(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、
処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、
前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、
前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、
前記反応工程では、前記ハロゲン元素含有ガスの供給時間を２秒〜５秒とすることを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、
処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、
前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、
前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、
前記反応工程は、前記処理室を大気圧よりも低い減圧雰囲気にして行われ、
前記昇華工程は、前記処理室を前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気にして行われ、
前記反応工程から前記昇華工程へ移行する際に、前記処理室を減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記処理室への供給を停止するタイミングよりも、所定時間、遅らせることを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、
処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、
前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、
前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、
１回の前記反応工程で除去される前記酸化膜の層の厚さが３ｎｍ以下であることを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
前記昇華工程では、前記塩基性ガスの前記処理室への供給を停止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。
【請求項５】
前記処理室を減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記処理室への供給を停止するタイミングよりも、１秒〜３秒遅らせることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記酸化膜はＳｉＯ２であり、前記ハロゲン元素含有ガスは弗化水素ガスであり、前記塩基性ガスはアンモニアガスであり、前記不活性ガスは、窒素ガス又はアルゴンガスであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記反応工程と前記昇華工程とは、前記基板の温度が同じ温度に設定されて行われ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。
【請求項８】
前記基板の温度が９０℃以上１２０℃以下に設定されることを特徴とする請求項７記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を前記反応工程における前記処理室の内部の圧力と同じにすることを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
【請求項１０】
基板を載置する載置台と、
前記載置台を収容するチャンバと、
前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、
ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、
前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、
温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、
前記制御部は、前記反応工程における前記ハロゲン元素含有ガスの供給時間を２秒〜５秒とすることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１１】
基板を載置する載置台と、
前記載置台を収容するチャンバと、
前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、
ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、
前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、
温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、
前記制御部は、前記反応工程から前記昇華工程へ移行する際に、前記チャンバを減圧するタイミングを前記ハロゲン元素含有ガスの前記チャンバへの供給を停止するタイミングよりも、所定時間、遅らせることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１２】
基板を載置する載置台と、
前記載置台を収容するチャンバと、
前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、
ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、
前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、
温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、
１回の前記反応工程で除去される前記酸化膜の層の厚さが３ｎｍ以下であることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記チャンバを減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記チャンバへの供給を停止するタイミングよりも１秒〜３秒遅らせることを特徴とする請求項１１記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関し、特に、酸化膜を除去する基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ（以下「ウエハ」という）を用いた半導体装置の製造方法では、例えば、ウエハの表面に導電膜や絶縁膜を成膜する成膜工程、成膜された導電膜や絶縁膜上に所定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、フォトレジスト層をマスクとして用い、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等が、繰り返し実行される。
【０００３】
一例として、或る電子デバイスの製造方法では、ウエハの表面に形成されたポリシリコン膜に所定のパターンで溝を形成した後に、この溝を埋めるＳｉＯ２層を形成し、続いて、このＳｉＯ２層を、所定の厚さとなるようにエッチング等により除去することがある。
【０００４】
このとき、ＳｉＯ２層の除去方法として、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、ＳｉＯ２層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る。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或いは昇華させて、ウエハから除去する処理である。
【０００５】
これら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、化学反応処理室（ＣＯＲ処理室）と、化学反応処理室に接続された熱処理室（ＰＨＴ処理室）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）。また、同じ処理室内において、ウエハに対して低温でＣＯＲ処理を行った後に、ウエハを加熱して所定温度に昇温することでＰＨＴ処理を行う基板処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６００００号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、化学反応処理室と熱処理室とを別々に備えた基板処理装置では、処理室数が増え、しかも、化学反応処理室と熱処理室との間でウエハを搬送する搬送装置が必要となり、その設置スペースが必要になることで、基板処理装置全体が大型化してしまうという問題がある。また、ウエハの搬送時間が長くなってしまい、生産性の低下を招くという問題もある。一方、化学的処理と熱処理とを同一処理室で行う基板処理装置でも、ウエハの温度を変化させるために時間を要してしまうため、生産性を高めることが容易ではないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、酸化膜除去処理のスループットを高め、生産性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、前記反応工程では、前記ハロゲン元素含有ガスの供給時間を２秒〜５秒とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の基板処理方法は、基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、前記反応工程は、前記処理室を大気圧よりも低い減圧雰囲気にして行われ、前記昇華工程は、前記処理室を前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気にして行われ、前記反応工程から前記昇華工程へ移行する際に、前記処理室を減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記処理室への供給を停止するタイミングよりも、所定時間、遅らせることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の基板処理方法は、基板の表面に形成された酸化膜を除去する基板処理方法であって、処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、前記酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記処理室への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記処理室へ不活性ガスを供給することにより前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを有し、前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行され、１回の前記反応工程で除去される前記酸化膜の層の厚さが３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
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、前記昇華工程では、前記塩基性ガスの前記処理室への供給を停止することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の基板処理方法は、請求項２記載の基板処理方法において、前記処理室を減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記処理室への供給を停止するタイミングよりも、１秒〜３秒遅らせることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法において、酸化膜はＳｉＯ２であり、前記ハロゲン元素含有ガスは弗化水素ガスであり、前記塩基性ガスはアンモニアガスであり、前記不活性ガスは、窒素ガス又はアルゴンガスであることを特徴とする。
【００１６】
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、前記反応工程と前記昇華工程とは、前記基板の温度が同じ温度に設定されて行われることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板処理方法は、請求項７記載の基板処理方法において、前記基板の温度が９０℃以上１２０℃以下に設定されることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の基板処理方法は、請求項３記載の基板処理方法において、前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を前記反応工程における前記処理室の内部の圧力と同じにすることを特徴とする。
【００１９】
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、基板を載置する載置台と、前記載置台を収容するチャンバと、前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、前記制御部は、前記反応工程における前記ハロゲン元素含有ガスの供給時間を２秒〜５秒とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の基板処理装置は、基板を載置する載置台と、前記載置台を収容するチャンバと、前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、前記制御部は、前記反応工程から前記昇華工程へ移行する際に、前記チャンバを減圧するタイミングを前記ハロゲン元素含有ガスの前記チャンバへの供給を停止するタイミングよりも、所定時間、遅らせることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２記載の基板処理装置は、基板を載置する載置台と、前記載置台を収容するチャンバと、前記載置台に載置された基板の温度を調節する温度調節ユニットと、ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記チャンバの内部へ供給するガス供給ユニットと、前記チャンバの内部を排気する排気ユニットと、温度調節ユニット、前記ガス供給ユニット及び前記排気ユニットの動作を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記載置台に載置された基板を所定の温度に保持すると共に前記チャンバを大気圧よりも低い減圧雰囲気に保持して前記チャンバへ前記ハロゲン元素含有ガスと前記塩基性ガスを供給することにより、前記載置台に載置された基板に形成された酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記チャンバを前記反応工程よりも更に減圧された減圧雰囲気とし、前記チャンバへの前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止すると共に前記チャンバへ不活性ガスを供給することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程とを、複数回、繰り返し実行し、１回の前記反応工程で除去される前記酸化膜の層の厚さが３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１３記載の基板処理装置は、請求項１１記載の基板処理装置において、前記制御部は、前記チャンバを減圧するタイミングを、前記ハロゲン元素含有ガスの前記チャンバへの供給を停止するタイミングよりも１秒〜３秒遅らせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、表面に酸化膜が形成された基板に対して、ハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスを供給することによって、酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、ハロゲン元素含有ガスの供給を停止して処理室へ不活性ガスを供給することにより反応生成物を昇華させて基板から除去する昇華工程とを複数回、繰り返し実行する。これにより、酸化膜除去処理を効率よく実行することができ、スループットを向上させて生産性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の基板処理システムが備えるエッチング装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２のエッチング装置を用いた半導体ウエハに対する第１の酸化膜除去処理を模式的に示す図である。
【図４】半導体ウエハに対する第２の酸化膜除去処理のタイミングチャートと、実際の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。
【図５】半導体ウエハに対する第３の酸化膜除去処理のタイミングチャートと、実際の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。
【図６】１回のＣＯＲ工程で除去される被エッチング膜の量と、そのとき生成される反応生成物の昇華に必要な時間との関係を示すグラフである。
【図７】図２のエッチング装置を用いた半導体ウエハに対する第４の酸化膜除去処理を模式的に示す図である。
【図８】半導体ウエハに対する第４の酸化膜除去処理のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１は、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１の概略構成を示す平面図である。
【００２９】
基板処理システム１は、被処理基板である半導体ウエハＷ（以下「ウエハＷ」と記す）を搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられ、ウエハＷに対して熱処理を行う熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられ、ウエハＷに対してエッチング処理の一例である酸化膜除去処理（後述のＣＯＲ処理とＰＨＴ処理）を行うエッチング装置５と、制御部６とを備える。
【００３０】
搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有する。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有する。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが、例えば３つ、載置、接続することができるようになっている。また、搬送室１２に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１４が設置されている。
【００３１】
搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動、昇降されることにより、所望の位置に搬送される。そして、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、ウエハＷを搬入出させることができるようになっている。
【００３２】
各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
【００３３】
第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックが熱処理装置４に到達し、更に伸ばすことによりエッチング装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、熱処理装置４及びエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。
【００３４】
熱処理装置４は、真空引き可能なチャンバ２０を有する。チャンバ２０の内部には、ウエハＷを載置する不図示の載置台が設けられており、この載置台には不図示のヒータが埋設されている。熱処理装置４では、エッチング装置５で酸化膜除去処理が施された後のウエハＷが載置台に載置され、ヒータによって加熱されることによりウエハＷに存在する残渣が気化され、除去される。
【００３５】
チャンバ２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口が設けられており、この搬入出口はゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバ２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口が設けられており、この搬入出口はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００３６】
チャンバ２０の側壁上部には、不図示のガス供給路が接続され、このガス供給路は、不図示のガス供給ユニットに接続されている。また、チャンバ２０の底壁には不図示の排気路が接続され、この排気路は不図示の真空ポンプに接続されている。なお、ガス供給ユニットからチャンバ２０へのガス供給路には流量調節弁が設けられており、一方、排気路には圧力調整弁が設けられており、これら弁を調整することにより、チャンバ２０内を所定圧力に保持して熱処理を行うことができるようになっている。
【００３７】
図２は、エッチング装置５の概略構成を示す断面図である。エッチング装置５は、円筒状の処理室容器であるチャンバ４０と、チャンバ４０内に配置されたウエハＷの載置台としての載置台３９と、チャンバ４０の上方において載置台３９と対向するように配置されたシャワーヘッド５０とを有する。また、エッチング装置５は、チャンバ４０内のガス等を排気する排気ユニットとして、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）４１と、ＴＭＰ４１とチャンバ４０に設けられた排気ダクト６２との間に配置され、チャンバ４０内の圧力を制御する可変式バルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ４２とを有する。
【００３８】
シャワーヘッド５０は下層部４３及び上層部４４からなる２層構造を有し、下層部４３及び上層部４４のそれぞれに第１のバッファ室４５及び第２のバッファ室４６を有する。第１のバッファ室４５及び第２のバッファ室４６はそれぞれガス通気孔４７，４８を介してチャンバ４０内に連通する。すなわち、シャワーヘッド５０は、第１のバッファ室４５及び第２のバッファ室４６にそれぞれ供給されるガスのチャンバ４０内への内部通路を有する、階層状に積み重ねられた２つの板状体（下層部４３、上層部４４）からなる。
【００３９】
チャンバ４０は、アンモニア（ＮＨ３）ガス供給系１０５と弗化水素（ＨＦ）ガス供給系１２７とを有するガス供給ユニットと接続されている。シャワーヘッド５０の下層部４３は、アンモニアガス供給系１０５に接続されている。アンモニアガス供給系１０５は、下層部４３の第１のバッファ室４５に連通するアンモニアガス供給管５７と、アンモニアガス供給管５７に配されたアンモニアガスバルブ１０６と、アンモニアガス供給管５７に接続されたアンモニアガス供給部１０７とを備える。アンモニアガス供給部１０７は、アンモニアガス供給管５７を介して第１のバッファ室４５へアンモニアガスを供給し、その際に供給するアンモニアガスの流量を調節する。アンモニアガスバルブ１０６は、アンモニアガス供給管５７の遮断・連通を自在に行うことができる。
【００４０】
アンモニアガス供給系１０５は、窒素（Ｎ２）ガス供給部１０８と、窒素ガス供給部１０８に接続された窒素ガス供給管１０９と、窒素ガス供給管１０９に配された窒素ガスバルブ１１０とを有する。また、窒素ガス供給管１０９は、第１のバッファ室４５及びアンモニアガスバルブ１０６の間においてアンモニアガス供給管５７に接続されている。窒素ガス供給部１０８は、窒素ガス供給管１０９及びアンモニアガス供給管５７を介して、第１のバッファ室４５へ窒素ガスを供給する。また、窒素ガス供給部１０８は、供給する窒素ガスの流量を調節する。窒素ガスバルブ１１０は、窒素ガス供給管１０９の遮断・連通を自在に行うことができる。
【００４１】
アンモニアガスバルブ１０６及び窒素ガスバルブ１１０の開閉を切り替えることによって第１のバッファ室４５、ひいてはチャンバ４０内へ供給するガス種を選択的に切り替えることができる。
【００４２】
シャワーヘッド５０の上層部４４は、弗化水素ガス供給系１２７に接続されている。弗化水素ガス供給系１２７は、上層部４４の第２のバッファ室４６に連通する弗化水素ガス供給管５８と、弗化水素ガス供給管５８に配された弗化水素ガスバルブ１１４と、弗化水素ガス供給管５８に接続された弗化水素ガス供給部１１５とを備える。弗化水素ガス供給部１１５は、弗化水素ガス供給管５８を介して第２のバッファ室４６へ弗化水素ガスを供給する。また、弗化水素ガス供給部１１５は、供給する弗化水素ガスの流量を調節する。弗化水素ガスバルブ１１４は、弗化水素ガス供給管５８の遮断・連通を自在に行うことができる。シャワーヘッド５０の上層部４４は、不図示のヒータを内蔵しており、このヒータにより、第２のバッファ室４６内の弗化水素ガスを加熱することができるようになっている。
【００４３】
弗化水素ガス供給系１２７は、アルゴン（Ａｒ）ガス供給部１１１と、アルゴンガス供給部１１１に接続されたアルゴンガス供給管１１２と、アルゴンガス供給管１１２に配されたアルゴンガスバルブ１１３とを有する。アルゴンガス供給管１１２は、第２のバッファ室４６及び弗化水素ガスバルブ１１４の間において弗化水素ガス供給管５８に接続されている。アルゴンガス供給部１１１は、アルゴンガス供給管１１２及び弗化水素ガス供給管５８を介して第２のバッファ室４６へアルゴンガスを供給する。また、アルゴンガス供給部１１１は、供給するアルゴンガスの流量を調節する。アルゴンガスバルブ１１３は、アルゴンガス供給管１１２の遮断・連通を自在に行うことができる。
【００４４】
アンモニアガス供給系１０５のアンモニアガス供給部１０７と弗化水素ガス供給系１２７の弗化水素ガス供給部１１５とが協働して、シャワーヘッド５０からチャンバ４０内へ供給されるアンモニアガスと弗化水素ガスの体積流量比を調整する。
【００４５】
エッチング装置５は、チャンバ４０内において初めてアンモニアガス及び弗化水素ガスが混合するように設計（ポストミックス設計）されている。こうして、アンモニアガスと弗化水素ガスとがチャンバ４０内に導入される前に混合されて反応してしまうことを防止している。また、エッチング装置５は、チャンバ４０の側壁に不図示のヒータを内蔵しており、これにより、チャンバ４０内の雰囲気温度の低下を防止することができ、ひいては、酸化膜除去処理の再現性を向上させることができる。なお、側壁の温度を制御することによって、酸化膜除去処理の際にチャンバ４０内において生成した反応生成物や副生成物が側壁の内側に付着することを抑制することができる。
【００４６】
載置台３９は、平面視略円形をなしており、チャンバ４０の底部に固定されている。載置台３９の内部には、載置台３９の温度を調節する温度調節器３６が設けられている。温度調節器３６は、例えば、水等の温度調節用媒体が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行われることにより、載置台３９の温度が調節され、載置台３９上のウエハＷの温度制御がなされる。
【００４７】
なお、載置台３９は、第２ウエハ搬送機構１７との間でウエハＷの受け渡しを行うために、ウエハＷを載置台３９の上面上で昇降させる不図示のリフトピンを備える。なお、エッチング装置５で実行される酸化膜除去処理の詳細については、後に図３乃至図５を参照して説明する。
【００４８】
図１の説明に戻る。制御部６は、基板処理システム１の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ９１を有する。プロセスコントローラ９１には、オペレータが基板処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザインタフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、基板処理システム１で実行される各種処理、例えば、エッチング装置５で行われる酸化膜除去処理に用いられる処理ガスの供給やチャンバ４０内の排気等をプロセスコントローラ９１の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて基板処理システム１の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピ、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。なお、処理レシピ等は、記憶部９３の中の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で基板処理システム１での所望の処理が行われる。
【００４９】
上述した構成を有する基板処理システム１では、例えば、エッチング装置５での酸化膜除去処理の対象となるシリコン酸化膜を有するウエハＷがキャリアＣ内に収納されて、基板処理システム１に搬送される。そして、基板処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ，１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚、ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
【００５０】
その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置５へ搬送する。
【００５１】
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、エッチング装置５において後述の通りに酸化膜除去処理を行う。酸化膜除去処理が終了した後、ゲートバルブ２２，５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより酸化膜除去処理後のウエハＷを熱処理装置４に搬送し、熱処理装置４に設けられた載置台に載置する。そして、チャンバ２０内にＮ２ガス等を導入しつつ、ヒータにより載置台上のウエハＷを加熱して、ウエハＷの残渣等を加熱除去する。
【００５２】
熱処理装置４での熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより熱処理装置４の載置台上のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ，１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。
【００５３】
なお、基板処理システム１において、熱処理装置４は必須ではない。熱処理装置４を設けない場合には、酸化膜除去処理が終了した後のウエハＷを第２ウエハ搬送機構１７のピックによりロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ，１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。
【００５４】
次に、エッチング装置５で実行される酸化膜除去処理の第１の実施の形態（以下「第１の酸化膜除去処理」という）について説明する。図３は、ウエハＷに対する第１の酸化膜除去処理を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、ここでは、ウエハＷは、基材であるシリコン（Ｓｉ）層２００の表面に形成されたポリシリコン膜２０１に所定のパターンで溝が形成され、この溝にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０２が形成された構造を有するものとし、このシリコン酸化膜２０２を完全に除去する処理について説明することとする。
【００５５】
なお、ウエハＷは、概略、Ｓｉ層２００の表面にポリシリコン膜２０１を形成する工程、ポリシリコン膜２０１上に所定パターンのレジスト膜を形成する工程、レジスト膜をエッチングマスクとしてポリシリコン膜２０１をエッチングして溝を形成する工程、レジスト膜を除去する工程、シリコン酸化膜２０２を形成する工程、表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理工程によって作製されている。よって、図３（ａ）に示すように、第１の酸化膜除去処理の実行前では、シリコン酸化膜２０２とポリシリコン膜２０１とが同じ高さとなっている。シリコン酸化膜２０２が形成されている溝は、例えば、メモリデバイスにおける素子分離領域である。
【００５６】
ウエハＷが載置台３９上に載置され、チャンバ４０が密閉されると、窒素ガス供給部１０８とアルゴンガス供給部１１１からチャンバ４０内へ、アルゴンガスが、例えば２００ｓｃｃｍの流量で、窒素ガスが、例えば５００〜１０００ｓｃｃｍの流量で供給される。また、ＴＭＰ４１の稼動により、チャンバ４０内の圧力が大気圧よりも低い所定の真空度、例えば２０００ｍＴｏｒｒ（＝２６６．６３Ｐａ）に減圧された状態に維持される。更に、温度調節器３６により、ウエハＷの温度が９０℃〜１２０℃の範囲の一定温度、例えば１２０℃に保持される。なお、ウエハＷは、第１の酸化膜除去処理が終了するまでの間、載置台３９上で一定温度に保持される。
【００５７】
続いて、シリコン酸化膜２０２の表面側の一部をアンモニアガス及び弗化水素ガスと反応させて反応生成物に変化させる反応工程（以下「ＣＯＲ工程」という）の処理を行う。ＣＯＲ工程では、まず、アンモニアガス供給部１０７からチャンバ４０内へアンモニアガスが供給される。このとき、アンモニアガスの流量は、例えば８０ｓｃｃｍとされ、供給時間は、例えば１０秒とされる。また、チャンバ４０内には、アルゴンガスが、例えば１４０ｓｃｃｍの流量で供給されるが、窒素ガスの供給は停止される。なお、逆に、窒素ガスを供給して、アルゴンガスの供給を停止してもよいし、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスで流量を調整してもよい。更に、ＴＭＰ４１の稼動制御により、チャンバ４０内の圧力は、例えば９００ｍＴｏｒｒに調整される。
【００５８】
その後、チャンバ４０内にアンモニアガスを、例えば８０ｓｃｃｍの流量で供給し続けながら、弗化水素ガス供給部１１５からチャンバ４０内へ弗化水素ガスを、例えば８０ｓｃｃｍの流量で供給する。アンモニアガスと弗化水素ガスの供給時間は、例えば６０秒とされる。このとき、ＴＭＰ４１の稼動制御により、チャンバ４０内の圧力を、例えば２０００ｍＴｏｒｒに調整する。
【００５９】
チャンバ４０内には、予めアンモニアガスが供給されているので、弗化水素ガスが供給されることにより、チャンバ４０内の雰囲気は弗化水素ガスとアンモニアガスとを含む混合ガスとなり、シリコン酸化膜２０２が混合気体に暴露されることで、フルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６：Ammonium hexa-fluorosilicate）や水分等の反応生成物が、
ＳｉＯ２＋４ＨＦ  →  ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ↑
ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ  →  （ＮＨ４）２ＳｉＦ６
の反応式にしたがって生成される。
【００６０】
図３（ｂ）は、上記反応式にしたがって弗化水素ガスとアンモニアガスとがシリコン酸化膜２０２を変質させるＣＯＲ工程を模式的に示しており、図３（ｃ）は、主な反応生成物であるフルオロケイ酸アンモニウム（図３において「ＡＦＳ」と記す）がシリコン酸化膜２０２上に形成された状態を模式的に示している。なお、反応生成物の１つである水分は気化するため、チャンバ４０内から排気ダクト６２を通して排出される。
【００６１】
次に、ＣＯＲ工程において生成した反応生成物（主にフルオロケイ酸アンモニウム）を昇華させることによってウエハＷから除去するための昇華工程（以下「ＰＨＴ工程」という）の処理を行う。ＰＨＴ工程では、チャンバ４０内への弗化水素ガスとアンモニアガスの供給を停止すると共に、アルゴンガス又は窒素ガスを、例えば３００ｓｃｃｍの流量で供給する。また、ＴＭＰ４１の稼動制御により、チャンバ４０内の圧力は、例えば３００ｍＴｏｒｒに調整される。更に、ウエハＷの温度は、ＣＯＲ工程と同じ温度に保持される。
【００６２】
このように、ＰＨＴ工程では、チャンバ４０内の圧力をＣＯＲ工程の実行時よりも更に減圧して（ＣＯＲ工程よりもチャンバ４０内の真空度を上げて）、反応生成物の昇華を促進し、昇華ガスの排出を促進する。また、ＰＨＴ工程では、不活性ガスをチャンバ４０内に供給することにより、反応生成物近傍の昇華ガスの濃度を不活性ガスによって拡散させて低下させることにより、反応生成物の昇華速度を速めて排出を促進する。これにより、例えば、不活性ガスを供給せずにＰＨＴ工程を行った場合（チャンバ４０内に不活性ガスを供給せずに、チャンバ４０内を所定の減圧状態に維持した場合）よりも、大幅に処理時間を短縮することができる。
【００６３】
図３（ｄ）は、主な反応生成物であるフルオロケイ酸アンモニウムが昇華している状態を模式的に示している。ＰＨＴ工程の処理時間は、ＣＯＲ工程での反応生成物の生成量（ＣＯＲ工程の時間の長さ）に応じて変わるため、ＣＯＲ工程の処理条件に合わせて、反応生成物を実質的に完全に除去することができる時間であって、可能な限り短い時間に設定される。具体的には、６０秒のＣＯＲ工程に対して、ＰＨＴ工程の処理時間は、例えば、３０秒〜１２０秒に設定される。
【００６４】
１回目のＣＯＲ工程とこれに続く１回目のＰＨＴ工程が終了した後（図３（ｅ））は、シリコン酸化膜２０２が所定の厚さになるまで、複数回、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程を繰り返し実行する。図３（ｆ）は２回目のＣＯＲ工程を、図３（ｇ）は２回目のＰＨＴ工程を、図３（ｈ）は３回目のＣＯＲ工程を、図３（ｉ）は３回目のＰＨＴ工程をそれぞれ模式的に示している。ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程は、必要に応じて４回以上行われることもあれば、２回で終了する場合もある。
【００６５】
なお、２回目及び３回目のＣＯＲ工程の処理条件は、１回目のＣＯＲ工程の処理条件と同じであり、２回目及び３回目のＰＨＴ工程の処理条件は、１回目のＰＨＴ工程の処理条件と同じであるため、これらの工程についての説明は省略する。
【００６６】
図３（ｊ）は、最終的にシリコン酸化膜２０２が完全に除去された状態を模式的に示している。酸化膜除去処理が終了したウエハＷは、熱処理装置４へ搬送され、ウエハＷを所定温度に加熱した状態でアンモニアガスと窒素ガス（又はアルゴンガス）を所定時間（例えば、５秒）、チャンバ２０内へ供給することにより、ウエハＷに存在する残渣を気化し、除去する。なお、この残渣除去処理は、エッチング装置５にて、最後のＰＨＴ工程と連続して行うこともできる。
【００６７】
以上の説明の通り、第１の酸化膜除去処理によれば、シリコン酸化膜２０２の表面の一部を弗化水素ガスとアンモニアガスとによって変質させるＣＯＲ工程に対して、ＣＯＲ工程によって生成した反応生成物を減圧雰囲気において不活性ガスを供給しながら昇華させるＰＨＴ工程を組み合わせているため、反応生成物の除去に要する時間を大幅に短縮することができる。また、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程とを、同一のチャンバ４０内においてウエハＷを移動させることなく、且つ、ウエハＷの温度を変更することなく実行しているため、第１の酸化膜除去処理全体の処理時間を短縮してスループットを高め、生産性を向上させることができる。
【００６８】
次に、エッチング装置５で実行される酸化膜除去処理の第２の実施の形態（以下「第２の酸化膜除去処理」という）について説明する。第１の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程における弗化水素ガスとアンモニアガスの同時供給時間を約６０秒とした。これに対して、第２の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程における弗化水素ガスとアンモニアガスの同時供給時間は、例えば２秒〜１０秒、好ましくは２秒〜５秒に設定される。
【００６９】
これに応じて、弗化水素ガスとアンモニアガスの同時供給の前段において、アンモニアガスと不活性ガスとをチャンバ４０内に供給する時間も、５秒〜１５秒程度とする。また、１回のＣＯＲ工程で生成する反応生成物の量が少なくなるため、これに応じて、ＰＨＴ工程の処理時間も、第１の酸化膜除去処理におけるＰＨＴ工程の処理時間よりも短い時間、例えば、１０秒〜３０秒に設定される。
【００７０】
第２の酸化膜除去処理では、このような短時間のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程とをシリコン酸化膜２０２が所定の厚さになるまで繰り返し行う。例えば、図３（ａ）に示したシリコン酸化膜２０２を完全に除去する処理を行う場合、第２の酸化膜除去処理でのＣＯＲ工程とＰＨＴ工程の実行回数は、第１の酸化膜除去処理でのＣＯＲ工程とＰＨＴ工程の実行回数よりも多くなる。
【００７１】
第２の酸化膜除去処理では、短い供給時間の間に弗化水素ガスとアンモニアガス（特に、弗化水素ガス）をチャンバ４０内に均一に分布させる必要があるため、チャンバ４０としては、容積の小さく、且つ、ガスを均一に分布させることが可能なものが好適である。
【００７２】
なお、第２の酸化膜除去処理での短時間のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程のそれぞれで生じている変化は、第１の酸化膜除去処理でのＣＯＲ工程とＰＨＴ工程のそれぞれで生じている変化と同じであり、短時間のＣＯＲ工程でも図３（ｂ），（ｃ）に示した反応が、短時間のＰＨＴ工程でも図３（ｄ），（ｅ）に示した反応がそれぞれ進行する。図３（ｂ）〜（ｅ）の反応の内容については既に説明済みであるため、ここでの説明を省略する。
【００７３】
短時間のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程とを繰り返し実行する第２の酸化膜除去処理では、第１の酸化膜除去処理と同様に、減圧雰囲気において不活性ガスを供給するＰＨＴ工程を採用しているため、反応生成物の除去に要する時間を短縮してスループットを高め、生産性を向上させることができる。
【００７４】
ここで、ＣＯＲ工程では、シリコン酸化膜２０２の表面からＳｉＯ２と弗化水素ガス及びアンモニアガスとの反応が始まり、弗化水素ガス及びアンモニアガスが反応生成物を通過してシリコン酸化膜２０２の深部へ拡散することで、反応はシリコン酸化膜２０２の表面から深部へ向けて徐々に進む。そのため、１回のＣＯＲ工程の処理時間内において、反応生成物の生成速度は時間を追って遅くなると考えられる。
【００７５】
これに対して、第２の酸化膜除去処理では、シリコン酸化膜２０２の表面近傍で生成した反応生成物を通して弗化水素ガス及びアンモニアガスをシリコン酸化膜２０２の深部へ拡散させるための時間を設けず、シリコン酸化膜２０２の表面近傍での速やかな反応生成物の生成と昇華を繰り返す構成としている。これにより、処理効率を高めて、スループットを更に向上させることができる。
【００７６】
第２の酸化膜除去処理での利点の１つは、ラフネス（表面荒さ）の改善効果にある。すなわち、１回のＣＯＲ工程において、反応生成物はシリコン酸化膜２０２の表面に生成し、その生成量は多くはなく、そのため、続くＰＨＴ工程では、反応生成物を実質的に完全に除去することができる。また、ＣＯＲ工程の処理時間が短いために、ポリシリコン膜２０１に対するダメージが小さい。これらの効果により、第２の酸化膜除去処理によって露出するポリシリコン膜２０１の壁面でのラフネスを改善することができる。
【００７７】
第２の酸化膜除去処理での別の利点は、ローディング特性の改善効果にある。ローディング特性は、酸化膜除去処理による除去深さの均一性（酸化膜を残す場合には、結果的に、残った酸化膜の厚さの均一性）である。
【００７８】
図３（ａ）では、シリコン酸化膜２０２が形成された１つの溝のみを示しているが、一般的に、ポリシリコン膜２０１には溝幅の異なる複数の溝が形成され、各溝にシリコン酸化膜２０２が形成される。各種ガスは、広い溝に対して容易に拡散するが、幅の狭い溝に対しては拡散し難い。そのため、ＣＯＲ工程の処理時間が長い第１の酸化膜除去処理では、幅の狭い溝に形成されたシリコン酸化膜よりも幅の広い溝に形成されたシリコン酸化膜の方が除去され易くなり、幅の狭い溝と幅の広い溝とでシリコン酸化膜が除去された後の溝の深さに差が生じるおそれがある。
【００７９】
この問題に対して、第２の酸化膜除去処理では、短時間のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程とを繰り返すことにより、１回のＣＯＲ工程とＰＨＴ工程とで除去されるシリコン酸化膜の深さが溝幅の影響を受け難くなり、これにより、良好なローディング特性を得ることができる。
【００８０】
第２の酸化膜除去処理での更に別の利点は、酸化膜／窒化膜選択比を高める効果が得られることにある。弗化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを用いたＣＯＲ処理において、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の窒化膜が処理雰囲気に暴露されている場合には、シリコン酸化膜のみならず、窒化膜も混合ガスと反応してしまう。しかし、シリコン酸化膜と混合ガスとは速やかに反応が始まるのに対して、窒化膜には混合ガスに対する耐性があるため、混合ガスが窒化膜に接触しても直ぐに反応は進行せず、数秒程度の時間経過後に反応が始まる。
【００８１】
そこで、第２の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程における弗化水素ガスの供給時間を、例えば２〜５秒とし、続くＰＨＴ工程において、ＣＯＲ工程でチャンバ４０内に供給された混合ガスをチャンバ４０内から排出している。そのため、混合ガスと窒化膜との反応が生じ難く、これにより、酸化膜／窒化膜選択比を高める効果が得られる。
【００８２】
次に、エッチング装置５で実行される酸化膜除去処理の第３の実施の形態（以下「第３の酸化膜除去処理」という）について説明する。第３の酸化膜除去処理は、第２の酸化膜除去処理での弗化水素ガスのチャンバ４０内での分布の均一性を改善することによって、ウエハＷに対する酸化膜除去処理の面内均一性を改善したものである。そのため、先ず、第２の酸化膜除去処理のタイミングチャートについて説明する。
【００８３】
図４（ａ）は、第２の酸化膜除去処理のタイミングチャートであり、プロセスコントローラ９１で設定され、実行される。なお、アンモニアガス、弗化水素ガス及びアルゴンガス／窒素ガスのそれぞれについて、「ＯＮ」はガスが供給されていることを、「ＯＦＦ」はガスの供給が停止されたことを示しており、流量を変化させても供給されている限りは「ＯＮ」で示されている。
【００８４】
図４（ａ）のタイミングチャートでは、時刻ｔ０でＣＯＲ工程が開始され、アンモニアガスと窒素ガス（又はアルゴンガス）がチャンバ４０内に供給される。時刻ｔ１において、弗化水素ガスがチャンバ４０内へ供給される。時刻ｔ２においてＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ切り替えるために、窒素ガス（又はアルゴンガス）の供給を続けながら、弗化水素ガスとアンモニアガスの供給が停止されると共にチャンバ４０内の圧力が下げられ、時刻ｔ３でＰＨＴ工程が終了する。
【００８５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のタイミングチャートが実行されたときの実際のチャンバ４０内の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。図２を参照して説明したように、アンモニアガス供給部１０７とチャンバ４０とを結ぶ配管の途中にアンモニアガスの供給／停止を制御するアンモニアガスバルブ１０６が設けられており、アンモニアガスバルブ１０６からチャンバ４０までには一定の配管長さがある。同様に、弗化水素ガス供給部１１５とチャンバ４０とを結ぶ配管の途中に弗化水素ガスの供給／停止を制御する弗化水素ガスバルブ１１４が設けられており、弗化水素ガスバルブ１１４からチャンバ４０までには一定の配管長さがある。
【００８６】
そのため、時刻ｔ０でアンモニアガスバルブ１０６を、時刻ｔ１で弗化水素ガスバルブ１１４をそれぞれ開いても、図４（ｂ）に示すように、実際にはアンモニアガスと弗化水素ガスがチャンバ４０内に供給されるまでに時間Δの遅延が生じる。ここでは、説明を簡単にするために、アンモニアガスの遅延時間と弗化水素ガスの遅延時間を同じとしている。そして、ガス供給を停止する場合も同様に、時刻ｔ２でアンモニアガスバルブ１０６と弗化水素ガスバルブ１１４をそれぞれ閉めても、チャンバ４０内が減圧されながらアンモニアガスと弗化水素ガスがチャンバ４０内に供給される。
【００８７】
第２の酸化膜除去処理では、弗化水素ガスのチャンバ４０内への供給時間が短いため、予定量の弗化水素ガスがチャンバ４０内に供給される前にチャンバ４０内の減圧が始まってしまうと、予定量の弗化水素ガスがシリコン酸化膜２０２との反応に関与せずにチャンバ４０内から排出され、また、弗化水素ガスのチャンバ４０内での均一性が低下することによってウエハＷに対する酸化膜除去処理の面内均一性が低下するおそれがある。この問題は、弗化水素ガスのチャンバ４０内への供給時間が短いほど、例えば、５秒よりも２秒の場合に、顕著となる。
【００８８】
なお、第２の酸化膜除去処理でも、アンモニアガスの供給時間は、弗化水素ガスの供給時間よりも長いために、アンモニアガスの供給遅延は、弗化水素ガスほどは問題とならない。また、第１の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程での弗化水素ガスとアンモニアガスの双方の供給時間が６０秒と長いため、時間Δの遅延は殆ど問題とならない。
【００８９】
そこで、第３の酸化膜除去処理では、少なくとも弗化水素ガスの配管長さに起因する供給遅延に応じて、チャンバ４０内の圧力を下げるタイミングを調整することで、弗化水素ガスのチャンバ４０内への供給が終了するタイミングと、ＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ移行するためにチャンバ４０内の圧力を下げるタイミングとを合わせる。
【００９０】
図５（ａ）は、第３の酸化膜除去処理のタイミングチャートであり、プロセスコントローラ９１で設定され、実行される。図５（ａ）に示されるアンモニアガス、弗化水素ガス及び窒素ガス（又はアルゴンガス）のタイミングチャートは、図４（ａ）のタイミングチャートと同じである。一方、第３の酸化膜除去処理では、時刻ｔ２から時間Δ１（ここでは、Δ１＝Δとしている）だけ遅い時刻ｔ４で、チャンバ４０内の圧力を下げて、ＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へと移行させるタイミングチャートとなっている。そして、ＰＨＴ工程の終了タイミングを時刻ｔ３から時間Δ１だけ遅い時刻ｔ５へ延長することで、ＰＨＴ工程の処理時間を確保している。
【００９１】
時間Δ１は、弗化水素ガスバルブ１１４からチャンバ４０までの配管長さにも依存するが、時間Δと同等又はそれよりも若干長くすることが好ましく、概ね、１秒〜３秒、好ましくは２秒で十分であり、不要に長い時間を設定してしまうと、スループットを低下させてしまうため、好ましくない。
【００９２】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のタイミングチャートが実行されたときの実際のチャンバ４０内の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。図５（ｂ）におけるアンモニアガス、弗化水素ガス及び窒素ガス（又はアルゴンガス）のチャートでのＯＮ／ＯＦＦのタイミングは、図４（ｂ）に示したアンモニアガス、弗化水素ガス及び窒素ガス（又はアルゴンガス）のチャートでのＯＮ／ＯＦＦのタイミングと同じである。一方、弗化水素ガスのチャンバ４０内への供給が終了するタイミングに合わせて、チャンバ４０内の圧力を下げることができている。これにより、予定量の弗化水素ガスをチャンバ４０内に供給し、チャンバ４０内での弗化水素ガスの均一性を改善して、ウエハＷに対する酸化膜除去処理の面内均一性を改善することができる。
【００９３】
次に、エッチング装置５で実行される酸化膜除去処理の第４の実施の形態（以下「第４の酸化膜除去処理」という）について説明する。第２の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程における弗化水素ガスとアンモニアガスの同時供給時間は、例えば２秒〜１０秒、好ましくは２秒〜５秒に設定される。これに対して、第４の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程における弗化水素ガスとアンモニアガスの同時供給時間がさらに短く設定され、１回のＣＯＲ工程で除去される被エッチング膜（シリコン酸化膜２０２）の層の厚さが３ｎｍ以下となるように同時供給時間が設定される。
【００９４】
ところで、本発明に先立ち、本発明者が１回のＣＯＲ工程において除去される被エッチング膜の量を極端に少なくしたところ、当該ＣＯＲ工程において生成された反応生成物の昇華に必要な時間が予想よりも極端に短くなることを確認した。具体的には、図６に示すように、１回のＣＯＲ工程で除去される被エッチング膜の厚さが３ｎｍ以下では生成した反応生成物の昇華に０．５秒も必要とせず、１回のＣＯＲ工程で除去される被エッチング膜の厚さが１ｎｍ以下では生成された反応生成物の昇華に必要な時間がほぼ０秒に等しくなる（すなわち、反応生成物が生成されるとほぼ同時に昇華していく）ことを確認した。一般に、物質の大きさを小さくしていくと、ある特定の大きさよりも小さくなると物質の性質（物性）が変わることが知られている。例えば、通常の金（Ａｕ）の融点は１０６４℃であるが、直径２．４ｎｍの粒子の金は融点が１００℃近くまで低下する。このような大きさの変化に伴う物性の変化はサイズ効果として知られ、その要因は、物質を構成する粒子の大きさが小さくなると１つの粒子における原子や分子の表面積の比率が大きくなり、外的作用等の影響を受ける部分が大きくなることにある。本発明者は、反応生成物の昇華に必要な時間が極端に短くなるのは、生成される反応生成物が微量になるとサイズ効果によって昇華が急激に促進されるためだと推察した。本実施の形態では、サイズ効果を利用して反応生成物の昇華に必要な時間を大幅に短縮する。
【００９５】
図７は、半導体ウエハに対する第４の酸化膜除去処理を模式的に示す図である。
【００９６】
図７（ａ）に示すように、ここでも、図３の処理と同様に、ウエハＷは、基材であるシリコン層２００の表面に形成されたポリシリコン膜２０１に所定のパターンで溝が形成され、この溝にシリコン酸化膜２０２が形成され、ＣＭＰ処理工程によってシリコン酸化膜２０２とポリシリコン膜２０１とが同じ高さとなっている構造を有するものとする。
【００９７】
ウエハＷが載置台３９上に載置され、チャンバ４０が密閉されると、窒素ガス供給部１０８とアルゴンガス供給部１１１からチャンバ４０内へ、アルゴンガス及び窒素ガスが供給される。また、ＴＭＰ４１の稼動により、チャンバ４０内の圧力が大気圧よりも低い所定の真空度、例えば２０００ｍＴｏｒｒに減圧された状態に維持される。更に、温度調節器３６により、ウエハＷは、第４の酸化膜除去処理が終了するまでの間、９０℃〜１２０℃の範囲の一定温度、例えば１２０℃に保持される。
【００９８】
続いて、ＣＯＲ工程の処理を行う。ＣＯＲ工程では、まず、アンモニアガス供給部１０７からチャンバ４０内へアンモニアガスが供給される。このとき、アンモニアガスの流量は、例えば８０ｓｃｃｍとされる。なお、このとき、アルゴンガスを供給しながら窒素ガスの供給を停止してもよいし、逆に、窒素ガスを供給しながらアルゴンガスの供給を停止してもよいし、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの流量を変更してもよい。
【００９９】
その後、チャンバ４０内にアンモニアガスを供給し続けながら、弗化水素ガス供給部１１５からチャンバ４０内へ弗化水素ガスを、例えば８０ｓｃｃｍの流量で供給する。このとき、チャンバ４０内の雰囲気は弗化水素ガスとアンモニアガスとを含む混合ガスとなり（図７（ｂ））、シリコン酸化膜２０２が混合気体に暴露されることで、ＡＦＳや水分等の反応生成物２０３が生成される（図７（ｃ））。第４の酸化膜除去処理では、アンモニアガスと弗化水素ガスの供給時間は、１回のＣＯＲ工程で除去されるシリコン酸化膜２０２の厚さが３ｎｍ以下となるように設定される。また、ＴＭＰ４１の稼動制御により、チャンバ４０内の圧力を、例えば２０００ｍＴｏｒｒに調整する。
【０１００】
次に、ＰＨＴ工程の処理を行う。ＰＨＴ工程では、チャンバ４０内への弗化水素ガスとアンモニアガスの供給を停止すると共に、アルゴンガス又は窒素ガスを、例えば３００ｓｃｃｍの流量で供給するが、アンモニアガスの供給が停止されて反応生成物２０３の生成が停止すると、生成された反応生成物２０３は昇華する（図７（ｄ））。第４の酸化膜除去処理では、１回のＣＯＲ工程で除去されるシリコン酸化膜２０２の厚さが３ｎｍ以下と微量であるため、サイズ効果によって反応生成物２０３の昇華が急激に促進される。これにより、第１の酸化膜除去処理の様に、反応生成物の昇華を促進するためにチャンバ４０内をＣＯＲ工程の実行時よりも減圧する必要が無い。したがって、ＰＨＴ工程では、ＴＭＰ４１の稼動制御により、チャンバ４０内の圧力は、ＣＯＲ工程における圧力と同じ、例えば２０００ｍＴｏｒｒに調整される。また、微量の反応生成物２０３の昇華が急激に進行するため、昇華に要する時間は極端に短く、例えば、１回のＣＯＲ工程で除去されるシリコン酸化膜２０２の厚さが１ｎｍ以下であれば、上述したように、昇華に要する時間はほぼ０秒に等しくなる。これに対応して、第４の酸化膜除去処理におけるＰＨＴ工程の実行時間は、第１の酸化膜除去処理におけるＰＨＴ工程の実行時間よりも極端に短く設定される。なお、ＰＨＴ工程では、ウエハＷの温度は、ＣＯＲ工程と同じ温度に保持される。
【０１０１】
１回目のＣＯＲ工程とこれに続く１回目のＰＨＴ工程が終了した（図７（ｅ））後、シリコン酸化膜２０２が所定の厚さになるまで、複数回、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程を繰り返し実行する。図７（ｆ）は２回目のＣＯＲ工程を、図７（ｇ）は２回目のＰＨＴ工程を、図７（ｈ）は３回目のＣＯＲ工程を、図７（ｉ）は３回目のＰＨＴ工程をそれぞれ模式的に示している。ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程は、必要に応じて４回以上行われることもあれば、２回で終了する場合もある。なお、２回目以降のＣＯＲ工程の処理条件は、１回目のＣＯＲ工程の処理条件と同じであり、２回目以降のＰＨＴ工程の処理条件は、１回目のＰＨＴ工程の処理条件と同じであるため、これらの工程についての説明は省略する。
【０１０２】
図７（ｊ）は、最終的にシリコン酸化膜２０２が完全に除去された状態を模式的に示している。第１の酸化膜除去処理と同様に、シリコン酸化膜２０２が除去されたウエハＷは、熱処理装置４へ搬送され、ウエハＷを所定温度に加熱した状態で窒素ガスを所定時間、チャンバ２０内へ供給することにより、ウエハＷに存在する残渣を気化し、除去する。
【０１０３】
図８は、第４の酸化膜除去処理のタイミングチャートであり、プロセスコントローラ９１で設定され、実行される。なお、図４（ａ）と同様に、アンモニアガス、弗化水素ガス及びアルゴンガス／窒素ガスのそれぞれについて、「ＯＮ」はガスが供給されていることを、「ＯＦＦ」はガスの供給が停止されたことを示しており、流量を変化させても供給されている限りは「ＯＮ」で示されている。また、「圧力」はチャンバ４０内の圧力を示す。
【０１０４】
図８のタイミングチャートでは、時刻ｔ０でＣＯＲ工程が開始され、アンモニアガスと窒素ガス（又はアルゴンガス）がチャンバ４０内に供給される。時刻ｔ１において、弗化水素ガスがチャンバ４０内へ供給される。時刻ｔ２においてＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ切り替えるために、窒素ガス（又はアルゴンガス）の供給を続けながら、弗化水素ガスとアンモニアガスの供給が停止され、時刻ｔ３でＰＨＴ工程が終了するが、上述したように、第４の酸化膜除去処理では、１回のＣＯＲ工程で除去されるシリコン酸化膜２０２の厚さが３ｎｍ以下と微量であり、サイズ効果によって反応生成物２０３の昇華が急激に進行するため、昇華に要する時間は極端に短い。したがって、ＰＨＴ工程を実行する時刻ｔ２〜時刻ｔ３は非常に短い。また、酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程及びＰＨＴ工程を実行した結果、チャンバ４０内の圧力が乱れることがあるため、ＰＨＴ工程の後、次のＣＯＲ工程が実行されるまでの間に、弗化水素ガスとアンモニアガスの供給が停止された状態で、アルゴンガス及び窒素ガスの流量を調整し、且つＴＭＰ４１の稼動制御を行うことにより、チャンバ４０内の圧力をＣＯＲ工程の実行に適した圧力、例えば２０００ｍＴｏｒｒに調整する調圧工程が実行されることがある。図８において、調圧工程は時刻ｔ３〜時刻ｔ６において実行される。調圧工程でも、アンモニアガスの供給が停止されるため、微量の反応生成物２０３は昇華可能である。したがって、第４の酸化膜除去処理において、ＰＨＴ工程を実行する時刻ｔ２〜時刻ｔ３をほぼ０秒としても、続く調圧工程において微量の反応生成物２０３を十分に昇華させて除去することができる。すなわち、第４の酸化膜除去処理では、調圧工程を実行する場合、実質的にＰＨＴ工程を省略することができる。
【０１０５】
以上の説明の通り、第４の酸化膜除去処理によれば、１回のＣＯＲ工程で除去されるシリコン酸化膜２０２の厚さが３ｎｍ以下であるので、サイズ効果によって反応生成物２０３の昇華を急激に促進することができる。その結果、ＰＨＴ工程の実行に要する時間を大幅に短縮することができ、もって、スループットをより向上することができる。
【０１０６】
また、第４の酸化膜除去処理では、サイズ効果によって反応生成物２０３の昇華が急激に促進されるため、反応生成物２０３の昇華を促進するためにチャンバ４０内をＣＯＲ工程の実行時よりも減圧する必要が無い。すなわち、ＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ移行する際、チャンバ４０内を減圧するための調整が必要無いため、さらにスループットを向上することができる。
【０１０７】
さらに、第４の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程が、複数回、繰り返し実行される際、ＰＨＴ工程の後、次のＣＯＲ工程が実行されるまでの間に調圧工程が実行されるため、調圧工程において微量の反応生成物２０３を十分に昇華させて除去することができる。その結果、実質的にＰＨＴ工程を省略することができ、スループットをさらに大きく向上することができる。
【０１０８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、酸化膜除去処理の対象物となるシリコン酸化膜に限定はなく、自然酸化膜やＢＰＳＧ膜、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜等の種々のシリコン酸化膜であってもよい。また、本発明は、ＣＯＲ処理に限らず、処理室内にハロゲン元素含有ガスと塩基性ガスとの混合ガスを供給して基板表面のＳｉＮ膜を除去する処理にも適用が可能である。また、上記実施の形態では、不活性ガスとして窒素ガスとアルゴンガスを用いたが、いずれか一方のみを用いてもよいし、ヘリウムガスやキセノンガス等の他の不活性ガスを単独で又は混合して用いてもよい。
【０１０９】
本発明の目的は、例えば、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、プロセスコントローラ９１に供給し、プロセスコントローラ９１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。
【０１１０】
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、そのプログラムコード及び該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。
【符号の説明】
【０１１１】
１    基板処理システム
５    エッチング装置
３６    温度調節器
３９    載置台
４０    チャンバ
４１    ＴＭＰ
５０    シャワーヘッド
１０７    アンモニアガス供給部
１０８    窒素ガス供給部
１１１    アルゴンガス供給部
１１５    弗化水素ガス供給部
２００    Ｓｉ層
２０１    ポリシリコン膜
２０２    シリコン酸化膜
【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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【図８】
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