JP5048352B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関し、特に、基板処理装置が有する処理室内において弗化水素ガスを用いて基板を処理する基板処理方法に関する。
シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）から半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法では、ウエハの表面に導電膜や絶縁膜を成膜するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の成膜工程、成膜された導電膜や絶縁膜上に所望のパターンのフォトレジスト層を形成するリソグラフィ工程、及びフォトレジスト層をマスクとして用いて処理ガスから生成されたプラズマによって導電膜をゲート電極に成形し、或いは絶縁膜に配線溝やコンタクトホールを成形するエッチング工程が順次繰り返して実行される。
例えば、或る半導体デバイスの製造方法では、ウエハ上に形成されたポリシリコン層をエッチングすることがある。この場合、ウエハ上に形成されたトレンチ（溝）の側面にはＳｉＯ２を主成分とするデポジット膜が形成される。
ところで、デポジット膜は半導体デバイスの不具合、例えば、導通不良の原因となるため、除去する必要がある。デポジット膜の除去方法として、ウエハにＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）処理及びＰＨＴ（Post Heat Treatment）処理を施す基板処理方法が知られている。ＣＯＲ処理は、デポジット膜のＳｉＯ２とガス分子を化学反応させて生成物を生成する処理であり、ＰＨＴ処理は、ＣＯＲ処理が施されたウエハを加熱して、ＣＯＲ処理の化学反応によってウエハに生成された生成物を気化・昇華させて該ウエハから除去する処理である。
このＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理からなる基板処理方法を実行する基板処理装置として、化学反応処理装置と、該化学反応処理装置に接続された熱処理装置とを備える基板処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上述した化学反応処理装置は、ウエハを収容する処理室（チャンバ）と、該チャンバ内に処理ガスとして弗化水素ガス等を供給するガス供給系と、チャンバ内のガス等を排気すると共にチャンバ内の圧力を制御する排気制御系とを有する。
この化学反応処理装置では、排気制御系によりチャンバ内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御すると共にガス供給系によりチャンバ内に弗化水素ガス等を供給することによって、チャンバ内に収容されたウエハに対して上述した化学反応処理を施す。このとき、チャンバ内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上に制御するためには、排気制御系では比較的口径の小さい圧力制御バルブ、例えばＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブを用いる必要がある。
また、上述した弗化水素ガスは反応性が高いため、チャンバ内に弗化水素ガスが残留すると、該チャンバが他のチャンバと連通したときに、チャンバ内に残留した弗化水素ガスが他のチャンバ内へ拡散し、不具合を引き起こすおそれがある。したがって、弗化水素ガスは上記化学反応処理が完了した後にチャンバ内から可能な限り排気する必要がある。さらに、スループット向上の観点から上記弗化水素ガスはチャンバ内から高速で排気されることが好ましい。通常、チャンバ内から弗化水素ガス等の残留性の高いガスを高速且つ可能な限り排気するためには、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）を用いる必要がある。
特開２００５−３９１８５号公報
しかしながら、上述した排気制御系では比較的口径の小さい圧力制御バルブを用いているため、この排気制御系における排気コンダクタンスは小さい。また、この排気制御系では上流の圧力が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧である。一般にＴＭＰは排気コンダクタンスが大きい排気制御系に適用されることにより、その機能を発揮する。また、ＴＭＰを高圧の環境下において使用した場合、破損する可能性があるため、低圧の環境下で使用する必要がある。したがって、上記排気制御系ではＴＭＰを適用することができず、その結果、チャンバ内のガスを高速排気することができない。
一方、排気制御系にＴＭＰを適用するため、すなわち、排気制御系における排気コンダクタンスを大きくするために、比較的口径の大きい圧力制御バルブを用いる場合、一般に、比較的口径の大きい圧力制御バルブは高圧制御を行うことができないため、チャンバ内の圧力を上述した１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御することができない。
本発明の目的は、処理室内の圧力を高圧に制御することができると共に処理室内のガスを高速排気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、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された第１の遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備える基板処理装置における基板処理方法であって、前記処理室に収容された基板に処理を施す際、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第１の圧力制御ステップと、前記基板に前記処理を施した後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを開放して前記第２の管を介して前記ドライポンプによって排気する第１の排気ステップと、前記第１の排気ステップの後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを閉鎖し且つ前記第１の遮断バルブを開放して前記第１の管を介して前記ターボ分子ポンプによって排気する第２の排気ステップとを有し、前記基板処理装置は前記第１の管において前記ターボ分子ポンプ及び前記ドライポンプの間に配置された第２の遮断バルブをさらに備え、前記供給部は前記第１の圧力制御ステップの一部期間においてのみ前記処理室内に処理ガスを供給し、前記第１の圧力制御ステップ、前記第１の排気ステップ及び前記第２の排気ステップの間、前記第２の遮断バルブを開放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、さらに、前記第２の排気ステップの後に、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第２の圧力制御ステップを有することを特徴とする。
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、前記処理ガスは弗化水素ガスであることを特徴とする。
請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御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、前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御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５記載の基板処理方法において、前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御することを特徴とする。
請求項７記載の基板処理方法は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記第１の遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであ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記載の基板処理方法は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された第１の遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備える基板処理装置における基板処理方法であって、前記処理室に収容された基板に処理を施す際、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第１の圧力制御ステップと、前記基板に前記処理を施した後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを開放して前記第２の管を介して前記ドライポンプによって排気する第１の排気ステップと、前記第１の排気ステップの後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを閉鎖し且つ前記第１の遮断バルブを開放して前記第１の管を介して前記ターボ分子ポンプによって排気する第２の排気ステップとを有し、さらに、前記第２の排気ステップの後に、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第２の圧力制御ステップを有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９記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、前記処理ガスは弗化水素ガスであり、前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１０記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１１記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記第１の管において前記処理室及び前記遮断バルブの間に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、前記処理ガスは弗化水素ガスであり、前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１２記載の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記第１の管において前記処理室及び前記遮断バルブの間に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする。
請求項１、８記載の基板処理方法及び請求項９、１０記載の基板処理装置によれば、処理室に収容された基板に処理を施す際、処理室内の圧力を所定の口径の圧力制御バルブによって制御する。そして、基板に処理を施した後に、処理室内のガスを圧力制御バルブを開放して第２の管を介してドライポンプによって排気し、さらに、圧力制御バルブを閉鎖し且つ第１の遮断バルブを開放して第１の管を介してターボ分子ポンプによって排気する。所定の口径の圧力制御バルブは処理室内の圧力を高圧に制御し、ターボ分子ポンプは処理室内のガスを高速排気する。したがって、処理室内の圧力を高圧に制御することができると共に処理室内のガスを高速排気することができる。
請求項１記載の基板処理方法によれば、処理室内の圧力を圧力制御バルブによって制御する際の一部期間においてのみ処理室内に処理ガスが供給される。すなわち、処理室内の圧力を圧力制御バルブによって制御する際のすべての期間に亘って処理室内に処理ガスが供給されることはない。したがって、処理室内の圧力を制御する際に、圧力制御バルブよりも下流側に多量の処理ガスが排気されることがない。その結果、圧力制御バルブよりも下流側の第２の管に連通する第１の管内の圧力、すなわち、ターボ分子ポンプにおける排気口圧力が、当該ターボ分子ポンプが破損する可能性のある所定の高圧力まで昇圧することがない。また、同様に処理室内のガスをドライポンプによって排気する際、及び処理室内のガスをターボ分子ポンプによって排気する際においても、圧力制御バルブよりも下流側に多量の処理ガスが排気されることがない。したがって、第２の遮断バルブを閉鎖して上記排気口圧力が所定の高圧力まで昇圧するのを防止する必要がない。このため、処理室内の圧力を圧力制御バルブによって制御する間、処理室内のガスをドライポンプによって排気する間、及び処理室内のガスをターボ分子ポンプによって排気する間、第２の遮断バルブが開放され、もって、ターボ分子ポンプを停止させる必要がない。ターボ分子ポンプを停止した場合、再度ターボ分子ポンプを稼働させるためには時間を要する。したがって、スループットの低下を防止することができる。
請求項２及び８記載の基板処理方法によれば、処理室内のガスをターボ分子ポンプによって排気した後に、第１の遮断バルブを閉鎖し、処理室内の圧力を圧力制御バルブによって制御する。したがって、処理室内の圧力を比較的高圧の搬送時圧力に維持することができる。その結果、基板搬送時に、処理室内に外部からガスがパーティクルと共に流れ込むのを防止することができる。
請求項３記載の基板処理方法及び請求項９、１１記載の基板処理装置によれば、処理室内に供給部から弗化水素ガスが供給される。通常、基板のポリシリコン層をエッチングすると、エッチングによって形成されたトレンチ（溝）の側面にＳｉＯＢｒ層、すなわち、疑似ＳｉＯ２層からなるデポジット膜が形成される。デポジット膜は弗化水素ガスを用いた化学反応処理及び加熱処理により除去可能であり、ハードマスクは弗化水素によって除去可能である。したがって、処理室内にデポジット膜とハードマスクとが形成された基板が収容される場合、デポジット膜とハードマスクとを同時に除去することができる。
請求項４記載の基板処理方法によれば、処理室内の圧力が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御されるので、処理室内の圧力を確実に高圧に制御することができる。
請求項５記載の基板処理方法によれば、処理室内の圧力が２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御されるので、処理室内の圧力をさらに確実に高圧に制御することができる。
請求項６記載の基板処理方法によれば、処理室内の圧力が４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御される。上述したデポジット膜とハードマスクとは４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上の高圧の環境下において弗化水素ガスと効率よく確実に反応する。したがって、デポジット膜とハードマスクとを効率よく確実に除去することができる。
請求項８記載の基板処理方法及び請求項９乃至１２記載の基板処理装置によれば、第１の遮断バルブは圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブである。特に、大きい口径の圧力制御バルブは低圧制御可能であるので、処理室内を低圧に制御することができる。
請求項１１、１２記載の基板処理装置によれば、処理室に収容された基板に処理を施す際、処理室内の圧力を所定の口径の圧力制御バルブによって制御する。そして、基板に処理を施した後に、処理室内のガスを圧力制御バルブを開放して第２の管を介してドライポンプによって排気し、さらに、圧力制御バルブを閉鎖し且つ遮断バルブを開放して第１の管を介してターボ分子ポンプによって排気する。所定の口径の圧力制御バルブは処理室内の圧力を高圧に制御し、ターボ分子ポンプは処理室内のガスを高速排気する。したがって、処理室内の圧力を高圧に制御することができると共に処理室内のガスを高速排気することができる。
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構成を概略的に示す平面図である。
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、ウエハＷに後述する化学反応処理及び加熱処理を施す第２のプロセスシップ１２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１７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１８とを有する。搬送アーム機構１７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１８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やオリエンタ１６へ搬出入する。
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１９と、該第１のプロセスモジュール１９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２０を内蔵する第１のロードロックモジュール２１とを有する。
第１のプロセスモジュール１９は、円筒状の処理室（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ＥＳＣ２２をその頂部に有する。
第１のプロセスモジュール１９では、チャンバ内部に処理ガスを導入し、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。
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１９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２１は、第１のプロセスモジュール１９との連結部に真空ゲートバルブ２３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２４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２１の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２０が設置され、該第１の搬送アーム２０より第１のプロセスモジュール１９側に第１のバッファ２５が設置され、第１の搬送アーム２０よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ２６が設置される。第１のバッファ２５及び第２のバッファ２６は、第１の搬送アーム２０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）２７が移動する軌道上に配置され、エッチング処理済みのウエハＷを一時的に支持部２７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１９における円滑な入れ換えを可能とする。
基板処理システム１０の第１のプロセスシップ１１では、ウエハＷ上に所定のパターンで形成されたハードマスクを利用して該ウエハＷのポリシリコン層をエッチングする。このとき、エッチングによって形成されたトレンチ（溝）の側面にＳｉＯＢｒを主成分とするデポジット膜が形成される。なお、ＳｉＯＢｒは、ＳｉＯ２に似た性質を有する。ここで、スループット向上の観点から当該デポジット膜と当該ウエハＷ上に形成されたハードマスクとを同時に除去することが好ましい。
基板処理システム１０の第２のプロセスシップ１２では、処理ガスとして弗化水素ガスを用いた化学反応処理をウエハＷに施し、さらに、加熱処理をウエハＷに施すことにより、上述したデポジット膜とハードマスクとを同時に除去する。もともと、ハードマスクは弗化水素によって除去可能である。また、デポジット膜は以下の化学反応処理及び加熱処理を利用することにより除去可能である。
（化学反応処理）
ＳｉＯ２＋６ＨＦ → Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
（加熱処理）
Ｈ２ＳｉＦ６ → ＳｉＦ４↑＋２ＨＦ↑
Ｈ２Ｏ → Ｈ２Ｏ↑
第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに上述した化学反応処理を施す第２のプロセスモジュール２８（基板処理装置）と、該第２のプロセスモジュール２８に真空ゲートバルブ２９を介して接続された、ウエハＷに上述した加熱処理を施す第３のプロセスモジュール３０と、第２のプロセスモジュール２８及び第３のプロセスモジュール３０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３１を内蔵する第２のロードロックモジュール３２とを有する。
図２は、図１における線II−IIに沿う断面図である。
図２において、第２のプロセスモジュール２８は、ウエハＷを収容する円筒状の処理室（チャンバ）３３と、該チャンバ３３内に配置されたウエハＷの載置台としての冷却ステージ３４と、チャンバ３３の上方において冷却ステージ３４と対向するように配置されたＧＤＰ（Gas Distribution Plate）３５（供給部）と、該ＧＤＰ３５に弗化水素ガス等を導入するガス導入系３６と、チャンバ３３内のガス等を排気すると共にチャンバ３３内の圧力を制御する排気制御系３７とを有する。
冷却ステージ３４は調温機構として冷媒室（図示しない）を有する。この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循環供給され、当該冷媒の温度によって冷却ステージ３４の上面に載置されたウエハＷの処理温度が化学反応処理に適した温度に制御される。このとき、冷却ステージ５７は、１０〜４０℃に維持されるのが好ましい。
また、冷却ステージ３４は、その上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン（図示しない）を有し、これらのプッシャーピンは、ウエハＷが冷却ステージ３４に載置されるときには冷却ステージ３４に収容され、化学反応処理が施されたウエハＷを第２のプロセスモジュール２８内から搬出するときには、冷却ステージ３４の上面から突出してウエハＷを上方へ持ち上げる。
ＧＤＰ３５は円板状のガス供給部３８を有し、ガス供給部３８はバッファ室３９と複数のガス供給孔４０とを有する。バッファ室３９はガス供給孔４０を介してチャンバ３３内に連通する。
また、ＧＤＰ３５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３９内の弗化水素ガスの温度を制御する。
ガス導入系３６は弗化水素ガス等を供給するガス供給源４１と、該ガス供給源４１に接続されたガス導入管４２と、該ガス導入管４２の途中に配置されたバルブ４３とを有し、ガス導入管４２はチャンバ３３の天井部４４においてガス供給部３８におけるバッファ室３９内へ開口するガス供給孔４５を有する。
排気制御系３７はチャンバ３３内のガス等を排気する真空ポンプとしてのドライポンプ４６に接続された排気管４７（第１の管）を有し、該排気管４７はチャンバ３３の底部４８においてチャンバ３３内へ開口する排気孔４９を有する。この排気管４７の途中にはチャンバ３３内のガス等を高速排気する超高真空ポンプとしてのＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）５０（ターボ分子ポンプ）が配置される。また、排気管４７におけるチャンバ３３及びＴＭＰ５０の間にはアイソレートバルブ５１（第１の遮断バルブ）が配置され、排気管４７におけるＴＭＰ５０及びドライポンプ４６の間には下流側バルブ５２（第２の遮断バルブ）が配置される。
また、排気制御系３７は排気管４７における下流側バルブ５２及びドライポンプ４６の間に接続された、排気管４７よりも断面積が小さい排気管５３（第２の管）を有し、該排気管５３はチャンバ３３の底部４８においてチャンバ３３内へ開口する排気孔５４を有する。この排気管５３の途中にはチャンバ３３内の圧力を制御、例えば上記化学反応処理に適した４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御する圧力制御バルブとしての比較的口径の小さいＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ５５が配置される。
この排気制御系３７では、アイソレートバルブ５１を閉鎖し且つＡＰＣバルブ５５を開放したとき、ドライポンプ４６によってチャンバ３３内のガス等を排気管５３を介して排気し、アイソレートバルブ５１を開放し且つＡＰＣバルブ５５を閉鎖したとき、ＴＭＰ５０によってチャンバ３３内のガス等を排気管４７を介して高速排気する。なお、ＴＭＰ５０によりチャンバ３３内のガス等を高速排気するときも、ドライポンプ４６はＴＭＰ５０における排気口圧力を低圧に維持するために稼働する。
図１に戻り、第３のプロセスモジュール３０は、筐体状の処理室（チャンバ）５６と、該チャンバ５６内に配置されたウエハＷの載置台としての加熱ステージ５７と、該加熱ステージ５７の近傍に配置され、加熱ステージ５７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５８とを有する。
加熱ステージ５７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（図示しない）によって載置されたウエハＷを上記加熱処理に適した温度まで加熱する。このとき、加熱ステージ５７は、１７５〜２００℃に維持されるのが好ましい。
バッファアーム５８は、上記化学反応処理が施されたウエハＷを一時的に第２の搬送アーム３１における支持部５９の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２８や第３のプロセスモジュール３０におけるウエハＷの円滑な入れ換えを可能とする。
第２のロードロックモジュール３２は、第２の搬送アーム３１を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）６０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２８及び第３のプロセスモジュール３０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３２は、第３のプロセスモジュール３０との連結部に真空ゲートバルブ６１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６２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。
次に、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が実行する基板処理について説明する。
図３は、図１の基板処理システム１０における第２のプロセスモジュール２８が実行する化学反応処理におけるシーケンス図である。
図３において、まず、第１のプロセスシップ１１においてエッチング処理が施され、トレンチの側面にデポジット層が形成されたウエハＷが第２のプロセスモジュール２８のチャンバ３３内に搬入されて、冷却ステージ３４上に載置される（期間Ａ）。なお、チャンバ３３内の圧力はＡＰＣバルブ５５によって予め制御されており、比較的高圧の搬送時圧力に維持されている。ここで、チャンバ３３内の圧力を比較的高圧に維持することにより、第２のプロセスモジュール２８における真空ゲートバルブ２９が開放された際に、チャンバ３３内に外部からガスがパーティクルと共に流れ込むのを防止する。
その後、ＧＤＰ３５のガス供給部３８から弗化水素ガスをウエハＷに向けて供給する（期間Ｂ）。ここで、ウエハＷのポリシリコン膜上に形成されているハードマスクは弗化水素ガスと化学的に反応して除去される。また、トレンチの側面に形成されているデポジット層は弗化水素ガスと化学的に反応して液状の生成物となる。このとき、チャンバ３３内の圧力はＡＰＣバルブ５５によって制御され、化学反応処理に適した圧力、具体的には３０Ｔｏｒｒの高圧に昇圧される（第１の圧力制御ステップ）。ここで、ウエハＷに向けて供給される弗化水素ガスは反応性が高いため、当該弗化水素ガスは上記ハードマスク及びデポジット層と急速に反応する。そのため、ガス供給部３８から弗化水素ガスを化学反応処理の間、常に供給する必要はなく、例えば図中に示すように一部期間においてのみ供給してもよく、さらに、常に最大流量で供給する必要はなく、例えば図中に示すように供給開始初期においてのみ最大流量で供給し、その後、徐々に流量を減少させて供給してもよい。その結果、ＡＰＣバルブ５５によるチャンバ３３内の圧力制御時に、当該ＡＰＣバルブ５５よりも下流側に多量の弗化水素ガスが排気されることはない。したがって、ＡＰＣバルブ５５よりも下流側の排気管５３及び該排気管５３に連通する排気管４７内の圧力、すなわち、ＴＭＰ５０における排気口圧力が、当該ＴＭＰ５０が破損する可能性のある所定の高圧力まで昇圧することがない。したがって、下流側バルブ５２を閉鎖して排気口圧力が所定の高圧力まで昇圧するのを防止する必要がなく、もって、ＴＭＰ５０を停止する必要がない。なお、ＴＭＰ５０を停止した場合、再度ＴＭＰ５０を稼働させるために時間を要するため、第２のプロセスモジュール２８のスループットを著しく低下させる。本実施の形態では、ＴＭＰ５０を停止する必要がないので、スループットの低下を防止することができる。
次いで、化学反応処理が完了した後、ＡＰＣバルブ５５を徐々に開放し、ドライポンプ４６によってチャンバ３３内の弗化水素ガス等を排気管５３を介して排気する（期間Ｃ）（第１の排気ステップ）。ここでも、ＡＰＣバルブ５５を徐々に開放することにより、ＡＰＣバルブ５５よりも下流側に多量の弗化水素ガスが排気されることを防止し、もって、上述したようにＴＭＰ５０における排気口圧力が上記所定の高圧力に昇圧することを防止する。
ドライポンプ４６によっては、チャンバ３３内の圧力を或る値、例えば、１．３３Ｐａ（１０−２Ｔｏｒｒ）以下に減圧することができない。そこで、チャンバ３３内の圧力が１．３３Ｐａ（１０−２Ｔｏｒｒ）に達すると、アイソレートバルブ５１を開放し且つＡＰＣバルブ５５を閉鎖して、ＴＭＰ５０によってチャンバ３３内の弗化水素ガス等を排気管４７を介して高速排気する（期間Ｄ）（第２の排気ステップ）。このとき、チャンバ３３内の圧力は１．３３×１０−８Ｐａ（１０−１０Ｔｏｒｒ）程度となり、チャンバ３３内の弗化水素ガス等は充分、排気される。
次いで、アイソレートバルブ５１を閉鎖して、チャンバ３３内の圧力をＡＰＣバルブ５５によって制御する（期間Ｅ）（第２の圧力制御ステップ）。なお、このとき、ＧＤＰ３５にガス導入系３６から不活性ガス、具体的には窒素ガスが導入され、ＧＤＰ３５のガス供給部３８からチャンバ３３内に窒素ガスが供給される。ここで、チャンバ３３内の圧力は上記搬送時圧力まで昇圧される。
そして、第２のプロセスモジュール２８のチャンバ３３内から化学反応処理が施されたウエハＷが搬出される（期間Ｆ）。
本実施の形態によれば、チャンバ３３に収容されたウエハＷに化学反応処理を施す際、チャンバ３３内の圧力を比較的口径の小さいＡＰＣバルブ５５によって制御する。そして、ウエハＷに化学反応処理を施した後に、チャンバ３３内の弗化水素ガス等をＡＰＣバルブ５５を開放して排気管５３を介してドライポンプ４６によって排気し、さらに、ＡＰＣバルブ５５を閉鎖し且つアイソレートバルブ５１を開放して排気管４７を介してＴＭＰ５０によって排気する。比較的口径の小さいＡＰＣバルブ５５はチャンバ３３内の圧力を４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）の高圧に制御し、ＴＭＰ５０はチャンバ３３内の弗化水素ガス等を高速排気する。したがって、チャンバ３３内の圧力を化学反応処理に適した高圧に制御することができると共にチャンバ３３内の弗化水素ガス等を高速排気することができる。
また、本実施の形態では、圧力制御バルブとしてＡＰＣバルブ５５を用いたが、ＰＣＶ（Pressure Control Valve）等を用いてもよい。また、圧力制御バルブのタイプは、ペンデュラムタイプやバタフライタイプ等、どのようなタイプの圧力制御バルブであってもよい。
また、本実施の形態では、超高真空ポンプとしてＴＭＰ５１を用いたが、水ポンプやクライオポンプ等を用いてもよく、また、これらのポンプを併用してもよい。
また、本実施の形態では、排気管４７において、ＴＭＰ５０の上流側にアイソレートバルブ５１を配置したが、これに代えて比較的口径の大きいＡＰＣバルブを配置してもよい。この場合、排気管４７のＡＰＣバルブによってチャンバ３３内の圧力を制御することができる。特に、比較的口径の大きいＡＰＣバルブでは低圧制御可能であるので、チャンバ３３内を低圧に制御することができる。
上述した本実施の形態は、排気管５３がチャンバ３３内へ開口する排気孔５４を有し、該排気孔５４を介してドライポンプ４６によってチャンバ３３内のガス等を排気する構成であったが、排気管５３を排気管４７におけるチャンバ３３及びアイソレートバルブ５１の間に接続させ、排気孔４９を介してチャンバ３３内のガス等を排気してもよい。
上述したように、本発明は弗化水素ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置に適用されたが、本発明は弗化水素ガスに限らず、およそ残留性の高いガス、例えばヘリウムガス、アンモニアガス又は水素ガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置に適用可能である。本発明を、およそ残留性の高いガスを用いて基板に処理を施す基板処理装置に適用する場合は、基板処理において処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧、若しくは２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御してもよい。
上述した本実施の形態では、ウエハＷに施す化学反応処理とウエハＷに施す加熱処理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。
また、上述した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、化学反応処理や加熱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、上述した本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録した記憶媒体を、コンピュータに供給し、コンピュータのＣＰＵ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本実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びその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、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、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（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、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
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、上記本実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ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又は全部を行い、その処理によって上述した本実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、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、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した本実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
本発明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構成を概略的に示す平面図である。 図１における線II−IIに沿う断面図である。 図１の基板処理システムにおける第２のプロセスモジュールが実行する化学反応処理におけるシーケンス図である。
符号の説明
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
２８ 第２のプロセスモジュール
３３ 処理室（チャンバ）
３７ 排気制御系
４６ ドライポンプ
４７，５３ 排気管
４９，５４ 排気孔
５０ ＴＭＰ
５１ アイソレートバルブ
５２ 下流側バルブ
５５ ＡＰＣバルブ

Claims (12)

  1. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された第１の遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備える基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記処理室に収容された基板に処理を施す際、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第１の圧力制御ステップと、
    前記基板に前記処理を施した後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを開放して前記第２の管を介して前記ドライポンプによって排気する第１の排気ステップと、
    前記第１の排気ステップの後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを閉鎖し且つ前記第１の遮断バルブを開放して前記第１の管を介して前記ターボ分子ポンプによって排気する第２の排気ステップとを有し、
    前記基板処理装置は前記第１の管において前記ターボ分子ポンプ及び前記ドライポンプの間に配置された第２の遮断バルブをさらに備え、
    前記供給部は前記第１の圧力制御ステップの一部期間においてのみ前記処理室内に処理ガスを供給し、
    前記第１の圧力制御ステップ、前記第１の排気ステップ及び前記第２の排気ステップの間、前記第２の遮断バルブを開放することを特徴とする基板処理方法。
  2. さらに、前記第２の排気ステップの後に、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第２の圧力制御ステップを有することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
  3. 前記処理ガスは弗化水素ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  5. 前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を２６６０Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御することを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
  6. 前記第１の圧力制御ステップでは前記処理室内の圧力を４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上の高圧に制御することを特徴とする請求項５記載の基板処理方法。
  7. 前記第１の遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  8. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された第１の遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備える基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記処理室に収容された基板に処理を施す際、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第１の圧力制御ステップと、
    前記基板に前記処理を施した後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを開放して前記第２の管を介して前記ドライポンプによって排気する第１の排気ステップと、
    前記第１の排気ステップの後に、前記処理室内のガスを前記圧力制御バルブを閉鎖し且つ前記第１の遮断バルブを開放して前記第１の管を介して前記ターボ分子ポンプによって排気する第２の排気ステップとを有し、
    さらに、前記第２の排気ステップの後に、前記第１の遮断バルブを閉鎖し、前記処理室内の圧力を前記圧力制御バルブによって制御する第２の圧力制御ステップを有することを特徴とする基板処理方法。
  9. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、
    前記処理ガスは弗化水素ガスであり、
    前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする基板処理装置。
  10. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記処理室に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、
    前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする基板処理装置。
  11. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記第１の管において前記処理室及び前記遮断バルブの間に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、
    前記処理ガスは弗化水素ガスであり、
    前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする基板処理装置。
  12. 基板を収容する処理室と、前記処理室内に処理ガスを供給する供給部と、一端が前記処理室に接続された第１の管と、前記第１の管の途中に配置されたターボ分子ポンプと、前記第１の管において前記処理室及び前記ターボ分子ポンプの間に配置された遮断バルブと、一端が前記第１の管において前記処理室及び前記遮断バルブの間に接続され、前記第１の管よりも断面積が小さい第２の管と、前記第２の管の途中に配置された所定の口径の圧力制御バルブと、前記第１の管の他端及び前記第２の管の他端に接続されたドライポンプとを備え、
    前記遮断バルブは前記圧力制御バルブの口径より大きい口径の圧力制御バルブであることを特徴とする基板処理装置。
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