(57)【要約】【課題】基板からの半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる基板処理方法を提供する。【解決手段】熱酸化膜７２、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を有するウエハＷに向けてＨＦガスを供給して、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６をフッ酸により選択的にエッチングし、該エッチングの際に発生するＨ２ＳｉＦ６からなる残留物４１を加熱によってＨＦとＳｉＦ４に分解する。【選択図】図３
2008117867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理方法であって、
ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチングステップと、
前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、
前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記プラズマエッチングステップ、前記ＨＦガス供給ステップ及び前記基板加熱ステップの間において、前記基板を大気に暴露しないことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板加熱ステップでは、Ｎ２ガスの雰囲気下で前記基板を加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【請求項４】
単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理方法であって、
ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチングステップと、
前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、
前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給ステップとを有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
前記プラズマエッチングステップ、前記ＨＦガス供給ステップ及び前記洗浄ガス供給ステップの間において、前記基板を大気に暴露しないことを特徴とする請求項４記載の基板処理方法。
【請求項６】
単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理システムにおいて、
ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチング装置と、
前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、
前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱装置とを備えることを特徴とする基板処理システム。
【請求項７】
前記プラズマエッチング装置、前記ＨＦガス供給装置及び前記基板加熱装置の間に配置され、且つ前記基板を大気に暴露することなく前記基板を搬送する基板搬送装置を備えることを特徴とする請求項６記載の基板処理システム。
【請求項８】
前記ＨＦガス供給装置及び前記基板加熱装置が同一の装置によって実現されていることを特徴とする請求項６又は７記載の基板処理システム。
【請求項９】
単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理システムであって、
ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチング装置と、
前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、
前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給装置とを備えることを特徴とする基板処理システム。
【請求項１０】
前記プラズマエッチング装置、前記ＨＦガス供給装置及び前記洗浄ガス供給装置の間に配置され、且つ前記基板を大気に暴露することなく前記基板を搬送する基板搬送装置を備えることを特徴とする請求項９記載の基板処理システム。
【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システムに関し、特に、基板からハードマスクやデポ膜を除去する基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すような単結晶シリコン基材７１上にＳｉＯ２からなる熱酸化膜７２、各種膜７３，７４及び不純物を含む酸化膜、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）膜７５が順に積層された半導体デバイス用のウエハＷが知られている。このウエハＷにおいて単結晶シリコン基材７１にホールやトレンチ（溝）を形成する場合、減圧環境下において、ＢＰＳＧ膜７５をハードマスクとして、ハロゲン系の処理ガス、例えば、ＨＢｒ（臭化水素）ガスから発生したプラズマを用いて単結晶シリコン基材７１をドライエッチングする。このとき、該プラズマとシリコン（Ｓｉ）とが反応してＳｉＯＢｒからなるデポ膜７６がホール等の表面に形成される。このデポ膜７６は単結晶シリコン基材７１のドライエッチングを抑制する機能を有する。
【０００３】
ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６はウエハＷから製造される半導体デバイスにおいて導通不良等の原因となるために除去する必要があり、特に、ＢＰＳＧ膜７５等のハードマスクを除去する方法としてウェットエッチングが用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１５０５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ウェットエッチングは薬液を用いるため、ウェットエッチング装置と、減圧環境下でウエハＷにドライエッチング処理を施すドライエッチング装置とを同一の基板処理システムに配置することができない。そのため、ウェットエッチング装置をドライエッチング装置と別の場所に設置する必要がある。また、ドライエッチング装置にて単結晶シリコン基材７１にホール等を形成した後、ウエハＷをドライエッチング装置から搬出し、該ウエハＷを大気中において搬送してウェットエッチング装置に搬入する必要がある。その結果、基板処理の工程が煩雑になっている。
【０００５】
さらに、ウエハＷの大気中搬送において、ＳｉＯＢｒからなるデポ膜７６は大気中の水分と反応することがあるため、ウエハＷを大気に暴露する時間（Ｑ−Ｔｉｍｅ）を管理する、具体的には最短化する必要がある。この暴露時間管理はかなりの工数を必要とする。
【０００６】
すなわち、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を除去することにより、ウエハＷからの半導体デバイスの生産性が悪化する。
【０００７】
本発明の目的は、基板からの半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる基板処理方法及び基板処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理方法であって、ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチングステップと、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱ステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記プラズマエッチングステップ、前記ＨＦガス供給ステップ及び前記基板加熱ステップの間において、前記基板を大気に暴露しないことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記基板加熱ステップでは、Ｎ２ガスの雰囲気下で前記基板を加熱することを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項４記載の基板処理方法は、単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理方法であって、ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチングステップと、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップと、前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給ステップとを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の基板処理方法は、請求項４記載の基板処理方法において、前記プラズマエッチングステップ、前記ＨＦガス供給ステップ及び前記洗浄ガス供給ステップの間において、前記基板を大気に暴露しないことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項６記載の基板処理システムは、単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理システムにおいて、ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチング装置と、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、前記ＨＦガスが供給された前記基板を加熱する基板加熱装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の基板処理システムは、請求項６記載の基板処理方法において、前記プラズマエッチング装置、前記ＨＦガス供給装置及び前記基板加熱装置の間に配置され、且つ前記基板を大気に暴露することなく前記基板を搬送する基板搬送装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の基板処理システムは、請求項６又は７記載の基板処理システムにおいて、前記ＨＦガス供給装置及び前記基板加熱装置が同一の装置によって実現されていることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項９記載の基板処理システムは、単結晶シリコン基材、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜を有し、前記第１及び第２の酸化膜は前記単結晶シリコン基材の一部を露出させる基板を処理する基板処理システムであって、ハロゲン系ガスのプラズマによって前記露出した単結晶シリコン基材をエッチングするプラズマエッチング装置と、前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給装置と、前記ＨＦガスが供給された前記基板に向けて少なくともＮＨ３ガスを含む洗浄ガスを供給する洗浄ガス供給装置とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の基板処理システムは、請求項９記載の基板処理システムにおいて、前記プラズマエッチング装置、前記ＨＦガス供給装置及び前記洗浄ガス供給装置の間に配置され、且つ前記基板を大気に暴露することなく前記基板を搬送する基板搬送装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の基板処理方法及び請求項６記載の基板処理システムによれば、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜によって一部が露出される単結晶シリコン基材がハロゲン系ガスのプラズマによってエッチングされ、該基板に向けてＨＦガスが供給され、さらに該基板が加熱される。単結晶シリコン基材がハロゲン系ガスのプラズマによってエッチングされるとデポ膜が形成される。また、ＨＦガスから生成されたフッ酸はデポ膜及び第２の酸化膜を選択的にエッチングするが残留物を生成する。該残留物は加熱によって分解される。したがって、デポ膜及び第２の酸化膜を乾燥環境下で除去することができるので、単結晶シリコン基材をエッチングする装置とデポ膜及び第２の酸化膜を除去する装置とを同一の基板処理システムに配置することができる。これにより、単結晶シリコン基材のエッチング後に基板を大気に暴露することなく、デポ膜及び第２の酸化膜を除去することができ、基板処理の工程を簡素化することができると共に、基板を大気に暴露する時間を管理する必要を無くすことができる。その結果、基板からの半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる。
【００１９】
請求項２記載の基板処理方法及び請求項７記載の基板処理システムによれば、ハロゲン系ガスのプラズマによるエッチング、基板に向けてのＨＦガスの供給及び基板の加熱の間において、基板は大気に暴露されない。したがって、基板を大気に暴露する時間を管理する必要を確実に無くすことができる。
【００２０】
請求項３記載の基板処理方法によれば、Ｎ２ガスの雰囲気下で基板が加熱される。Ｎ２ガスはガス流を形成し、加熱によって分解された残留物を巻き込んで運搬する。したがって、デポ膜及び第２の酸化膜を確実に除去することができる。
【００２１】
請求項４記載の基板処理方法及び請求項９記載の基板処理システムによれば、熱酸化処理によって形成された第１の酸化膜及び不純物を含む第２の酸化膜によって一部が露出される単結晶シリコン基材がハロゲン系ガスのプラズマによってエッチングされ、該基板に向けてＨＦガスが供給され、さらに、該基板に向けて少なくともＮＨ３ガスを含む洗浄ガスが供給される。単結晶シリコン基材がハロゲン系ガスのプラズマによってエッチングされるとデポ膜が形成される。また、ＨＦガスから生成されたフッ酸はデポ膜及び第２の酸化膜を選択的にエッチングするが残留物を生成する。ＮＨ３ガスは該残留物と反応して昇華容易な反応生成物を生成させ、該反応生成物は容易に昇華される。したがって、デポ膜及び第２の酸化膜を乾燥環境下で除去することができるので、単結晶シリコン基材をエッチングする装置とデポ膜及び第２の酸化膜を除去する装置とを同一の基板処理システムに配置することができる。これにより、単結晶シリコン基材のエッチング後に基板を大気に暴露することなく、デポ膜及び第２の酸化膜を除去することができ、基板処理の工程を簡素化することができると共に、基板を大気に暴露する時間を管理する必要を無くすことができる。その結果、基板からの半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる。
【００２２】
請求項５記載の基板処理方法及び請求項１０記載の基板処理システムによれば、ハロゲン系ガスのプラズマによるエッチング、基板に向けてのＨＦガスの供給及び基板に向けての洗浄ガスの供給の間において、基板は大気に暴露されない。したがって、基板を大気に暴露する時間を管理する必要を確実に無くすことができる。
【００２３】
請求項８記載の基板処理システムによれば、ＨＦガス供給装置及び基板加熱装置が同一の装置によって実現されているので、該基板処理システムを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る基板処理システムの概略構成を示す平面図である。
【００２７】
図１において、基板処理システム１０は、平面視六角形のトランスファモジュール１１（基板搬送装置）と、該トランスファモジュール１１の一側面に接続する２つのプラズマプロセスモジュール１２，１３と、該２つのプラズマプロセスモジュール１２，１３（プラズマエッチング装置）に対向するようにトランスファモジュール１１の他側面に接続する２つのプラズマプロセスモジュール１４，１５（プラズマエッチング装置）と、プラズマプロセスモジュール１３に隣接し且つトランスファモジュール１１に接続するガスプロセスモジュール１６（ＨＦガス供給装置）と、プラズマプロセスモジュール１５に隣接し且つトランスファモジュール１１に接続する加熱プロセスモジュール１７（基板加熱装置）と、矩形状の搬送室としてのローダーモジュール１８と、トランスファモジュール１１及びローダーモジュール１８の間に配置されてこれらを連結する２つのロード・ロックモジュール１９，２０とを備える。
【００２８】
トランスファモジュール１１はその内部に配置された屈伸及び旋回自在な搬送アーム２１を有し、該搬送アーム２１は、プラズマプロセスモジュール１２〜１５、ガスプロセスモジュール１６、加熱プロセスモジュール１７やロード・ロックモジュール１９，２０の間においてウエハＷを搬送する。
【００２９】
各プラズマプロセスモジュール１２〜１５はウエハＷを収容する処理室容器（チャンバ）を有し、該チャンバ内部にハロゲン系の処理ガス、例えば、ＨＢｒガスを導入し、チャンバ内部に電界を発生させることによって導入された処理ガスからプラズマを発生させ、該プラズマによってウエハＷにエッチング処理を施す。具体的には、図７に示すウエハＷにおいて単結晶シリコン基材７１をエッチングする。
【００３０】
図２は、図１におけるガスプロセスモジュールの断面図であり、図２（Ａ）は図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【００３１】
図２（Ａ）において、ガスプロセスモジュール１６は、処理室容器（チャンバ）２２と、該チャンバ２２内に配置されたウエハＷの載置台２３と、チャンバ２２の上方において載置台２３と対向するように配置されたシャワーヘッド２４と、チャンバ２２内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）２５ａと、チャンバ２２及びＴＭＰ２５ａの間に配置され、チャンバ２２内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ２５ｂとを有する。  
【００３２】
シャワーヘッド２４は円板状のガス供給部２６からなり、該ガス供給部２６は内部にバッファ室２７を有する。バッファ室２７はガス通気孔２８を介してチャンバ２２内に連通する。シャワーヘッド２４のガス供給部２６におけるバッファ室２７はＨＦガス供給系（図示しない）に接続されている。ＨＦガス供給系はバッファ室２７へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔２８を介してチャンバ２２内へ供給される。
【００３３】
シャワーヘッド２４では、図２（Ｂ）に示すように、ガス通気孔２８におけるチャンバ２２内への開口部は末広がり状に形成される。これにより、ＨＦガスをチャンバ２２内へ効率よく拡散することができる。さらに、ガス通気孔２８は断面がくびれ形状を呈するので、チャンバ２２で発生した残留物等がガス通気孔２８、引いては、バッファ室２７へ逆流するのを防止する。  
【００３４】
ガスプロセスモジュール１６では、チャンバ２２の側壁がヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。側壁内の加熱素子は、側壁を加熱することによってＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６のフッ酸による除去の際に発生した残留物が側壁の内側に付着するのを防止する。
【００３５】
載置台２３は調温機構として冷媒室（図示しない）を内部に有する。該冷媒室には所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）液が供給され、当該冷媒の温度によって載置台２３の上面に載置されたウエハＷの温度が制御される。
【００３６】
図１に戻り、加熱プロセスモジュール１７はウエハＷを収容する処理室容器（チャンバ）を有し、該チャンバはハロゲンランプやシートヒータ等を有し、収容されたウエハＷを加熱する。
【００３７】
トランスファモジュール１１、プラズマプロセスモジュール１２〜１５、ガスプロセスモジュール１６及び加熱プロセスモジュール１７の内部は減圧状態に維持され、トランスファモジュール１１と、プラズマプロセスモジュール１２〜１５、ガスプロセスモジュール１６及び加熱プロセスモジュール１７のそれぞれとは真空ゲートバルブ１２ａ〜１７ａを介して接続される。
【００３８】
基板処理システム１０では、ローダーモジュール１８の内部圧力が大気圧に維持される一方、トランスファモジュール１１の内部圧力は真空に維持される。そのため、各ロード・ロックモジュール１９，２０は、それぞれトランスファモジュール１１との連結部に真空ゲートバルブ１９ａ，２０ａを備えると共に、ローダーモジュール１８との連結部に大気ドアバルブ１９ｂ，２０ｂを備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。また、各ロード・ロックモジュール１９，２０はローダーモジュール１８及びトランスファモジュール１１の間において受渡されるウエハＷを一時的に載置するためのウエハ載置台１９ｃ，２０ｃを有する。
【００３９】
ローダーモジュール１８には、ロード・ロックモジュール１９，２０の他、２５枚のウエハＷを収容する容器としてのフープ（Front Opening Unified Pod）２９がそれぞれ載置される３つのフープ載置台３０と、フープ２９から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ３１と、ウエハＷの表面状態を計測する第１及び第２のＩＭＳ（Integrated Metrology System、Therma-Wave, Inc.）３２，３３とが接続されている。
【００４０】
ロード・ロックモジュール１９，２０は、ローダーモジュール１８の長手方向に沿う側壁に接続されると共にローダーモジュール１８を挟んで３つのフープ載置台３０と対向するように配置され、オリエンタ３１はローダーモジュール１８の長手方向に関する一端に配置され、第１のＩＭＳ３２はローダーモジュール１８の長手方向に関する他端に配置され、第２のＩＭＳ３３は３つのフープ載置台３０と並列に配置される。
【００４１】
ローダーモジュール１８は、内部に配置された、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム３４と、各フープ載置台３０に対応するように側壁に配置されたウエハＷの投入口としての３つのロードポート３５とを有する。搬送アーム３４は、フープ載置台３０に載置されたフープ２９からウエハＷをロードポート３５経由で取り出し、該取り出したウエハＷをロード・ロックモジュール１９，２０、オリエンタ３１、第１のＩＭＳ３２や第２のＩＭＳ３３へ搬出入する。
【００４２】
第１のＩＭＳ３２は光学系のモニタであり、搬入されたウエハＷを載置する載置台３６と、該載置台３６に載置されたウエハＷを指向する光学センサ３７とを有し、ウエハＷの表面形状、例えば、表面層の膜厚、及び配線溝やゲート電極等のＣＤ（Critical Dimension）値を測定する。第２のＩＭＳ３３も光学系のモニタであり、第１のＩＭＳ３２と同様に、載置台３８及び光学センサ３９を有し、例えば、ウエハＷの表面におけるパーティクル数を計測する。
【００４３】
また、基板処理システム１０は、ローダーモジュール１８の長手方向に関する一端に配置されたオペレーションパネル４０を備える。オペレーションパネル４０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなる表示部を有し、該表示部は基板処理システム１０の各構成要素の動作状況を表示する。
【００４４】
ところで、図７に示すようなウエハＷにおいて、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を除去する装置を基板処理システム１０に配置するためには、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の除去を乾燥環境下で行う必要がある。また、ＢＰＳＧ膜７５はシリコン系の酸化膜であり、デポ膜７６はＳｉＯＢｒからなる疑似ＳｉＯ２膜であり、熱酸化膜７２もＳｉＯ２膜であるため、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を除去する方法は、熱酸化膜７２も除去する可能性がある。熱酸化膜７２が除去されると、ホールやトレンチにおいて熱酸化膜７２に対応する部分が凹み、ノッチングが発生することがある。したがって、熱酸化膜７２に対して高い選択比でＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を除去する必要がある。
【００４５】
本発明者は、上述した必要条件を満たすＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の除去方法を見出すべく、各種実験を行ったところ、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境下において、Ｈ２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給した場合、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を除去できることを発見し、さらに、熱酸化膜７２に対するＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択比を１０００まで高めることができることを発見した。
【００４６】
そして、本発明者は上記除去方法のメカニズムについて鋭意研究を行い、以下に説明する仮説を類推するに至った。
【００４７】
ＨＦガスはＨ２Ｏと結びつくことによってフッ酸となり、該フッ酸は酸化膜を侵して除去する。ここで、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない乾燥環境下において、ＨＦガスがフッ酸になるためには、酸化膜が含んでいる水（Ｈ２Ｏ）分子と結びつく必要がある。
【００４８】
ＢＰＳＧ膜７５はＣＶＤ処理等の蒸着によって形成され、また、デポ膜７６はプラズマ及びシリコンの反応によって形成されるため、膜の構造が疎であり、水分子が吸着しやすい。したがって、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６にはある程度水分子が含まれている。ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６に達したＨＦガスはこの水分子と結びつきフッ酸となる。そして、このフッ酸はＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を侵していく。これにより、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を薬液及びプラズマを用いずに除去することができる。
【００４９】
一方、熱酸化膜７２は８００〜９００℃の環境下における熱酸化処理によって形成されるため、膜形成時に水分子を含むことがなく、また、膜の構造も密であるため、水分子が吸着しにくい。したがって、熱酸化膜７２には殆ど水分子が含まれていない。供給されたＨＦガスが熱酸化膜７２に達しても、水分子が存在しないため、フッ酸となることがない。その結果、熱酸化膜７２が侵されることはない。
【００５０】
これにより、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない乾燥環境下において、Ｈ２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給すると、熱酸化膜７２に対するＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択比が高められ（選択比としては、例えば、１０００。）、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６が選択的にエッチングされる。
【００５１】
ところで、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６をフッ酸によって除去する場合、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６中のＳｉＯ２とフッ酸（ＨＦ）とが下記式に示す化学反応を起こし、
ＳｉＯ２＋４ＨＦ  →  ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ↑
ＳｉＦ４＋２ＨＦ  →  Ｈ２ＳｉＦ６
残留物（Ｈ２ＳｉＦ６）が発生する。この残留物も半導体デバイスにおいて導通不良等の原因となるために除去する必要がある。
【００５２】
これに対して、本実施の形態では、残留物を除去するために熱エネルギを用いる。具体的には、残留物が発生したウエハＷを加熱することにより、下記式に示すように残留物を熱分解する。
【００５３】
Ｈ２ＳｉＦ６＋Ｑ（熱エネルギ）  →  ２ＨＦ↑＋ＳｉＦ４↑
すなわち、本実施の形態では、ＳｉＯ２及びフッ酸の反応の残留物であるＨ２ＳｉＦ６を加熱を通じて除去する。
【００５４】
次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。
【００５５】
図３は、図１の基板処理システムが実行する基板処理方法を示す工程図である。
【００５６】
まず、単結晶シリコン基材７１上に熱酸化膜７２、各種膜７３，７４及びＢＰＳＧ膜７５が積層され、熱酸化膜７２、各種膜７３，７４及びＢＰＳＧ膜７５によって単結晶シリコン基材７１の一部が露出されるウエハＷを準備し、該ウエハＷをプラズマプロセスモジュール１２〜１５のいずれか１つのチャンバに搬入する。そして、ウエハＷが搬入されたプラズマプロセスモジュールにおいて、ＨＢｒガスから発生したプラズマにより、ウエハＷの単結晶シリコン基材７１にホールやトレンチを形成する（プラズマエッチングステップ）。このとき、ウエハＷのホールやトレンチ内においてデポ膜７６が形成される（図３（Ａ））。
【００５７】
次いで、図３（Ａ）に示すウエハＷをプラズマプロセスモジュールのチャンバから搬出し、トランスファモジュール１１を経由してガスプロセスモジュール１６のチャンバ２２内に搬入する。そして、ウエハＷを載置台２３上に載置し、チャンバ２２内の圧力をＡＰＣバルブ２５ｂ等によって１．３×１０１〜１．１×１０３Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、チャンバ２２内の雰囲気温度を側壁内のヒータによって４０〜６０℃に設定する。そして、シャワーヘッド２４のガス供給部２６からＨＦガスを流量４０〜６０ＳＣＣＭでウエハＷに向けて供給する（ＨＦガス供給ステップ）（図３（Ｂ））。なお、このとき、チャンバ２２内から水分子をほぼ除去し、Ｈ２Ｏガスをチャンバ２２内に供給しない。
【００５８】
ここで、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６に達したＨＦガスはＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６に含まれている水分子と結びついてフッ酸となる。そして、このフッ酸はＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を侵していき、その結果、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６が選択的にエッチングされるが、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６中のＳｉＯ２とフッ酸との反応に基づく残留物４１が発生し、ホールやトレンチ内において各種膜７３，７４、熱酸化膜７２及び単結晶シリコン基材７１上に堆積する（図３（Ｃ））。
【００５９】
次いで、残留物４１が堆積したウエハＷをガスプロセスモジュール１６のチャンバ２２から搬出し、トランスファモジュール１１を経由して加熱プロセスモジュール１７のチャンバ内に搬入する。加熱プロセスモジュール１７は搬入されたウエハＷを所定の温度、具体的には１５０℃以上まで加熱する（基板加熱ステップ）。また、加熱プロセスモジュール１７はチャンバ内にＮ２ガスを導入し、該導入されたＮ２ガスはチャンバ内においてガス流を形成する。このとき、残留物４１を構成するＨ２ＳｉＦ６は加熱によってＨＦとＳｉＦ４に分解され、分解されたＨＦ及びＳｉＦ４はガス流に巻き込まれて除去される（図３（Ｄ））。
【００６０】
次いで、ウエハＷを加熱プロセスモジュール１７のチャンバ２２から搬出し、本処理を終了する。
【００６１】
本実施の形態に係る基板処理方法によれば、ウエハＷにおいて熱酸化膜７２、各種膜７３，７４及びＢＰＳＧ膜７５によって一部が露出される単結晶シリコン基材７１がＨＢｒガスのプラズマによってエッチングされ、該ウエハＷに向けてＨＦガスが供給され、さらに該ウエハＷが加熱される。単結晶シリコン基材７１がＨＢｒガスのプラズマによってエッチングされるとデポ膜７６が形成される。また、ＨＦガスから生成されたフッ酸はデポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を選択的にエッチングするが残留物４１（Ｈ２ＳｉＦ６）を生成する。該残留物４１は加熱によってＨＦとＳｉＦ４に分解される。したがって、デポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を乾燥環境下で除去することができるので、ガスプロセスモジュール１６と加熱プロセスモジュール１７とを１つの基板処理システム１０に配置することができる。これにより、単結晶シリコン基材７１のエッチング後に、トランスファモジュール１１を経由してガスプロセスモジュール１６や加熱プロセスモジュール１７にウエハＷを搬送することができる。すなわち、ウエハＷを大気に暴露することなく、デポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を除去することができ、基板処理の工程を簡素化することができると共に、ウエハＷを大気に暴露する時間を管理する必要を無くすことができる。その結果、半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる。
【００６２】
上述した基板処理方法によれば、ガスプロセスモジュール１６と加熱プロセスモジュール１７とを１つの基板処理システム１０に配置することができるので、ガスプロセスモジュール１６や加熱プロセスモジュール１７を別の場所に設置する必要がなく、システム設置用面積（フットプリント）を縮小することができる。
【００６３】
また、上述した基板処理方法によれば、Ｎ２ガスの雰囲気下でウエハＷが加熱される。Ｎ２ガスはガス流を形成し、加熱によって分解された残留物４１を巻き込んで運搬する。したがって、デポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を確実に除去することができる。
【００６４】
さらに、上述した基板処理方法によれば、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を有するウエハＷに向けてＨＦガスが供給される。ＨＦガスはＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６に含まれている水分子と結びついてフッ酸となり、該フッ酸はＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６を侵して選択的にエッチングする。したがって、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の除去の際、熱酸化膜７２が除去されてノッチングが発生するのを防止することができる。
【００６５】
上述した基板処理システム１０では、ガスプロセスモジュール１６と加熱プロセスモジュール１７とを別の装置で実現したが、図４に示すように、ガスプロセスモジュール４２が載置台２３内に配置されたステージヒータ４３を有し、該ステージヒータ４３が載置台２３に載置されたウエハＷを加熱するようにしてもよい。これにより、ガスプロセスモジュール４２だけでＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択的エッチング及び残留物４１の熱分解を行うことができる。すなわち、ガスプロセスモジュール及び熱プロセスモジュールの機能を１つのプロセスモジュールで実現することができるので、基板処理システム１０を小型化することができる。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理システムについて説明する。
【００６７】
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、残留物の熱分解を利用しない点で上述した第１の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第１の実施の形態と異なる構成や作用についてのみ説明を行う。
【００６８】
上述したように、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６をフッ酸によって除去する場合、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６とフッ酸とが化学反応を起こして残留物４１（Ｈ２ＳｉＦ６）が発生する。本実施の形態では、残留物４１を除去するためにＮＨ３を用いる。具体的には、残留物に向けてＮＨ３ガスを供給することにより、下記式に示す化学反応を起こし、
Ｈ２ＳｉＦ６＋２ＮＨ３  →  ２ＮＨ４Ｆ＋ＳｉＦ４↑
ＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）とＳｉＦ４とを発生させる。ＮＨ４Ｆは昇華容易な反応生成物であり、雰囲気温度を常温より多少高く設定すれば昇華するため、容易に除去することができる。
【００６９】
すなわち、本実施の形態では、ＳｉＯ２及びフッ酸の反応の残留物であるＨ２ＳｉＦ６をＮＨ３との反応及び昇華を通じて除去する。
【００７０】
本実施の形態に係る基板処理システムは、図１の基板処理システム１０と同様の構成を有し、ガスプロセスモジュール１６及び加熱プロセスモジュール１７の代わりに、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択的エッチングと、残留物４１及びＮＨ３の反応及び該反応によって生成された反応生成物（ＮＨ４Ｆ）の昇華を行うガスプロセスモジュール４４（ＨＦガス供給装置、洗浄ガス供給装置）を備える。該ガスプロセスモジュール４４は真空ゲートバルブ４４ａを介してトランスファモジュール１１に接続される。
【００７１】
図５は、本実施の形態に係る基板処理システムにおけるガスプロセスモジュールの断面図である。
【００７２】
図５において、ガスプロセスモジュール４４は、チャンバ２２、載置台２３、シャワーヘッド４５、ＴＭＰ２５ａ及びＡＰＣバルブ２５ｂを有する。  
【００７３】
シャワーヘッド４５は円板状の下層ガス供給部４６及び円板状の上層ガス供給部４７からなり、下層ガス供給部４６に上層ガス供給部４７が重ねられている。また、下層ガス供給部４６及び上層ガス供給部４７はそれぞれ第１のバッファ室４８及び第２のバッファ室４９を有する。第１のバッファ室４８及び第２のバッファ室４９はそれぞれガス通気孔５０，５１を介してチャンバ２２内に連通する。
【００７４】
第１のバッファ室４８はＮＨ３（アンモニア）ガス供給系（図示しない）に接続されている。該ＮＨ３ガス供給系は第１のバッファ室４８へＮＨ３ガスを含むガス（洗浄ガス）を供給する。該供給された洗浄ガスはガス通気孔５０を介してチャンバ２２内へ供給される。また、第２のバッファ室４９はＨＦガス供給系に接続されている。ＨＦガス供給系は第２のバッファ室４９へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔５１を介してチャンバ２２内へ供給される。
【００７５】
ガス通気孔５０，５１におけるチャンバ２２内への開口部は、図２（Ｂ）におけるガス通気孔２８と同様に、末広がり状に形成される。これにより、洗浄ガス又はＨＦガスをチャンバ２２内へ効率よく拡散することができる。さらに、ガス通気孔５０，５１は断面がくびれ形状を呈するので、チャンバ２２で発生した残留物等がガス通気孔５０，５１、引いては、第１のバッファ室４８や第２のバッファ室４９へ逆流するのを防止する。  
【００７６】
また、ガスプロセスモジュール４４では、チャンバ２２の側壁がヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。これにより、チャンバ２２内の雰囲気温度を常温より高く設定することができ、後述するＮＨ４Ｆの昇華を促進することができる。
【００７７】
次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。
【００７８】
図６は、本実施の形態に係る基板処理システムが実行する基板処理方法を示す工程図である。
【００７９】
まず、図３（Ａ）と同様に、ウエハＷをプラズマプロセスモジュール１２〜１５のいずれか１つのチャンバに搬入し、該ウエハＷが搬入されたプラズマプロセスモジュールにおいて、ＨＢｒガスから発生したプラズマにより、ウエハＷの単結晶シリコン基材７１にホールやトレンチを形成する（プラズマエッチングステップ）。このとき、ウエハＷのホールやトレンチ内においてデポ膜７６が形成される（図６（Ａ））。
【００８０】
次いで、図６（Ａ）に示すウエハＷをプラズマプロセスモジュールのチャンバから搬出し、トランスファモジュール１１を経由してガスプロセスモジュール４４のチャンバ２２内に搬入する。そして、ウエハＷを載置台２３上に載置し、チャンバ２２内の圧力、チャンバ２２内の雰囲気温度、上層ガス供給部４７からのＨＦガスの供給流量を図３（Ｂ）と同様に設定する（ＨＦガス供給ステップ）。なお、このとき、チャンバ２２内から水分子をほぼ除去し、Ｈ２Ｏガスをチャンバ２２内に供給しないのも図３（Ｂ）と同様である。
【００８１】
ここで、図３（Ｃ）と同様に、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６中のＳｉＯ２とフッ酸との反応に基づく残留物４１が発生し、ホールやトレンチ内において各種膜７３，７４、熱酸化膜７２及び単結晶シリコン基材７１上に堆積する（図６（Ｃ））。
【００８２】
次いで、ＨＦガスのチャンバ２２内への供給を中止した後、シャワーヘッド４５の下層ガス供給部４６から洗浄ガスをウエハＷに向けて供給する（洗浄ガス供給ステップ）（図６（Ｄ））。このとき、洗浄ガス中のＮＨ３ガスは残留物４１を構成するＨ２ＳｉＦ６と反応してＮＨ４Ｆ及びＳｉＦ４を発生させる。そして、チャンバ２２内の雰囲気温度を側壁内の加熱素子等によって常温より多少高く設定し、ＮＨ４Ｆを昇華させる（図６（Ｅ））。
【００８３】
次いで、ウエハＷをガスプロセスモジュール４４のチャンバ２２から搬出し、本処理を終了する。
【００８４】
本実施の形態に係る基板処理方法によれば、ウエハＷにおいて熱酸化膜７２、各種膜７３，７４及びＢＰＳＧ膜７５によって一部が露出される単結晶シリコン基材７１がＨＢｒガスのプラズマによってエッチングされ、該ウエハＷに向けてＨＦガスが供給され、さらに、該ウエハＷに向けてＮＨ３ガスを含む洗浄ガスが供給される。単結晶シリコン基材７１がＨＢｒガスのプラズマによってエッチングされるとデポ膜７６が形成される。また、ＨＦガスから生成されたフッ酸はデポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を選択的にエッチングするが残留物４１を生成する。ＮＨ３ガスは残留物４１と反応して昇華容易な反応生成物（ＮＨ４Ｆ）を生成させ、該反応生成物はチャンバ２２内の雰囲気温度が常温より多少高く設定されることによって容易に昇華される。したがって、デポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を乾燥環境下で除去することができるので、ガスプロセスモジュール４４を基板処理システム１０に配置することができる。これにより、単結晶シリコン基材７１のエッチング後に、トランスファモジュール１１を経由してガスプロセスモジュール４４にウエハＷを搬送することができる。すなわち、単結晶シリコン基材７１のエッチング後にウエハＷを大気に暴露することなく、デポ膜７６及びＢＰＳＧ膜７５を除去することができ、基板処理の工程を簡素化することができると共に、ウエハＷを大気に暴露する時間を管理する必要を無くすことができる。その結果、半導体デバイスの生産性が悪化するのを防止できる。
【００８５】
上述した基板処理方法によれば、ガスプロセスモジュール４４を基板処理システムに配置することができるので、ガスプロセスモジュール４４を別の場所に設置する必要がなく、フットプリントを縮小することができる。
【００８６】
また、上述した基板処理方法によれば、ガスプロセスモジュール４４だけでＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択的エッチング及び残留物４１の除去を行うことができるので、基板処理システム１０を小型化することができる。
【００８７】
なお、ＢＰＳＧ膜７５やデポ膜７６の選択的エッチング及び残留物４１からの反応生成物の生成と、該反応生成物の昇華とを別のプロセスモジュールによって行ってもよい。
【００８８】
上述した各実施の形態では、ハードマスクとしてＢＰＳＧ膜７５を用いたが、ハードマスクとして用いる酸化膜はこれに限られず、少なくとも熱酸化膜７２より多くの不純物を含む酸化膜であればよく、具体的には、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜やＢＳＧ（Boron Silicate Glass）膜であってもよい。また、除去される残留物もＨ２ＳｉＦ６に限られない。本発明はフッ酸による酸化膜除去の際に発生する残留物の除去であれば適用することができる。
【００８９】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータに供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００９０】
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各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００９１】
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００９２】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００９３】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００９４】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係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におけるガスプロセスモジュールの断面図であり、図２（Ａ）は図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【図３】図１の基板処理システムが実行する基板処理方法を示す工程図である。
【図４】図１におけるガスプロセスモジュールの変形例の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理システムにおけるガスプロセスモジュールの断面図である。
【図６】本実施の形態に係る基板処理システムが実行する基板処理方法を示す工程図である。
【図７】ＳｉＯＢｒからなるデポ膜がホールの表面に形成されるウエハの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
Ｓ  処理空間
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理システム
１１  トランスファモジュール
１２，１３，１４，１５  プラズマプロセスモジュール
１６，４２，４４  ガスプロセスモジュール
１７  熱プロセスモジュール
２４，４５  シャワーヘッド
２６  ガス供給部
４１  残留物
４３  ステージヒータ
４６  下層ガス供給部
４７  上層ガス供給部
７１  単結晶シリコン基材
７２  熱酸化膜
７５  ＢＰＳＧ膜
７６  デポ膜
【図１】
2008117867.tif 000003
【図２】
2008117867.tif 000004
【図３】
2008117867.tif 000005
【図４】
2008117867.tif 000006
【図５】
2008117867.tif 000007
【図６】
2008117867.tif 000008
【図７】
2008117867.tif 000009