KR102143272B1 - 기판 처리 장치, 기판 적재 기구, 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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세이시 무라카미
다카유키 가마이시
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 하나의 처리 용기 내에서, 피처리 기판에 대하여 온도가 상이한 복수의 공정을 연속적으로 고스루풋으로 행한다. 처리 용기(1)와, 처리 용기(1) 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(4)와, 피처리 기판(W)을 적재하는 기판 적재대(21)와, 기판 적재대(21)의 본체(22)에 설치된 냉매 유로(27)와, 냉매 유로(27)로부터 냉매를 발취하는 냉매 발취 기구(79a, 79b)와, 정전 척(23)의 이면에 프린트된 히터(25)와, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시켜 피처리 기판(W)을 제1 온도로 온도 조절하고, 히터(25)에 의한 가열을 행함과 함께, 냉매 발취 기구(79a, 79b)에 의해 냉매 유로(27)의 냉매를 발취하여, 피처리 기판(W)을 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부(6)를 갖고, 제1 온도에 의한 처리와, 제2 온도에 의한 처리를 연속해서 행한다.

Description

기판 처리 장치, 기판 적재 기구, 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, SUBSTRATE LOADING MECHANISM, AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판 처리 장치, 기판 적재 기구, 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 핀 FET의 소스 및 드레인 부분 등의 복잡한 구조 부분에 존재하는 실리콘의 자연 산화막도 제거 가능한 처리로서, COR(Chemical Oxide Removal) 처리가 검토되어 있다. COR 처리는, 예를 들어 30℃ 정도의 온도에서 실리콘 산화막(SiO2막)에, 불화수소(HF) 가스와 암모니아(NH3) 가스를 흡착시켜, 이들을 실리콘 산화막과 반응시켜서 플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6; AFS)을 생성시키는 공정과, 예를 들어 90℃ 정도의 온도로 가열에 의해 이 AFS를 승화시키는 공정에 의해, 실리콘 산화막을 에칭하는 기술이며, 예를 들어 특허문헌 1, 2 등에 기재되어 있다.
종래, 이러한 상이한 온도의 공정은, 하나의 챔버(처리 용기) 내에서 행하려고 하면, 온도를 변화시키는 데 시간이 걸리기 때문에, 별도의 챔버에서 행하는 것이 일반적이다.
그러나, 반도체 제조 프로세스의 복잡화에 수반하여, 하나의 챔버에서 복수의 공정을 행할 것이 요구되어, 이러한 상이한 온도의 공정을, 하나의 챔버에서 고스루풋으로 행할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
기판 온도를 고속으로 승강온할 수 있는 장치로서, 특허문헌 3 내지 5에 기재된 것이 있지만, 모두 온도가 상이한 일련의 공정을 하나의 챔버에서 연속해서 행하는 것은 의도하고 있지 않아, 이러한 용도에 대한 적용은 곤란하다.
일본 특허 공개 제2005-39185호 공보 일본 특허 공개 제2008-160000호 공보 일본 특허 공개 평7-183276호 공보 일본 특허 공개 제2008-192643호 공보 일본 특허 공개 제2011-77452호 공보
본 발명은, 하나의 처리 용기 내에서, 피처리 기판에 대하여 온도가 상이한 복수의 공정을 연속적으로 고스루풋으로 행할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 제1 관점은, 내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 갖는 기판 적재대와, 상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와, 상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부를 갖고, 피처리 기판에 대하여, 제1 온도에 의한 처리와, 제2 온도에 의한 처리를 연속해서 행하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 제1 관점에 있어서, 상기 기판 적재대는, 금속제이며 또한 상기 온도 조절 매체 유로가 형성된 본체와, 상기 본체 상에 설치되고, 상기 적재면을 갖고, 유전체 중에 전극이 설치되어 구성된 상기 피처리 기판을 정전 흡착하기 위한 정전 척과, 상기 정전 척과 상기 본체의 사이에 설치된 쿠션재를 갖고, 상기 히터는, 상기 정전 척의 이면에 프린트되어 있는 구성으로 할 수 있다. 상기 정전 척의 두께는, 3 내지 3.5mm인 것이 바람직하다.
상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도 차는, 20 내지 100℃인 것이 바람직하다.
상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시키는 온도 조절 매체 공급 유닛을 구비하고, 상기 온도 조절 매체 공급 유닛에는, 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 공급하는 온도 조절 매체 공급로 및 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 배출하는 온도 조절 매체 배출로가 접속되어 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로 각각에는 개폐 밸브가 설치되고, 상기 온도 조절 매체 발취 기구는, 실린더와, 상기 실린더 내에 삽입된 피스톤을 갖는 주사기 형상을 이루고 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로의 상기 개폐 밸브보다도 상기 온도 조절 매체 유로측의 위치에 각각 접속되고, 상기 개폐 밸브를 폐쇄한 상태에서, 상기 피스톤을 당김으로써, 상기 온도 조절 매체 유로 내의 온도 조절 매체를 발취하도록 할 수 있다.
상기 기판 적재대에 대향해서 설치되고, 상기 챔버 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 도입하는 샤워 헤드를 더 구비해도 된다.
이 경우에, 상기 기판 적재대를 승강시키는 승강 기구와, 상기 적재면에 대하여 피처리 기판을 승강시키는 승강 핀을 더 갖고,
상기 온도 제어부는, 상기 피처리 기판을 상기 제2 온도로 온도 조절할 때, 상기 샤워 헤드를 가열하면서, 상기 승강 기구를 상승시키는 것, 또는, 상기 승강 핀을 핀업시킴으로써, 피처리 기판을 상기 샤워 헤드에 근접시켜, 피처리 기판의 가열을 보조할 수 있다.
상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구를 더 갖고, 상기 제1 온도에서의 처리는, 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 처리를 포함하는 것으로 할 수 있다.
상기 제1 온도에서의 처리는, 케미컬 가스를 공급해서 행하는 케미컬 처리를 포함하고, 상기 제2 온도에서의 처리는, 상기 케미컬 처리에 의해 생성된 반응 생성물을 제거하는 처리를 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 제2 관점은, 소정 패턴이 형성된 절연막을 갖고, 상기 패턴의 저부의 실리콘 부분에 형성된 실리콘 함유 산화막을 갖는 피처리 기판에 있어서, 상기 실리콘 함유 산화막을 제거하는 기판 처리 장치이며, 내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 갖는 기판 적재대와, 상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와, 상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와, 상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부와, 상기 기판 처리 장치에서의 처리를 제어하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 상기 패턴의 저부에 형성된 상기 실리콘 함유 산화막을, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 카본계 가스를 공급해서 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 이온성의 이방성 플라스마 에칭에 의해 제거하는 제1 공정과, 상기 피처리 기판을 상기 이온성의 이방성 플라스마 에칭한 후의 상기 실리콘 함유 산화막의 잔부를, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 공급된 케미컬 가스에 의한 케미컬 에칭에 의해 제거하는 제2 공정과, 상기 케미컬 에칭 후에 생성된 반응 생성물을 제거하는 제3 공정을 실행하도록 제어하고, 상기 온도 제어부는, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 시에, 상기 피처리 기판을 상기 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 제3 공정 시에, 상기 피처리 기판을 상기 제2 온도로 온도 조절하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 관점은, 피처리 기판을 처리하는 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재함과 함께 온도 조절하는 기판 적재 기구이며, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 갖는 기판 적재대와, 상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와, 상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 상기 피처리 기판의 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부를 갖는 기판 적재 기구를 제공한다.
본 발명의 제4 관점은, 내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 갖는 기판 적재대와, 상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와, 상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와, 상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구를 갖는 기판 처리 장치에 의해, 소정 패턴이 형성된 절연막을 갖고, 상기 패턴의 저부의 실리콘 부분에 형성된 실리콘 함유 산화막을 갖는 피처리 기판에 있어서, 상기 실리콘 함유 산화막을 제거하는 기판 처리 방법이며, 상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 패턴의 저부에 형성된 상기 실리콘 함유 산화막을, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 카본계 가스를 공급해서 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 이온성의 이방성 플라스마 에칭에 의해 제거하는 제1 공정과, 상기 피처리 기판을 상기 이온성의 이방성 플라스마 에칭한 후의 상기 실리콘 함유 산화막의 잔부를, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 공급된 케미컬 가스에 의한 케미컬 에칭에 의해 제거하는 제2 공정과, 상기 히터에 의한 상기 피처리 기판의 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하고, 상기 케미컬 에칭 후에 생성된 반응 생성물을 제거하는 제3 공정을 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기판 적재대의 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 온도 조절 매체 유로보다도 적재면측에 설치된 히터에 의한 가열을 행함과 함께, 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하므로, 하나의 처리 용기 내에서, 1매의 피처리 기판에 대하여 온도가 상이한 복수의 공정을 연속적으로 고스루풋으로 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 기판 적재 기구를 확대해서 도시하는 단면도이다.
도 3은 냉매 발취 기구의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 제1 온도에 의한 처리 및 제2 온도에 의한 처리 시의, 냉매의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 의해 행해지는 구체적인 처리 방법의 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치에 의해 행해지는 구체적인 처리 방법의 예를 도시하는 공정 단면도이다.
도 7은 상기 구체적인 처리 방법이 적용되는, 핀 FET를 형성하기 위한 구조체를 나타내는, 트렌치에 직교하는 방향을 따른 단면도이다.
도 8은 상기 구체적인 처리 방법이 적용되는, 핀 FET를 형성하기 위한 구조체를 나타내는, 트렌치의 방향을 따른 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 구체적으로 설명한다.
<기판 처리 장치의 구성>
먼저, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치의 구성에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 기판 처리 장치를 도시하는 단면도, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 기판 적재 기구를 확대해서 도시하는 단면도이다.
기판 처리 장치(100)는, 처리 용기인 챔버(1)와, 챔버(1) 내에 배치된, 피처리 기판(W)을 적재하기 위한 적재면을 갖는 기판 적재 기구(2)와, 기판 적재 기구(2)의 적재면에 대향하도록 설치되고, 처리 가스를 챔버(1) 내에 도입하기 위한 샤워 헤드(3)와, 샤워 헤드(3)에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구(4)와, 챔버(1) 내를 배기하는 배기 기구(5)와, 기판 처리 장치(100)의 각 구성부를 제어하는 제어부(6)를 갖는다.
챔버(1)는, 하부를 구성하는 본체부(11)와, 본체부(11) 상에 설치되고, 처리 공간(S)을 형성하는 처리 공간 형성부(12)를 갖고 있으며, 예를 들어 표면 처리를 실시하지 않은 알루미늄, 또는, 내벽면에 OGF(Out Gas Free) 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄으로 구성되어 있다.
챔버(1)의 본체부(11)의 측벽에는 기판 반출입구(14)가 설치되어 있고, 기판 반출입구(14)는 게이트 밸브(15)로 개폐 가능하게 되어 있고, 게이트 밸브(15)를 개방한 상태에서 인접하는 진공 반송실(도시하지 않음)에 설치된 반송 기구(도시하지 않음)에 의해 피처리 기판의 반출입이 가능하게 되어 있다.
챔버(1)의 처리 공간 형성부(12) 내의 처리 공간(S)의 외주는 링 형상의 배기 공간(12a)으로 되어 있고, 배기 공간(12a)에 배기 기구(5)가 접속되어 있다.
기판 적재 기구(2)는, 피처리 기판(W)을 적재하는 적재면을 갖는 기판 적재대(21)와, 기판 적재대(21)의 중앙을 지지하고, 수직으로 챔버(1)보다도 하방으로 연장되는 원통형의 통형 부재(28)를 갖고 있다. 기판 적재대(21)는, 하부 플레이트(22a) 및 상부 플레이트(22b)로 이루어지는 본체(22)와, 본체(22) 상에 설치된 정전 척(23)과, 정전 척(23)의 이면에 형성된 히터(25)와, 정전 척(23)과 본체(22)(상부 플레이트(22b))의 사이에 설치된 쿠션재(26)를 갖는다. 또한, 본체(22) 아래 및 본체(22), 정전 척(23), 쿠션재(26)의 측면을 덮도록 절연 부재(24)가 설치되어 있다.
본체(22)는 알루미늄이나 구리 등의 금속으로 이루어지고, 상부 플레이트(22b)에는, 갈덴(등록 상표) 등의 냉매가 통류하는 냉매 유로(27)가 형성되어 있다.
정전 척(23)은, 피처리 기판(W)을 정전 흡착하기 위한 것이며, 그 표면이 피처리 기판 적재면이 된다. 정전 척(23)은, 유전체, 예를 들어 Al2O3 등의 세라믹스로 이루어지고, 내부에 정전 흡착을 위한 전극(23a)이 매설되어 있다. 전극(23a)에는, 통형 부재(28) 내를 연장하는 급전선(61)을 거쳐서 직류 전원(62)이 접속되어 있어, 직류 전원(62)으로부터 전극(23a)에 직류 전압이 인가됨으로써 피처리 기판(W)이 정전 흡착된다. 정전 척(23)은, 두께가 3 내지 3.5mm 정도로 통상의 4.3mm보다도 얇아, 열용량이 작게 되어 있다.
히터(25)는, 정전 척(23)의 이면에 프린트 인쇄에 의해 형성되어 있다. 히터(25)는, 예를 들어 텅스텐이나 몰리브덴, 또는 이들 금속 중 어느 것과 알루미나나 티타늄 등의 화합물로 이루어지고, 히터 전원(도시하지 않음)으로부터 급전되어 발열되도록 되어 있다.
쿠션재(26)는, 정전 척(23)과 본체(22)(상부 플레이트(22b))의 열팽창 차를 흡수함과 함께 냉매 유로(27)를 흐르는 냉매의 냉열을 정전 척(23)에 전열하는 기능을 갖고 있으며, 쿠션성이 높고 또한 열전도성이 양호한 재료, 예를 들어 실리콘 수지가 사용된다.
기판 적재 기구(2)는, 기판 적재대(21)의 상부 플레이트(22b) 내의 냉매 유로(27)에 냉매를 순환시키는 칠러 유닛(74)을 갖고 있으며, 칠러 유닛(74)에는, 냉매 유로(27)에 냉매를 공급하는 냉매 공급 배관(75)과, 냉매 유로(27)로부터 칠러 유닛(74)에 냉매를 배출하는 냉매 배출 배관(76)이 접속되어 있다. 냉매 유로(27), 냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)은, 실제로는 통형 부재(28) 내에 설치되어 있지만, 도 1에서는, 편의상, 통형 부재(28)의 외측에 나타내었다.
냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)에는, 각각 개폐 밸브(78a 및 78b)가 설치되어 있고, 냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)의 개폐 밸브(78a 및 78b)보다 상측의 부분에, 각각 냉매 발취 기구(79a 및 79b)가 설치되어 있고, 이들은, 개폐 밸브(78a 및 78b)를 폐쇄한 상태에서, 냉매 유로(27), 냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)의 개폐 밸브(78a 및 78b)보다 상측 부분의 냉매를 발취하도록 되어 있다. 냉매 발취 기구(79a)는, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, 실린더(84)와, 실린더(84) 내에 삽입된 피스톤(85)을 갖는 주사기 형상을 이루고 있어, 적당한 액추에이터(도시하지 않음)에 의해 피스톤(85)을 당김으로써, 냉매 유로(27) 및 냉매 공급 배관(75) 내의 냉매가 발취된다. 냉매 발취 기구(79b)도 마찬가지로 구성되어, 피스톤(85)을 당김으로써, 냉매 유로(27) 및 냉매 배출 배관(76) 내의 냉매가 발취된다.
정전 척(23)과 피처리 기판(W)의 사이에는, 전열 가스 공급 기구(80)로부터 전열 가스 공급 배관(81)을 통해서 He 가스 등의 전열 가스가 공급되도록 되어 있고, 전열 가스를 통해서 기판 적재대(21)에 의한 피처리 기판(W)의 온도 제어가 행해진다.
피처리 기판(W)의 온도 제어는, 후술하는 제어부(6)에 의해 행해진다. 즉, 제어부(6)는 피처리 기판(W)의 온도 제어부로서의 기능을 갖고 있으며, 피처리 기판(W)에 대하여, 제1 온도(예를 들어 30℃) 및 제1 온도보다도 높은 제2 온도(예를 들어 90℃)에서의 연속 처리를 행하도록 온도 제어를 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 제1 온도에서의 처리 시는, 히터(25)를 오프로 해서 칠러 유닛(74)으로부터 냉매 유로(27)에 냉매를 순환시킴으로써 피처리 기판(W)을 제1 온도에서 온도 조절하고, 제2 온도에서의 처리 시는, 냉매 발취 기구(79a 및 79b)에 의해 냉매 유로(27)의 냉매를 발취하고, 히터(25)에 의해 급속하게 피처리 기판(W)을 제2 온도까지 가열한다.
이렇게 급속한 온도 변화가 발생하면, 금속제의 본체(22)와 유전체인 정전 척(23)은 열팽창 계수가 상이하기 때문에, 큰 열팽창 차가 발생하는데, 쿠션재(26)에 의해 이러한 열팽창 차가 흡수된다. 피처리 기판(W)(정전 척(23)의 표면)의 온도는, 열전쌍(도시하지 않음)에 의해 모니터되어, 그 정보에 기초하여 온도 제어가 행해진다. 제1 온도와 제2 온도의 온도 차는, 20 내지 100℃의 범위가 바람직하다.
통형 부재(28)의 외측에는 상단이 기판 적재대(21)의 저면에 고정되고, 하단면이 통형 부재(28)의 하단부에 고정된 통형을 이루는 외통 부재(66)가 설치되어 있고, 외통 부재(66)의 하단은 지지 플레이트(67)에 지지되어 있다. 지지 플레이트(67)는, 승강 기구(68)에 의해 가이드 부재(도시하지 않음)를 따라 승강 가능하게 되어 있고, 지지 플레이트(67) 및 외통 부재(66)를 통해서 기판 적재대(21)가, 챔버(1)의 본체부(11) 내를, 도 1에 도시하는 처리 위치와, 그 하방의 반송 위치의 사이에서 승강 가능하게 되어 있다. 지지 플레이트(67)와 챔버(1)의 저벽의 사이에는, 챔버(1) 내의 분위기를 외기와 구획하고, 기판 적재대(21)의 승강 동작에 따라 신축되는 벨로우즈(69)가 설치되어 있다.
챔버(1)의 저면 근방에는, 승강판(71)이 설치되어 있고, 승강판(71)에는 상방으로 돌출되도록 3개(2개만 도시)의 기판 승강 핀(72)이 설치되어 있다. 기판 승강 핀(72)은, 챔버(1)의 하방에 설치된 승강 기구(73)에 의해 승강판(71)을 통해서 승강 가능하게 되어 있고, 기판 적재대(21)에 형성된 관통 구멍(도시하지 않음)에 삽입 관통되어 기판 적재대(21)의 상면에 대하여 돌출 함몰 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 기판 반출입구(14)를 개재해서 인접하는 진공 반송실의 반송 기구와 기판 적재대(21)의 사이에서 피처리 기판(W)의 전달이 행해진다.
또한, 기판 적재대(21)의 본체(22)(상부 플레이트(22b))에는, 통형 부재(28) 내를 연장하는 급전선(63)을 거쳐서 플라스마 생성용 고주파 전원(64)이 접속되어 있다. 급전선(63)의 고주파 전원(64) 상류측에는 임피던스 정합을 행하기 위한 정합기(65)가 접속되어 있다. 기판 적재대(21)는 하부 전극으로서 기능하고, 샤워 헤드(3)는 상부 전극으로서 기능하고, 한 쌍의 평행 평판 전극을 구성하여, 고주파 전원(64)으로부터 기판 적재대(21)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 처리 공간(S)에 용량 결합 플라스마가 생성된다. 또한, 고주파 전원(64)으로부터 기판 적재대(21)에 고주파 전력이 인가됨으로써, 플라스마 중의 이온이 피처리 기판(W)에 인입된다. 고주파 전원(64)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수는, 0.1 내지 500MHz로 설정되는 것이 바람직하고, 예를 들어 13.56MHz가 사용된다.
챔버(1)의 본체부(11)와 처리 공간 형성부(12)의 사이에는, 석영 등의 절연체로 이루어지는 링 형상을 이루는 실드 부재(82)가, 처리 위치에 있는 기판 적재대(21)와의 사이에 약간의 간극을 갖도록 설치되어 있다. 실드 부재(82)는, 고주파 전원(64)으로부터의 고주파 전력에 의해 처리 공간(S)에 생성된 플라스마가 본체부(11) 내로 누설되지 않도록 플라스마를 실드하는 기능을 갖는다.
샤워 헤드(3)는, 기판 적재대(21)와 거의 동일한 직경을 갖고 있고, 챔버(1)의 상부 개구를 막도록 설치된 본체부(31)와, 본체부(31) 아래에 접속된 샤워 플레이트(32)를 갖고 있고, 처리 가스를 챔버(1) 내에 샤워 형상으로 도입되도록 되어 있다. 샤워 플레이트(32)로서는, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 본체의 표면에 이트리아로 이루어지는 용사 피막이 형성된 것이 사용된다. 샤워 플레이트(32)에는 히터(도시하지 않음)가 매설되어 있어, 샤워 플레이트(32)를 예를 들어 100 내지 200℃의 범위로 가열할 수 있게 되어 있다. 본체부(31)와 샤워 플레이트(32)의 사이에는 가스 확산 공간(33)이 형성되어 있고, 이 가스 확산 공간(33)에는, 본체부(31)의 중앙에 형성된 가스 도입 구멍(34)이 접속되어 있다. 샤워 플레이트(32)에는 가스 토출 구멍(35)이 형성되어 있다. 샤워 헤드(3)와 챔버(1)의 처리 공간 형성부(12)의 사이에는 절연 부재(36 및 37)가 개재되어 있다. 절연 부재를 설치하지 않고, 챔버(1)와 샤워 헤드(3)를 도통시켜도 된다.
처리 가스 공급 기구(4)는, 기판 처리 장치(100)에서 연속적으로 행해지는 복수의 처리에 필요한 복수의 가스를 개별적으로 공급하는 복수의 가스 공급원과, 이들 복수의 가스 공급원으로부터 각 가스를 공급하기 위한 복수의 가스 공급 배관을 갖고 있다(모두 도시하지 않음). 각 가스 공급 배관에는, 개폐 밸브와, 매스 플로우 컨트롤러와 같은 유량 제어기가 설치되어 있고(모두 도시하지 않음), 이들에 의해, 상기 가스의 적절한 전환, 및 각 가스의 유량 제어를 행할 수 있게 되어 있다. 이들 가스 공급 배관으로부터의 가스는, 배관(41)을 통해서 샤워 헤드(3)에 공급된다.
챔버(1)의 처리 공간 형성부(12)에서의 배기 공간(12a)에는 배기구(13)가 설치되고, 배기구(13)에는 배기 기구(5)의 제1 배기 배관(51)이 접속되어 있다. 제1 배기 배관(51)에는 제2 배기 배관(52)의 일단이 접속되고, 제1 배기 배관(51)의 접속부의 하류측에는, 제1 압력 제어 밸브(53), 터보 분자 펌프(54), 개폐 밸브(55) 및 드라이 펌프(56)가 이 순으로 접속되어 있다. 한편, 제2 배기 배관(52)에는 제2 압력 제어 밸브(57)가 설치되고, 제2 배기 배관(52)의 타단은, 제1 배기 배관(51)의 개폐 밸브(55)와 드라이 펌프(56)의 사이의 부분에 접속되어 있다. 그리고, 챔버(1) 내가 고압으로 설정되는 처리 시에는 제1 압력 제어 밸브(53) 및 개폐 밸브(55)를 폐쇄해서 드라이 펌프(56)만으로 배기하고, 챔버(1) 내가 저압으로 설정되는 처리 시에는, 제2 압력 제어 밸브(57)를 폐쇄하고, 제1 압력 제어 밸브(53) 및 개폐 밸브(55)를 개방해서 드라이 펌프(56)와 터보 분자 펌프(54)를 병용해서 배기한다. 챔버(1) 내의 압력 제어는, 챔버(1)에 설치된 압력 센서(도시하지 않음)의 검출값에 기초하여 압력 제어 밸브(53 및 57)의 개방도를 제어함으로써 이루어진다.
제어부(6)는, 전형적으로는 컴퓨터로 이루어지고, 기판 처리 장치(100)의 각 구성부, 예를 들어 처리 가스 공급 기구(4)의 밸브나 매스 플로우 컨트롤러, 고주파 전원(64), 배기 기구(5), 칠러 유닛(74), 냉매 발취 기구(79a, 79b), 전열 가스 공급 기구(80), 히터 전원, 반송 기구, 게이트 밸브(15), 승강 기구(68, 73) 등을 제어하는 CPU를 갖는 주 제어부와, 입력 장치(키보드, 마우스 등), 출력 장치(프린터 등), 표시 장치(디스플레이 등), 기억 장치(기억 매체)를 갖고 있다. 제어부(6)는, 상술한 바와 같은 온도 제어부로서의 기능을 갖는 것 외에, 주 제어부에 의해, 예를 들어 기억 장치에 내장된 기억 매체, 또는 기억 장치에 세팅된 기억 매체에 기억된 처리 레시피에 기초하여, 기판 처리 장치(100)에, 소정의 처리 동작을 실행시키도록 제어하는 기능을 갖는다.
<기판 처리 장치의 동작>
이어서, 이상과 같이 구성된 기판 처리 장치(100)의 동작에 대해서 설명한다.
기판 처리 장치(100)에서는, 챔버(1) 내에서, 1매의 피처리 기판(W)에 대하여, 고주파 전원(64)으로부터의 고주파 전력을 기판 적재대(21)에 공급함과 함께 소정의 처리 가스를 공급해서 처리 공간(S)에 플라스마를 생성함으로써 행해지는 플라스마 처리, 소정의 케미컬 가스를 공급해서 행해지는 케미컬 처리, 반응 생성물의 제거 등의 가열 처리를 연속해서 행한다. 예를 들어, 플라스마 처리를 행한 후, 케미컬 처리를 행하고, 이어서 반응 생성물 제거를 위한 가열 처리를 행한다. 각 처리는, 배기 기구(5)에 의해, 챔버(1) 내를 각 처리에 따른 압력으로 설정해서 행해진다.
플라스마 처리 및 케미컬 처리 시에는, 칠러 유닛(74)으로부터 기판 적재대(21)의 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시킴으로써, 피처리 기판(W)의 온도가 상대적으로 저온인 제1 온도, 예를 들어 30℃ 정도로 온도 조절된다. 구체적으로는, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 개폐 밸브(78a 및 78b)는 개방되어 있고, 칠러 유닛(74)의 냉매는, 냉매 공급 배관(75), 냉매 유로(27) 및 냉매 배출 배관(76)을 통해서 순환된다. 칠러 유닛(74)에서는 냉매의 온도 조절이 행해지고, 일정 온도의 냉매가 순환되어, 피처리 기판(W)은, 제1 온도(예를 들어 30℃)로 온도 조절된다.
이 상태에서, 기판 적재대(21) 상의 피처리 기판(W)에 대하여, 예를 들어 반응 생성물 제거 처리와 같은 가열 처리를 행하는 경우, 히터(25)에 의해 가열을 개시함과 함께, 냉매 유로(27)로부터 냉매를 발취하여 상대적으로 고온인 제2 온도(예를 들어 90℃)로 온도 조절된다. 구체적으로는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 개폐 밸브(78a 및 78b)를 폐쇄함으로써 냉매의 흐름을 정지하고, 냉매 발취 기구(79a 및 79b)의 피스톤(85)을 당겨서 냉매 유로(27), 냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)의 냉매를 실린더(84) 내로 발취한다. 이때, 제1 온도와 제2 온도의 온도 차는, 20 내지 100℃의 범위가 바람직하다.
이와 같이, 히터(25)에 의한 제2 온도에 대한 가열 시에, 냉매 유로(27)로부터 냉매를 발취함으로써, 히터(25)의 열이 냉매에 빼앗기지 않아, 히터(25)의 열을 효율적으로 피처리 기판(W)의 가열에 기여시킬 수 있다. 또한, 히터(25)가 정전 척(23)의 이면에 인쇄(프린트)되어 있으므로, 히터(25)와 피처리 기판(W)의 사이에는 정전 척(23)밖에 존재하지 않아, 이 점에서도 히터의 열을 효율적으로 피처리 기판(W)에 공급할 수 있다. 이 때문에, 피처리 기판(W)에 대하여 매우 효율이 좋은 가열을 행할 수 있어, 상대적으로 고온인 제2 온도(예를 들어 90℃)에 매우 단시간에 도달시킬 수 있다. 따라서, 피처리 기판(W)을 기판 적재대(21)에 적재한 채 그대로, 냉매를 통류해서 행해지는 상대적으로 저온인 제1 온도에서의 처리와, 히터에 의해 가열해서 행해지는 상대적으로 고온인 제2 온도에서의 처리를 연속해서 행하는 경우에, 고스루풋 처리를 실현할 수 있다.
또한, 정전 척(23) 자체의 두께도 종래 4.3mm보다도 얇은 3 내지 3.5mm로 했기 때문에, 정전 척(23)의 열용량을 최대 30％ 정도 감소시킬 수 있어, 피처리 기판(W)의 가열 효율을 한층 높일 수 있다.
또한, 기판 적재대(21)의 정전 척(23)과 본체(22)의 사이에 실리콘 수지와 같은 쿠션성이 높고 또한 열전도율이 높은 쿠션재(26)를 설치하였기 때문에, 히터(25)에 의해 급격하게 가열되었을 때의, 세라믹스제의 정전 척(23)과 금속제의 본체(22)의 열팽창 차에 의한 기판 적재대(21)의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 쿠션재(26)로서 실리콘 수지 등의 열전도율이 높은 수지를 사용함으로써, 냉매에 의한 피처리 기판(W)의 온도 조절 시에, 냉매의 냉열을 효율적으로 피처리 기판(W)에 공급할 수 있다.
이러한 가열 처리가 종료된 후에는, 히터(25)에 의한 가열을 오프로 하고, 도 4의 (c)와 같이, 냉매 발취 기구(79a 및 79b)의 피스톤(85)을 밀어서 실린더(84) 내에 발취된 냉매를 냉매 유로(27) 등으로 되돌림으로써, 다음 처리에 대비한다. 이 상태에서 개폐 밸브(78a 및 78b)를 개방함으로써, 다시 냉매가 순환되어 빠르게 제1 온도로 되돌릴 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 기판 처리 장치(100)에 의하면, 기판 적재대(21)에 적재된 피처리 기판(W)의 온도를, 상대적으로 저온인 제1 온도에서 상대적으로 고온인 제2 온도로 매우 신속하게 변경할 수 있으므로, 종래는 스루풋 저하의 원인이 된다고 해서 행해지지 않던, 피처리 기판을 기판 적재대에 적재한 상태 그대로, 피처리 기판의 온도를 상승시키는 것을, 고스루풋으로 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 냉매의 발취 및 히터(25)에 의한 가열에 의해, 피처리 기판(W)의 온도를 설정 시간 내에 제2 온도에 도달시키는 것이 곤란한 경우에는, 승강 기구(68)에 의해 기판 적재대(21)를 상승시키거나, 또는, 기판 승강 핀(72)을 들어 올려 피처리 기판(W)을 상승시킴으로써, 피처리 기판(W)을 샤워 플레이트(32)에 근접시켜, 샤워 플레이트(32)의 열에 의해 보조적으로 피처리 기판(W)의 온도를 상승시키도록 해도 된다.
<기판 처리 장치에 의한 처리 방법의 예>
이어서, 이상과 같은 기판 처리 장치에 의해 행해지는 구체적인 처리 방법의 예에 대해서 설명한다. 도 5는 이 처리 방법의 예를 나타내는 흐름도, 도 6은 그 공정 단면도이다.
본 예에서는, 상기 기판 처리 장치를, 소정 패턴으로서 트렌치가 형성된 피처리 기판에 있어서, 트렌치 저부의 실리콘 부분에 콘택트 메탈을 성막해서 콘택트를 형성하기 전에, 실리콘 부분의 표면에 형성된 자연 산화막을 제거하는 산화막 제거 장치로서 사용하여, 산화막 제거 처리를 행하는 경우에 대해서 설명한다.
먼저, 도 6의 (a)에 도시하는, 실리콘 기체(101)에 절연막(102)이 형성되고, 절연막(102)에 소정 패턴으로서 트렌치(103)가 형성된 피처리 기판(실리콘 웨이퍼)(W)을 기판 처리 장치(100)의 챔버(1) 내에 반입하여, 기판 적재대(21) 상에 적재한다(스텝 1). 트렌치(103)의 저부의 실리콘 부분에는 자연 산화막(실리콘 함유 산화막)(104)이 형성되어 있다. 절연막(102)은, 주로 SiO2막으로 구성되어 있다. 일부가 SiN막이어도 된다.
이러한 피처리 기판(실리콘 웨이퍼)(W)으로서는, 예를 들어 핀 FET를 형성하기 위한 것을 들 수 있다. 도 7 및 도 8은 핀 FET를 형성하기 위한 피처리 기판의 일례를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 7은 트렌치(103)에 직교하는 방향을 따른 단면도이며, 도 8은 트렌치(103)의 방향을 따른 단면도이다. 본 예에서는, 트렌치(103)의 저부에, 실리콘 부분으로서, Si핀(107)의 선단 부분에 형성된 Si 또는 SiGe로 이루어지는 다각형 에피택셜 성장부(108)를 갖고 있으며, 이 에피택셜 성장부(108)가 소스 및 드레인을 구성한다. 그리고, 이 에피택셜 성장부(108)의 표면에 자연 산화막(104)이 형성되어 있다. 본 예에서는, 절연막(102)은, 주요부인 SiO2막(109)과, 저부를 구성하는 SiN막(110)으로 이루어진다. 또한, 도 8에서는 에피택셜 성장부(108)를 오각형으로 도시하고 있지만, 사각형이어도 된다.
핀 FET의 트렌치는, 예를 들어 TopCD가 8 내지 10nm, 깊이가 100 내지 120nm이며, 애스펙트비는 12 내지 15이다.
또한, 산화막 제거 처리에 앞서, 피처리체(실리콘 웨이퍼)에 대하여, 청정화 처리를 행해도 된다.
이어서, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시켜 피처리 기판(W)을 제1 온도(예를 들어 30℃)로 설정한 상태에서, 카본을 포함하는 가스의 플라스마에 의한 이온성의 이방성 에칭으로 트렌치 저부의 자연 산화막(104)을 제거한다(제1 산화막 제거 스텝)(스텝 2; 도 6의 (b)).
이 공정은, 이온의 직진성을 이용한 이방성 에칭이며, 처리 가스 공급 기구(4)로부터 샤워 헤드(3)를 거쳐서 카본을 포함하는 가스를 챔버(1) 내의 처리 공간(S)에 공급하면서, 고주파 전원(64)으로부터 기판 적재대(21)에 고주파 전력을 인가하여, 처리 공간(S) 내에 플라스마를 생성함으로써 행해진다. 카본을 포함하는 가스로서, CF4나 C4F8 등의 불화탄소계(CxFy계) 가스를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, CH2F2 등의 불소화탄화수소계(CxHyFz계) 가스도 사용할 수 있다. 또한, 이들 외에도 Ar 가스와 같은 희가스, N2 가스와 같은 불활성 가스, 나아가 미량의 O2 가스를 포함하고 있어도 된다.
이들 가스를 사용함으로써, 이방성 에칭 시에, 트렌치(103)의 측벽에는 카본계의 보호막(105)이 성막되기 때문에, 측벽의 에칭 진행을 억제하면서 자연 산화막을 에칭할 수 있다. 이 공정에 의해, CD 손실을 억제하면서 트렌치 저부의 자연 산화막(104)의 대부분을 제거할 수 있다.
이 처리는, 이온의 직선성을 확보하기 위해서, 챔버(1) 내의 압력을 최대한 저압으로 해서 행하는 것이 바람직하고, 배기 기구(5)로, 터보 분자 펌프(54) 및 드라이 펌프(56)를 사용해서 0.1Torr(13.3Pa) 이하 정도의 저압으로 한다. 또한, 플라스마 처리이기 때문에, 저온이면 된다. 엄밀한 온도 제어는 불필요하지만, 상술한 바와 같이, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시킴으로써, 후술하는 스텝 4의 케미컬 에칭에 요구되는 제1 온도로 설정한다.
이어서, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시킨 채 그대로의 상태에서 피처리 기판(W)을 제1 온도(예를 들어 30℃)로 유지하고, 예를 들어 NF3+NH3 플라스마 등의 플라스마에 의해 카본계 보호막의 제거 처리를 행한다(스텝 3; 도 6의 (c)).
이 공정에서는, 처리 가스 공급 기구(4)로부터 샤워 헤드(3)를 통해서 예를 들어 NF3 가스, NH3 가스 등을 챔버(1) 내의 처리 공간(S)에 공급하면서, 고주파 전원(64)으로부터 기판 적재대(21)에 고주파 전력을 인가하여, 처리 공간(S) 내에 플라스마를 생성함으로써 행해진다.
이 공정도 플라스마에 의한 제거 처리이기 때문에, 처리 압력이 어느 정도 낮은 것이 바람직하지만, 측벽의 잔사를 제거할 필요가 있기 때문에, 스텝 2보다도 이온의 직진성이 약한 것이 바람직하다. 이 때문에, 스텝 3의 처리 압력은 스텝 2보다도 높고, 0.5Torr(66.7Pa) 이하 정도가 바람직하다. 또한, 스텝 2와 마찬가지로, 플라스마 처리이기 때문에, 저온이면 된다. 엄밀한 온도 제어는 불필요하지만, 상술한 바와 같이, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시킴으로써, 후술하는 스텝 4의 케미컬 에칭에 요구되는 제1 온도(예를 들어 30℃)로 설정한다. 또한, 스텝 3의 카본계 보호막의 제거 처리는, 예를 들어, H2 가스로부터 생성되는 H2 플라스마에 의해 행할 수도 있다.
스텝 2의 제1 산화막 제거 스텝에 의해 자연 산화막(104)의 대부분은 제거되지만, 도 8에 도시하는 핀 FET의 트렌치 저부의 복잡한 형상을 갖는 에피택셜 성장부(108) 표면의 자연 산화막은, 이방성 에칭만으로는 제거할 수 없다.
이 때문에, 스텝 3의 카본계 보호막의 제거 처리 후, 냉매 유로(27)에 냉매를 통류시킨 채 그대로의 상태에서 피처리 기판(W)을 제1 온도(예를 들어 30℃)로 유지하고, 트렌치(103)의 저부에 존재하는 자연 산화막(104)의 잔부를 케미컬 에칭에 의해 제거한다(제2 산화막 제거 스텝)(스텝 4; 도 6의 (d)).
케미컬 에칭은 플라즈마리스로 반응성 가스에 의한 건식 에칭이며, 등방적인 에칭이기 때문에, 복잡한 형상을 갖는 에피택셜 성장부(108) 표면의 자연 산화막(104)을 제거 가능하다. 본 예에서는, 케미컬 에칭으로서, NH3 가스와 HF 가스를 사용한 COR 처리를 사용한다.
COR 처리 시에는, 고주파 전력을 인가하지 않은 상태에서, 처리 가스 공급 기구(4)로부터 샤워 헤드(3)를 통해서 NH3 가스 및 HF 가스를 챔버(1) 내의 처리 공간(S)에 공급한다. NH3 가스와 HF 가스 이외에, 희석 가스로서 Ar 가스나 N2 가스 등의 불활성 가스를 첨가해도 된다.
COR 처리와 같은 케미컬 에칭은, 등방성 에칭이기 때문에, 트렌치 측벽도 에칭되어 CD 손실이 발생할 우려가 있지만, 스텝 4에서는 트렌치 저부에 약간 남은 자연 산화막을 제거할 뿐이므로 단시간의 처리로 끝나, 실제로는 거의 CD 손실은 발생하지 않는다.
스텝 4를 행할 때는, 처리 압력은 0.01 내지 5Torr(1.33 내지 667Pa) 정도가 바람직하다. 이 경우, 압력이 2Torr 이상의 고압인 경우에는, 배기 기구(5)에 있어서, 드라이 펌프(56)만으로 배기를 행한다. 또한, 제1 온도로서 30℃를 예시하고 있지만, 이렇게 COR 처리를 저온에서 행함으로써, 에칭면의 평활성을 높일 수 있다.
COR 처리 시에는, 절연막(102)의 상면, 및 트렌치(103)의 저부 및 측벽에, NH3 가스 및 HF 가스와의 반응에 의해 주로 플루오로규산암모늄((NH4)2SiF6; AFS)으로 이루어지는 반응 생성물(106)이 형성된다.
이 때문에, 이어서 히터(25)에 의한 제2 온도(예를 들어 90℃)로의 가열에 의해, 트렌치(103)의 저부 및 절연막(102) 측벽에 잔존하는 반응 생성물(106)을 승화시켜 제거한다(스텝 5; 도 6의 (e)).
이 처리에서는, 처리 가스 공급 기구(4)로부터 N2 가스나 Ar 가스 등의 불활성 가스를 챔버(1) 내에 도입하여, 챔버 내의 압력을 1 내지 5Torr(133 내지 667Pa)로 설정하고, 히터(25)에 의해 가열을 개시함과 함께, 냉매 유로(27)를 흐르고 있던 냉매를 개폐 밸브(78a 및 78b)를 폐쇄함으로써 정지시키고, 냉매 발취 기구(79a 및 79b)의 피스톤(85)을 당겨서 냉매 유로(27), 냉매 공급 배관(75) 및 냉매 배출 배관(76)의 냉매를 실린더(84) 내로 발취된다.
이에 의해, 히터(25)의 열이 냉매에 빼앗기지 않아, 히터(25)의 열을 효율적으로 피처리 기판(W)의 가열에 기여시킬 수 있다. 또한, 히터(25)가 정전 척(23)의 이면에 인쇄되어 있으므로 히터(25)와 피처리 기판(W)의 사이에는 정전 척(23)밖에 존재하지 않아, 이 점에서도 히터(25)의 열을 효율적으로 피처리 기판(W)에 공급할 수 있다. 이 때문에, 피처리 기판(W)에 대하여 매우 효율이 좋은 가열을 행할 수 있어, 제2 온도(예를 들어 90℃)에 매우 단시간에 도달시킬 수 있다. 따라서, 이상의 일련의 처리를 고스루풋으로 실현할 수 있다. 또한, 목표 시간에서 제2 온도에 도달시키는 것이 곤란한 경우에는, 상술한 바와 같이, 기판 적재대(21)의 상승, 또는, 피처리 기판(W)의 상승에 의해, 피처리 기판(W)을 샤워 플레이트(32)에 근접시켜, 샤워 플레이트(32)의 열에 의해 보조적으로 피처리 기판(W)의 온도를 상승시키는 것도 가능하다.
<다른 적용>
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 피처리 기판에 대하여, 상대적으로 저온인 제1 온도에서 플라스마 처리 및 케미컬 처리를 행하고, 상대적으로 고온인 제2 온도에서 가열 처리를 행하는 경우의 구체예로서, 핀 FET의 트렌치 저부의 콘택트 부분에서의 자연 산화막 제거 처리를 행하는 경우에 본 발명의 기판 처리 장치를 적용한 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 냉매를 통류시킴으로써 피처리 기판의 온도를 상대적으로 낮은 제1 온도에서의 처리를 행하고, 그 후 히터에 의해 피처리 기판의 온도를 상대적으로 높은 제2 온도에서의 처리를 행하는 경우라면 적용 가능하다. 또한, 제1 온도 및 제2 온도는 상기 실시 형태에서 예시한 온도에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제1 온도를, 냉매를 통류시킴으로써 실현하는 예를 나타냈지만, 제1 온도는 상온보다 높은 경우여도 되고, 그 경우에는, 상온보다도 높은 온도의 온도 조절 매체를 통류시키면 된다.
1; 챔버 2; 기판 적재 기구
3; 샤워 헤드 4; 가스 공급 기구
5; 배기 기구 6; 제어부
21; 기판 적재대 22; 본체
23; 정전 척 25; 히터
26; 쿠션재 27; 냉매 유로
74; 칠러 유닛 79a, 79b; 냉매 발취 기구
100; 기판 처리 장치 S; 처리 공간
W; 피처리 기판

Claims (16)

  1. 내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 포함하는 기판 적재대와,
    상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와,
    상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부
    를 포함하고,
    피처리 기판에 대하여, 제1 온도에 의한 처리와, 제2 온도에 의한 처리를 연속해서 행하고,
    상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시키는 온도 조절 매체 공급 유닛을 더 포함하고, 상기 온도 조절 매체 공급 유닛에는, 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 공급하는 온도 조절 매체 공급로 및 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 배출하는 온도 조절 매체 배출로가 접속되어 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로 각각에는 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 온도 조절 매체 발취 기구는, 실린더와, 상기 실린더 내에 삽입된 피스톤을 포함하는 주사기 형상을 이루고 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로의 상기 개폐 밸브보다도 상기 온도 조절 매체 유로측의 위치에 각각 접속되고, 상기 개폐 밸브를 폐쇄한 상태에서, 상기 피스톤을 당김으로써, 상기 온도 조절 매체 유로 내의 온도 조절 매체를 발취하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도 차는, 20 내지 100℃인 기판 처리 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 적재대에 대향해서 설치되고, 상기 처리 용기 내에 처리 가스를 샤워 형상으로 도입하는 샤워 헤드를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 적재대를 승강시키는 승강 기구와, 상기 적재면에 대하여 피처리 기판을 승강시키는 승강 핀을 더 포함하고,
    상기 온도 제어부는, 상기 피처리 기판을 상기 제2 온도로 온도 조절할 때 상기 샤워 헤드를 가열하면서, 상기 승강 기구를 상승시키는 것, 또는, 상기 승강 핀을 들어올림으로써, 피처리 기판을 상기 샤워 헤드에 근접시켜, 피처리 기판의 가열을 보조하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구를 더 포함하고, 상기 제1 온도에서의 처리는, 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 처리를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항, 제4항, 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 온도에서의 처리는, 케미컬 가스를 공급해서 행하는 케미컬 처리를 포함하고, 상기 제2 온도에서의 처리는, 상기 케미컬 처리에 의해 생성된 반응 생성물을 제거하는 처리를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 미리 정해진 패턴이 형성된 절연막을 포함하고, 상기 패턴의 저부의 실리콘 부분에 형성된 실리콘 함유 산화막을 포함하는 피처리 기판에 있어서, 상기 실리콘 함유 산화막을 제거하는 기판 처리 장치이며,
    내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 포함하는 기판 적재대와,
    상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와,
    상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와,
    상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부와,
    상기 기판 처리 장치에서의 처리를 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 패턴의 저부에 형성된 상기 실리콘 함유 산화막을, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 카본계 가스를 공급하여 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 이온성의 이방성 플라스마 에칭에 의해 제거하는 제1 공정과,
    상기 피처리 기판을 상기 이온성의 이방성 플라스마 에칭한 후의 상기 실리콘 함유 산화막의 잔부를, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 공급된 케미컬 가스에 의한 케미컬 에칭에 의해 제거하는 제2 공정과,
    상기 케미컬 에칭 후에 생성된 반응 생성물을 제거하는 제3 공정
    을 실행하도록 제어하고,
    상기 온도 제어부는, 상기 제1 공정 및 상기 제2 공정 시에, 상기 피처리 기판을 상기 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 제3 공정 시에, 상기 피처리 기판을 상기 제2 온도로 온도 조절하는 기판 처리 장치.
  11. 피처리 기판을 처리하는 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재함과 함께 온도 조절하는 기판 적재 기구이며,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 포함하는 기판 적재대와,
    상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와,
    상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 히터에 의한 상기 피처리 기판의 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하는 온도 제어부
    를 포함하고,
    상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시키는 온도 조절 매체 공급 유닛을 더 포함하고, 상기 온도 조절 매체 공급 유닛에는, 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 공급하는 온도 조절 매체 공급로 및 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 배출하는 온도 조절 매체 배출로가 접속되어 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로 각각에는 개폐 밸브가 설치되고,
    상기 온도 조절 매체 발취 기구는, 실린더와, 상기 실린더 내에 삽입된 피스톤을 포함하는 주사기 형상을 이루고 있고, 상기 온도 조절 매체 공급로 및 상기 온도 조절 매체 배출로의 상기 개폐 밸브보다도 상기 온도 조절 매체 유로측의 위치에 각각 접속되고, 상기 개폐 밸브를 폐쇄한 상태에서, 상기 피스톤을 당김으로써, 상기 온도 조절 매체 유로 내의 온도 조절 매체를 발취하는 기판 적재 기구.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도 차는, 20 내지 100℃인 기판 적재 기구.
  15. 삭제
  16. 내부가 진공으로 유지 가능한 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리 기판을 적재하는 적재면을 포함하는 기판 적재대와,
    상기 기판 적재대에 설치되고, 상기 기판 적재대에 적재된 피처리 기판을 온도 조절하기 위한 온도 조절 매체가 통류하는 온도 조절 매체 유로와,
    상기 온도 조절 매체 유로로부터 온도 조절 매체를 발취하는 온도 조절 매체 발취 기구와,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로보다도 상기 적재면에 가까운 위치에 설치된 히터와, 상기 처리 용기 내에서 플라스마를 생성하기 위한 플라스마 생성 기구를 포함하는 기판 처리 장치에 의해,
    미리 정해진 패턴이 형성된 절연막을 포함하고, 상기 패턴의 저부의 실리콘 부분에 형성된 실리콘 함유 산화막을 포함하는 피처리 기판에 있어서, 상기 실리콘 함유 산화막을 제거하는 기판 처리 방법이며,
    상기 기판 적재대의 상기 온도 조절 매체 유로에 온도 조절 매체를 통류시켜 피처리 기판을 제1 온도로 온도 조절하고, 상기 패턴의 저부에 형성된 상기 실리콘 함유 산화막을, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 처리 용기 내에 카본계 가스를 공급하여 상기 플라스마 생성 기구에 의해 생성된 플라스마에 의한 이온성의 이방성 플라스마 에칭에 의해 제거하는 제1 공정과,
    상기 피처리 기판을 상기 이온성의 이방성 플라스마 에칭한 후의 상기 실리콘 함유 산화막의 잔부를, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 공급된 케미컬 가스에 의한 케미컬 에칭에 의해 제거하는 제2 공정과,
    상기 히터에 의한 상기 피처리 기판의 가열을 행함과 함께, 상기 온도 조절 매체 발취 기구에 의해 상기 온도 조절 매체 유로의 온도 조절 매체를 발취하여, 피처리 기판을 상기 제1 온도보다도 높은 제2 온도로 온도 조절하고, 상기 케미컬 에칭 후에 생성된 반응 생성물을 제거하는 제3 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
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