JP5898549B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
半導体装置や液晶表示装置などの製造工程では、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）とが形成された基板の表面にエッチング液としての高温（たとえば、１２０℃〜１６０℃）のリン酸水溶液を供給して、シリコン窒化膜を選択的に除去する選択エッチングが必要に応じて行われる（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００７−２５８４０５号公報
選択エッチングの選択比（窒化膜の除去量／酸化膜の除去量）は高いことが好ましい。
そこで、この発明の目的は、選択エッチングの選択比を向上させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板から水分を除去する水分除去工程と、前記水分除去工程の後に、シリル化剤を基板に供給するシリル化工程と、前記シリル化工程の後に、エッチング剤を前記基板に供給するエッチング工程とを含み、前記シリル化工程が、基板を保持する基板保持台と、基板を搬入するためのゲートが形成された第１の側壁と、前記基板保持台に対して前記ゲートと反対側に配置された第２の側壁と、前記基板保持台の周囲に周囲排気口が形成され、前記周囲排気口の外側において前記第１の側壁に沿ってゲート側排気口が形成された底壁と、前記底壁に対向する上壁とを含むチャンバ内で実行され、基板を前記チャンバに搬入するときには前記第２の側壁側から前記チャンバ内に不活性ガスを導入しながら前記ゲート側排気口から排気することによって前記第２の側壁側から前記ゲートに向かう気流を形成させ、前記シリル化工程においては、前記チャンバの上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入しながら前記周囲排気口から排気することによって前記基板保持台に保持された基板の上面にシリル化剤を供給する、基板処理方法である。
この発明によれば、エッチング剤の供給によって基板がエッチングされる前に、シリル化剤の供給によって基板がシリル化される。したがって、シリル化された基板がエッチングされる。後述するように、酸化膜と窒化膜とが形成された基板をシリル化することにより、酸化膜がエッチングされることを抑制することができる。したがって、シリル化された基板をエッチングすることにより、選択比（窒化膜の除去量／酸化膜の除去量）を向上することができる。
さらに、この発明では、シリル化工程に先立って、基板から水分を除去する水分除去工程が行われる。この水分除去工程によって、シリル化工程において、酸化膜を保護する保護膜が形成されやすくなる。シリル化剤が有するシリル基は、水酸基（ＯＨ基）との反応性が高いので、シリル化工程において基板上に水分が存在していると、シリル化剤と水分中のＯＨ基との反応が優先的に進行してしまい、基板表面の酸化膜を覆う保護膜の形成が阻害されるおそれがある。そこで、この発明では、シリル化工程の前に、水分除去工程が行われる。これにより、シリル化剤のシリル基は基板上で露出する酸化膜と反応し、酸化膜を覆う保護膜を形成する。よって、その後にエッチング工程を行えば、高い選択比で窒化膜をエッチングできる。
請求項２記載の発明は、前記基板は、窒化膜および酸化膜が露出した表面を有しており、前記エッチング工程は、前記エッチング剤によって前記窒化膜を選択的にエッチングする選択エッチング工程である、請求項１に記載の基板処理方法である。
この発明では、水分除去工程の後にシリル化工程が行われるので、シリル化剤が基板表面に吸着されている水分と反応することを抑制でき、その結果、基板表面の酸化膜とシリル化剤との反応が効率的に生じ、酸化膜を覆う保護膜が形成される。その状態でエッチングを行うことによって、基板上の窒化膜を高い選択性で選択エッチングできる。
とくに、前記酸化膜が多孔質酸化シリコン（Porous-SiO2）や低温形成酸化膜（ＬＴＯ：low temperature oxide）のような吸湿性の酸化膜である場合に、水分除去工程を予め行うことにより、吸着水分による保護膜形成阻害の問題を回避して、良好な保護膜を形成できる。
請求項３記載の発明は、前記エッチング剤は、エッチング成分を有するベーパである、請求項１または２に記載の基板処理方法である。エッチング成分は、請求項４に記載されているように、フッ酸（ＨＦ：フッ化水素）であってもよい。
フッ酸をエッチング成分とするベーパ（フッ酸ベーパ）を用いた気相エッチングは、被処理基板中の吸着水分の影響を大きく受ける。すなわち、被処理基板中の水分がフッ酸を凝集しやすくし、過剰なエッチングの要因となり、エッチング選択性が低下する。とくに、前述のような吸湿性の酸化膜が基板表面に形成されていると、酸化膜の吸着水分にフッ酸が凝集し易くなるため、酸化膜のエッチングが進行してしまい、窒化膜エッチングの選択比が低くなる。この発明では、水分除去工程が行われることにより、被処理基板中の吸着水分が排除されるうえに、その後のシリル化処理によって酸化膜を覆う保護膜を形成できるから、窒化膜エッチングの選択比を著しく高めることができる。
請求項５に記載されているように、前記水分除去工程は、基板を加熱する加熱工程、基板周辺の気圧を低下させる減圧工程、および基板に光を照射する照射工程のうちの少なくとも一つを含む工程であってもよい。すなわち、加熱工程、減圧工程および照射工程のいずれか一つが単独で行われてもよく、それらの２つ以上を組み合わせて基板の水分を除去してもよい。
請求項６記載の発明は、基板から水分を除去する水分除去手段と、基板にシリル化剤を供給するシリル化剤供給手段と、基板にエッチング剤を供給するエッチング剤供給手段と、基板を保持する基板保持台と、基板を搬入するためのゲートが形成された第１の側壁と、前記基板保持台に対して前記ゲートと反対側に配置された第２の側壁と、前記基板保持台の周囲に周囲排気口が形成され、前記周囲排気口の外側において前記第１の側壁に沿ってゲート側排気口が形成された底壁と、前記底壁に対向する上壁とを含むチャンバと、前記第２の側壁側から前記チャンバ内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、前記水分除去手段を制御することにより、基板から水分を除去する水分除去工程を実行し、前記シリル化剤供給手段を制御することにより、前記水分除去工程の後に、前記基板にシリル化剤を供給するシリル化工程を前記チャンバ内で実行し、前記エッチング剤供給手段を制御することにより、前記シリル化工程の後に、前記基板にエッチング剤を供給するエッチング工程を実行する制御手段とを含み、前記シリル化剤供給手段が、前記上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入するシリル化剤導入手段を含み、前記制御手段が、基板を前記チャンバに搬入するときには前記不活性ガス導入手段から前記チャンバ内に不活性ガスを導入しながら前記ゲート側排気口から排気することによって前記第２の側壁側から前記ゲートに向かう気流を形成させ、前記シリル化工程に際しては、前記シリル化剤導入手段によって前記上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入しながら前記周囲排気口から排気することによって前記基板保持台に保持された基板の上面にシリル化剤を供給させる、基板処理装置である。この構成により、請求項１の発明と同様な作用効果を実現できる。
請求項７記載の発明は、前記水分除去手段は、基板を加熱する加熱手段、基板に光を照射する照射手段、および基板周辺の気圧を低下させる減圧手段のうちの少なくとも一つを含む、請求項６に記載の基板処理装置である。すなわち、水分除去手段は、加熱手段、照射手段および減圧手段のいずれか一つの単独によって構成されてもよいし、それらの２つ以上を組み合わせた構成であってもよい。
なお、前記基板処理方法の発明に関して、以下のような変形が加えられてもよい。
前記基板処理方法は、前記エッチング工程が行われた後に、リンス液を前記基板に供給するリンス工程と、前記リンス工程が行われた後に、前記基板を乾燥させる乾燥工程とをさらに含んでいてもよい。
また、前記基板処理方法は、前記シリル化工程と並行して行われる工程であって、前記基板を加熱する加熱工程をさらに含んでいてもよい。この場合、基板の温度が上昇するから、基板に供給されたシリル化剤の温度の低下を抑制できる。したがって、シリル化剤の活性が温度の変化に伴って変化する場合でも、シリル化剤の活性を安定させることができる。さらに、基板の温度が、当該基板に供給されたシリル化剤の温度よりも高い場合には、基板に供給されたシリル化剤の温度を上昇させることができる。したがって、シリル化剤の活性が温度の上昇に伴って高まる場合には、シリル化剤の活性を高めることができる。
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図２は、水分除去ユニットの構成例を説明するための模式的な断面図である。 図３は、シリル化ユニットの構成例を示す模式図である。 図４は、エッチングユニットの構成例を説明するための模式的な断面図である。 図５は、洗浄ユニットの構成例を説明するための模式的な断面図である。 図６Ａ−６Ｅは、基板処理装置によって行われる基板の処理の一例を説明するための図である。 図７は、フッ酸ベーパによる窒化膜の選択エッチングに関する実験結果を示す。 図８は、水分除去ユニットの他の構成例を示す。 図９は、水分除去ユニットのさらに他の構成例を示す。 図１０は、この発明の第２実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図１１は、この発明の第３実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図１２は、この発明の第４実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図１３は、この発明の第５実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。 図１４は、この発明の第６実施形態に係る基板処理装置のレイアウトを示す図解的な平面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る基板処理装置１のレイアウトを示す図解的な平面図である。
基板処理装置１は、半導体ウエハ等の円形の基板Ｗを一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置である。基板処理装置１は、インデクサブロック２と、インデクサブロック２に結合された処理ブロック３と、基板処理装置１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置４とを備えている。
インデクサブロック２は、キャリア保持部５と、インデクサロボットＩＲと、ＩＲ移動機構６とを備えている。キャリア保持部５は、複数枚の基板Ｗを収容できるキャリアＣを保持する。複数のキャリアＣは、水平なキャリア配列方向Ｕに配列された状態で、キャリア保持部５に保持される。ＩＲ移動機構６は、キャリア配列方向ＵにインデクサロボットＩＲを移動させる。インデクサロボットＩＲは、キャリア保持部５に保持されたキャリアＣに基板Ｗを搬入する搬入動作、および基板ＷをキャリアＣから搬出する搬出動作を行う。
一方、処理ブロック３は、基板Ｗを処理する複数（たとえば、４つ以上）の処理ユニット７と、センターロボットＣＲとを備えている。複数の処理ユニット７は、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。複数の処理ユニット７は、基板Ｗを加熱して水分を除去する水分除去ユニット７ａと、基板Ｗをシリル化するシリル化ユニット７ｂと、基板Ｗをエッチングするエッチングユニット７ｃと、基板Ｗを洗浄する洗浄ユニット７ｄとを含む。
この実施形態では、一つの水分除去ユニット７ａと、一つのシリル化ユニット７ｂと、２つのエッチングユニット７ｃと、一つの洗浄ユニット７ｄとが備えられている。センターロボットＣＲに対してインデクサブロック２寄りの２つの位置に一つのエッチングユニット７ｃと洗浄ユニット７ｄとが配置されている。これらのエッチングユニット７ｃと洗浄ユニット７ｄとの間には、インデクサロボットＩＲとセンターロボットＣＲとの間で基板Ｗを搬送するための搬送路２５が区画されている。また、センターロボットＣＲに対してインデクサブロック２とは反対側の２つの位置に別の一つのエッチングユニット７ｃとシリル化ユニット７ｂとが配置されている。これらのエッチングユニット７ｃとシリル化ユニット７ｂとの間に、水分除去ユニット７ａが配置されている。
センターロボットＣＲは、処理ユニット７に基板Ｗを搬入する搬入動作、および基板Ｗを処理ユニット７から搬出する搬出動作を行う。さらに、センターロボットＣＲは、複数の処理ユニット７間で基板Ｗを搬送する。センターロボットＣＲは、インデクサロボットＩＲから基板Ｗを受け取ると共に、インデクサロボットＩＲに基板Ｗを渡す。インデクサロボットＩＲおよびセンターロボットＣＲは、制御装置４によって制御される。
図２は、水分除去ユニット７ａの構成例を説明するための模式的な断面図である。水分除去ユニット７ａは、この実施形態では、基板Ｗを加熱するベークユニットとしての基本構成を有している。水分除去ユニット７ａは、直方体状のチャンバ８内に設けられたホットプレート９を備えている。ホットプレート９は、基板Ｗを載置することができる水平な基板載置面９ａを有している。ホットプレート９の内部には、基板Ｗを加熱して乾燥させるためのヒータ１０が埋設されている。したがって、ヒータ１０からの熱によって、基板載置面９ａに載置された基板Ｗを加熱し、その表面の水分を飛ばすことができる。
ホットプレート９に関連して、ホットプレート９に対して基板Ｗを昇降させる複数本（たとえば、３本）のリフトピン１１が設けられている。複数本のリフトピン１１は、チャンバ８の底壁１２に挿通され、チャンバ８外において、共通の支持部材１３に支持されている。支持部材１３には、シリンダを含むリフトピン昇降機構１４が結合されている。リフトピン昇降機構１４は、複数本のリフトピン１１の先端がホットプレート９の上方に突出する位置と、複数本のリフトピン１１の先端がホットプレート９の下方に退避する位置との間で、複数本のリフトピン１１を一体的に昇降させる。
また、チャンバ８の一方の側壁１５（図２では、左側の側壁）には、チャンバ８内に対する基板Ｗの搬入／搬出のためのゲート１６が形成されている。側壁１５の外側には、ゲート１６を開閉するゲートシャッタ１７が設けられている。ゲートシャッタ１７には、シリンダを含むゲート開閉機構１８が結合されている。ゲート開閉機構１８は、ゲートシャッタ１７が側壁１５の外面に密着してゲート１６を密閉する閉鎖位置と、ゲートシャッタ１７が側壁１５の側方へ離間しつつ下降してゲート１６を大きく開放する開放位置との間で、ゲートシャッタ１７を移動させる。
また、チャンバ８の底壁１２には、排気口１９が形成されている。たとえば、複数の排気口１９が平面視においてホットプレート９を取り囲むように配置されている。排気口１９には、先端が排気源（図示せず）に接続された排気管２０の基端が接続されている。これにより、チャンバ８内の雰囲気は常時排気されている。排気管２０の途中には排気バルブ２１が介装されている。排気バルブ２１は、制御装置４によって制御され、排気管２０の流路を開閉する。排気源は、当該基板処理装置１が設置される工場に備えられた排気設備であってもよい。
チャンバ８の天壁２２には、不活性ガス供給管２３が結合されている。不活性ガス供給管２３は、不活性ガス供給源からの不活性ガス（たとえば窒素ガス）をチャンバ８の内部に供給する。不活性ガス供給管２３の途中には不活性ガスバルブ２４が介装されている。不活性ガスバルブ２４は、制御装置４によって制御され、不活性ガス供給管２３の流路を開閉する。
次に、水分除去ユニット７ａにおいて行われる基板Ｗの処理の一例について説明する。
基板処理装置１の稼働中、制御装置４は、ヒータ１０への通電制御を実行し、ホットプレート９を予め定める高温（室温よりも高い温度）に制御している。さらに、制御装置４は、不活性ガスバルブ２４を開いてチャンバ８内の処理空間に不活性ガスを導入するとともに、排気バルブ２１を開いてチャンバ８内の雰囲気を排気する。
センターロボットＣＲは、水分除去ユニット７ａ内に基板Ｗを搬入する。水分除去ユニット７ａ内への基板Ｗの搬入に先立ち、ゲート開閉機構１８が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ１７が開放位置に配置され、ゲート１６が開放される。また、水分除去ユニット７ａ内への基板Ｗの搬入に先立ち、リフトピン昇降機構１４が制御装置４によって駆動される。これにより、リフトピン１１は、その先端がホットプレート９の基板載置面９ａの上方に突出する位置に配置される。そして、基板Ｗが、センターロボットＣＲによってチャンバ８内に搬入される。チャンバ８内に搬入された基板Ｗは、センターロボットＣＲによってリフトピン１１上に載置される。その後、センターロボットＣＲが、チャンバ８内から退避する。センターロボットＣＲがチャンバ８内から退避した後は、ゲート開閉機構１８が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ１７が閉鎖位置に配置され、ゲート１６がゲートシャッタ１７により密閉される。
ゲート１６が密閉された後は、制御装置４は、リフトピン昇降機構１４を駆動する。これにより、リフトピン１１は、その先端がホットプレート９の下方に退避する位置に下降される。このリフトピン１１の下降により、リフトピン１１上の基板Ｗがホットプレート９の基板載置面９ａ上に移載される。これにより、基板Ｗが加熱され、基板Ｗに吸着されている水分が蒸発する。蒸発した水分を含む雰囲気は、排気口１９から排出され、不活性ガス供給管２３から供給される乾燥した不活性ガスに置換される。こうして、基板Ｗに吸着されている水分を排除する水分除去処理が行われる。
基板Ｗが基板載置面９ａに載置されてから所定時間が経過すると、リフトピン昇降機構１４が制御装置４によって駆動される。これにより、リフトピン１１が上昇し、基板Ｗが基板載置面９ａに対して上方に離間する位置（たとえば、センターロボットＣＲとの間で基板Ｗの受け渡しが可能な位置）まで持ち上げられる。そして、ゲート開閉機構１８が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ１７が開放位置に配置され、ゲート１６が開放される。この状態で、リフトピン１１によって支持された基板Ｗが、センターロボットＣＲによってチャンバ８から搬出される。
図３は、シリル化ユニット７ｂの概略構成を示す模式図である。シリル化ユニット７ｂは、チャンバ２８を備えている。チャンバ２８は、たとえば、直方体状である。チャンバ２８は、側壁３０と、上下に対向する上壁３１および底壁３２とを含む。シリル化ユニット７ｂは、上壁３１の外面（上面）に沿って配置された冷却装置３３をさらに備えている。チャンバ２８は、冷却装置３３によって冷却されている。冷却装置３３は、たとえば、水冷の冷却装置である。
シリル化ユニット７ｂは、チャンバ２８内に設けられた基板保持台３４をさらに備えている。チャンバ２８内に搬入された一枚の基板Ｗは、基板保持台３４上に載置された状態で、基板保持台３４に保持される。基板保持台３４は、鉛直方向に延びる回転軸３５の上端に固定されている。回転軸３５には、回転軸３５の中心軸線まわりに回転軸３５を回転させる基板回転機構３６が結合されている。基板回転機構３６は、たとえば、モータを含む。
基板保持台３４の内部には、基板保持台３４に保持された基板Ｗを加熱するためのヒータ３７が埋設されている。さらに、基板保持台３４上には、ヒータ３７による加熱時に基板Ｗの温度を均一化する均熱リング３８が設けられている。均熱リング３８は、基板保持台３４上における基板Ｗの保持位置を取り囲むリング状に形成されている。
基板保持台３４に関連して、基板保持台３４に対して基板Ｗを昇降させる複数本（たとえば、３本）のリフトピン３９が設けられている。複数本のリフトピン３９は、チャンバ２８の底壁３２に挿通され、チャンバ２８外において、共通の支持部材４０に支持されている。支持部材４０には、シリンダを含むリフトピン昇降機構４１が結合されている。リフトピン昇降機構４１は、複数本のリフトピン３９の先端が基板保持台３４の上方に突出する位置と、複数本のリフトピン３９の先端が基板保持台３４の下方に退避する位置との間で、複数本のリフトピン３９を一体的に昇降させる。
また、チャンバ２８の一方の側壁２９（図３では、左側の側壁）には、チャンバ２８内に対する基板Ｗの搬入／搬出のためのゲート４２が形成されている。側壁２９の外側には、ゲート４２を開閉するゲートシャッタ４３が設けられている。ゲートシャッタ４３には、シリンダを含むゲート開閉機構４４が結合されている。ゲート開閉機構４４は、ゲートシャッタ４３が側壁２９の外面に密着してゲート４２を密閉する閉鎖位置と、ゲートシャッタ４３が側壁２９の側方へ離間しつつ下降してゲート４２を大きく開放する開放位置との間で、ゲートシャッタ４３を移動させる。
また、チャンバ２８の他方の側壁３０（図３では、右側の側壁）には、不活性ガスの一例である窒素ガスをチャンバ２８内に導入する側方導入管４５が設けられている。側方導入管４５には、側方ガスバルブ４６を介して窒素ガスが供給される。側方導入管４５は、側壁３０を貫通している。側方導入管４５のチャンバ２８内に臨む端面は、側壁３０の内面とほぼ面一となっている。側壁３０の内面には、その内面のほぼ全域を覆うサイズの拡散板４７が設けられている。拡散板４７は、チャンバ２８内に臨む多数の吐出口(図示せず）を有している。側方導入管４５に供給される窒素ガスは、拡散板４７の多数の吐出口から分散して吐出される。したがって、側方導入管４５に供給される窒素ガスは、チャンバ２８内において、側壁３０の内面と平行な面内でほぼ均一な流速となるシャワー状に拡散する。
また、チャンバ２８の上壁３１を貫通して、シリル化剤のベーパと窒素ガスとをチャンバ２８内に導入するシリル化剤導入管４８（シリル化剤供給手段）が設けられている。シリル化剤導入管４８には、シリル化剤バルブ４９および上方ガスバルブ５０をそれぞれ介してシリル化剤および窒素ガスが供給される。シリル化剤導入管４８のチャンバ２８内に臨む端面は、上壁３１の内面（下面）とほぼ面一となっている。上壁３１の内面には、基板Ｗよりも大きな径を有する円板状の拡散板５１が設けられている。この拡散板５１は、チャンバ２８内に臨む多数の吐出口（図示せず）を有している。シリル化剤導入管４８に供給されるシリル化剤および窒素ガスは、拡散板５１の多数の吐出口から分散して吐出される。したがって、シリル化剤導入管４８に供給されるシリル化剤および窒素ガスは、チャンバ２８内において、上壁３１の内面と平行な面内でほぼ均一な流速となるシャワー状に拡散する。
シリル化剤の例としては、TMSI(N-Trimethylsilyimidazole)、BSTFA(N,O-bis [Trimethylsilyl] trifluoroacetamide)、BSA(N,O-bis [Trimethylsilyl] acetamide)、MSTFA(N-Methyl-N-trimethylsilyl-trifluoacetamide)、TMSDMA(N-Trimethylsilyldimethylamine)、TMSDEA(N-Trimethylsilyldiethylamine)、MTMSA(N,O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide)、TMCS(with base)(Trimethylchlorosilane)、およびHMDS(Hexamethyldisilazane)が挙げられる。シリル化剤導入管４８には、これらのシリル化剤のうちのいずれか一つのベーパが供給される。シリル化剤導入管４８に供給されるシリル化剤のベーパは、シリル化剤の微粒子のみを含むものであってもよいし、シリル化剤の微粒子とキャリアガス（たとえば、不活性ガス）とを含むものであってもよい。
また、チャンバ２８の底壁３２には、基板保持台３４の周囲を取り囲む平面視円環状の周囲排気口５２が形成されている。周囲排気口５２には、先端が排気源に接続された排気管５３の基端が接続されている。排気管５３の途中部には、周囲排気バルブ５４が介装されている。周囲排気バルブ５４が開かれると、チャンバ２８内の雰囲気が周囲排気口５２から排気され、周囲排気バルブ５４が閉じられると、周囲排気口５２からの排気が停止される。
また、チャンバ２８の底壁３２には、周囲排気口５２の外側において、側壁２９に沿って延びる平面視略長方形状のゲート側排気口５５が形成されている。ゲート側排気口５５には、先端が排気源に接続された排気管５６の基端が接続されている。排気管５６の途中部には、ゲート側排気バルブ５７が介装されている。ゲート側排気バルブ５７が開かれると、チャンバ２８内の雰囲気がゲート側排気口５５から排気され、ゲート側排気バルブ５７が閉じられると、ゲート側排気口５５からの排気が停止される。
次に、シリル化ユニット７ｂにおいて行われる基板Ｗの処理の一例について説明する。
センターロボットＣＲは、シリル化ユニット７ｂ内に基板Ｗを搬入する。シリル化ユニット７ｂ内への基板Ｗの搬入に先立ち、ゲート開閉機構４４が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ４３が開放位置に配置され、ゲート４２が開放される。ゲート４２が開放されている間、側方ガスバルブ４６が制御装置４によって開かれて、側方導入管４５からチャンバ２８内に窒素ガスが導入される。さらに、ゲート側排気バルブ５７が制御装置４によって開かれて、チャンバ２８内の雰囲気がゲート側排気口５５から排気される。これにより、基板保持台３４のゲート４２と反対側、つまり側壁３０側からゲート４２へ向かう窒素ガスの気流がチャンバ２８内に形成され、この気流によって、チャンバ２８の外部の雰囲気がチャンバ２８内に流入することが防止される。ゲート４２が開放されている間、シリル化剤バルブ４９、上方ガスバルブ５０および周囲排気バルブ５４は閉じられている。
また、シリル化ユニット７ｂ内への基板Ｗの搬入に先立ち、リフトピン昇降機構４１が制御装置４によって駆動される。これにより、リフトピン３９は、その先端が基板保持台３４の上方に突出する位置に配置される。そして、基板Ｗが、センターロボットＣＲによってチャンバ２８内に搬入される。チャンバ２８内に搬入された基板Ｗは、センターロボットＣＲによってリフトピン３９上に載置される。その後、センターロボットＣＲが、チャンバ２８内から退避する。センターロボットＣＲがチャンバ２８内から退避した後は、ゲート開閉機構４４が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ４３が閉鎖位置に配置され、ゲート４２がゲートシャッタ４３により密閉される。
ゲート４２が密閉された後は、制御装置４は、側方ガスバルブ４６およびゲート側排気バルブ５７を閉じ、上方ガスバルブ５０および周囲排気バルブ５４を開く。これにより、シリル化剤導入管４８からチャンバ２８内に窒素ガスが導入されると共に、チャンバ２８内の雰囲気が周囲排気口５２から急速に排気される。その結果、チャンバ２８内の雰囲気は、シリル化剤導入管４８から導入される窒素ガスに短時間で置換される。また、チャンバ２８内の雰囲気が窒素ガス雰囲気に置換されるのと並行して、リフトピン昇降機構４１が制御装置４によって駆動される。これにより、リフトピン３９は、その先端が基板保持台３４の下方に退避する位置に下降される。このリフトピン３９の下降により、リフトピン３９上の基板Ｗが基板保持台３４上に移載される。これにより、基板Ｗが基板保持台３４に保持される。
基板Ｗが基板保持台３４上に移載された後は、制御装置４は、上方ガスバルブ５０を閉じ、シリル化剤バルブ４９を開く。これにより、シリル化剤導入管４８からチャンバ２８内にシリル化剤のベーパが導入され、このシリル化剤のベーパが基板Ｗの上面に供給される。また、シリル化剤の供給と並行して、基板回転機構３６が制御装置４によって駆動されて、基板Ｗが回転される。これにより、シリル化剤が基板Ｗの上面の全域にむらなく供給される。さらに、シリル化剤の供給と並行して、ヒータ３７が制御装置４によって駆動されて、常温（室温と同じ。たとえば、２０℃〜３０℃）よりも高い温度まで基板Ｗが加熱される。基板保持台３４に保持された基板Ｗは、シリル化剤の供給によってシリル化される。
シリル化剤の供給が所定時間にわたって行われると、リフトピン昇降機構４１が制御装置４によって駆動される。これにより、リフトピン３９が上昇され、基板Ｗが基板保持台３４に対して上方に離間する位置（たとえば、センターロボットＣＲとの間で基板Ｗの受け渡しが可能な位置）まで持ち上げられる。そして、制御装置４が、シリル化剤バルブ４９を閉じ、上方ガスバルブ５０を開く。これにより、シリル化剤導入管４８からチャンバ２８内に常温の窒素ガスが導入され、この窒素ガスが基板Ｗの上面に供給される。その結果、高温の基板Ｗは、常温の窒素ガスにより冷却される。基板Ｗが窒素ガスによって冷却されている間、周囲排気バルブ５４は開かれたままである。そのため、チャンバ２８内の雰囲気は、シリル化剤導入管４８から導入される窒素ガスに急速に置換される。
チャンバ２８内の雰囲気が窒素ガス雰囲気に置換された後は、ゲート開閉機構４４が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ４３が開放位置に配置され、ゲート４２が開放される。また、ゲート４２が開放されると、制御装置４は、上方ガスバルブ５０および周囲排気バルブ５４を閉じ、側方ガスバルブ４６およびゲート側排気バルブ５７を開く。これにより、側壁３０側からゲート４２へ向かう窒素ガスの気流がチャンバ２８内に形成され、この気流によって、チャンバ２８の外部の雰囲気がチャンバ２８内に流入することが防止される。この状態で、リフトピン３９によって支持された基板Ｗが、センターロボットＣＲによってチャンバ２８から搬出される。
図４は、エッチングユニット７ｃの構成例を説明するための模式的な断面図である。エッチングユニット７ｃは、この実施形態では、エッチング剤の一例としてのフッ酸（フッ化水素）を含む蒸気を基板Ｗに供給するベーパ処理ユニット、すなわち気相エッチングユニットである。エッチングユニット７ｃは、フッ酸（液体）を貯留するＨＦベーパ発生容器６４と、ＨＦベーパ発生容器６４を収容する密閉空間Ｓ１が内部に設けられたチャンバ６５（処理室）とを含む。ＨＦベーパ発生容器６４内のフッ酸の濃度は、いわゆる擬似共弗組成となる濃度（たとえば、１気圧、室温のもとで、約３９．６％）に調整されている。ＨＦベーパ発生容器６４内のフッ酸は、ＨＦベーパ発生容器６４に内蔵されたＨＦヒータ６６によって加熱されている。ＨＦベーパ発生容器６４内のフッ酸の温度は、制御装置４によって制御される。
エッチングユニット７ｃは、ＨＦベーパ発生容器６４の下方に配置されたパンチングプレート６７と、パンチングプレート６７の下方に配置されたホットプレート６８とを含む。ホットプレート６８は、基板Ｗを保持する基板保持手段の一例であると共に、基板Ｗを加熱する基板ヒータの一例でもある。ホットプレート６８は、基板Ｗの上面がパンチングプレート６７に対向する基板保持位置（図４に示す位置）で当該基板Ｗを水平に保持する。基板Ｗは、ホットプレート６８によって加熱されながら支持される。基板Ｗの温度は、制御装置４によって、所定の範囲内（たとえば、３０〜１００℃）の一定の温度に維持される。ホットプレート６８は、回転軸６９の上端部に連結されている。モータ等を含む回転駆動機構７０は、回転軸６９に連結されている。回転駆動機構７０が回転軸６９を回転させると、ホットプレート６８は、回転軸６９と共に鉛直軸線まわりに回転する。これにより、ホットプレート６８に保持されている基板Ｗが、基板Ｗの中心を通る鉛直な回転軸線Ａ１まわりに回転する。
エッチングユニット７ｃは、ホットプレート６８の周囲に配置された筒状のベローズ７１と、ベローズ７１を上下に伸縮させる伸縮ユニット（図示せず）と、チャンバ６５の側壁に形成された開口７２を閉閉するシャッタ７３と、シャッタ７３を移動させる開閉ユニット（図示せず）とをさらに含む。ホットプレート６８は、ベローズ７１の内側に配置されている。開口７２は、ホットプレート６８の側方に配置されている。伸縮ユニットは、ベローズ７１の上端縁がパンチングプレート６７に当接し、ホットプレート６８の周囲の空間が密閉される密閉位置（実線で示す位置）と、ベローズ７１の上端縁がホットプレート６８の上面よりも下方に退避した退避位置（二点鎖線で示す位置）との間でベローズ７１を伸縮させる。また、開閉ユニットは、開口７２が開かれる開位置と、開口７２が閉じられる閉位置（図４に示す位置）との間でシャッタ７３を移動させる。
ＨＦベーパ発生容器６４は、フッ酸の蒸気（フッ酸の蒸発によって生じた気体）によって満たされたベーパ発生空間Ｓ２と、連通バルブ７４を介してベーパ発生空間Ｓ２に接続された流路７５とを含む。ＨＦベーパ発生容器６４は、第１流量コントローラ（ＭＦＣ）７６および第１バルブ７７が介装された第１配管７８に接続されている。ＨＦベーパ発生容器６４は、第１配管７８を介して第１窒素ガス供給源７９に接続されている。不活性ガスの一例である窒素ガスは、第１配管７８を介してベーパ発生空間Ｓ２に供給される。同様に、流路７５は、第２流量コントローラ（ＭＦＣ）８０および第２バルブ８１が介装された第２配管８２に接続されている。流路７５は、第２配管８２を介して第２窒素ガス供給源８３に接続されている。窒素ガスは、第２配管８２を介して流路７５に供給される。
連通バルブ７４、第１バルブ７７、および第２バルブ８１は、制御装置４によって開閉される。連通バルブ７４および第１バルブ７７が開かれている状態では、ベーパ発生空間Ｓ２を漂うフッ酸の蒸気が、第１窒素ガス供給源７９からの窒素ガスの流れによって、連通バルブ７４を介して流路７５に供給される。したがって、全てのバルブ７４、７７、８１が開かれている状態では、流路７５に供給されたＨＦベーパ（フッ酸の蒸気と窒素ガスとを含む気体）が、第２窒素ガス供給源８３からの窒素ガスの流れによってパンチングプレート６７に導かれる。これにより、ＨＦベーパが、パンチングプレート６７に形成された多数の貫通孔を通過し、ホットプレート６８に保持されている基板Ｗの上面に吹き付けられる。また、第２バルブ８１だけが開かれている状態では、窒素ガスだけが、パンチングプレート６７に導かれる。これにより、窒素ガスが基板Ｗの上面に吹き付けられる。
エッチングユニット７ｃは、さらに、チャンバ６５内の気体を排出する排気管８５と、排気管８５に介装された排気バルブ８６とを含む。排気バルブ８６は、工場の排気ユーティリティ等の排気源に接続されている。排気バルブ８６は、制御装置４によって開閉制御される。
次に、エッチングユニット７ｃによって行われる基板Ｗの処理例について説明する。具体的には、窒化膜の一例であるＬＰ−ＳｉＮ（Low Pressure -Silicon Nitride）の薄膜が形成されたシリコン基板の表面にフッ化水素を含む蒸気を供給して、ＬＰ−ＳｉＮの薄膜をエッチングする処理について説明する。
エッチングユニット７ｃによって基板Ｗが処理されるときには、チャンバ６５内に基板Ｗを搬入する搬入工程が行われる。具体的には、制御装置４は、ベローズ７１を退避位置に位置させ、シャッタ７３を開位置に位置させた状態で、センターロボットＣＲによって基板Ｗをチャンバ６５内に搬入させる。そして、制御装置４は、センターロボットＣＲのハンドをチャンバ６５内から退避させた後、ベローズ７１を密閉位置に移動させ、シャッタ７３を閉位置に移動させる。
次に、チャンバ６５内の雰囲気を窒素ガスに置換する前処理工程が行われる。具体的には、制御装置４は、回転駆動機構７０によって、ホットプレート６８に保持されている基板Ｗを回転させる。その後、制御装置４は、ベローズ７１が密閉位置に配置されている状態で、排気バルブ８６および第２バルブ８１を開く。第２バルブ８１が開かれることにより、第２配管８２から流路７５に窒素ガスが供給され、この窒素ガスが、パンチングプレート６７からベローズ７１内に供給される。チャンバ６５内の雰囲気が窒素ガスに置換され、チャンバ６５内の水分量および酸素濃度が低減される。
次に、ＨＦベーパを基板Ｗに供給するエッチング工程が行われる。具体的には、制御装置４は、連通バルブ７４、第１バルブ７７、および第２バルブ８１を開く。これにより、ＨＦベーパが、パンチングプレート６７の貫通孔を通過し、ホットプレート６８によって一定の温度に維持されている回転状態の基板Ｗに吹き付けられる。これにより、ＨＦベーパが基板Ｗに供給されると共に、ベローズ７１内の窒素ガスがＨＦベーパに置換される。制御装置４は、連通バルブ７４、第１バルブ７７、および第２バルブ８１が開かれてから所定時間が経過した後、連通バルブ７４、第１バルブ７７、および第２バルブ８１を閉じて、基板ＷへのＨＦベーパの供給を停止させる。
次に、チャンバ６５内の雰囲気を窒素ガスに置換する後処理工程が行われる。具体的には、制御装置４は、第２バルブ８１を開く。これにより、ＨＦベーパを含むベローズ７１内の雰囲気が、ベローズ７１内に供給された窒素ガスによって排気管８５に押し出される。そのため、ベローズ７１内の雰囲気が窒素ガスに置換される。制御装置４は、ベローズ７１内の雰囲気が窒素ガスに置換された後、第２バルブ８１を閉じる。その後、制御装置４は、基板Ｗの回転を停止させる。
次に、チャンバ６５内から基板Ｗを搬出する搬出工程が行われる。具体的には、制御装置４は、ベローズ７１を密閉位置から退避位置に移動させ、シャッタ７３を閉位置から開位置に移動させる。そして、制御装置４は、ベローズ７１およびシャッタ７３がそれぞれ退避位置および開位置に位置している状態で、センターロボットＣＲによって基板Ｗをチャンバ６５内から搬出させる。その後、制御装置４は、シャッタ７３を閉位置に移動させる。
エッチング工程では、パンチングプレート６７を通過したＨＦベーパは、基板Ｗの上面全域に均一に供給される。これにより、ＨＦベーパが基板Ｗ上で凝集し、フッ化水素と水とを含む凝集相が基板Ｗの上面全域に均一に形成される。そのため、極めて厚みの薄い液膜が基板Ｗ上に形成され、基板Ｗの上面全域がこの液膜によって覆われる。このようにして、フッ化水素と水とが基板Ｗの上面全域に均一に供給され、基板Ｗ上で露出する窒化膜が均一にエッチングされる。
図５は、洗浄ユニット７ｄの構成例を説明するための模式的な断面図である。洗浄ユニット７ｄは、基板Ｗを水平に保持して回転させるスピンチャック９８と、スピンチャック９８に保持された基板Ｗの上面にリンス液を供給するリンス液ノズル１００と、スピンチャック９８およびリンス液ノズル１００を収容するチャンバ１０１とを備えている。
スピンチャック９８は、基板Ｗを水平に保持して当該基板Ｗの中心を通る鉛直軸線まわりに回転可能な円盤状のスピンベース１０２と、このスピンベース１０２を鉛直軸線まわりに回転させるスピンモータ１０３とを含む。スピンチャック９８は、基板Ｗを水平方向に挟んで当該基板Ｗを水平に保持する挟持式のチャックであってもよいし、非デバイス形成面である基板Ｗの裏面（下面）を吸着することにより当該基板Ｗを水平に保持するバキューム式のチャックであってもよい。図５の例では、スピンチャック９８は、挟持式のチャックである。スピンチャック９８は、基板Ｗを水平に保持する。
リンス液ノズル１００は、リンス液バルブ１０６が介装されたリンス液供給管１０７に接続されている。リンス液ノズル１００へのリンス液の供給は、リンス液バルブ１０６の開閉により制御される。リンス液バルブ１０６は、制御装置４によって制御される。リンス液ノズル１００に供給されたリンス液は、スピンチャック９８に保持された基板Ｗの上面中央部に向けて吐出される。リンス液ノズル１００に供給されるリンス液としては、純水（脱イオン水）、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水や、希釈濃度（たとえば、１０〜１００ｐｐｍ程度）の塩酸水などを例示することができる。
チャンバ１０１は、チャンバ１０１内に対する基板Ｗの搬入／搬出のための開口１０８が形成された隔壁１０９と、この開口１０８を覆うゲートシャッタ１１０とを含む。ゲートシャッタ１１０は、隔壁１０９の外に配置されている。ゲートシャッタ１１０には、シリンダを含むゲート開閉機構１１１が結合されている。ゲート開閉機構１１１は、ゲートシャッタ１１０が隔壁１０９の外面に密着して開口１０８を密閉する閉鎖位置と、ゲートシャッタ１１０が隔壁１０９の側方へ離間しつつ下降して開口１０８を大きく開放する開放位置との間で、ゲートシャッタ１１０を移動させる。
次に、洗浄ユニット７ｄにおいて行われる基板Ｗの処理の一例について説明する。
センターロボットＣＲは、洗浄ユニット７ｄ内に基板Ｗを搬入する。洗浄ユニット７ｄ内への基板Ｗの搬入に先立ち、ゲート開閉機構１１１が制御装置４によって駆動される。これにより、ゲートシャッタ１１０が開放位置に配置され、チャンバ１０１の開口１０８が開放される。その後、センターロボットＣＲが、チャンバ１０１内に基板Ｗを搬入し、この基板Ｗをスピンチャック９８上に載置する。制御装置４は、センターロボットＣＲによってスピンチャック９８上に基板Ｗを載置させた後、チャンバ１０１内からセンターロボットＣＲを退避させる。その後、ゲート開閉機構１１１が制御装置４によって駆動され、ゲートシャッタ１１０が閉鎖位置に配置される。これにより、チャンバ１０１の開口１０８がゲートシャッタ１１０により密閉される。チャンバ１０１の開口１０８が密閉された後、制御装置４は、スピンモータ１０３を制御することにより、スピンチャック９８に保持された基板Ｗを回転させる。
次に、リンス液を基板Ｗに供給して、基板Ｗに付着している薬液成分（主としてエッチングユニット７ｃにおいて付着したエッチング剤成分）を洗い流すリンス処理が行われる。具体的には、制御装置４は、スピンチャック９８によって基板Ｗを回転させながら、リンス液バルブ１０６を開いて、リンス液ノズル１００からスピンチャック９８に保持された基板Ｗの上面中央部に向けてリンス液を吐出させる。リンス液ノズル１００から吐出されたリンス液は、基板Ｗの上面中央部に供給され、基板Ｗの回転による遠心力を受けて基板Ｗの上面に沿って外方に広がる。これにより、基板Ｗの上面全域にリンス液が供給され、基板Ｗに付着しているエッチング液が洗い流される。そして、リンス液バルブ１０６が開かれてから所定時間が経過すると、制御装置４は、リンス液バルブ１０６を閉じてリンス液ノズル１００からのリンス液の吐出を停止させる。
次に、基板Ｗを乾燥させる乾燥処理（スピンドライ）が行われる。具体的には、制御装置４は、スピンモータ１０３を制御して、基板Ｗを高回転速度（たとえば数千ｒｐｍ）で回転させる。これにより、基板Ｗに付着しているリンス液に大きな遠心力が作用し、当該リンス液が基板Ｗの周囲に振り切られる。このようにして、基板Ｗからリンス液が除去され、基板Ｗが乾燥する。乾燥処理が所定時間にわたって行われた後は、制御装置４は、スピンモータ１０３を制御して、スピンチャック９８による基板Ｗの回転を停止させる。その後、ゲート開閉機構１１１が制御装置４によって駆動され、ゲートシャッタ１１０が開放位置に配置される。これにより、チャンバ１０１の開口１０８が開放される。その後、スピンチャック９８に保持された基板ＷがセンターロボットＣＲによってチャンバ１０１内から搬出される。
図６Ａ−６Ｅは、基板処理装置１によって行われる基板Ｗの処理の一例を説明するための図である。以下では、酸化膜の一例であるＳｉＯ２膜と、窒化膜の一例であるＳｉＮ膜とが形成された基板Ｗの表面にエッチング剤を供給して、ＳｉＮ膜を選択的に除去する選択エッチングの一例について説明する。基板Ｗの表面に形成された酸化膜は、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）を用いて形成された膜（ＴＥＯＳ膜）であってもよい。多孔質の酸化膜等の吸湿性の酸化膜と窒化膜とが露出している基板に対して窒化膜の選択エッチングを行う場合に、この実施形態がとくに有効である。以下では、図１および図６Ａ−６Ｅを参照する。
キャリア保持部５に保持されたキャリアＣ内に収容された未処理の基板Ｗは、インデクサロボットＩＲによって搬出される。そして、キャリアＣ内から搬出された基板Ｗは、インデクサロボットＩＲからセンターロボットＣＲに渡される。センターロボットＣＲは、インデクサロボットＩＲから受け取った未処理の基板Ｗを水分除去ユニット７ａに搬入する。
図６Ａに示すように、水分除去ユニット７ａでは、ホットプレート９の基板載置面９ａ上に基板Ｗが載置され、それによって基板Ｗが加熱され、プリベーク処理が行われる。このプリベーク処理によって、基板Ｗに吸着されている水分が蒸発して、基板Ｗ外へと排出される。より具体的には、とくに基板Ｗの表面の酸化膜に吸着されている水分が蒸発して、排出される。これにより、基板Ｗの表面に形成された酸化膜が多孔質酸化膜やＬＴＯ膜のような吸湿性の酸化膜であっても、その酸化膜中に吸着された水分を除去できる。基板Ｗから吸着水分を除去するプリベーク処理が終了すると、その基板Ｗは、センターロボットＣＲによって水分除去ユニット７ａから搬出される。水分除去ユニット７ａから搬出された基板Ｗは、センターロボットＣＲによって、シリル化ユニット７ｂに搬入される。
図６Ｂに示すように、シリル化ユニット７ｂでは、シリル化剤のベーパが基板Ｗに供給され、基板Ｗがシリル化される（シリル化処理）。具体的には、シリル化剤の一例であるＨＭＤＳのベーパが、基板保持台３４に保持された基板Ｗの表面に供給され、基板Ｗの表面がシリル化される。これにより、基板Ｗ上で露出する酸化膜の表面に保護膜が形成される。そして、基板Ｗの表面がシリル化された後は、その基板Ｗが、センターロボットＣＲによってシリル化ユニット７ｂから搬出される。シリル化ユニット７ｂから搬出された基板Ｗは、センターロボットＣＲによって、エッチングユニット７ｃに搬入される。
図６Ｃに示すように、エッチングユニット７ｃでは、フッ酸のベーパが基板Ｗに供給されることにより、基板Ｗ上で露出する窒化膜が選択的にエッチングされる。このとき、基板Ｗ上で露出する酸化膜はシリル化によって形成された保護膜で覆われているので、酸化膜はほとんど失われない。こうして基板Ｗ上の窒化膜の選択エッチングが終了すると、その基板Ｗが、センターロボットＣＲによってエッチングユニット７ｃから搬出される。エッチングユニット７ｃから搬出された基板Ｗは、センターロボットＣＲによって、洗浄ユニット７ｄに搬入される。
図６Ｄに示すように、洗浄ユニット７ｄでは、リンス液（たとえば純水）がスピンチャック９８に保持された基板Ｗの表面に供給され、基板Ｗの表面に付着している薬液（とくにエッチング剤）が洗い流される（リンス処理）。このリンス処理の後、図６Ｅに示すように、基板Ｗの高速回転によって基板Ｗに付着しているリンス液が基板Ｗから除去される。これにより、スピンチャック９８に保持された基板Ｗが乾燥される（乾燥処理）。
洗浄ユニット７ｄにおいて乾燥処理が行われた基板Ｗは、センターロボットＣＲによって洗浄ユニット７ｄから搬出される。そして、センターロボットＣＲは、その基板ＷをインデクサロボットＩＲに渡す。インデクサロボットＩＲは、センターロボットＣＲから受け取った処理済みの基板Ｗをキャリア保持部５に保持されたキャリアＣに搬入する。これにより、基板処理装置１での一連の処理が終了する。制御装置４は、このような動作を繰り返し実行させ、複数枚の基板Ｗを一枚ずつ処理させる。
図７は、フッ酸ベーパによる窒化膜の選択エッチングに関する実験結果を示す。試料１、試料２および試料３は比較例であり、試料４は実施例である。いずれの試料も、シリコン基板上に窒化膜（ＳｉＮ）および多孔質シリコン酸化膜（Porous SiO2）が形成され、それらが露出している試料である。試料１は、水分除去処理（プリベーク処理）およびシリル化処理をいずれも行わずにフッ酸ベーパによるエッチングを行った例である。試料２は、水分除去処理（プリベーク処理）は行わずにシリル化処理を行い、その後に、フッ酸ベーパによるエッチングを行った例である。試料３は、水分除去処理（プリベーク処理：２５０℃、１０分）を行い、その後、シリル化処理は行わずに、フッ酸ベーパによるエッチングを行った例である。試料４は、水分除去処理（プリベーク処理：２５０℃、１０分）を行い、次にシリル化処理を行い、その後に、フッ酸ベーパによるエッチングを行った例である。
試料１，２の比較から、シリル化処理によって多孔質シリコン酸化膜のエッチング量が低減されていることが分かる。さらに、試料１，２，３の比較から、水分除去処理によって、シリル化処理と同程度に多孔質酸化膜のエッチング量を低減できることが分かる。そして、試料１，２，３，４の比較から、シリル化処理前に水分除去処理を行うことによって、多孔質シリコン酸化膜のエッチング量をほとんど零とすることができ、窒化膜エッチングの選択比を実質上無限大にできることが分かる。すなわち、シリル化処理に先立つ水分除去処理によって、シリル化による保護膜形成効果を著しく増大でき、それによって、窒化膜エッチングの選択比を著しく向上できる。
以上のように、第１実施形態では、基板Ｗに対して水分除去処理を行った後、シリル化剤を基板Ｗに供給し、その後に、エッチング剤（この実施形態ではフッ酸ベーパ）を基板Ｗに供給する。これにより、基板Ｗ上に形成された酸化膜の表面にシリル化による保護膜を確実に形成できるので、その後に行うエッチングによって、基板Ｗ上に形成された窒化膜を高い選択比でエッチングできる。
図８は、水分除去ユニット７ａの他の構成例を示す。図８において、前述の図２に示された各部の対応部分には同一参照符号を付す。この構成例では、ホットプレート９に代えて、基板保持台９Ａが備えられている。すなわち、基板保持台９Ａは、基板Ｗを保持する機能を有するが、基板Ｗを加熱する機能を有していない。そして、水分除去ユニット７ａは、減圧乾燥ユニットとして機能する。具体的には、基板Ｗが基板保持台９Ａ上に保持され、ゲートシャッタ１７によってゲート１６が閉じられた後、チャンバ８内が密閉状態とされる。そして、チャンバ８内の雰囲気を不活性ガスに置換した後、不活性ガスバルブ２４が閉じられ、真空装置９１によって、排気口１９から排気管２０を介してチャンバ８内の雰囲気が吸引される。これにより、チャンバ８内が減圧され、それによって、基板Ｗに吸着されている水分（とくに基板Ｗ上に形成された酸化膜に吸着されている水分）が除去される。
図９は、水分除去ユニット７ａのさらに他の構成例を示す。図９において、前述の図８に示された各部の対応部分には同一参照符号を付す。この構成例では、基板保持台９Ａの上方に加熱用ランプ９３（たとえばハロゲンランプまたはキセノンフラッシュランプ）が配置されている。この加熱用ランプ９３を発光させ、その光で基板Ｗを照射して加熱することにより、基板保持台９Ａに配置された基板Ｗに吸着した水分を瞬時に蒸発させて除去することができる。
図１０は、この発明の第２実施形態に係る基板処理装置２０１のレイアウトを示す図解的な平面図である。図１０において、図１の対応部分には同一参照符号を付す。この第２実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニットの構成が異なることである。すなわち、第１実施形態では、複数の処理ユニットが、基板Ｗに吸着した水分を除去する水分除去ユニット７ａと、基板Ｗをシリル化するシリル化ユニット７ｂと、基板Ｗをエッチングするエッチングユニット７ｃと、基板Ｗを洗浄する洗浄ユニット７ｄを含む場合について説明したが、第２実施形態では、複数の処理ユニットが、基板Ｗの吸着水分を除去した後に基板Ｗの表面をシリル化する水分除去・シリル化ユニット７ｅを含む。水分除去・シリル化ユニット７ｅは、基板Ｗを加熱して吸着水分を蒸発させるベーク処理の後、基板Ｗの表面をシリル化するベーク・シリル化ユニットであってもよい。ベーク・シリル化ユニットは、たとえば、図３に示したシリル化ユニット７ｂと同様の構成を有していてもよい。
さらに具体的に説明すると、第２実施形態に係る基板処理装置２０１は、一つの水分除去・シリル化ユニット７ｅと、２つのエッチングユニット７ｃと、２つの洗浄ユニット７ｄとを含み、これらが、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。この構成によっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の処理が可能である。
図１１は、この発明の第３実施形態に係る基板処理装置３０１のレイアウトを示す図解的な平面図である。図１１において、図１の対応部分には同一参照符号を付す。この第３実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニットの構成が異なることである。すなわち、この第３の実施形態では、複数の処理ユニットが、基板Ｗの表面をシリル化した後に、基板Ｗに対してエッチング処理を行うシリル化・エッチングユニット７ｆを含む。
さらに具体的に説明すると、第３実施形態に係る基板処理装置３０１は、一つの水分除去ユニット７ａと、２つのシリル化・エッチングユニット７ｆと、２つの洗浄ユニット７ｄとを含み、これらが、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。この構成によっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の処理が可能である。
図１２は、この発明の第４実施形態に係る基板処理装置４０１のレイアウトを示す図解的な平面図である。図１２において、図１の対応部分には同一参照符号を付す。この第４実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニットの構成が異なることである。すなわち、この第４の実施形態では、複数の処理ユニットが、基板Ｗに吸着した水分を除去した後に基板Ｗの表面をシリル化し、その後に、基板Ｗに対してエッチング処理を行う水分除去・シリル化・エッチングユニット７ｇを含む。水分除去・シリル化、エッチングユニット７ｇは、基板Ｗを加熱して吸着水分を蒸発させるベーク処理の後、基板Ｗの表面をシリル化し、その後にエッチング処理を行うベーク・シリル化・エッチングユニットであってもよい。
さらに具体的に説明すると、第４実施形態に係る基板処理装置４０１は、２つの水分除去・シリル化・エッチングユニット７ｇと、２つの洗浄ユニット７ｄとを含み、これらが、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。この構成によっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の処理が可能である。
図１３は、この発明の第５実施形態に係る基板処理装置５０１のレイアウトを示す図解的な平面図である。図１３において、図１の対応部分には同一参照符号を付す。この第５実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニットの構成が異なることである。すなわち、この第５の実施形態では、複数の処理ユニットが、基板Ｗに吸着した水分を除去した後に基板Ｗの表面をシリル化し、その後に、基板Ｗに対してエッチング処理を行い、さらにその後に基板Ｗの表面の薬液成分を洗い流す洗浄処理を実行する水分除去・シリル化・エッチング・洗浄ユニット７ｈを含む。水分除去・シリル化、エッチング・洗浄ユニット７ｈは、基板Ｗを加熱して吸着水分を蒸発させるベーク処理の後、基板Ｗの表面をシリル化し、その後にエッチング処理を行い、さらにその後に基板Ｗの洗浄処理を行うベーク・シリル化・エッチング・洗浄ユニットであってもよい。
さらに具体的に説明すると、第５実施形態に係る基板処理装置５０１は、４つの水分除去・シリル化・エッチング・洗浄ユニット７ｈを含み、これらが、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。この構成によっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の処理が可能である。
図１４は、この発明の第６実施形態に係る基板処理装置６０１のレイアウトを示す図解的な平面図である。図１４において、図１の対応部分には同一参照符号を付す。この第６実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、処理ユニットの配置が異なることである。具体的には、第６実施形態に係る基板処理装置６０１は、一つの水分除去ユニット７ａと、一つのシリル化ユニット７ｂと、１つのエッチングユニット７ｃと、１つの洗浄ユニット７ｄとを含み、これらが、平面視において、センターロボットＣＲを取り囲むように配置されている。第１の実施形態では、水分除去ユニット７ａが、センターロボットＣＲに対してインデクサブロック２とは反対側の流体バルブボックス２７，２７の間に配置されている。これに対して、第６の実施形態に係る基板処理装置６０１は、水分除去ユニット７ａが、インデクサブロック２側の一つの流体バルブボックス２６に隣接して配置されている。この構成によっても、前述の第１の実施形態の場合と同様の処理が可能である。ただし、この実施形態ではエッチングユニット７ｃが一つだけであるのに対して、第１の実施形態に係る基板処理装置１は、２つのエッチングユニット７ｃを備えているので、第１の実施形態の構成の方が生産性に優れている。
以上、この発明の実施の形態について説明してきたが、この発明はさらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の基板処理装置を例にとったが、複数枚の基板Ｗを一括して処理するバッチ式の基板処理装置にもこの発明を適用できる。具体的には、この発明が適用される基板処理装置は、複数枚の基板Ｗを一括して乾燥処理するバッチ式水分除去ユニットと、複数枚の基板Ｗを一括してシリル化処理するバッチ式シリル化ユニットと、複数枚の基板Ｗに対して一括してエッチング処理を施すバッチ式エッチングユニットと、複数枚の基板Ｗを一括して洗浄するバッチ式洗浄ユニットとを含んでいてもよい。バッチ式シリル化ユニットとバッチ式エッチングユニットとバッチ式洗浄ユニットとは、共通のバッチ式処理ユニットで構成されてもよい。バッチ式処理ユニットは、たとえば、複数枚の基板Ｗが浸漬される処理液を貯留する処理槽と、処理槽にシリル化剤を供給するシリル化剤供給機構と、処理槽にエッチング剤を供給するエッチング剤供給機構と、処理槽に洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、処理槽内の液を排液する排液機構とを含む。
また、前述の実施形態では、エッチング剤をベーパの形態で供給する気相エッチングを行うエッチングユニットを例にとったが、エッチング剤としてエッチング液を基板に供給するエッチングユニットを用いてもよい。
また、前述の実施形態では、水分除去工程、シリル化工程およびエッチング工程はそれぞれ１回ずつ行われているが、水分除去工程、シリル化工程およびエッチング工程が行われた基板Ｗに対して、再び水分除去工程、シリル化工程およびエッチング工程が行われてもよい。シリル化剤の供給によって酸化膜のエッチングは抑制されるが、エッチング工程が長時間行われると、酸化膜のエッチングを抑制する効果が時間の経過とともに低下し、選択比が低下するおそれがある。そのため、長時間のエッチング工程が行われる場合は、エッチング工程の間に再度水分除去工程およびシリル化工程を行うことにより、エッチング工程において高い選択比を維持することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
ＩＲ インデクサロボット
Ｃ キャリア
ＣＲ センターロボット
１ 基板処理装置（第１の実施形態）
２ インデクサブロック
３ 処理ブロック
４ 制御装置
５ キャリア保持部
６ ＩＲ移動機構
７ 処理ユニット
７ａ 水分除去ユニット
７ｂ シリル化ユニット
７ｃ エッチングユニット
７ｄ 洗浄ユニット
７ｅ 水分除去・シリル化ユニット
７ｆ シリル化・エッチングユニット
７ｇ 水分除去・シリル化・エッチングユニット
７ｈ 水分除去・シリル化・エッチング・洗浄ユニット
９ ホットプレート
９Ａ 基板保持台
１０ ヒータ
１９ 排気口
２０ 排気管
２１ 排気バルブ
３４ 基板保持台
３７ ヒータ
３８ 均熱リング
４８ シリル化剤導入管
４９ シリル化剤バルブ
６４ ＨＦベーパ発生容器
６８ ホットプレート
９１ 真空装置
９３ 加熱用ランプ
９８ スピンチャック
１００ リンス液ノズル
１０３ スピンモータ
２０１ 基板処理装置（第２の実施形態）
３０１ 基板処理装置（第３の実施形態）
４０１ 基板処理装置（第４の実施形態）
５０１ 基板処理装置（第５の実施形態）
６０１ 基板処理装置（第６の実施形態）

Claims (7)

  1. 基板から水分を除去する水分除去工程と、
    前記水分除去工程の後に、シリル化剤を基板に供給するシリル化工程と、
    前記シリル化工程の後に、エッチング剤を前記基板に供給するエッチング工程とを含み、
    前記シリル化工程が、基板を保持する基板保持台と、基板を搬入するためのゲートが形成された第１の側壁と、前記基板保持台に対して前記ゲートと反対側に配置された第２の側壁と、前記基板保持台の周囲に周囲排気口が形成され、前記周囲排気口の外側において前記第１の側壁に沿ってゲート側排気口が形成された底壁と、前記底壁に対向する上壁とを含むチャンバ内で実行され、
    基板を前記チャンバに搬入するときには前記第２の側壁側から前記チャンバ内に不活性ガスを導入しながら前記ゲート側排気口から排気することによって前記第２の側壁側から前記ゲートに向かう気流を形成させ、
    前記シリル化工程においては、前記チャンバの上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入しながら前記周囲排気口から排気することによって前記基板保持台に保持された基板の上面にシリル化剤を供給する、基板処理方法。
  2. 前記基板は、窒化膜および酸化膜が露出した表面を有しており、
    前記エッチング工程は、前記エッチング剤によって前記窒化膜を選択的にエッチングする選択エッチング工程である、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記エッチング剤は、エッチング成分を有するベーパである、請求項１または２に記載の基板処理方法。
  4. 前記エッチング成分が、フッ酸である、請求項３に記載の基板処理方法。
  5. 前記水分除去工程は、基板を加熱する加熱工程、基板周辺の気圧を低下させる減圧工程、および基板に光を照射する照射工程のうちの少なくとも一つを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 基板から水分を除去する水分除去手段と、
    基板にシリル化剤を供給するシリル化剤供給手段と、
    基板にエッチング剤を供給するエッチング剤供給手段と、
    基板を保持する基板保持台と、基板を搬入するためのゲートが形成された第１の側壁と、前記基板保持台に対して前記ゲートと反対側に配置された第２の側壁と、前記基板保持台の周囲に周囲排気口が形成され、前記周囲排気口の外側において前記第１の側壁に沿ってゲート側排気口が形成された底壁と、前記底壁に対向する上壁とを含むチャンバと、
    前記第２の側壁側から前記チャンバ内に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段と、
    前記水分除去手段を制御することにより、基板から水分を除去する水分除去工程を実行し、前記シリル化剤供給手段を制御することにより、前記水分除去工程の後に、前記基板にシリル化剤を供給するシリル化工程を前記チャンバ内で実行し、前記エッチング剤供給手段を制御することにより、前記シリル化工程の後に、前記基板にエッチング剤を供給するエッチング工程を実行する制御手段とを含み、
    前記シリル化剤供給手段が、前記上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入するシリル化剤導入手段を含み、
    前記制御手段が、基板を前記チャンバに搬入するときには前記不活性ガス導入手段から前記チャンバ内に不活性ガスを導入しながら前記ゲート側排気口から排気することによって前記第２の側壁側から前記ゲートに向かう気流を形成させ、前記シリル化工程に際しては、前記シリル化剤導入手段によって前記上壁から前記チャンバ内にシリル化剤を導入しながら前記周囲排気口から排気することによって前記基板保持台に保持された基板の上面にシリル化剤を供給させる、基板処理装置。
  7. 前記水分除去手段は、基板を加熱する加熱手段、基板に光を照射する照射手段、および基板周辺の気圧を低下させる減圧手段のうちの少なくとも一つを含む、請求項６に記載の基板処理装置。
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