(57)【要約】【課題】基板載置台の温度が異なる複数の処理を行うに当たり、基板載置台の昇温時間と降温時間を短縮してスループットの短縮化を図る基板処理方法及び基板処理装置を提供する。【解決手段】本開示の基板処理方法は、基板載置台を第１温度に温調して基板を処理する第１処理工程と、前記基板載置台を前記第１温度よりも高い第２温度に温調して前記基板を処理する第２処理工程と、を有し、前記基板載置台を前記第１温度から前記第２温度へ温調する際には、前記チラーの設定温度を維持する第１流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させ、前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際には、前記第１流量よりも流量の多い第２流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させ、もしくは前記ヒータの稼働を停止させる。【選択図】図２
2019201147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内にあり、冷媒が流通する冷媒流路とヒータを内蔵する基板載置台と、
前記冷媒流路との間で前記冷媒を循環させるチラーと、を有する基板処理装置により基板を処理する基板処理方法であって、
前記基板載置台を第１温度に温調して前記基板を処理する第１処理工程と、
前記基板載置台を前記第１温度よりも高い第２温度に温調して前記基板を処理する第２処理工程と、を有し、
前記基板載置台を前記第１温度から前記第２温度へ温調する際には、前記チラーの設定温度を維持する第１流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させて前記基板載置台を前記第２温度とし、
前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際には、前記第１流量よりも流量の多い第２流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させ、もしくは前記ヒータの稼働を停止させて前記基板載置台を前記第１温度とする、基板処理方法。
【請求項２】
前記基板載置台が前記第１温度から昇温して前記第２温度となる前に、もしくは、前記基板載置台が前記第１温度から昇温して前記第２温度となった際に、前記冷媒の流量を前記第１流量から前記第２流量に変更する、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記冷媒の流量を前記第２流量に維持した状態で、前記ヒータによる加熱温度を低下させることにより、もしくは前記ヒータの稼働を停止させることにより、前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度に温調する、請求項１又は２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記チラーには、前記冷媒を前記冷媒流路に供給する送り流路と、前記冷媒を前記冷媒流路から前記チラーに戻す戻り流路とが流体連通し、前記送り流路と前記戻り流路の間を、前記冷媒流路を介さずに流体連通させるバイパス流路が配設されており、
前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際に、前記バイパス流路に前記冷媒の一部を流通させ、前記冷媒流路を流通する前記冷媒の流量を低減させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記第１処理工程は、前記処理容器内にケミカルガスを供給して前記基板をケミカルエッチングする、ケミカルエッチング処理を含み、
前記第２処理工程は、前記ケミカルエッチング処理により生成された反応生成物を除去する除去処理を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第１処理工程は、カーボン含有ガスを前記処理容器内に供給し、前記カーボン含有ガスをプラズマ化して前記基板をプラズマエッチングするプラズマエッチング処理を含み、
前記第１処理工程において、前記プラズマエッチング処理と前記ケミカルエッチング処理をシーケンシャルに実行する、請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記第２温度は９０℃乃至１５０℃の範囲にあり、前記第２温度と前記第１温度の差分値が２０℃乃至１００℃の範囲にある、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記基板は溝が形成された絶縁膜を有し、
１つの前記処理容器内において、前記溝の底部に形成されている自然酸化膜であるシリコン含有酸化膜を前記第１処理工程及び前記第２処理工程にて除去する工程を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
１つの前記処理容器内において、
前記自然酸化膜を除去する工程と、
前記自然酸化膜を除去した後に金属膜を成膜する工程と、
前記溝の底部のシリコン部分と前記金属膜とを反応させて、前記溝の底部にコンタクトを形成する工程と、を有する、請求項８に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記金属膜を成膜する工程は、ＣＶＤまたはＡＬＤにより成膜を行う、請求項９に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
前記溝がトレンチもしくはホールである、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１２】
基板が収容され、処理ガス供給部を介して処理ガスが供給される処理容器と、
前記処理容器内にあって、冷媒が流通する冷媒流路とヒータを内蔵する基板載置台と、
前記冷媒流路との間で前記冷媒を循環させるチラーと、
第１処理の際の第１温度と、前記第１温度よりも高い第２処理の際の第２温度と、の間で前記基板載置台を調温する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記基板載置台を前記第１温度から前記第２温度へ温調する際には、前記チラーの設定温度を維持する第１流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させて前記基板載置台を前記第２温度とする処理を実行し、
前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際には、前記第１流量よりも流量の多い第２流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させ、もしくは前記ヒータの稼働を停止させて前記基板載置台を前記第１温度とする処理を実行する、基板処理装置。
【請求項１３】
前記チラーには、前記冷媒を前記冷媒流路に供給する送り流路と、前記冷媒流路から前記冷媒を前記チラーに戻す戻り流路とが流体連通し、前記送り流路と前記戻り流路の間を、前記冷媒流路を介さずに流体連通させるバイパス流路が配設されており、
前記制御部は、
前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際に、前記バイパス流路に前記冷媒の一部を流通させ、前記冷媒流路を流通する前記冷媒の流量を低減させる処理を実行する、請求項１２に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ヒータと冷媒流路を内蔵する基板載置台に基板を載置し、冷媒流路に冷媒を供給することにより基板載置台の温度を降下させ、ヒータを発熱させることにより基板載置台の温度を昇温させる基板載置台の温度制御方法が開示されている。この温度制御方法では、ヒータが発熱する際に冷媒の流れを停止させることにより、速やかな基板の温度上昇を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、基板載置台の温度が異なる複数の処理を行うに当たり、基板載置台の昇温時間と降温時間を短縮してスループットの短縮化を図るのに有利な基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様による基板処理方法は、
処理容器内にあり、冷媒が流通する冷媒流路とヒータを内蔵する基板載置台と、
前記冷媒流路との間で前記冷媒を循環させるチラーと、を有する基板処理装置により基板を処理する基板処理方法であって、
前記基板載置台を第１温度に温調して前記基板を処理する第１処理工程と、
前記基板載置台を前記第１温度よりも高い第２温度に温調して前記基板を処理する第２処理工程と、を有し、
前記基板載置台を前記第１温度から前記第２温度へ温調する際には、前記チラーの設定温度を維持する第１流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させて前記基板載置台を前記第２温度とし、
前記基板載置台を前記第２温度から前記第１温度へ温調する際には、前記第１流量よりも流量の多い第２流量の前記冷媒を前記チラーから前記冷媒流路に流通させると共に、前記ヒータを稼働させ、もしくは前記ヒータの稼働を停止させて前記基板載置台を前記第１温度とする。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、基板載置台の温度が異なる複数の処理を行うに当たり、基板載置台の昇温時間と降温時間を短縮してスループットの短縮化を図る、基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る基板処理装置の全体構成の一例を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る基板処理方法の一例のフローチャートである。
【図３】基板処理方法の一例のフローチャートの各工程を説明する工程断面図である。
【図４】基板処理方法の一例のプロセスシーケンスの一例を従来例のプロセスシーケンスの一例と共に示す図であり、（ａ）は冷媒流量の時間変化グラフであり、（ｂ）は静電チャック温度の時間変化グラフである。
【図５】第１の実施形態を含む基板処理方法のフローチャートである。
【図６】第１の実施形態を含む基板処理方法のフローチャートの各工程を説明する工程断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る基板処理装置の全体構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本開示の実施形態に係る基板処理方法及び基板処理装置について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【０００９】
［第１の実施形態］
＜基板処理装置＞
はじめに、本開示の第１の実施形態に係る基板処理装置の一例について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の全体構成の一例を示す断面図である。図１に示す基板処理装置１００は、プラズマエッチング処理とケミカルエッチング処理、及びケミカルエッチング処理により生成された反応生成物を除去する除去処理を、１つの処理容器１０内でシーケンシャルに実行可能な装置である。さらに、基板処理装置１００は、反応生成物を除去する除去処理に続いて、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による成膜が実行可能な装置である。
【００１０】
図１に示す基板処理装置１００は、チャンバーである処理容器１０と、処理容器１０内に配設されて基板Ｗ（以下、基板Ｗの一例である半導体ウエハを「ウエハ」という）が載置される基板載置台２１（以下、「サセプタ」という）と、シャワーヘッド４０とを有する。また、基板処理装置１００は、シャワーヘッド４０に処理ガスを供給する処理ガス供給部６０と、処理容器１０内から各種の処理ガスを排気し、さらには処理容器１０内を真空引きして減圧する排気部５０とを有する。また、基板処理装置１００は、サセプタ２１との間で冷媒を循環させる冷却部８０と、各構成部を制御する制御部７０とを有する。
【００１１】
処理容器１０はアルミニウム等の金属により形成され、略円筒状を有する容器本体１１を有し、容器本体１１には底板１１ａが設けられている。容器本体１１の側壁には、ウエハＷを搬出入するための搬出入口１３が開設され、搬出入口１３はゲートバルブ１４により開閉自在となっている。容器本体１１の上方には、断面形状が略矩形状で円環状の排気ダクト１５が配設されている。排気ダクト１５には、内周面に沿ってスリット１５ａが形成されている。また、排気ダクト１５の外壁には排気口１５ｂが形成されている。排気ダクト１５の上面には、容器本体１１の上方開口を塞ぐ天板１６が設けられている。天板１６と排気ダクト１５との当接界面にはシールリング１７が配設され、シールリング１７により天板１６と排気ダクト１５とが気密にシールされている。
【００１２】
ウエハＷが載置されるサセプタ２１は、ウエハＷに対応した大きさの円盤状を成し、筒状の支持体２７に支持されている。サセプタ２１は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料にて形成されている。サセプタ２１の内部には、ヒータ２２と、冷媒が流通する冷媒流路２３とが内蔵されている。
【００１３】
ヒータ２２は、筒状の支持体２７の内部に延設する給電線７４を介して直流電源７６に接続されており、給電線７４にはスイッチ７５が介在している。プロセス中に制御部７０によるオン信号をスイッチ７５が受信すると、スイッチ７５がオンされて直流電源７６からヒータ２２に直流電圧が印加され、抵抗体であるヒータ２２が発熱されるようになっている。ヒータ２２は、例えば、タングステンやモリブデン、もしくはこれらの金属のいずれか一種とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やチタン等との化合物とから形成されている。
【００１４】
冷媒流路２３は、平面視における線形が、渦巻き状の線形、もしくは、複数の直線部と直線部の端部同士を繋ぐ湾曲部とが組み合わされた蛇行状の線形等である。冷媒流路２３の両端は、支持体２７の内部を延設すると共にチラー８１に通じている、送り流路８２と戻り流路８３に流体連通している。
【００１５】
サセプタ２１には、筒状の支持体２７の内部に延設する給電線７７を介してプラズマ生成用の高周波電源７９が接続されている。給電線７７において高周波電源７９の上流側には、インピーダンス整合を行う整合器７８が介在している。サセプタ２１は下部電極として機能する。一方、以下で説明するシャワーヘッド４０は上部電極として機能し、サセプタ２１と共に一対の平行平板電極を構成する。
【００１６】
図１に実線で示すようにサセプタ２１が処理位置にある状態において、シャワーヘッド４０とサセプタ２１との間には処理空間４６が形成される。高周波電源７９からサセプタ２１に高周波電力が印加されることにより、処理空間４６に容量結合プラズマが生成される。また、高周波電源７９からサセプタ２１に高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンがウエハＷに引き込まれる。高周波電源７９から出力される高周波電力の周波数は、０．１乃至５００ＭＨｚの範囲内で設定されるのが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚが適用される。
【００１７】
サセプタ２１の上面には、ウエハＷが直接載置される載置面を備えた静電チャック２４が搭載されている。静電チャック２４は、アルミナ等のセラミックスから形成される絶縁体であり、静電吸着機能を有する電極２５を内蔵する。電極２５は、筒状の支持体２７の内部に延設する給電線７１を介して直流電源７３に接続されており、給電線７１にはスイッチ７２が介在している。スイッチ７２がオンされると、直流電源７３から電極２５に直流電圧が印加されることによりクーロン力が発生し、クーロン力によってウエハＷが静電チャック２４の上面に静電吸着される。静電チャック２４の厚みは、例えば３ｍｍ乃至４ｍｍ程度に設定されている。
【００１８】
静電チャック２４の上面（ウエハＷの載置面）には、熱電対（図示せず）等の温度センサが配設されており、温度センサが静電チャック２４の上面及びウエハＷの温度を随時モニターしている。このモニター情報は制御部７０に随時送信され、モニター情報に基づいてサセプタ２１及びウエハＷの温調制御が制御部７０にて実行される。より具体的には、制御部７０により、スイッチ７５のオン・オフ制御やヒータ２２の温度制御が実行される。さらに、制御部７０により、チラー８１から冷媒流路２３に供給される冷媒の流量が第１流量と第２流量の間の範囲で調整され、流量調整された冷媒が冷媒流路２３に循環されることにより、サセプタ２１及びウエハＷを第１温度と第２温度の間で連続的に温調制御することができる。尚、静電チャック２４とウエハＷの間には、伝熱ガス供給部から供給流路を介して（いずれも図示せず）、例えばＨｅガス等の伝熱ガスが供給されるようになっており、温調制御されるサセプタ２１の温度を伝熱ガスを介してウエハＷに速やかに伝熱し、ウエハＷの温調制御が行われる。
【００１９】
円盤状のサセプタ２１の側面には、静電チャック２４の外周領域とサセプタ２１の側面を覆う環状のシールド体２６が、静電チャック２４と僅かな隙間を有して設けられている。シールド体２６は、アルミナや石英等のセラミックスから形成されている。シールド体２６は、高周波電源７９からの高周波電力により処理空間４６に生成されたプラズマが、容器本体１１内に漏洩しないようにプラズマをシールドする機能を有する。
【００２０】
サセプタ２１を支持する支持体２７は、サセプタ２１の底面中央から容器本体１１の底板１１ａに開設されている開口１１ｂを介して容器本体１１の下方に延び、支持体２７の下端は支持板２８に接続されている。支持板２８は、昇降機２９によって案内体（図示せず）に沿って昇降自在に構成されている。また、容器本体１１の底板１１ａと支持板２８との間には、支持板２８を包囲すると共に処理容器１０内の雰囲気を外気から遮断し、サセプタ２１の昇降動作にともなって伸縮するベローズ３０が配設されている。
【００２１】
容器本体１１の底板１１ａの近傍には、昇降板３１が配設され、昇降板３１の上面には、上方に突出する３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン３２が設けられている。容器本体１１の底板１１ａの下方に配設されている昇降機３３により昇降板３１が昇降自在に支持されており、昇降板３１の昇降に応じてウエハ支持ピン３２が昇降自在となっている。サセプタ２１が二点鎖線で示す搬送位置にあるとき、ウエハ支持ピン３２が昇降すると、サセプタ２１に設けられている貫通孔２１ａを介して、ウエハ支持ピン３２がサセプタ２１の上面に対して突没自在となっている。このようにウエハ支持ピン３２を昇降させることにより、ウエハ搬送部（図示せず）とサセプタ２１との間においてウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２２】
シャワーヘッド４０は、サセプタ２１と略同一の直径を有し、天板１６に固定されている本体部４１と、本体部４１の下方に接続されてサセプタ２１に対向するシャワープレート４２とを有する。本体部４１とシャワープレート４２との間にはガス拡散空間４３が形成されており、ガス拡散空間４３には、本体部４１及び天板１６の中央を貫通するガス導入孔４５が開設されている。本体部４１とシャワープレート４２は共に例えばアルミニウム等の金属から形成されており、金属製の本体の表面にイットリア（Ｙ２Ｏ３）等からなる溶射被膜が形成されてもよい。シャワープレート４２の周縁部には、下方に突出する環状突起部４４が形成されており、環状突起部４４とサセプタ２１のシールド体２６の上面とが近接することにより、環状隙間４４ｂが形成される。シャワープレート４２において、環状突起部４４の内側の平坦面には、ガス吐出孔４４ａが形成されている。ガス導入孔４５を介してガス拡散空間４３に供給された処理ガスは、複数のガス吐出孔４４ａを介して処理空間４６にシャワー状に供給される。
【００２３】
本体部４１には、インピーダンス整合を行う整合器４８が介在する給電線４７を介して、プラズマ生成用の高周波電源４９が接続されており、シャワーヘッド４０は上部電極として機能する。高周波電源４９から本体部４１に高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンがウエハＷに提供される。高周波電源４９から出力される高周波電力の周波数は、０．１乃至５００ＭＨｚの範囲内で設定されるのが好ましく、高周波電源７９と同じ周波数に設定されてもよいし、異なる周波数に設定されてもよい。尚、プロセス中において、高周波電源４９、７９から共に高周波電力を印加してもよいし、高周波電源４９、７９のいずれか一方から高周波電力を印加してもよい。
【００２４】
処理ガス供給部６０は、基板処理装置１００内において連続的に行われる複数の処理に適用される複数の処理ガスを個別的に供給する複数の処理ガス供給源６１と、複数の処理ガス供給源６１からの各処理ガスを供給するための複数の処理ガス供給配管６２とを有する。尚、図１には、１つの処理ガス供給源６１及び処理ガス供給配管６２のみを抽出して示している。各処理ガス供給配管には、開閉バルブと、マスフローコントローラのような流量制御器とが設けられており（いずれも図示せず）、開閉バルブとマスフローコントローラにより、処理ガス種の切り替えや処理ガスの流量制御が実行される。処理ガス供給配管６２を介して供給される処理ガスは、ガス導入孔４５を介してシャワーヘッド４０に供給される。
【００２５】
排気部５０は、処理容器１０の内部を排気する。排気部５０は、排気ダクト１５の排気口１５ｂに接続されている排気配管５２と、排気配管５２に接続されている排気機構５１とを有し、排気機構５１は、ターボ分子ポンプやドライポンプ、圧力制御バルブ、開閉バルブ等を有する（いずれも図示せず）。排気処理に際しては、容器本体１１内のガスがスリット１５ａを介して排気ダクト１５に至り、排気ダクト１５から排気部５０の排気機構５１により排気配管５２を介して排気される。処理容器１０内が高圧に設定される処理の際には、例えばドライポンプのみで排気を行う。一方、処理容器１０内が低圧に設定される処理の際には、ドライポンプとターボ分子ポンプとを併用して排気する。処理容器１０内には圧力センサ（図示せず）が設置されており、圧力センサの検出値に基づいて圧力制御バルブの開度が制御されることにより、処理容器１０内の圧力制御が行われる。
【００２６】
冷却部８０は、チラー８１と、チラー８１に流体連通する送り流路８２及び戻り流路８３とを有する。送り流路８２と戻り流路８３は共に筒状の支持体２７の内部をサセプタ２１側に延設し、サセプタ２１に内蔵されている例えば渦巻き状の冷媒流路２３の両端に流体連通している。チラー８１は、冷媒温度を制御する本体部と、冷媒を圧送するポンプとを有する（いずれも図示せず）。ポンプから圧送される冷媒の流量は、制御部７０によりプロセス中に可変に制御される。ここで、冷媒として、ガルデン（登録商標）やフロリナート（登録商標）等が適用される。
【００２７】
基板処理装置１００では、処理容器１０内において、サセプタ２１を第１温度に設定して処理を行う第１処理と、サセプタ２１を第１温度よりも高い第２温度に設定して処理を行う第２処理とがシーケンシャルに実行される。第１温度と第２温度はプロセスによって様々な温度に設定でき、一例として、相対的に高い第２温度を９０℃乃至１５０℃の範囲とし、第２温度と第１温度の差分値を２０℃乃至１００℃の範囲に設定することができる。
【００２８】
第１処理と第２処理を一連のプロセスとして１つのウエハＷに対して実行し、処理済みのウエハＷを処理容器１０からアンロードし、未処理のウエハＷを処理容器１０にロードして同様に第１処理と第２処理を行う基板処理方法が適用できる。このように、１つの処理容器１０内において、サセプタ２１の温度が異なる複数の処理をシーケンシャルに行う基板処理方法によれば、各処理を異なる処理容器にて行う方法に比べて処理設備の簡素化と処理設備の占めるスペースの狭小化、さらには装置製造に要するコストの低減を図ることができる。その一方で、複数の異なる温度の処理を１つの処理容器１０にて行う場合、サセプタ２１の温度の切り替えに要する時間がプロセスの律速となり易く、このようにサセプタ２１の温度の切り替えに要する時間が長くなることに起因してプロセス時間が長くなる恐れがある。サセプタ２１の温度の切り替えに要する時間を短縮化し、スループットの短縮化を図るために、プロセス中において、チラー８１の温度は予め定められた設定温度に維持されるようになっている。具体的には、チラー８１に対して設定温度の維持を保証する冷媒の流量を予め求めておき、このように求められた流量以上の冷媒が冷却部８０と冷媒流路２３との間を循環するような制御が実行される。
【００２９】
制御部７０は、基板処理装置１００の各構成部、例えば、サセプタ２１に内蔵されるヒータ２２やチラー８１、高周波電源４９，７９、処理ガス供給部６０、排気部５０等の動作を制御する。制御部７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＣＰＵは、ＲＡＭ等の記憶領域に格納されたレシピ（プロセスレシピ）に従い、所定の処理を実行する。レシピには、プロセス条件に対する基板処理装置１００の制御情報が設定されている。制御情報には、例えば、ガス流量や処理容器１０内の圧力、処理容器１０内の温度や静電チャック２４の載置面の温度、プロセス時間等が含まれる。例えば、以下で詳説するように、サセプタ２１を第１温度から第２温度に連続制御する処理がレシピに含まれる。また、所定時間のプラズマエッチング処理、ケミカルエッチング処理、及び反応生成物の除去処理のシーケンシャルな処理がレシピに含まれる。
【００３０】
制御部７０による制御フローの一例を挙げると以下の通りである。まず、サセプタ２１を第１温度から第２温度へ温調する際には、チラー８１の設定温度を維持する第１流量の冷媒をチラー８１から冷媒流路２３に流通させると共に、ヒータ２２を稼働させてサセプタ２１を第２温度とする処理を実行する。一方、サセプタ２１を第２温度から第１温度へ温調する際には、第１流量よりも流量の多い第２流量の冷媒をチラー８１から冷媒流路２３に流通させると共に、ヒータ２２を稼働させ、もしくはヒータ２２の稼働を停止させてサセプタ２１を第１温度とする処理を実行する。
【００３１】
尚、レシピ及び制御部７０が適用するプログラムは、例えば、ハードディスクやコンパクトディスク、光磁気ディスク等に記憶されてもよい。また、レシピ等は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード等の可搬性のコンピュータによる読み取りが可能な記憶媒体に収容された状態で制御部７０にセットされ、読み出される形態であってもよい。制御部７０はその他、コマンドの入力操作等を行うキーボードやマウス等の入力装置、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等の表示装置、及びプリンタ等の出力装置といったユーザーインターフェイスを有している。
【００３２】
＜基板処理方法＞
次に、図１に示す基板処理装置１００を適用してウエハＷを処理する、基板処理方法の一例を図２乃至図４を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係る基板処理方法の一例のフローチャートであり、図３は、基板処理方法の一例のフローチャートの各工程を説明する工程断面図である。また、図４は、基板処理方法の一例のプロセスシーケンスの一例を従来例のプロセスシーケンスの一例と共に示す図であり、図４（ａ）は冷媒流量の時間変化グラフであり、図４（ｂ）は静電チャック温度の時間変化グラフである。尚、図４（ａ）、（ｂ）は、時間軸を揃えて示されている。
【００３３】
図４（ａ）における冷媒流量の時間変化グラフは、冷媒流量が実際に変化するグラフである。制御部７０によるチラー８１に対する冷媒の流量切り替えは、例えばＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御にて行われる。このＰＩＤ制御において制御部７０からチラー８１に指令信号が送信されるタイミングは多様であるが、例えば、図４（ａ）において、時刻ｔ２で流量増加の指令信号を送信し、時刻ｔ９で流量低減の指令信号を送信するタイミングが挙げられる。
【００３４】
静電チャック２４の温度は、静電チャック２４が内蔵するヒータ２２の温度をダイレクトに反映することから、図４（ｂ）に示す静電チャック温度の時間変化グラフは、そのまま静電チャック２４内に内蔵されたヒータ温度の時間変化グラフを示しているとしてよい。さらに、静電チャック２４の温度は、そのまま静電チャック２４に載置されているウエハＷの温度であるとしてよい。尚、図４では、実線で示されている実施例のグラフと、点線で示されている比較例（従来例）のグラフを併記しているが、以下のプロセスの説明では実線で示す実施例のグラフを参照する。
【００３５】
図２に示す基板処理方法は、サセプタ２１を第１温度に温調してウエハＷを処理する第１処理工程と、サセプタ２１を第１温度よりも高い第２温度に温調してウエハＷを処理する第２処理工程とを有する。図２において、第１温度のサセプタ２１にウエハＷを載置する工程（工程１）、第１温度で自然酸化膜をプラズマエッチング処理する工程（工程２）、及び第１温度で自然酸化膜をケミカルエッチング処理する工程（工程３）が第１処理工程となる。次に、サセプタ２１を第１温度から第２温度に温調する工程（工程４）を経て、第２温度で反応生成物を除去処理する工程（工程５）が第２処理工程となる。第２処理工程の後、サセプタ２１を第２温度から第１温度に温調する工程（工程６）を経て１つのウエハＷに対する一連のプロセスが終了する。図１に示す基板処理装置１００は、この一連のプロセスを１つの処理容器１０内で行い、これを複数のウエハＷに対して順次行う装置である。
【００３６】
第２処理工程におけるサセプタ２１の第２温度は９０℃乃至１５０℃の範囲に設定され、第２温度と第１処理工程における第１温度の差分値は２０℃乃至１００℃の範囲に設定される。例えば、表面に所定パターンのトレンチ（溝の一例であり、溝の他の例としてホールがある）を有する絶縁膜が形成されたウエハＷ（シリコンウエハ）において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する成膜工程がある。この成膜工程に際して、シリコン部分の表面には自然酸化膜であるシリコン含有酸化膜が形成され得る。そこで、第１処理工程と第２処理工程をシーケンシャルに行うことにより、自然酸化膜であるシリコン酸化膜を除去する処理を行う基板処理方法を取り上げて以下説明する。ここでは、一例として、第１処理工程の際のサセプタ２１の温度を３０℃（第１温度の一例）に設定し、第２処理工程の際のサセプタ２１の温度を９０℃（第２温度の一例）に設定することとする。すなわち、図４（ｂ）において、静電チャックの温度が３０℃の範囲は第１処理工程であり、静電チャックの温度が９０℃の範囲は第２処理工程である。
【００３７】
図２に示すように、工程１において第１温度に温調されているサセプタ２１にウエハＷを載置する。工程１では、図４に示すように、チラー８１から冷媒流路２３に１０Ｌ／分（第１流量の一例）の冷媒を供給し、ヒータ２２を３０℃程度の低温にて制御することにより、サセプタ２１が第１温度に温調される。処理容器１０内にウエハＷをロードし、第１温度に温調されたサセプタ２１（に載置されている静電チャック２４）にウエハＷが載置される。ここで、図３（ａ）に示すように、ウエハＷは、シリコン基体２００に絶縁膜２１０が形成され、絶縁膜２１０に所定パターンのトレンチ２２０が形成されている。トレンチ２２０の底部のシリコン部分には、自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）２３０が形成されている。絶縁膜２１０は主としてＳｉＯ２膜にて形成されるが、一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【００３８】
このようなウエハＷとしては、例えばフィンＦＥＴを形成するウエハＷが挙げられる。フィンＦＥＴを形成するウエハＷでは、トレンチ２２０の底部に、シリコン部分として、Ｓｉフィンの先端に形成されたＳｉもしくはＳｉＧｅからなる多角形のエピタキシャル成長部を有し、このエピタキシャル成長部がソース及びドレインを形成する。そして、このエピタキシャル成長部の表面に自然酸化膜２３０が形成され得る。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、工程２において、ウエハＷを第１温度に維持した状態で、カーボン含有ガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングにより、トレンチ２２０の底部の自然酸化膜２３０の一部をプラズマエッチング処理する。この工程は、イオンの直進性を利用した異方性エッチングであり、処理ガス供給部６０からシャワーヘッド４０を経てカーボン含有ガスを処理容器１０の処理空間４６に供給しつつ、高周波電源７９からサセプタ２１に高周波電力を印加し、処理空間４６内にプラズマを生成することにより行われる。カーボン含有ガスとしては、四フッ化メタン（ＣＦ４）ガスや八フッ化シクロブタン（Ｃ４Ｆ８）ガス等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを適用できる。また、ＣＨ２Ｆ２（ジフルオロメタン）ガス等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスを適用することもできる。また、これらのガスに加えて、Ａｒ（アルゴン）ガスのような希ガス、Ｎ２（窒素）ガスのような不活性ガスが含まれてもよい。
【００４０】
上記するようなガスを適用することにより、異方性エッチングの際に、トレンチ２２０の側壁にはカーボン系の保護膜２４０が成膜されるため、側壁のエッチング進行を抑制しつつ、自然酸化膜をエッチングすることができる。この工程により、ＣＤロスを抑制しつつ、トレンチ２２０の底部の自然酸化膜２３０の多くを除去することができる。
【００４１】
この処理は、イオンの直進性を確保するべく、処理容器１０内の圧力を極力低圧に設定するのがよく、排気部５０を構成するターボ分子ポンプやドライポンプを併用して、所定の低圧雰囲気下にて処理を行う。また、この処理はプラズマ処理であることから低温雰囲気でよく、第１温度である３０℃が維持されるようにヒータ２２の制御と第１流量の冷媒の循環が行われる。
【００４２】
次に、冷媒流路２３に第１流量の冷媒を流通させた状態を維持しつつ、ウエハＷを第１温度に維持した状態で、図３（ｃ）に示すように、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガス等のプラズマにより、トレンチ２２０の側壁からカーボン系の保護膜２４０の除去処理を行う。この工程は、処理ガス供給部６０からシャワーヘッド４０を経て、例えばＨ２（水素）ガスを処理容器１０内の処理空間４６に供給しつつ、高周波電源７９からサセプタ２１に高周波電力を印加し、処理空間４６内にプラズマを生成することにより行われる。
【００４３】
この工程も、プラズマによる除去処理であることから、処理圧力はある程度低い方が好ましいが、トレンチ２２０の側壁から保護膜２４０の残渣を除去するべく、図３（ｂ）よりもイオンの直進性を弱くして処理を行うのが好ましい。従って、図３（ｂ）よりも処理容器１０内の圧力を高く設定して処理を行う。
【００４４】
以上、工程２により、トレンチ２２０の底部の自然酸化膜２３０の多くは除去されるが、例えばフィンＦＥＴのトレンチ底部のように複雑な形状を有するエピタキシャル成長部表面の自然酸化膜は、この異方性エッチングのみでは完全に除去できない場合がある。
【００４５】
そこで、工程３として、図３（ｄ）に示すように、ウエハＷを第１温度に維持した状態で、自然酸化膜２３０の残部をケミカルエッチング処理にて除去する。ケミカルエッチングは、プラズマレスであって反応性ガスによるドライエッチングであり、等方性エッチングであることから、複雑な形状を有するエピタキシャル成長部表面の自然酸化膜２３０を除去することができる。本例では、ケミカルエッチングとして、ケミカルガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスとフッ化水素（ＨＦ）ガスを適用したＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）処理を行う。
【００４６】
ＣＯＲ処理に際しては、高周波電力を印加しない状態で、処理ガス供給部６０からシャワーヘッド４０を経てＮＨ３ガスとＨＦガスを処理容器１０内の処理空間４６に供給する。ＮＨ３ガスとＨＦガスの他に、希釈ガスとしてＡｒガスのような希ガスやＮ２ガスのような不活性ガスを加えてもよい。ＣＯＲ処理のようなケミカルエッチングは、等方性エッチングであることから、トレンチ２２０の側壁も僅かにエッチングされ得るが、図３（ｃ）に示すようにトレンチ２２０の底部に僅かに残っている自然酸化膜２３０を除去するのみであることから短時間の処理でよく、トレンチ２２０のＣＤロスは殆ど生じない。
【００４７】
ＣＯＲ処理の際には、トレンチ２２０の側壁と底部、及び絶縁膜２１０の表面に、ＮＨ３ガスとＨＦガスとの反応により、主としてフルオロケイ酸アンモニウム［（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ］からなる反応生成物２５０が形成される。
【００４８】
そこで、図２に示すように、工程４において、サセプタ２１の温度を第１温度である３０℃から第２温度である９０℃に温調し、工程５において、第２温度にて反応生成物であるＡＦＳを昇華させて除去するＰＨＴ（Post Heat Treatment）処理を行う。
【００４９】
ここで、図４に示すように、サセプタ２１を第１温度から第２温度に温調する工程４に要する時間Δｔ１（昇温開始時刻ｔ１と第２温度に到達した時刻ｔ２との時間間隔）を可及的に短くするための制御を実行する。具体的には、制御部７０により、チラー８１の設定温度を図４に示す２０℃（設定温度の一例）に維持する第１流量（１０Ｌ／分）の冷媒をチラー８１から冷媒流路２３に流通させる制御が実行される。さらに、制御部７０により、ヒータ２２をΔｔ１の間に３０℃から９０℃に昇温させる制御が実行される。このように、第１流量の冷媒をチラー８１から冷媒流路２３に流通させつつ、ヒータ２２をΔｔ１の間に３０℃から９０℃に昇温させる制御が制御部７０にて実行されることにより、チラー８１を設定温度に維持させながら、速やかにサセプタ２１を昇温させることができる。尚、仮にサセプタ２１の昇温に起因してチラー８１の温度が設定温度よりも高くなると、戻り流路８３を介して戻ってきた冷媒に対するチラー８１の冷却性能が低下する。チラー８１の冷却性能が低下することにより、サセプタ２１を第２温度から第１温度に降温させる工程６に要する時間Δ３（図４（ｂ）参照）が長くなり、プロセス時間の短縮化を十分に図り難くなる。
【００５０】
工程５においてＰＨＴ処理を行うことにより、図３（ｅ）に示すように、トレンチ２２０の側壁と底部、及び絶縁膜２１０の表面からＡＦＳが除去され、さらにトレンチ２２０の底部から自然酸化膜が除去されたウエハＷが得られる。
【００５１】
工程５においてＰＨＴ処理を行い、トレンチ２２０の底部から自然酸化膜が除去されたウエハＷが得られたら、次の処理対象であるウエハＷに対して同様の処理を行うべく、図２に示すように、工程６において、サセプタ２１を第２温度から第１温度に温調する。図４（ｂ）に示すように、工程６では、サセプタ２１が時刻ｔ４で降温を開始し、時刻ｔ５で第１温度に到達し、時刻ｔ４からｔ５までの時間間隔はΔｔ３である。
【００５２】
図４（ａ）に示す例では、冷媒の流量を第１流量から第２流量に増加させる制御は、サセプタ２１が第２温度に昇温した時刻ｔ２に開始される。そして、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第２処理工程である工程５の途中時刻ｔ３において、冷媒の流量は第２流量である２０Ｌ／分に増加される。このように、サセプタ２１が第２温度に温調されている間に冷媒の流量を第２流量に増加させておくことにより、工程６においてサセプタ２１を速やかに第１温度に降温させることができる（図中のΔｔ３で降温）。この制御に対して、例えば、工程５が終了する時刻ｔ４の時点で冷媒の流量を第２流量に増加させる制御を開始した場合は、サセプタ２１の温度を第１温度に降温させるまでの時間はΔｔ３よりも長くなる。
【００５３】
一方、図４に示す例では、工程６を経てサセプタ２１が第１温度に降温した後の時刻ｔ９において、冷媒の流量を第２流量から第１流量に低減させる制御を実行する。このように、工程６の後に速やかに冷媒の流量を第１流量に低下させておくことにより、次の処理対象であるウエハＷが処理容器１０内にロードされる前に、もしくはロードされた短時間後に、サセプタ２１の温度を第１処理工程に好適な第１温度に温調することができる。
【００５４】
工程６では、冷媒流路２３に対して２０Ｌ／分の第２流量の冷媒が継続して提供される。このような冷媒の提供に合わせて、ヒータ２２を第２温度である９０℃から第１温度である３０℃に降温制御する。この制御により、工程６の終了時刻ｔ５においてサセプタ２１の温度が第１温度に温調される。ここで、工程６では、図示するようなヒータ２２の温調制御の他にも、ヒータ２２の稼働を停止するオフ制御が実行されてもよい。
【００５５】
図４（ａ）に示す例では、冷媒流量が第１流量である１０Ｌ／分に到達する時刻ｔ１０は、図４（ｂ）に示す一連のプロセスが終了する時刻ｔ６よりも遅い時刻となっており、次の処理対象のウエハＷがロードされた後に冷媒流量が第１流量に安定することになる。図示例の他にも、一連のプロセスが終了する時刻ｔ６において冷媒流量が第１流量に安定するように制御されてもよい（ｔ６＝ｔ１０となる制御）。
【００５６】
実施形態に係る基板処理方法では、第２温度を９０℃乃至１５０℃の範囲に設定するのが好ましく、第２温度と第１温度の差分値が２０℃乃至１００℃の範囲に設定するのが好ましい。
【００５７】
第２温度が９０℃以上に設定されていることにより、工程５における昇華プロセスを実現できる。一方、第２温度が１５０℃以下に設定されていることにより、所定定格のチラー８１を適用した場合でも、チラー８１の温度を２０℃程度の設定温度に維持することができる。
【００５８】
さらに、第２温度が９０℃乃至１５０℃の範囲に設定されることを前提として、第２温度と第１温度の差分値が２０℃乃至１００℃の範囲に設定されることにより、冷媒流量の調整とヒータ加熱による調整により、可及的に短時間の昇温時間Δｔ１と降温時間Δｔ３を実現することができる。そして、昇温時間Δｔ１と降温時間Δｔ３を可及的に短時間にすることにより、図４に示す一連のプロセスに要する時刻ｔ６までのプロセス時間Ｔ０、すなわちスループットを可及的に短縮化することができる。
【００５９】
ここで、あらためて図４を参照して、実施形態に係る基板処理方法（実施例）と従来の基板処理方法（比較例）における、冷媒流量制御方法とサセプタ２１（の上の静電チャック２４）の温調制御方法の違い、及び実施例による効果について説明する。
【００６０】
図４に示す実施例及び比較例のプロセスシーケンスは、既に説明している一連のプロセス、すなわち、プラズマによる自然酸化膜除去処理、ＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理をシーケンシャルに実行する際のプロセスシーケンスである。比較例に係る従来の基板処理方法では、図４（ａ）の点線に示すように、チラー８１から冷媒流路２３に供給される冷媒の流量が第２流量の一定値に設定されている。そのため、実施例と同様のヒータ出力にてヒータ２２を昇温させても、図４（ｂ）に示すようにサセプタ２１の昇温勾配は実施例と比べて低くならざるを得ない。実施例における工程４に要する時間がΔｔ１であるのに対して、比較例における工程４に要する時間はΔｔ２となる。本発明者等による検証によれば、Δｔ１はΔｔ２の１／２程度に短縮化されることが確認されている。
【００６１】
また、図４（ａ）の点線に示すように、チラー８１から冷媒流路２３に供給される冷媒の流量が第１流量の一定値に設定された場合、実施例と同様のヒータ出力にてヒータ２２を降温させても、図４（ｂ）に示すようにサセプタ２１の降温勾配は実施例と比べて低くならざるを得ない。実施例における工程６に要する時間がΔｔ３であるのに対して、比較例における工程４に要する時間はΔｔ４となるため、スループットに影響する。本発明者等による検証によれば、Δｔ３はΔｔ４の１／６程度に短縮化されることが確認されている。
【００６２】
このように、比較例に対して、実施例に係る基板処理方法によれば、サセプタ２１を第１温度から第２温度へ温調する時間、及び、第２温度から第１温度へ温調する時間、の双方において、温調時間を大幅に短縮することが可能になる。その結果、実施例におけるプロセス時間Ｔ０は、比較例におけるプロセス時間Ｔ１の１／２程度まで短縮化できることが確認されている。
【００６３】
実施形態に係る基板処理装置１００、及び基板処理装置１００を適用した基板処理方法によれば、プロセス中に冷媒の流量とヒータの出力を変化させることにより、１つの処理容器１０内でサセプタ２１の温度が異なる複数の処理をシーケンシャルに行うことが可能になる。さらに、このようにサセプタ２１の温度が異なる複数の処理を１つの処理容器１０にて行いながらも、スループットの短縮化を図ることが可能になる。
【００６４】
＜第１の実施形態を含む基板処理方法＞
次に、第１の実施形態を含む基板処理方法として、コンタクト形成方法について、図５及び図６を参照して説明する。ここで、図５は、第１の実施形態を含む基板処理方法のフローチャートであり、図６は、第１の実施形態を含む基板処理方法のフローチャートの各工程を説明する工程断面図である。
【００６５】
本実施形態のコンタクト形成方法は、まず、第１の実施形態に係る基板処理方法により、図６（ａ）に示すように、トレンチ２２０の底部のシリコンを含む自然酸化膜の除去を行う（図５の工程７）。その後、図６（ｂ）に示すように、ＣＶＤまたはＡＬＤによりコンタクトメタルである金属膜２６０を成膜する（図５の工程８）。金属膜２６０としては、Ｔｉ膜やＴａ膜等を用いることができる。
【００６６】
工程８において金属膜２６０を形成すると、図６（ｃ）に示すように、金属膜２６０はトレンチ２２０の底部においてシリコン（シリコン部分）と反応し、自己整合的に金属シリケート（例えばＴｉＳｉ）からなるコンタクト２７０が形成される。
【００６７】
［第２の実施形態］
＜基板処理装置及び基板処理方法＞
次に、第２の実施形態に係る基板処理方法と基板処理装置について、図７を参照して説明する。図７は、第２の実施形態に係る基板処理装置の全体構成の一例を示す断面図である。
【００６８】
第２の実施形態に係る基板処理装置１００Ａは、冷却部８０Ａにおいて、送り流路８２と戻り流路８３の間を、冷媒流路２３を介さずに流体連通させるバイパス流路８４が配設されている。バイパス流路８４には、開閉弁８５と流量制御弁８６が介在する。
【００６９】
チラー８１から冷媒流路２３に供給する冷媒流量を例えば２０Ｌ／分の一定値に設定しておき、第２流量の冷媒を冷媒流路２３に供給する際には、開閉弁８５を閉制御し、バイパス流路８４に冷媒が流通しないようにする。一方、第１流量の冷媒を冷媒流路２３に供給する際には、開閉弁８５を開制御し、さらに流量制御弁８６の開度を調整することにより、バイパス流路８４に１０Ｌ／分の冷媒が流れるように制御することにより、冷媒流路２３に第１流量の冷媒を供給することができる。尚、冷媒流量を第２流量から第１流量に低減する際に、チラー８１にて能動的に冷媒流量を低減させつつ、さらにバイパス流路８４に冷媒の一部を逃がす制御を行ってもよい。
【００７０】
このように、チラー８１（を構成するポンプ）に対して供給する冷媒流量を制御する代わりに、チラー８１から供給される冷媒流量を一定とし、バイパス流路８４に逃がす冷媒の流量を制御することにより、チラー８１の内部構成を簡素化することができる。
【００７１】
基板処理装置１００Ａを適用する基板処理方法では、サセプタ２１を第２温度から第１温度へ温調する際に、バイパス流路８４に冷媒の一部を流通させ、冷媒流路２３を流通する冷媒の流量を低減させる制御が制御部７０にて実行される。
【００７２】
上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１０                処理容器
１１                容器本体
２１                サセプタ
２２                ヒータ
２３                冷媒流路
４０                シャワーヘッド
５０                排気部
６０                処理ガス供給部
７０                制御部
８０，８０Ａ        冷却部
８１                チラー
８２                送り流路
８３                戻り流路
８４                バイパス流路
１００，１００Ａ    基板処理装置
Ｗ                  基板（ウエハ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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