JP4976002B2 - 基板処理装置，基板処理方法及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は，基板処理装置，基板処理方法及び記録媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては，半導体ウェハ（以下，「ウェハ」という。）を収納した処理室を真空状態に近い低圧状態にして行われる様々な処理工程が行われている。このような低圧状態を利用する処理の一例として，例えば，ウェハの表面に存在する酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ_２））を除去する処理が知られている（特許文献１，２参照。）。かかる処理は，低圧状態において，ウェハを所定温度に温調しながら，フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）との混合ガスを供給して，酸化膜を反応生成物に変質させた後，該反応生成物を加熱して気化（昇華）させることにより，ウェハから除去するものである。

一般に，上記のような低圧状態にされる処理室においてウェハを保持する手段としては，静電気力によってウェハを吸着保持する載置台（静電チャック）が用いられている。ウェハは下面全体を載置台の上面に密着させた状態で略水平に載置され，静電気力によって載置台上面に吸着保持される。また，載置台の温度を調節する手段，例えば所定温度に調節した液体を循環させる管路が設けられており，かかる液体と熱交換させることにより載置台の温度を調節し，さらには，載置台の上面に接触させられているウェハの温度を調節するように構成されている。

米国特許出願公開第２００４／０１８２４１７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１８４７９２号明細書

しかしながら，従来の基板処理装置にあっては，載置台によって保持されたウェハの下面に，載置台からパーティクルが転写しやすく，処理後にウェハの洗浄を行う必要があった。また，ウェハの下面が損傷されやすい問題があった。このような問題を解決するため，載置台の上面に複数の支持ピンを設け，ウェハの下面を複数の支持ピンによって支持する構成とし，ウェハと載置台との接触面積を少なくすることも考えられるが，その場合，ウェハを効率的に温調できなくなる問題があった。特に，処理室を低圧状態にすると，ウェハと載置台との間の隙間に存在するガスが希薄になり，ガスを媒介する伝熱効果も得られなくなるため，ウェハの温度を制御することが難しかった。

本発明は，上記の点に鑑みてなされたものであり，ウェハを低圧状態で処理する場合であっても，ウェハに対するパーティクルの付着や損傷の発生を防止しながら，ウェハの温度を効率的に調節できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。また，かかる基板処理装置及び基板処理方法に用いられる記録媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため，本発明によれば，基板を処理する装置であって，基板を収納する処理室，前記処理室にガスを供給する供給機構，及び，前記処理室を排気する排気機構を備え，前記処理室に，基板を載置させる載置台を備え，前記載置台の上面に，基板の下面に当接させられる当接部材を備え，前記載置台は，基板の温度を調節する際および基板に所定の処理が施される際の両方において、前記当接部材によって基板の下面を支持し，該基板の下面と前記載置台の上面との間に隙間を形成した状態で，前記基板を載置させる構成とし，前記載置台の温度を調節することにより前記当接部材に支持された基板の温度を調節する温度調節器を備え，前記供給機構によるガスの供給，前記排気機構による排気，及び，前記温度調節器を制御する制御コンピュータを備え，前記制御コンピュータは，前記処理室を所定の圧力にした状態で，前記載置台に載置された基板の温度を調節する制御と，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力，かつ，前記基板に前記所定の処理が施される処理雰囲気にする制御と，を行い、前記処理雰囲気は，フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含み，前記基板の表面に存在する二酸化シリコンを，加熱により気化させることが可能な反応生成物に変質させるものであることを特徴とする，基板処理装置が提供される。

ここで，基板の表面に存在する二酸化シリコンを反応生成物に変質させる処理とは，例えばＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｋａｌ Ｏｘｉｓｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理（化学的酸化物除去処理）である。ＣＯＲ処理は，ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを処理ガスとして基板に供給することで，基板上の酸化膜と処理ガスのガス分子とを化学反応させ，反応生成物を生成させるものである。ハロゲン元素を含むガスとは例えばフッ化水素蒸気（ＨＦ）であり，塩基性ガスとは例えばアンモニア蒸気（ＮＨ_３）であり，この場合，主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）を含む反応生成物が生成される。

また，前記制御コンピュータは，前記処理室を所定の圧力にする際，前記処理室に不活性ガス及びアンモニアガスを供給させ，前記アンモニアガスが供給された処理室にフッ化水素ガスを供給させることにより，前記処理室を前記処理雰囲気にする制御を行うとしても良い。

前記制御コンピュータは，前記基板の温度を調節した後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力にしてから，前記処理室を処理雰囲気にする制御を行うとしても良い。前記所定の圧力は，０．５Ｔｏｒｒ以上，前記所定の圧力より低い圧力は，０．１Ｔｏｒｒ以下であっても良い。前記基板の温度を調節する処理時間は，１５秒間以上であっても良い。

また，本発明によれば，基板を処理する方法であって，基板を処理室に搬入し，載置台の上面に設けられた当接部材に基板の下面を当接させ，前記基板の下面と前記載置台の上面との間に隙間を形成した状態で，前記当接部材に基板を支持させ，前記処理室を所定の圧力にした状態で，前記載置台の温度を調節することにより，前記基板の温度を調節し，その後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力の処理雰囲気にして，前記基板に所定の処理を施し、前記処理雰囲気は，フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含み，前記所定の処理は，前記基板の表面に存在する二酸化シリコンを前記処理雰囲気と反応させることにより反応生成物に変質させる処理であって，前記所定の処理を施した後，前記反応生成物を加熱により気化させる処理を行うことを特徴とする，基板処理方法が提供される。

また，前記処理室に不活性ガス及びアンモニアガスを供給することにより，前記処理室を所定の圧力にし，その後，前記アンモニアガスが供給された処理室にフッ化水素ガスを供給することにより，前記処理室を前記処理雰囲気にするとしても良い。また，前記基板の温度を調節した後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力にしてから，前記処理室を処理雰囲気にするとしても良い。

前記所定の圧力は，０．５Ｔｏｒｒ以上であっても良い。前記所定の圧力より低い圧力は，０．１Ｔｏｒｒ以下であっても良い。前記基板の温度を調節する処理時間は，１５秒間以上であっても良い。

また，本発明によれば，基板処理装置の制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって，前記プログラムは，前記制御コンピュータによって実行されることにより，前記基板処理装置に，請求項７〜１２のいずれかに記載の基板処理方法を行わせるものであることを特徴とする，記録媒体が提供される。

本発明によれば，基板の下面と載置台の上面との間に隙間が設けられる構成としたことにより，載置台から基板にパーティクルが転写したり，基板に損傷が与えられたりすることを防止できる。基板の温度を調節する際，処理室を所定の圧力にすることにより，基板の下面とチャック本体との間の隙間にガスを供給でき，かかるガスを介して，基板と載置台との間で熱交換を行わせることができる。従って，基板の温度を効率的に調節できる。

以下，本発明の好適な実施形態を説明する。先ず，本実施の形態にかかる処理方法によって処理される基板であるウェハの構造について説明する。図１は，エッチング処理前のウェハＷの概略断面図であり，ウェハＷの表面（デバイス形成面）の一部分を示している。ウェハＷは，例えば略円盤形に形成された薄板状をなすシリコンウェハであり，その表面には，ウェハＷの基材であるＳｉ（シリコン）層，層間絶縁層として用いられる酸化層（二酸化シリコン：ＳｉＯ_２），ゲート電極として用いられるＰｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）層，及び，絶縁体からなる側壁部（サイドウォール）として例えばＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）層からなる構造が形成されている。Ｓｉ層の表面（上面）は略平坦面となっており，酸化層は，Ｓｉ層の表面を覆うように積層されている。また，この酸化層は，例えば拡散炉によって熱ＣＶＤ反応により成膜される。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層は，酸化層の表面上に形成されており，また，所定のパターン形状に沿ってエッチングされている。従って，酸化層は一部分がＰｏｌｙ−Ｓｉ層によって覆われ，他の一部分は露出させられた状態になっている。ＴＥＯＳ層は，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の側面を覆うように形成されている。図示の例では，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層は，略角柱状の断面形状を有し，図１において手前側から奥側に向かう方向に延設された細長い板状に形成されており，ＴＥＯＳ層は，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の左右両側面において，それぞれ手前側から奥側に向かう方向に沿って，また，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の下縁から上縁まで覆うように設けられている。そして，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層とＴＥＯＳ層の左右両側において，酸化層の表面が露出させられた状態になっている。

図２は，エッチング処理後のウェハＷの状態を示している。ウェハＷは，図１に示したようにＳｉ層上に酸化層，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層，ＴＥＯＳ層等が形成された後，例えばドライエッチングが施される。これにより，図２に示すように，ウェハＷの表面では，露出させられていた酸化層，及び，その酸化層によって覆われていたＳｉ層の一部が除去される。即ち，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層とＴＥＯＳ層の左右両側に，エッチングにより生じた凹部がそれぞれ形成される。凹部は，酸化層の表面の高さからＳｉ層中まで陥没するように形成され，凹部の内面においては，Ｓｉ層が露出した状態になる。Ｓｉ層は酸化されやすいので，このように凹部において露出させられたＳｉの表面に大気中の酸素が付着すると，凹部の内面に自然酸化膜（二酸化シリコン：ＳｉＯ_２）が形成される。

次に，エッチング後のウェハＷに対してＣＯＲ処理，ＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理，ＳｉＧｅ層成膜処理を行う処理システムについて説明する。なお，ＣＯＲ処理は，ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを処理ガスとしてウェハに供給することで，ウェハ上に付着した自然酸化膜と処理ガスのガス分子とを化学反応させ，反応生成物を生成させるものである。ハロゲン元素を含むガスとは例えばフッ化水素ガスであり，塩基性ガスとは例えばアンモニアガスであり，この場合，主にフルオロケイ酸アンモニウムを含む反応生成物が生成される。ＰＨＴ処理は，ＣＯＲ処理が施された後のウェハを加熱して，ＣＯＲ処理による反応生成物を気化させる処理である。

図３に示す処理システム１は，ウェハＷを処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２，略多角形状（例えば六角形状）に形成された共通搬送室３，ウェハＷに対してＣＯＲ処理を行う本実施形態にかかる基板処理装置（真空処理装置）としてのＣＯＲ処理装置５，ウェハＷに対してＰＨＴ処理を行う基板処理装置としてのＰＨＴ処理装置６，ＳｉＧｅ層の成膜処理を行う基板処理装置としての複数台，例えば２台のエピタキシャル成長装置７Ａ，７Ｂ，処理システム１の各部に制御命令を与える制御コンピュータ８を備えている。

搬入出部２は，例えば略円盤形状をなすウェハＷを搬送する第一のウェハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室１２を有している。ウェハ搬送機構１１は，ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の側方には，ウェハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣを載置する載置台１３が，例えば３つ備えられている。また，ウェハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１４が設置されている。

搬送室１２と共通搬送室３は，真空引き可能な２つのロードロック室２０Ａ，２０Ｂを介して互いに連結させられている。各ロードロック室２０Ａ，２０Ｂと搬送室１２との間，及び，各ロードロック室２０Ａ，２０Ｂと共通搬送室３との間には，開閉可能なゲートバルブ２１がそれぞれ備えられている。なお，これら２つのロードロック室２０Ａ，２０Ｂは，いずれか一方（例えばロードロック室２０Ａ）が，ウェハＷを搬送室１２から搬出して共通搬送室３に搬入する際に用いられ，他方（例えばロードロック室２０Ｂ）は，ウェハＷを共通搬送室３から搬出して搬送室１２に搬入する際に用いられるとしても良い。

かかる搬入出部２において，ウェハＷは，搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され，ウェハ搬送装置１１の駆動により略水平面内で回転及び直進移動，また昇降させられることにより，所望の位置に搬送させられる。そして，載置台１０上のキャリアＣ，オリエンタ１４，ロードロック室２０Ａ，２０Ｂに対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退させられることにより，搬入出させられるようになっている。

共通搬送室３には，ウェハＷを搬送する第二のウェハ搬送機構３１が設けられている。ウェハ搬送機構３１は，ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム３１ａ，３１ｂを有している。

共通搬送室３の外側には，ＣＯＲ処理装置５，ＰＨＴ処理装置６，エピタキシャル成長装置７Ａ，エピタキシャル成長装置７Ｂ，ロードロック室２０Ｂ，ロードロック室２０Ａが，共通搬送室３の周囲を囲むように，例えば上方からみて時計回転方向においてこの順に並ぶように配置されている。共通搬送室３とＣＯＲ処理装置５内の処理室３２との間，共通搬送室３とＰＨＴ処理装置６内の処理室３３との間，共通搬送室３と各エピタキシャル成長装置７Ａ，７Ｂ内の処理室３４との間には，それぞれ開閉可能なゲートバルブ３５が設けられている。

かかる共通搬送室３において，ウェハＷは，搬送アーム３１ａ，３１ｂによって保持され，ウェハ搬送機構３１の駆動により略水平面内で回転及び直進移動，また昇降させられることにより，所望の位置に搬送させられる。そして，各ロードロック室２０Ａ，２０Ｂ，ＣＯＲ処理装置５内の処理室３２，ＰＨＴ処理装置６内の処理室３３，各エピタキシャル成長装置７Ａ，７Ｂ内の処理室３４に対して，それぞれ搬送アーム３１ａ，３１ｂが進退させられることにより，各処理室に対して搬入出させられるようになっている。

図４に示すように，ＣＯＲ処理装置５は，筐体５ａを備えており，筐体５ａの内部は，ウェハＷを収納する密閉構造の処理室（処理空間）３２になっている。筐体５ａの一側面には，ウェハＷを処理室３２内に搬入出させるための搬入出口３６が設けられており，この搬入出口３６に，前述したゲートバルブ３５が設けられている。

処理室３２内には，ウェハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４０が設けられている。図５及び図６に示すように，載置台４０は，平面視において略円形をなすチャック本体４１を備えており，チャック本体４１の略平坦な上面４１ａが略水平になるように配置されている。かかる上面４１ａには，ウェハＷの下面に当接させられる当接部材としての当接ピン４２が，複数個，上方に向かって突出するように設けられている。図５に示す例では，当接ピン４２は３個設けられており，上面４１ａの中央部を囲むように，上面４１ａの周縁部に設けられている。かかる構成において，ウェハＷは，下面周縁部の３箇所を当接ピン４２の上端部にそれぞれ載せた状態で，チャック本体４１の上方において略水平に支持される。このように当接ピン４２によって支持されたウェハＷの下面とチャック本体４１の上面４１ａとの間には，高さ方向において所定の幅Ｈを有する隙間Ｇが形成される。

また，図６に示すように，チャック本体４１は，筐体５ａの底部に固定されている基部４１ｂと，上面４１ａを有し当接ピン４２が取り付けられている上層部４１ｃとを備えており，基部４１ｂと上層部４１ｃとの間に，断熱材４１ｄが設けられた構造になっている。

また，ＣＯＲ処理装置５には，載置台４０（上層部４１ｃ）の温度を所定の温度に調節することによりウェハＷの温度を調節するための温度調節器４６が設けられている。温度調節器４６は，温調用の液体（例えば水など）が通過させられる管路４７，ポンプ４８，温調用の液体の温度を調節する液温調節部４９を備えている。管路４７は，例えば筐体５ａの底部から載置台４０の周縁部に導入されており，上層部４１ｃの内部において，上層部４１ｃの周縁部から所定の回転方向に沿って上層部４１ｃの中心部に向かう渦巻状に配設されており，載置台４０の中心部において，筐体５ａの底部から外側に導出されている。管路４７の上流端は，筐体５ａの外部に設けられたポンプ４８に接続されている。液温調節部４９は，筐体５ａの外部において管路４７に介設されている。かかる構成において，温調用の液体は，ポンプ４８の作動により，管路４７内を流れ，液温調節部４９において温調された後，載置台４０の上層部４１ｃ内に供給され，載置台４０の中心部において，筐体５ａから導出される。こうして上層部４１ｃ内を液体が通過する間に，上層部４１ｃと液体との間で熱交換が行われることにより，上層部４１ｃの温度が調節されるように構成されている。なお，上層部４１ｃと基部４１ｂとの間には，断熱材４１ｄが設けられているので，この断熱材４１ｄにより，上層部４１ｃの熱が筐体５ａの外部に逃げることを防止できるようになっている。

また，図４に示すように，ＣＯＲ処理装置５には，処理室３２にガスを供給する供給機構５０が設けられている。供給機構５０は，処理室３２にハロゲン元素を含む処理ガスとしてフッ化水素ガス（ＨＦ）を供給する供給路５１，処理室３２に塩基性ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ_３）を供給する供給路５２，処理室３２に不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給する供給路５３，処理室３２に不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）を供給する供給路５４，及び，シャワーヘッド５５を備えている。供給路５１はフッ化水素ガスの供給源６１に接続されている。また，供給路５１には，供給路５１の開閉動作及びフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁６２が介設されている。供給路５２はアンモニアガスの供給源６３に接続されている。また，供給路５２には，供給路５２の開閉動作及びアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁６４が介設されている。供給路５３はアルゴンガスの供給源６５に接続されている。また，供給路５３には，供給路５３の開閉動作及びアルゴンガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁６６が介設されている。供給路５４は窒素ガスの供給源６７に接続されている。また，供給路５４には，供給路５４の開閉動作及び窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁６８が介設されている。これら供給路５１，５２，５３，５４は，処理室３２の天井部に設けられたシャワーヘッド５５に接続されており，シャワーヘッド５５から処理室３２内に，フッ化水素ガス，アンモニアガス，アルゴンガス，窒素ガスが拡散されるように吐出される。

さらに，ＣＯＲ処理装置５には，処理室３２からガスを排気するための排気機構７１が設けられている。排気機構７１は，開閉弁７２，強制排気を行うための排気ポンプ７３が介設された排気路７５を備えている。

なお，図４及び図６に示すように，ＣＯＲ処理装置５のゲートバルブ３５，ポンプ４８，液温調節部４９，流量調整弁６２，６４，６６，６８，開閉弁７２，排気ポンプ７３等の各部の動作は，制御コンピュータ８の制御命令によってそれぞれ制御されるようになっている。即ち，供給機構５０によるフッ化水素ガス，アンモニアガス，アルゴンガス，窒素ガスの供給，排気機構７１による排気，温度調節器４６による温度調節などは，制御コンピュータ８によって制御される。

ＣＯＲ処理装置５の載置台４０，筐体５ａ，シャワーヘッド５５等の構成部品は，例えばアルマイト処理等の表面処理が施されたアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金等の金属で構成される。ただし，このような構成部品の表面にアルマイト処理を施した場合，表面から硫酸アルミニウム（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３）等の金属パーティクルが発生しやすくなり，ウェハＷが汚染されるおそれがある。かかる金属パーティクルの発生を低減するためには，表面処理が施されていない無垢のアルミニウム，または，窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等を用いた構成にしても良い。また，例えば載置台４０やシャワーヘッド５５等の部品においては，アルミニウムの表面を石英（ＳｉＯ_２）等で被覆したものを用いても良い。この場合も，金属パーティクルの発生を効果的に低減できる。

図７に示すように，ＰＨＴ処理装置６は，ウェハＷを収納する密閉構造の処理室（処理空間）３３を備えており，処理室３３内には，ウェハＷを略水平にして載置させる載置台８０が設けられている。また，図示はしないが，ウェハＷを処理室３３内に搬入出させるための搬入出口が設けられており，この搬入出口に，前述したゲートバルブ３５が設けられている。

ＰＨＴ処理装置６の載置台８０等の構成部品は，例えばアルマイト処理が施されたアルミニウム（Ａｌ），又は，表面処理が施されていない無垢のアルミニウム等によって構成しても良い。ただし，表面から発生した硫酸アルミニウム等の金属パーティクルが熱泳動によりウェハＷの下面に転写することがある。一般に，載置台８０の温度が高温（例えば１６０℃以上）に昇温させられるほど，処理室３３におけるＰＨＴ処理の反応は促進されやすくなるが，熱泳動によるパーティクルの転写も生じやすくなる。そのため，載置台８０の温度は高温にさせすぎず，例えば１５０℃以下程度，望ましくは，１００℃〜１３５℃程度にすると良い。そうすれば，反応を良好に促進させながら，ウェハＷへのパーティクルの付着も低減することができる。

さらに，ＰＨＴ処理装置６には，処理室３３に例えば窒素ガス（Ｎ_２）などの不活性ガスを加熱して供給する供給路８１を備えた供給機構８２，処理室３３を排気する排気路８３を備えた排気機構８４が備えられている。供給路８１は窒素ガスの供給源８５に接続されている。また，供給路８１には，供給路８１の開閉動作及び窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁８６が介設されている。排気路８３には，開閉弁８７，強制排気を行うための排気ポンプ８８が介設されている。

なお，ＰＨＴ処理装置６のゲートバルブ３５，流量調整弁８６，排気ポンプ８８等の各部の動作は，制御コンピュータ８の制御命令によってそれぞれ制御されるようになっている。

処理システム１の各機能要素は，処理システム１全体の動作を自動制御する制御コンピュータ８に，信号ラインを介して接続されている。ここで，機能要素とは，例えば前述したＣＯＲ処理装置５のゲートバルブ３５，ポンプ４８，液温調節部４９，流量調整弁６２，６４，６６，６８，開閉弁７２，排気ポンプ７３，ＰＨＴ処理装置６のゲートバルブ３５，流量調整弁８６，排気ポンプ８８等の，所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。制御コンピュータ８は，典型的には，実行するソフトウェアに依存して任意の機能を実現することができる汎用コンピュータである。

図３に示すように，制御コンピュータ８は，ＣＰＵ（中央演算装置）を備えた演算部８ａと，演算部８ａに接続された入出力部８ｂと，入出力部８ｂに挿着され制御ソフトウェアを格納した記録媒体８ｃと，を有する。この記録媒体８ｃには，制御コンピュータ８によって実行されることにより処理システム１に後述する所定の基板処理方法を行わせる制御ソフトウェア（プログラム）が記録されている。制御コンピュータ８は，該制御ソフトウェアを実行することにより，処理システム１の各機能要素を，所定のプロセスレシピにより定義された様々なプロセス条件（例えば，処理室３２の圧力等）が実現されるように制御する。例えば，ＣＯＲ処理装置５に対しては，後に詳細に説明するように，処理室３２を所定の圧力Ｐ２にした状態でウェハＷの温度を調節する制御（ステップＳ２を実現する制御），処理室３２を圧力Ｐ３の処理雰囲気にする制御（ステップＳ４を実現する制御）など，ステップＳ１〜Ｓ５が順番に行われるように制御命令を与える。

記録媒体８ｃは，制御コンピュータ８に固定的に設けられるもの，あるいは，制御コンピュータ８に設けられた図示しない読み取り装置に着脱自在に装着されて該読み取り装置により読み取り可能なものであっても良い。最も典型的な実施形態においては，記録媒体８ｃは，処理システム１のメーカーのサービスマンによって制御ソフトウェアがインストールされたハードディスクドライブである。他の実施形態においては，記録媒体８ｃは，制御ソフトウェアが書き込まれたＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ−ＲＯＭのような，リムーバブルディスクである。このようなリムーバブルディスクは，制御コンピュータ８に設けられた図示しない光学的読取装置により読み取られる。また，記録媒体８ｃは，ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のいずれの形式のものであっても良い。さらに，記録媒体８ｃは，カセット式のＲＯＭのようなものであっても良い。要するに，コンピュータの技術分野において知られている任意のものを記録媒体８ｃとして用いることが可能である。なお，複数の処理システム１が配置される工場においては，各処理システム１の制御コンピュータ８を統括的に制御する管理コンピュータに，制御ソフトウェアが格納されていても良い。この場合，各処理システム１は，通信回線を介して管理コンピュータにより操作され，所定のプロセスを実行する。

次に，以上のように構成された処理システム１が使用されるウェハＷの処理方法について説明する。先ず，図１に示したようにＳｉ層，酸化層，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層，ＴＥＯＳ層を有するウェハＷが，ドライエッチング装置等によりエッチング処理され，図２に示したように，Ｓｉが露出した凹部が形成される。かかるドライエッチング処理後のウェハＷが，キャリアＣ内に収納され，処理システム１に搬送される。

処理システム１においては，図３に示すように，複数枚のウェハＷが収納されたキャリアＣが載置台１３上に載置され，ウェハ搬送機構１１によってキャリアＣから一枚のウェハＷが取り出され，ロードロック室２０Ａに搬入される。ロードロック室２０ＡにウェハＷが搬入されると，ロードロック室２０Ａが密閉され，減圧される。その後，ロードロック室２０Ａと大気圧に対して減圧された共通搬送室３とが連通させられる。そして，ウェハ搬送機構３１によって，ウェハＷがロードロック室２０Ａから搬出され，共通搬送室３に搬入される。

共通搬送室３に搬入されたウェハＷは，先ずＣＯＲ処理装置５の処理室３２に搬入される。ウェハＷは，表面（デバイス形成面）を上面とした状態で，ウェハ搬送機構３１から載置台４０に受け渡される。ウェハＷが搬入されると搬入出口３６が閉じられ，ＣＯＲ処理を含む一連の工程が開始される。このＣＯＲ処理装置５において行われる工程については，後に詳細に説明する。ＣＯＲ処理によって，ウェハＷの凹部の自然酸化膜は反応生成物に変質させられる（図８参照）。

ＣＯＲ処理装置５における工程が終了すると，搬入出口３６が開かれ，ウェハＷはウェハ搬送機構３１によって処理室３２から搬出され，ＰＨＴ処理装置６の処理室３３に搬入される。

ＰＨＴ処理装置６において，ウェハＷは表面を上面とした状態で処理室３３内に載置される。ウェハＷが搬入されると処理室３３が密閉され，ＰＨＴ処理が開始される。ＰＨＴ処理では，処理室３３内が排気路８３によって排気されながら，供給路８１によって高温の加熱ガスが処理室３３内に供給され，加熱ガスにより処理室３３内が昇温される。これにより，上記ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物が加熱されて気化し，凹部の内面から除去され，Ｓｉ層の表面が露出させられる（図９参照）。処理室３３内の温度及び圧力は，反応生成物が気化する条件に制御され，例えば約１００℃以上の温度に加熱される。このように，ＣＯＲ処理の後，ＰＨＴ処理を行うことにより，ウェハＷをドライ洗浄でき，自然酸化膜をドライエッチングするようにして，Ｓｉ層から除去することができる。

ＰＨＴ処理が終了すると，加熱ガスの供給が停止され，ＰＨＴ処理装置６の搬入出口が開かれる。その後，ウェハＷはウェハ搬送機構３１によって処理室３３から搬出され，エピタキシャル成長装置７Ａ又は７Ｂの処理室３４に搬入される。

処理室３４にウェハＷが搬入されると，処理室３４が密閉され，ＳｉＧｅの成膜処理が開始される。成膜処理においては，処理室３４内に供給される反応ガスとウェハＷの凹部において露出したＳｉ層とが化学反応することにより，凹部にＳｉＧｅがエピタキシャル成長する（図１０参照）。ここで，前述したＣＯＲ処理とＰＨＴ処理により，凹部において露出させられているＳｉ層の表面からは，自然酸化膜が除去されているので，ＳｉＧｅはＳｉ層の表面をベースとして，好適に成長させられる。

このようにして，両側の凹部にＳｉＧｅ層がそれぞれ形成されると，Ｓｉ層では，ＳｉＧｅ層によって挟まれた部分が両側から圧縮応力を受ける。即ち，Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層及び酸化層の下方において，ＳｉＧｅ層によって挟まれた部分に，圧縮歪を有する歪Ｓｉ層が形成される。

こうしてＳｉＧｅ層が形成され，成膜処理が終了すると，ウェハＷはウェハ搬送機構３１によって処理室３４から搬出され，ロードロック室２０Ｂに搬入される。ロードロック室２０ＢにウェハＷが搬入されると，ロードロック室２０Ｂが密閉された後，ロードロック室２０Ｂと搬送室１２とが連通させられる。そして，ウェハ搬送機構１１によって，ウェハＷがロードロック室２０Ｂから搬出され，載置台１３上のキャリアＣに戻される。以上のようにして，処理システム１における一連の工程が終了する。

次に，ＣＯＲ処理装置５にて行われる工程について詳細に説明する。処理室３２への搬入時，ウェハ搬送機構３１から載置台４０に受け渡されたウェハＷは，複数の当接ピン４２にウェハＷの下面周縁部を当接させた状態で，略水平に載置される。このように当接ピン４２によって下面が支持された状態では，ウェハＷは載置台４０の上面４１ａに対して上方に離隔させられ，ウェハＷの下面と上面４１ａとの間に隙間Ｇが形成される。なお，ウェハＷを処理室３２へ搬入する際は，処理室３２の圧力は，大気圧Ｐ_Ｏより減圧された真空状態に近い圧力Ｐ１になっている。

ウェハＷが処理室３２に搬入され載置台４０に受け渡されたら，処理室３２を密閉した後，各供給路５２，５３，５４から処理室３２にそれぞれアンモニアガス，アルゴンガス，窒素ガスを供給する。これにより，処理室３２内は，ウェハＷ搬入時の最初の圧力Ｐ１から所定の圧力Ｐ２（例えば約２Ｔｏｒｒ（約２．６７×１０^２Ｐａ）程度，Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ_Ｏ）に加圧される（図１１及び図１２においてステップＳ１）。

処理室３２内が所定の圧力Ｐ２になったら，アンモニアガス，窒素ガス，アルゴンガスの供給を停止させ，次に，温度調節器４６によってウェハＷの温度を所定の目標値（例えば約２５℃程度）に調節する（ステップＳ２）。ウェハＷを温調する際には，管路４７に液体が通過させられ，載置台４０の上層部４１ｃの温度が所定の温度に調節される。ここで，ウェハＷの下面は上面４１ａに対して近接させられているものの，隙間Ｇを空けて離隔させられているが，処理室３２には予めアンモニアガス，アルゴンガス，窒素ガスが導入されており，これらの混合ガスが隙間Ｇに侵入した状態になっている。従って，ウェハＷが上面４１ａに直接的に接触していなくても，隙間Ｇ内の混合ガスを介して，ウェハＷと上面４１ａとの間で熱交換が行われるので，ウェハＷの温度を上面４１ａの温度に効率的に近づけることができる。従って，処理室３２を圧力Ｐ２にした状態で，上層部４１ｃの温度を調節することにより，上層部４１ｃの熱（冷熱）を混合ガスを介してウェハＷに伝熱させ，ウェハＷの温度を確実に調節することができる。

ウェハＷの温調が終了したら，次に，処理室３２内を強制排気して，処理室３２を圧力Ｐ２より低い圧力Ｐ３（例えば約０．１Ｔｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）以下程度，Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２）に減圧させる（ステップＳ３）。処理室３２の圧力が安定し，圧力Ｐ３になったら，供給路５１から処理室３２にフッ化水素ガスを供給する。ここで処理室３２には，予めアンモニアガスが供給されているので，フッ化水素ガスを供給することにより，処理室３２の雰囲気はフッ化水素ガスとアンモニアガスとを含む処理雰囲気にされ，ウェハＷに対してＣＯＲ処理（ステップＳ４）が開始される。かかる低圧状態の処理雰囲気によって，ウェハＷの表面に存在する自然酸化膜が，フッ化水素ガスの分子及びアンモニアガスの分子と化学反応して，反応生成物に変質させられる。ＣＯＲ処理中は，処理室３２の雰囲気が一定の圧力Ｐ３に維持されるようにする。

なお，このようにフッ化水素ガスを供給する前に，処理室３２の圧力を減圧して圧力Ｐ３に安定させるようにすると，処理雰囲気の圧力を安定させやすく，また，処理雰囲気中のフッ化水素ガスやアンモニアガスの濃度の均一性を良好にすることができる。従って，ウェハＷの処理むらを防止できる。また，フッ化水素ガスは液化しやすい，筐体５ａの内壁に付着しやすいといった性質があるが，ＣＯＲ処理の直前に供給することにより，そのような問題が発生することを抑制できる。

ＣＯＲ処理が終了したら，再び処理室３２を強制排気して，圧力Ｐ１に減圧する（ステップＳ５）。これにより，フッ化水素ガスやアンモニアガスが処理室３２から排出される。その後，搬入出口３６を開口させて，ウェハＷを搬出させ，次の未処理のウェハＷを処理室３２に搬入させる。

かかるＣＯＲ処理装置５によれば，ウェハＷの下面と載置台４０の上面４１ａとの間に隙間Ｇが形成される構成としたことにより，載置台４０からウェハＷにパーティクルが転写することを防止できる。また，ウェハＷの下面が載置台４０の上面やパーティクルと擦れ合うことによるウェハＷの損傷を防止できる。ウェハＷの温度を調節する際は，処理室３２内を所定の圧力Ｐ２に加圧することにより，ウェハＷの下面と上面４１ａとの間の隙間Ｇに混合ガスを供給して，この混合ガスを媒体として，ウェハＷと載置台４０との間で熱を効率的に伝達させることができる。従って，ウェハＷの温度を効率的に調節できる。

以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以上の実施形態では，低圧状態で基板を処理する基板処理装置及び基板処理方法として，ＣＯＲ処理装置５及びＣＯＲ処理装置５を用いた処理方法を例示したが，本発明は，かかる装置及び方法に限定されず，他の基板処理装置及び基板処理方法，例えば，基板に対して例えばエッチング処理，ＣＶＤ処理等を行う基板処理装置及び基板処理方法に適用することもできる。また，基板は半導体ウェハに限定されず，例えばＬＣＤ基板用ガラス，ＣＤ基板，プリント基板，セラミック基板などであっても良い。

本実施形態では，処理室３２に供給される不活性ガスとして，アルゴンガス及び窒素ガスを例示したが，かかるものには限定されず，例えばアルゴンガスのみであっても良い。また，かかる不活性ガスは，その他の不活性ガス，例えば，ヘリウムガス（Ｈｅ），キセノンガス（Ｘｅ）のいずれかであっても良く，または，アルゴンガス，窒素ガス，ヘリウムガス，キセノンガスのうち２種類以上のガスを混合したものであっても良い。

また，以上の実施形態では，処理室３２に供給路５２，５３，５４からガス供給を行うことにより，ウェハＷと載置台４０との隙間Ｇに対して，ガスを周囲から侵入させるようにして供給する構成としたが，隙間Ｇにガスを直接供給する供給口を設けても良い。例えば，載置台４０の上面４１ａに，ヘリウム（Ｈｅ）又は窒素ガスなどの不活性ガスを吐出する供給口を設け，この供給口から載置台４０に載置されたウェハＷの下面に対して不活性ガスを供給できる構成としても良い。

温度調節器４６は，載置台４０内に温調用の液体を流すことで温度調節を行う構成としたが，かかる構成には限定されず，例えば抵抗熱によって載置台４０を加熱する電気ヒータ，又は，輻射熱によって載置台４０を加熱するハロゲンランプヒータ等を備えた構成であっても良い。この場合も，電気ヒータやハロゲンランプヒータによって載置台４０を加熱することにより，ウェハＷを加熱できる。

本発明者らは，ＣＯＲ処理装置５における処理工程の各種条件について検討した。ステップＳ２におけるウェハＷの温度の目標値は，例えば約１０℃以上，６０℃以下程度としても良い。ステップＳ２でウェハの温調を行う処理時間は，約１５秒間以上，約３００秒間以下としても良い。なお，温調の処理時間は長いほど，ウェハの温度を目標値に近づけることはできるが，処理システム１全体のスループットや生産性を考慮すると短いほうが望ましく，例えば約３０秒以下程度にすると良い。処理室３２の圧力Ｐ２は，約０．５Ｔｏｒｒ（約６６．７Ｐａ）以上，約１００Ｔｏｒｒ（１３．３×１０^３Ｐａ）以下の値としても良い。なお，圧力Ｐ２は高いほどウェハを効率的に温調できるが，ＣＯＲ処理装置５の構造上の制約等を考慮すると，例えば約４Ｔｏｒｒ（約５．３３×１０^２Ｐａ）以下程度にすることが望ましいであろう。また，ステップＳ１〜Ｓ４において，各種ガスの供給を行う際，フッ化水素ガスの供給流量は約５００ｓｃｃｍ（約８．４５×１０^−１ｍ^３／ｓ）以下，アンモニアガスの供給流量は約５００ｓｃｃｍ以下，アルゴンガスの供給流量は約２０００ｓｃｃｍ（約３．３８ｍ^３／ｓ）以下，窒素ガスの供給流量は約２０００ｓｃｃｍ以下としても良い。

また，本発明者らは，ステップＳ２でのウェハの温度調節における圧力依存性を調べた。図１３は，ステップＳ２においてウェハを温調した処理時間を一定値（３０秒間）としたときの，処理室３２の圧力Ｐ２とウェハの温度との関係を示している。載置台４０の上面４１ａの温度は２５℃とし，温調前のウェハの温度は３５℃とした。図１３に示すように，圧力Ｐ２が０．９Ｔｏｒｒ（約１．２０×１０^２Ｐａ），２Ｔｏｒｒ，４Ｔｏｒｒ（約５．３３×１０^２Ｐａ）のとき，ウェハの温度はそれぞれ約２９．４８℃，約２７．９１℃，約２７．３２℃になるという結果が得られた。従って，圧力Ｐ２が高いほど，ウェハを効率的に温調できることが実証された。

また，本発明者らは，ステップＳ２でのウェハの温度調節における時間依存性を調べた。図１４は，ステップＳ２において圧力Ｐ２を一定値（２Ｔｏｒｒ）としたときの，ウェハを温調した処理時間とウェハの温度との関係を示している。載置台４０の上面４１ａの温度は２５℃とし，温調前のウェハの温度は３５℃とした。図１４に示すように，処理時間が１５秒，３０秒，６０秒のとき，ウェハの温度はそれぞれ約２９．１３℃，約２７．９１℃，約２６．９０℃に冷却されるという結果が得られた。従って，処理時間が長いほど，ウェハの温度が目標値（２５℃）に近づくことが実証された。

本発明は，低圧状態で基板の処理を行う基板処理装置，基板処理方法，及び，かかる基板処理装置に備えられる記録媒体に適用できる。

Ｓｉ層をエッチング処理する前のウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。 Ｓｉ層をエッチング処理した後のウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。 処理システムの概略平面図である。 ＣＯＲ処理装置の構成を示した概略縦断面図である。 載置台の平面図である。 載置台の概略縦断面図である。 ＰＨＴ処理装置の構成を示した概略縦断面図である。 ＣＯＲ処理後のウェハの表面の状態を示した概略縦断面図である。 ＰＨＴ処理後のウェハの表面の状態を示した概略縦断面図である。 ＳｉＧｅ層成膜処理後のウェハの表面の状態を示した概略縦断面図である。 ＣＯＲ処理装置における工程の手順を示したフロー図である。 ＣＯＲ処理装置において処理が行われる間の処理室の圧力変化を示したグラフである。 ウェハを温調した処理時間を３０秒間としたときの，処理室の圧力とウェハの温度との関係を示したグラフである。 ステップＳ２において圧力を２Ｔｏｒｒとしたときの，ウェハを温調した処理時間とウェハの温度との関係を示したグラフである。

符号の説明

Ｗ ウェハ
１ 処理システム
５ ＣＯＲ処理装置
６ ＰＨＴ処理装置
８ 制御コンピュータ
８ａ 演算部
８ｃ 記録媒体
３２ 処理室
３３ 処理室
４０ 載置台
４１ チャック本体
４１ａ 上面
４２ 当接ピン
４６ 温度調節器
４７ 管路
５０ 供給機構
５１ フッ化水素ガスの供給路
５２ アンモニアガスの供給路
５３ アルゴンガスの供給路
５４ 窒素ガスの供給路
７１ 排気機構
７５ 排気路

Claims (13)

1. 基板を処理する装置であって，
   基板を収納する処理室，前記処理室にガスを供給する供給機構，及び，前記処理室を排気する排気機構を備え，
   前記処理室に，基板を載置させる載置台を備え，
   前記載置台の上面に，基板の下面に当接させられる当接部材を備え，
   前記載置台は，基板の温度を調節する際および基板に所定の処理が施される際の両方において、前記当接部材によって基板の下面を支持し，該基板の下面と前記載置台の上面との間に隙間を形成した状態で，前記基板を載置させる構成とし，
   前記載置台の温度を調節することにより前記当接部材に支持された基板の温度を調節する温度調節器を備え，
   前記供給機構によるガスの供給，前記排気機構による排気，及び，前記温度調節器を制御する制御コンピュータを備え，
   前記制御コンピュータは，前記処理室を所定の圧力にした状態で，前記載置台に載置された基板の温度を調節する制御と，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力，かつ，前記基板に前記所定の処理が施される処理雰囲気にする制御と，を行い、
   前記処理雰囲気は，フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含み，前記基板の表面に存在する二酸化シリコンを，加熱により気化させることが可能な反応生成物に変質させるものであることを特徴とする，基板処理装置。
2. 前記制御コンピュータは，前記処理室を所定の圧力にする際，前記処理室に不活性ガス及びアンモニアガスを供給させ，
   前記アンモニアガスが供給された処理室にフッ化水素ガスを供給させることにより，前記処理室を前記処理雰囲気にする制御を行うことを特徴とする，請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記制御コンピュータは，前記基板の温度を調節した後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力にしてから，前記処理室を処理雰囲気にする制御を行うことを特徴とする，請求項１又は２に記載の基板処理装置。
4. 前記所定の圧力は，０．５Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記所定の圧力より低い圧力は，０．１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記基板の温度を調節する処理時間は，１５秒間以上であることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 基板を処理する方法であって，
   基板を処理室に搬入し，
   載置台の上面に設けられた当接部材に基板の下面を当接させ，前記基板の下面と前記載置台の上面との間に隙間を形成した状態で，前記当接部材に基板を支持させ，
   前記処理室を所定の圧力にした状態で，前記載置台の温度を調節することにより，前記基板の温度を調節し，
   その後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力の処理雰囲気にして，前記基板に所定の処理を施し、
   前記処理雰囲気は，フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含み，
   前記所定の処理は，前記基板の表面に存在する二酸化シリコンを前記処理雰囲気と反応させることにより反応生成物に変質させる処理であって，
   前記所定の処理を施した後，前記反応生成物を加熱により気化させる処理を行うことを特徴とする，基板処理方法。
8. 前記処理室に不活性ガス及びアンモニアガスを供給することにより，前記処理室を所定の圧力にし，
   その後，前記アンモニアガスが供給された処理室にフッ化水素ガスを供給することにより，前記処理室を前記処理雰囲気にすることを特徴とする，請求項７に記載の基板処理方法。
9. 前記基板の温度を調節した後，前記処理室を前記所定の圧力より低い圧力にしてから，前記処理室を処理雰囲気にすることを特徴とする，請求項７又は８に記載の基板処理方法。
10. 前記所定の圧力は，０．５Ｔｏｒｒ以上であることを特徴とする，請求項７〜９のいずれかに記載の基板処理方法。
11. 前記所定の圧力より低い圧力は，０．１Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする，請求項７〜１０のいずれかに記載の基板処理方法。
12. 前記基板の温度を調節する処理時間は，１５秒間以上であることを特徴とする，請求項７〜１１のいずれかに記載の基板処理方法。
13. 基板処理装置の制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって，
    前記プログラムは，前記制御コンピュータによって実行されることにより，前記基板処理装置に，請求項７〜１２のいずれかに記載の基板処理方法を行わせるものであることを特徴とする，記録媒体。

Images