置されたウェハＷに処理ガスを供給するシャワーヘッド１３０を有している。シャワーヘッド１３０は、処理容器１００の天井板１１１の下面において、各載置台１０１、１０１に対向して個別に設けられている。すなわち、隔壁１１３によって区画された各処理空間Ｓに対して、シャワーヘッド１３０は処理ガスを処理ガスを供給する。シャワーヘッド１３０は、例えば下面が開口し、天井板１１１の下面に支持された略円筒形の枠体１３１と、当該枠体１３１の内側面に嵌め込まれた略円板状のシャワープレート１３２と、を有している。シャワープレート１３２は、枠体１３１の天井部と所定の距離を離して設けられている。これにより、枠体１３１の天井部とシャワープレート１３２の上面との間には空間１３３が形成されている。また、シャワープレート１３２には、当該シャワープレート１３２を厚み方向に貫通する開口１３４が複数形成されている。なお、枠体１３１とシャワープレート１３２はそれぞれ、フラッシュランプ１０３からの光を透過させる材料、例えば石英からなる。
シャワーヘッド１３０の空間１３３には、ガス供給管１３５を介してガス供給源１３６が接続されている。ガス供給源１３６は、処理ガスとして例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスやアンモニア（ＮＨ３）ガスなどを供給可能に構成されている。そのため、ガス供給源１３６から供給された処理ガスは、空間１３３、シャワープレート１３２を介して、各載置台１０１、１０１上に載置されたウェハＷに向かって供給される。また、ガス供給管１３５には処理ガスの供給量を調節する流量調節機構１３７が設けられており、各ウェハＷに供給する処理ガスの量を個別に制御できるように構成されている。なお、シャワーヘッド１３０は、例えば複数種類の処理ガスを混合することなく個別に供給可能なポストミックスタイプであってもよい。
なお、処理容器１００には、各処理空間Ｓ内を排気する排気部（図示せず）が設けられている。
フラッシュランプ１０３は、処理容器１００の天井板１１１の上面において、各載置台１０１、１０１に対向して個別に設けられている。すなわち、フラッシュランプ１０３は大気雰囲気中に設置される。上述したように天井板１１１とシャワーヘッド１３０が例えば石英から構成されているため、図４中の点線矢印に示すように、フラッシュランプ１０３からの光（フラッシュ光）は天井板１１１とシャワーヘッド１３０を透過する。そしてフラッシュ光は、載置台１０１に載置されたウェハＷの表面に照射される。
フラッシュランプ１０３は、上述したように高出力・短時間の光であって、パルス光を、載置台１０１に載置されたウェハＷの表面に照射する。フラッシュ光が照射される時間は、照射時間全体としては例えば数百μ秒〜数十ｍ秒であり、その短時間のパルス幅としては例えば数百μ秒〜数ｍ秒となる。また、フラッシュランプ１０３には、例えばキセノンフラッシュランプが用いられる。キセノンフラッシュランプのからの光の波長は１０００ｎｍ以下であり、当該光はほぼすべて、シリコンからなるウェハＷに吸収される。なお、フラッシュ光は、上述した照射時間で複数回連続して照射されてもよい。
そしてフラッシュランプ１０３は、ウェハＷの表面を例えば８０℃〜４００℃に加熱する。ウェハＷの表面に形成されたＡＦＳの昇華温度は約８０℃であり、フラッシュランプ１０３は、この昇華温度以上にウェハＷの表面を加熱する。また、ウェハＷの表面が４００℃を超えると、ウェハＷやデバイスが損傷を被るおそれがあるため、フラッシュランプ１０３は、４００℃以下にウェハＷの表面を加熱する。
ウェハ処理装置１は以上のように構成されており、次に、ウェハ処理装置１におけるウェハ処理について説明する。
先ず、複数のウェハＷを収容したフープ３１がロードポート３２に載置される。なお、ウェハＷの表面には、酸化膜としてのＳｉＯ２膜が形成されている、
その後、ローダーモジュール３０によって、フープ３１から２枚のウェハＷが取り出され、ロードロックモジュール２０ａに搬入される。ロードロックモジュール２０ａに２枚のウェハＷが搬入されると、ゲートバルブ２２ａが閉じられ、ロードロックモジュール２０ａ内が密閉され、減圧される。その後、ゲートバルブ２３ａが開放され、ロードロックモジュール２０ａの内部とトランスファモジュール４０の内部が連通される。
次に、ロードロックモジュール２０ａとトランスファモジュール４０が連通すると、ウェハ搬送機構５０の搬送アーム５１ａによって２枚のウェハＷが重なるように保持され、ロードロックモジュール２０ａからトランスファモジュール４０に搬入される。続いて、ウェハ搬送機構５０が一の処理モジュール４１の前まで移動する。
次に、ゲートバルブ５５ａが開放され、２枚のウェハＷを保持する搬送アーム５１ａが処理モジュール４１に進入する。そして、搬送アーム５１ａから２つの載置台１０１、１０１のそれぞれに、１枚ずつウェハＷが載置される。具体的には、ＳｉＯ２膜が形成されたウェハＷの表面が上方を向いた状態で、当該ウェハＷの裏面が載置台１０１に載置される。その後、搬送アーム５１ａは処理モジュール４１から退出する。
次に、搬送アーム５１ａが処理モジュール４１から退出すると、ゲートバルブ５５ａが閉じられる。そして、排気部（図示せず）により処理容器１００の内部が所定の圧力まで排気されて減圧され、減圧雰囲気下で２枚のウェハＷに対してＣＯＲ処理とＰＨＴ処理が順次行われる。
ＣＯＲ処理においては、ガス供給源１３６から処理空間Ｓに処理ガスが供給され、ウェハＷの表面に形成されたＳｉＯ２膜に当該処理ガスが供給される。この際、載置台１０１上のウェハＷは、温度調節機構１２０により、例えば２０℃〜６０℃に調節されている。そしてＳｉＯ２膜が変質して、反応生成物であるＡＦＳが生成される。
その後、ＰＨＴ処理においては、フラッシュランプ１０３からウェハＷの表面に形成されたＡＦＳに光を照射する。このフラッシュ光は、例えば１／１０００秒の短時間照射される。また、フラッシュ光はパルス光であり、そのパルス幅は数十μ秒〜数百μ秒である。さらに、ＡＦＳにフラッシュ光を照射する際、載置台１０１上のウェハＷは、温度調節機構１２０により、例えば２０℃〜６０℃に調節されている。そしてフラッシュ光により、ウェハＷの表面は８０℃〜４００℃に加熱され、ＡＦＳが昇華する。
このようにＰＨＴ処理中、フラッシュランプ１０３から高出力・短時間の光がウェハＷの表面に照射される。しかも、フラッシュ光はパルス光である。このため、上述したようにＡＦＳを昇華させた後のウェハの冷却時間を短くすることができる。
また、ＰＨＴ処理中、ウェハＷは２０℃〜６０℃に温度調節されている。すなわち、フラッシュランプ１０３からウェハＷの表面に光を照射した際、当該ウェハＷの表面のみが瞬間的に８０℃〜４００℃に加熱されるが、ウェハ全体としては加熱されない。このため、ＡＦＳを昇華させた後のウェハの冷却時間をさらに短くすることができる。
次に、ＣＯＲ処理とＰＨＴ処理が終了すると、ゲートバルブ５５ａが開放され、搬送アーム５１ａが処理モジュール４１に進入する。そして、２つの載置台１０１、１０１から搬送アーム５１ａに２枚のウェハＷが受け渡され、搬送アーム５１ａで２枚のＷが重なるように保持される。その後、搬送アーム５１ａは処理モジュール４１から退出し、ゲートバルブ５５ａが閉じられる。
その後、ゲートバルブ２３ａが開放され、ウェハ搬送機構５０によって２枚のウェハＷがロードロックモジュール２０ｂに搬入される。ロードロックモジュール２０ｂ内にウェハＷが搬入されると、ゲートバルブ２３ａが閉じられ、ロードロックモジュール２０ｂ内が密閉され、大気開放される。その後、ローダーモジュール３０によって、ロードポート３２に載置されたフープ３１に戻され、ウェハ処理装置１におけるウェハ処理が完了する。
以上、本実施形態によれば、処理モジュール４１において、ＰＨＴ処理中、フラッシュランプ１０３から高出力・短時間の光であって、パルス光がウェハＷの表面に照射される。このため、例えば特許文献１に記載されたような従来のＰＨＴ処理に比べて、フラッシュ光を用いることでＰＨＴ処理自体の時間を短くすることができる。また、上述したように高出力・短時間のフラッシュ光を用いることで、ＡＦＳ昇華後のウェハ冷却時間を短くすることができる。したがって、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。
また、ＰＨＴ処理中、ウェハＷは２０℃〜６０℃に温度調節されているので、当該ウェハＷの表層のみを瞬間的に８０℃〜４００℃に加熱することができる。このため、ＡＦＳ昇華後のウェハ冷却時間をさらに短くすることができる。
また、ＣＯＲ処理は、ウェハＷが例えば２０℃〜６０℃の低温に調節された状態で行われる。このような低温環境下でＣＯＲ処理を行う場合、高温環境下でＣＯＲ処理を行う場合に比べて、ウェハＷの表面に形成されたＳｉＯ２膜の表面粗さ（ラフネス）を改善することができる。また、低温環境下でＣＯＲ処理を行う場合、次に、例えばＳｉＮ膜をマスクとしてＳｉＯ２膜をエッチングする際のＳｉＮ膜に対する選択比が高くなり、さらに高アスペクト比のエッチングにも対応することができるようになる。
ここで、高温環境下でＣＯＲ処理を行う場合、ＡＦＳを昇華させる温度での処理が行われるが、ＡＦＳの残留がゼロではない。そしてこの残留するＡＦＳがマスクとなり、ＳｉＯ２膜の表面粗さが悪化する。また、処理ガスがＳｉＯ２膜に吸着する確率が低下し、当該処理ガスが不均一に吸着することになり、かかる要因によってもＳｉＯ２膜の表面粗さが悪化する。また、処理ガスの吸着確率が低下するため、処理圧力を大きくしないとエッチングが進行しないが、処理圧力を大きくするとＳｉＮ膜が削れはじめるため、ＳｉＮ膜に対する選択比が悪化する。さらに、処理圧力を大きくすると、エッチャントが穴底もしくはスリット底に到達しにくくなるため、高アスペクト比のエッチングに対して不利になる。このように高温環境下でＣＯＲ処理を行う場合、ＳｉＯ２膜の表面粗さとＳｉＮ膜に対する選択比が悪化し、さらに高アスペクト比のエッチングに対応できにくくなる。これに対して本実施形態では、低温環境下でＣＯＲ処理を行い、これらを改善することができる。
また、フラッシュランプ１０３は処理モジュール４１に設けられているので、従来のウェハ処理装置のＰＨＴモジュールを別途設ける必要がない。すなわち、従来のＰＨＴモジュールに代えて、ＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を連続して行う処理モジュール４１を設けることができ、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。
また、従来のウェハ処理装置のＰＨＴモジュールに代えて、他のモジュール、例えばウェハＷに対してリモートプラズマで活性化されたラジカルを用いた処理を行うＲＳＴ処理モジュールを設けてもよい。このように、ウェハ処理装置１に設置するモジュールの自由度が向上する。
ここで、上述したようにＣＯＲ処理を、ウェハＷが例えば２０℃〜６０℃の低温に調節された状態で行う場合、一度のＣＯＲ処理でエッチングできる厚みは制限される。このため、所望のエッチング厚みを達成するために、同一のウェハＷに対してＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を複数回繰り返し行う場合がある。
また、このようにＣＯＲ処理とＰＨＴ処理を繰り返し行う場合、ＰＨＴ処理で加熱されたウェハＷに対して、再び低温環境下のＣＯＲ処理を行うためには、当該加熱されたウェハを冷却してから、ＣＯＲ処理を行う必要がある。以下、このウェハの冷却処理を、「ＣＳＴ（Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｔｏｒａｇｅ）処理」という。そして、ＣＯＲ処理、ＰＨＴ処理及びＣＳＴ処理からなる処理サイクルを繰り返し行うことが要求される場合がある。
本実施形態は、このように低温環境下でＣＯＲ処理を行うための、上述した処理サイクルを繰り返し行う際にも有用である。すなわち、本実施形態ではＰＨＴ処理においてウェハＷの表層のみを加熱し、ウェハ全体は加熱されない。このため、ＰＨＴ処理が終了してからＣＳＴ処理を行うことなく、ＣＯＲ処理を行うことができる。特に、本実施形態のウェハ処理装置１では、処理モジュール４１においてＣＯＲ処理とＰＨＴ処理が行われるので、当該ＣＯＲ処理とＰＨＴ処理からなる処理サイクルを繰り返し行うことができる。したがって本実施形態では、処理サイクルを繰り返し行う場合の、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。
次に、他の実施形態にかかるウェハ処理装置１の構成について説明する。以上の実施形態では、フラッシュランプ１０３は処理モジュール４１に設けられていたが、当該フラッシュランプ１０３の設置場所はこれに限定されない。
図５は、他の実施形態にかかるウェハ処理装置２００の構成の概略を示す平面図である。ウェハ処理装置２００は、ウェハ処理装置１の処理モジュール４１に代えて、ＣＯＲモジュール２０１と、加熱モジュールとしてのＰＨＴモジュール２０２を有している。ＣＯＲモジュール２０１とＰＨＴモジュール２０２はそれぞれ、トランスファモジュール４０の長手方向に沿って、複数、本実施形態においては例えば３つ設けられている。
ＣＯＲモジュール２０１の内部には、２枚のウェハＷを水平方向に並べて載置する２つの載置台２１０、２１０が設けられている。ＣＯＲモジュール２０１は、載置台２１０、２１０にウェハＷを並べて載置することにより、２枚のウェハＷに対して同時にＣＯＲ処理を行う。また、ＣＯＲモジュール２０１には、処理ガスやパージガス等を供給する給気部（図示せず）とガスを排出する排気部（図示せず）が接続されている。
ＰＨＴモジュール２０２の内部には、２枚のウェハＷを水平方向に並べて載置する２つの載置台２１１、２１１が設けられている。また、ＰＨＴモジュール２０２の天井板（図示せず）の上面には、載置台２１１、２１１に対向してフラッシュランプ１０３、１０３が設けられている。天井板には例えば石英が用いられ、フラッシュランプ１０３からの光は天井板を透過して、載置台２１１に載置されたウェハＷの表面に照射される。そして、ＰＨＴモジュール２０２では、載置台２１１、２１１にウェハＷを並べて載置することにより、２枚のウェハＷに対して同時にＰＨＴ処理が行われる。
本実施形態のウェハ処理装置２００でも、上記実施形態のウェハ処理装置１と同様の効果を享受できる。
図６は、他の実施形態にかかるウェハ処理装置３００の構成の概略を示す平面図である。ウェハ処理装置３００は、ウェハ処理装置１の処理モジュール４１に代えて、ＣＯＲモジュール３０１を有している。
ＣＯＲモジュール３０１の内部には、２枚のウェハＷを水平方向に並べて載置する２つの載置台３１０、３１０が設けられている。ＣＯＲモジュール３０１は、載置台３１０、３１０にウェハＷを並べて載置することにより、２枚のウェハＷに対して同時にＣＯＲ処理を行う。また、ＣＯＲモジュール３０１には、処理ガスやパージガス等を供給する給気部（図示せず）とガスを排出する排気部（図示せず）が接続されている。
ウェハ処理装置３００において、フラッシュランプ１０３はウェハＷの搬送経路に設けられる。フラッシュランプ１０３は、例えばロードロックモジュール２０ｂに設けられてもよい。具体的にフラッシュランプ１０３は、ロードロックモジュール２０ｂの天井板（図示せず）の上面において、上部ストッカ２１ａに対向して設けられている。天井板には例えば石英が用いられ、フラッシュランプ１０３からの光は天井板を透過して、上部ストッカ２１ａ又は下部ストッカ２１ｂに保持されたウェハＷの表面に照射される。そして、ロードロックモジュール２０ｂでは、ＣＯＲモジュール３０１でＣＯＲ処理がされたウェハＷに対してＰＨＴ処理が行われる。
本実施形態のウェハ処理装置３００でも、上記実施形態のウェハ処理装置１と同様の効果を享受できる。なお、ウェハ処理装置３００において、フラッシュランプ１０３の設置場所はロードロックモジュール２０ｂに限定されない。例えばフラッシュランプ１０３は、ローダーモジュール３０の天井板に設けられてもよい。あるいは、例えばフラッシュランプ１０３は、ローダーモジュール３０に隣接した別モジュールを設け、当該別モジュールに設置されていてもよい。
以上のウェハ処理装置１、２００、３００のように、フラッシュランプ１０３の設置場所は自由に選択できる。例えばプロセス要求に応じて、フラッシュランプ１０３の設置場所を決定してもよい。
以上の実施形態では、フラッシュランプ１０３としてキセノンフラッシュランプを用いた場合について説明したが、これに限定されない。例えばフラッシュランプ１０３として、ＬＥＤを照射するフラッシュランプを用いてもよい。
以上の実施形態では、ＣＯＲ処理において酸化膜を変質させ、反応生成物としてケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）を生成する場合について説明してしたが、反応生成物はこれに限定されない。例えば、反応生成物として、フッ化アンモニウムを生成してもよい。
以上の実施形態では、ＣＯＲ処理において酸化膜を変質させる場合について説明したが、本開示の対象は酸化膜に限定されず、シリコン含有膜であればよい。例えば、ＳｉＮやＳｉをエッチングする場合にも、本開示は適用できる。なお、ＳｉＮをプラズマエッチングする場合には、処理ガスとしてＮＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスを用いる。Ｓｉをプラズマエッチングする場合には、処理ガスとしてＮＦ３ガス、Ｈ２ガスを用いる。Ｓｉをノンプラズマエッチング（ガスエッチング）する場合には、処理ガスとしてＦ２ガス、ＮＨ３ガスを用いる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）基板を処理する基板処理装置であって、
基板の表面に形成された酸化膜に処理ガスを供給し、当該酸化膜を変質して反応生成物を生成する処理モジュールと、
前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させるフラッシュランプと、を有する、基板処理装置。
前記（１）によれば、フラッシュランプから反応生成物に高出力・短時間の光を照射するので、短時間で反応生成物を昇華させることができ、また反応生成物を昇華させた後の基板の冷却時間を短時間にすることができる。その結果、基板処理のスループットを向上させることができる。
（２）前記フラッシュランプから照射される前記光は、パルス光である、前記（１）に記載の基板処理装置。
前記（２）によれば、フラッシュランプからのパルス光は、より高い出力で、かつより短時間で照射されるため、反応生成物を昇華させた後の基板の冷却時間をさらに短時間することができる。
（３）基板の温度を調節する温度調節機構を備え、当該基板の裏面を保持する基板保持部を有し、
前記フラッシュランプは、前記基板保持部に温度調節されながら保持された基板に対して前記光を照射する、前記（１）又は（２）に記載の基板処理装置。
前記（３）によれば、基板を所定温度に調節することができるので、フラッシュランプからの光を用いて基板の表層のみを瞬間的に加熱することができ、反応生成物を昇華させた後の基板の冷却時間をさらに短時間することができる。
（４）前記フラッシュランプは、前記処理モジュールに設けられている、前記（１）〜（３）のいずれか一に記載の基板処理装置。
前記（４）によれば、処理モジュールにおいて、酸化膜を変質して反応生成物を生成する変質工程と、当該反応生成物を昇華させる昇華工程とを順次行うことができる。このため、従来のように変質工程と昇華工程を別モジュールで行う場合に比べて、基板のスループットを向上させることができる。
（５）基板に加熱処理を行う加熱モジュールを有し、
前記フラッシュランプは、前記加熱モジュールに設けられている、前記（１）〜（３）のいずれか一に記載の基板処理装置。
（６）前記フラッシュランプは、前記処理モジュールに基板を搬送する搬送経路に設けられている、前記（１）〜（３）のいずれか一に記載の基板処理装置。
前記（５）又は（６）のように、フラッシュランプの設置場所は自由に選択することができる。
（７）基板を処理する基板処理方法であって、
基板の表面に形成された酸化膜に処理ガスを供給し、当該酸化膜を変質して反応生成物を生成する変質工程と、
フラッシュランプから前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させる昇華工程と、を有する、基板処理装置。
（８）前記昇華工程において、前記フラッシュランプから照射される前記光は、パルス光である、前記（７）に記載の基板処理方法。
（９）前記昇華工程において、基板保持部に温度調節されながら保持された基板に対して、前記フラッシュランプから前記光を照射する、前記（７）又は（８）に記載の基板処理方法。
１ ウェハ処理装置
４１ 処理モジュール
１０３ フラッシュランプ
Ｗ ウェハ

Claims (13)

  1. 基板を処理する基板処理装置であって、
    基板の表面に形成されたシリコン含有膜に処理ガスを供給し、当該シリコン含有膜を変質して反応生成物を生成する処理モジュールと、
    前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させるフラッシュランプと、を有する、基板処理装置。
  2. 前記フラッシュランプから照射される前記光は、パルス光である、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 基板の温度を調節する温度調節機構を備え、当該基板の裏面を保持する基板保持部を有し、
    前記フラッシュランプは、前記基板保持部に温度調節されながら保持された基板に対して前記光を照射する、請求項１又は２に記載の基板処理装置。
  4. 前記フラッシュランプは、前記処理モジュールに設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  5. 基板に加熱処理を行う加熱モジュールを有し、
    前記フラッシュランプは、前記加熱モジュールに設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  6. 前記フラッシュランプは、前記処理モジュールに基板を搬送する搬送経路に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  7. 前記反応生成物は、ケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. 前記処理ガスは、フッ素含有ガスと水素含有ガスを含む、請求項７に記載の基板処理装置。
  9. 基板を処理する基板処理方法であって、
    基板の表面に形成されたシリコン含有膜に処理ガスを供給し、当該シリコン含有膜を変質して反応生成物を生成する変質工程と、
    フラッシュランプから前記反応生成物に光を照射し、当該反応生成物を昇華させる昇華工程と、を有する、基板処理方法。
  10. 前記昇華工程において、前記フラッシュランプから照射される前記光は、パルス光である、請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記昇華工程において、基板保持部に温度調節されながら保持された基板に対して、前記フラッシュランプから前記光を照射する、請求項９又は１０に記載の基板処理方法。
  12. 前記反応生成物は、ケイフッ化アンモニウム又はフッ化アンモニウムである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  13. 前記処理ガスは、フッ素含有ガスと水素含有ガスを含む、請求項１２に記載の基板処理方法。
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