(57)【要約】【課題】ガス供給孔における処理室内への開口部においてデポの発生を防止することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】基板処理システム１０はウエハＷに弗化水素ガスを用いた化学反応処理を施す第２のプロセスモジュール３４を備え、該第２のプロセスモジュール３４はチャンバ３８とＧＤＰ４０とを有し、該ＧＤＰ４０はガス供給部４４を有し、該ガス供給部４４は孔径が１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍに形成された複数のガス供給孔４８を介してチャンバ３８内へ弗化水素ガスを供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に処理ガスを供給するガス供給部を備える基板処理装置であって、
前記ガス供給部は複数のガス供給孔を有し、
前記各ガス供給孔は、前記ガス供給部による前記処理ガスの前記処理室内への供給の際に、当該処理ガスを当該処理室内に均一に供給し、且つ当該処理ガスを液化させることがないように形成されており、
前記処理ガスは分子がクラスタ化することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス供給部が前記処理室内に供給する前記処理ガスの流量が２９７０〜３０３０ｓｃｃｍである場合には、前記ガス供給孔はその孔径が１ｍｍ以上に形成されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記処理室内の圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上であり、且つ前記ガス供給孔の孔壁の温度は８０℃以上であることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記ガス供給孔は前記処理室内への開口部が末広がり状に形成され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装置。
【請求項５】
前記ガス供給部は、前記処理ガスを前記処理室内に供給する前に当該処理ガスの圧力を減圧し且つ当該処理ガスを加熱する減圧加熱部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記処理ガスは弗化水素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装置。
【請求項７】
複数のガス供給孔を有し、且つ処理室内に分子がクラスタ化する処理ガスを均一に供給するガス供給部を備える基板処理装置のガス供給方法であって、
前記処理ガスを液化させることなく供給する供給ステップを有することを特徴とするガス供給方法。
【請求項８】
前記供給ステップでは、当該処理室内に２９７０〜３０３０ｓｃｃｍの流量で前記処理ガスを供給するときに、当該処理ガスが前記ガス供給孔を通過する際に当該処理ガスの温度が５３℃以上低下しないように当該処理ガスの供給を行うことを特徴とする請求項７記載のガス供給方法。
【請求項９】
前記処理室内の圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上であり、且つ前記ガス供給孔の孔壁の温度は８０℃以上であることを特徴とする請求項８記載のガス供給方法。
【請求項１０】
さらに、前記供給ステップにて供給される処理ガスの圧力を減圧し且つ当該処理ガスを加熱する減圧加熱ステップを有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか1項に記載のガス供給方法。
【請求項１１】
前記処理ガスは弗化水素ガスであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置及びガス供給方法に関し、特に、処理室内に弗化水素ガスを供給するガス供給部を備える基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）から半導体デバイスを製造する半導体デバイスの製造方法では、ウエハの表面に導電膜や絶縁膜を成膜するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の成膜工程、成膜された導電膜や絶縁膜上に所望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、及びフォトレジスト層をマスクとして用いて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が順次繰り返して実行される。
【０００３】
例えば、或る半導体デバイスの製造方法では、ウエハ上に形成されたポリシリコン層を所定のパターンに形成されたハードマスクを利用してエッチングすることがある。このとき、エッチングによって形成されたトレンチ（溝）の側面にＳｉＯＢｒから成るデポジット膜が形成される。なお、ＳｉＯＢｒは、ＳｉＯ２に似た性質を有する。
【０００４】
ところで、デポジット膜は半導体デバイスの不具合、例えば、導通不良の原因となるため、除去する必要がある。また、スループット向上の観点からデポジット膜とウエハ上に形成されたハードマスクとを同時に除去することが好ましい。
【０００５】
従来、デポジット膜とハードマスクとを同時に除去する方法として、ウエハに弗化水素単ガスを用いた化学反応処理及び加熱処理を施す基板処理方法が知られている。また、この化学反応処理及び加熱処理から成る基板処理方法を実行する基板処理装置として、化学反応処理装置と、該化学反応処理装置に接続された加熱処理装置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。）。
【０００６】
通常、化学反応処理装置は、ウエハを収容する処理室と、処理室内に処理ガスを供給するガス供給部と、ウエハを載置する載置台とを備え、ガス供給部は載置台に載置されたウエハと対向するように配置されると共に、当該ウエハと対向する面に分散配置された多数且つ小径のガス供給孔を有する。また、ガス供給部は、処理室内の内部圧力よりも高い高圧領域から処理ガスを当該処理室内に供給することにより、ウエハに向けて均一に処理ガスを吐出するＧＤＰ（Gas Distribution Plate）として構成される。
【０００７】
一般的に、気体は高圧領域から低圧領域に一気に吐出されると、断熱膨張に起因して気体の温度が低下し、気体が液化することがある。そのため、通常、上記化学反応処理装置において処理室内に供給される処理ガスは、上記断熱膨張に起因する温度低下を鑑みて予め所定の温度に加熱されており、これにより、高圧領域から低圧領域に一気に吐出された場合においても気体の状態を維持することができる。
【特許文献１】特願２００６−２８０４６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した弗化水素ガスは、高圧供給及び低温供給時には弗化水素分子のクラスタ化、すなわち当該弗化水素分子同士の鎖状結合による高分子化状態にあり、当該弗化水素ガスは高圧領域から低圧領域に一気に吐出された場合、上述した断熱膨張に起因する温度低下に加えて弗化水素分子のクラスタ解離による急激な温度低下も生じるため、当該弗化水素ガスは気体の状態を維持することができない。具体的には、上述したガス供給孔における処理室内への開口部周辺において弗化水素ガスの温度は沸点を下回り、当該開口部周辺において弗化水素ガスは液化する。液化した弗化水素は開口部周辺においてデポとなり、当該デポは弗化水素ガスの吐出を阻害する。その結果、ウエハに向けて均一に弗化水素ガスを吐出することができず、ウエハに施す処理に影響を及ぼす。さらに、当該デポは弗化水素ガスの吐出により剥離し、当該剥離したデポがウエハの表面に付着することにより、最終的に製造される半導体デバイスの欠陥となるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ガス供給孔における処理室内への開口部においてデポの発生を防止することができる基板処理装置及びガス供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理装置は、処理室内に処理ガスを供給するガス供給部を備える基板処理装置であって、前記ガス供給部は複数のガス供給孔を有し、前記各ガス供給孔は、前記ガス供給部による前記処理ガスの前記処理室内への供給の際に、当該処理ガスを当該処理室内に均一に供給し、且つ当該処理ガスを液化させることがないように形成されており、前記処理ガスは分子がクラスタ化することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の基板処理装置は、請求項１記載の基板処理装置において、前記ガス供給部が前記処理室内に供給する前記処理ガスの流量が２９７０〜３０３０ｓｃｃｍである場合には、前記ガス供給孔はその孔径が１ｍｍ以上に形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の基板処理装置は、請求項２記載の基板処理装置において、前記処理室内の圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上であり、且つ前記ガス供給孔の孔壁の温度は８０℃以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の基板処理装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ガス供給孔は前記処理室内への開口部が末広がり状に形成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の基板処理装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記ガス供給部は、前記処理ガスを前記処理室内に供給する前に当該処理ガスの圧力を減圧し且つ当該処理ガスを加熱する減圧加熱部を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の基板処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記処理ガスは弗化水素ガスであ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７記載のガス供給方法は、複数のガス供給孔を有し、且つ処理室内に分子がクラスタ化する処理ガスを均一に供給するガス供給部を備える基板処理装置のガス供給方法であって、前記処理ガスを液化させることなく供給する供給ステップを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載のガス供給方法は、請求項７記載のガス供給方法において、前記供給ステップでは、当該処理室内に２９７０〜３０３０ｓｃｃｍの流量で前記処理ガスを供給するときに、当該処理ガスが前記ガス供給孔を通過する際に当該処理ガスの温度が５３℃以上低下しないように当該処理ガスの供給を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載のガス供給方法は、請求項８記載のガス供給方法において、前記処理室内の圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上であり、且つ前記ガス供給孔の孔壁の温度は８０℃以上であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載のガス供給方法は、請求項７乃至９のいずれか1項に記載のガス供給方法において、さらに、前記供給ステップにて供給される処理ガスの圧力を減圧し且つ当該処理ガスを加熱する減圧加熱ステップを有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載のガス供給方法は、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のガス供給方法において、前記処理ガスは弗化水素ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の基板処理装置及び請求項７記載のガス供給方法によれば、複数のガス供給孔から処理室内に分子がクラスタ化する処理ガスが均一に供給され、且つ当該処理ガスが液化することがないので、ガス供給孔における処理室内への開口部周辺において当該処理ガスが液化することによるデポの発生を防止することができる。
【００２２】
請求項２記載の基板処理装置によれば、ガス供給部が処理室内に供給する処理ガスの流量が２９７０〜３０３０ｓｃｃｍである場合には、ガス供給孔はその孔径が１ｍｍ以上に形成される。これにより、処理室内への供給時における断熱膨張による冷却及びクラスタ化した処理ガスの解離時における解離冷却を抑制でき、処理ガスの温度低下を所定の範囲に収めることができる。したがって、ガス供給孔における処理室内への開口部周辺において当該処理ガスが液化することを確実に防ぐことができる。
【００２３】
請求項３記載の基板処理装置及び請求項９記載のガス供給方法によれば、処理室内の圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上であり、ガス供給孔の孔壁の温度は８０℃以上である。したがって、処理室内への供給時における断熱膨張による冷却及びクラスタ化した処理ガスの解離時における解離冷却を確実に抑制でき、処理ガスの温度低下を所定の範囲に確実に収めることができる。
【００２４】
請求項４記載の基板処理装置によれば、ガス供給孔は処理室内への開口部が末広がり状に形成される。これにより、処理ガスを処理室内へ効率よく拡散することができると共に、処理室内で発生した残留物等がガス供給孔へ逆流するのを防止することができる。
【００２５】
請求項５記載の基板処理装置及び請求項１０記載のガス供給方法によれば、処理ガスを処理室内に供給する前に当該処理ガスの圧力を減圧し且つ当該処理ガスを加熱する。これにより、処理ガスを処理室内に供給する前にクラスタ化した処理ガスの分子を解離させることができる。その結果、クラスタ化した処理ガスの平均分子量を小さくすることができ、もって、処理ガスを処理室内に供給する際の解離による温度低下を小さくすることができる。
【００２６】
請求項６記載の基板処理装置及び請求項１１記載のガス供給方法によれば、処理ガスは弗化水素ガスである。したがって、処理室内の基板上に形成されたデポジット膜とハードマスクとを同時に除去することができる。
【００２７】
請求項８記載のガス供給方法によれば、処理室内に３０００ｓｃｃｍの流量で処理ガスを供給するときに、処理ガスがガス供給孔を通過する際に処理ガスの温度が５３℃以上低下しないように処理ガスの供給を行う。したがって、ガス供給孔における処理室内への開口部周辺において当該処理ガスが液化することを確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
まず、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について説明する。
【００３０】
図１は、本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。
【００３１】
図１において、基板処理システム１０は、半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗにプラズマ処理を施す第１のプロセスシップ１１と、該第１のプロセスシップ１１と平行に配置され、ウエハＷに後述する化学反応処理及び加熱処理を施す第２のプロセスシップ１２と、第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としてのローダーモジュール１３とを備える。
【００３２】
ローダーモジュール１３には、上述した第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２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）１４がそれぞれ載置される３つのフープ載置台１５と、フープ１４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１６とが接続されている。
【００３３】
第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２は、ローダーモジュール１３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１３を挟んで３つのフープ載置台１５と対向するように配置され、オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向に関する一端に配置される。
【００３４】
ローダーモジュール１３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機構１９と、各フープ載置台１５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２０とを有する。搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、該取り出したウエハＷを第１のプロセスシップ１１、第２のプロセスシップ１２やオリエンタ１６へ搬出入する。
【００３５】
第１のプロセスシップ１１は、ウエハＷにプラズマ処理を施す第１のプロセスモジュール２５と、該第１のプロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第１の搬送アーム２６を内蔵する第１のロード・ロックモジュール２７とを有する。
【００３６】
第１のプロセスモジュール２５は、円筒状の処理室容器（チャンバ）と、該チャンバ内に配置された上部電極及び下部電極（いずれも図示しない）とを有し、該上部電極及び下部電極の間の距離はウエハＷにプラズマ処理としてのエッチング処理を施すための適切な間隔に設定されている。また、下部電極はウエハＷをクーロン力等によってチャックするＥＳＣ２８をその頂部に有する。
【００３７】
第１のプロセスモジュール２５では、チャンバ内部に処理ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって導入された処理ガスをプラズマ化してイオン及びラジカルを発生させ、該イオン及びラジカルによってウエハＷにエッチング処理を施す。
【００３８】
第１のプロセスシップ１１では、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第１のプロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持される。そのため、第１のロード・ロックモジュール２７は、第１のプロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０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。
【００３９】
第１のロード・ロックモジュール２７の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２６が設置され、該第１の搬送アーム２６より第１のプロセスモジュール２５側に第１のバッファ３１が設置され、第１の搬送アーム２６よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ３２が設置される。第１のバッファ３１及び第２のバッファ３２は、第１の搬送アーム２６の先端部に配置されたウエハＷを支持する支持部（ピック）３３が移動する軌道上に配置され、プラズマ処理済みのウエハＷを一時的に支持部３３の軌道の上方に待避させることにより、エッチング未処理のウエハＷとエッチング処理済みのウエハＷとの第１のプロセスモジュール２５における円滑な入れ換えを可能とする。
【００４０】
第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに後述する化学反応処理を施す第２のプロセスモジュール３４（基板処理装置）と、該第２のプロセスモジュール３４に真空ゲートバルブ３５を介して接続された、ウエハＷに後述する加熱処理を施す第３のプロセスモジュール３６と、第２のプロセスモジュール３４及び第３のプロセスモジュール３６にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第２の搬送アーム３７を内蔵する第２のロード・ロックモジュール４９とを有する。
【００４１】
図２は、図１における第２のプロセスモジュール３４の断面図であり、図２（Ａ）は図１における線II−II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。
【００４２】
図２（Ａ）において、第２のプロセスモジュール３４は、円筒状の処理室容器（チャンバ）３８と、該チャンバ３８内に配置されたウエハＷの載置台としての冷却ステージ３９と、チャンバ３８の上方において冷却ステージ３９と対向するように配置されたＧＤＰ（Gas Distribution Plate）４０と、チャンバ３８内のガス等を排気する第２のプロセスモジュール排気系（図示しない）とを有する。
【００４３】
冷却ステージ３９は調温機構として冷媒室（図示しない）を有する。この冷媒室には所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン液が循環供給され、当該冷媒の温度によって冷却ステージ３９の上面に載置されたウエハＷの処理温度が制御される。
【００４４】
また、冷却ステージ３９は、その上面から突出自在なリフトピンとしての複数のプッシャーピン（図示しない）を有し、これらのプッシャーピンは、ウエハＷが冷却ステージ３９に載置されるときには冷却ステージ３９に収容され、後述する化学反応処理が施されたウエハＷをチャンバ３８から搬出するときには、冷却ステージ３９の上面から突出してウエハＷを上方へ持ち上げる。
【００４５】
ＧＤＰ４０は円板状のガス供給部４４を有し、ガス供給部４４はバッファ室４６と複数のガス供給孔４８とを有する。バッファ室４６はガス供給孔４８を介してチャンバ３８内に連通する。
【００４６】
また、第２のプロセスモジュール３４は、弗化水素ガス供給系１８０を備える。
【００４７】
弗化水素ガス供給系１８０は弗化水素ガス供給部１８２と、該弗化水素ガス供給部１８２に接続された弗化水素ガス供給管６４と、該弗化水素ガス供給管６４の途中に設けられた減圧加熱部１８１とを有し、弗化水素ガス供給管６４はチャンバ３８の天井部１８４においてガス供給部４４におけるバッファ室４６内へ開口する弗化水素ガス供給孔１９３を有する。
【００４８】
ところで、或る半導体デバイスの製造方法では、ウエハＷ上に所定のパターンで形成されたハードマスクを利用してポリシリコン層をエッチングすることがある。このとき、エッチングによって形成されたトレンチ（溝）の側面にＳｉＯＢｒ層から成るデポジット膜が形成される。ここで、スループット向上の観点から当該デポジット膜と当該ウエハＷ上に形成されたハードマスクとを同時に除去することが好ましい。
【００４９】
本実施の形態では、第２のプロセスモジュール３４において処理ガスとして弗化水素単ガスを用いた化学反応処理をウエハＷに施し、第３のプロセスモジュール３６において加熱処理をウエハＷに施すことにより、上述したデポジット膜とハードマスクとを同時に除去する。なお、ハードマスクは弗化水素によって除去可能である。具体的には、本実施の形態では以下の化学反応を利用する。
（化学反応処理）
ＳｉＯ２＋６ＨＦ  →  Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
（加熱処理）
Ｈ２ＳｉＦ６  →  ＳｉＦ４↑＋２ＨＦ↑
Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２Ｏ↑
上記化学反応処理の間、冷却ステージ３９は、１０〜４０℃に維持される。
【００５０】
第２のプロセスモジュール３４でウエハＷに上記化学反応処理を施す際、図２（Ａ）に示すように、バッファ室４６には減圧加熱部１８１により減圧且つ加熱された弗化水素（ＨＦ）ガスが弗化水素ガス供給管６４から供給され、該供給された弗化水素ガスはガス供給孔４８を介してチャンバ３８内へ供給される。具体的には、弗化水素ガス供給部１８２から高圧（例えば、１０００Ｔｏｒｒ（＋３０ｋＰａ））供給及び高温（例えば、４０℃）供給された弗化水素ガスは減圧加熱部１８１により所定の圧力、例えば４００Ｔｏｒｒに減圧され、その際の断熱膨張及びクラスタ化している弗化水素分子の解離によって急激に温度が低下した弗化水素ガスは減圧加熱部１８１により再度高温（例えば、４０℃）に加熱されてバッファ室４６内に供給される。これにより、弗化水素ガス中の弗化水素分子は、クラスタ化による高分子状態、具体的には平均分子量４０程度の状態から解離により平均分子量２５程度の状態になる。また、弗化水素ガスはチャンバ３８内の内部圧力（例えば、４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ））よりも高い高圧領域からチャンバ３８内に供給されるので、ＧＤＰ４０は差圧を利用してウエハＷに向けて均一に弗化水素ガスを吐出することができる。
【００５１】
また、ＧＤＰ４０では、ガス供給孔４８の孔径Ｌ１は１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍに形成される。これにより、後で詳述する通り、弗化水素ガスのガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部周辺での液化を防止する。なお、ガス供給孔４８の孔長Ｌ２は１０ｍｍに形成される。さらに、ＧＤＰ４０では、図２（Ｂ）に示すように、ガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部は末広がり状に形成される。これにより、弗化水素ガスをチャンバ３８内へ効率よく拡散することができると共に、チャンバ３８内で発生した残留物等がガス供給孔４８、引いては、バッファ室４６へ逆流するのを防止する。
【００５２】
また、ＧＤＰ４０はヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。この加熱素子は、バッファ室４６内の弗化水素ガスの温度を制御する。また、当該加熱素子によりガス供給孔４８の孔壁が８０℃以上に加熱される。
【００５３】
この第２のプロセスモジュール３４では、チャンバ３８内の内部圧力と、該チャンバ３８内へ供給する弗化水素ガスの流量とを調整することによってウエハＷに上記化学反応処理を施す。具体的には、チャンバ３８内の内部圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上に設定され、弗化水素ガスの流量は２９７０〜３０３０ｓｃｃｍに設定される。
【００５４】
図３は、図１における第３のプロセスモジュール３６の断面図である。
【００５５】
図３において、第３のプロセスモジュール３６は、筐体状の処理室容器（チャンバ）５０と、該チャンバ５０の天井部１８５と対向するように、チャンバ５０内に配置されたウエハＷの載置台としての加熱ステージ５１と、該加熱ステージ５１の近傍に配置され、加熱ステージ５１に載置されたウエハＷを上方に持ち上げるバッファアーム５２とを有する。
【００５６】
加熱ステージ５１は、表面に酸化皮膜が形成されたアルミからなり、内蔵された電熱線等から成るヒータ１８６によって載置されたウエハＷを所定の温度まで加熱する。具体的には、ステージヒータ５１は載置したウエハＷを１７５〜３００℃まで直接加熱する。なお、ヒータ１８６の発熱量はヒータ制御装置１８７によって制御される。
【００５７】
バッファアーム５２は、上記化学反応処理が施されたウエハＷを一時的に第２の搬送アーム３７における支持部５３の軌道の上方に待避させることにより、第２のプロセスモジュール３４や第３のプロセスモジュール３６におけるウエハＷの円滑な入れ換えを可能とする。
【００５８】
また、第３のプロセスモジュール３６は、窒素ガス供給系１９０を備える。
【００５９】
窒素ガス供給系１９０は窒素ガス供給部１９２と、該窒素ガス供給部１９２に接続された窒素ガス供給管６５とを有し、窒素ガス供給管６５はチャンバ５０の天井部１８５において加熱ステージ５１に載置されたウエハＷに対向するように開口する窒素ガス供給孔１９４を有する。窒素ガス供給部１９２は窒素ガス供給管６５を介して窒素ガス供給孔１９４からチャンバ５０内にパージガスとして窒素（Ｎ２）ガスを供給し、上述した加熱処理において発生（揮発）したガスを排気する。また、窒素ガス供給部１９２は供給する窒素ガスの流量を調整する。
【００６０】
この第３のプロセスモジュール３６では、ウエハＷの温度を調整することによってウエハＷに上記加熱処理を施す。
【００６１】
図１に戻り、第２のロード・ロックモジュール４９は、第２の搬送アーム３７を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）７０を有する。また、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第２のプロセスモジュール３４及び第３のプロセスモジュール３６の内部圧力は真空若しくは大気圧以下に維持される。そのため、第２のロード・ロックモジュール４９は、第３のプロセスモジュール３６との連結部に真空ゲートバルブ５４を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ドアバルブ５５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。
【００６２】
ところで、本発明者は上述した弗化水素単ガスを用いた化学反応処理を従来の化学反応処理装置、すなわち、ガス供給孔の孔径が０．３〜０．８ｍｍに形成された化学反応処理装置で実行すると、ガス供給孔における処理室内への開口部周辺においてガス孔を中心としたリング状の白色のデポが付着することを確認した。そして、本発明者は、弗化水素ガスは、例えば、大気圧（７６０ｍｍＨｇ）供給及び常温（２０℃）供給時には弗化水素分子のクラスタ化、すなわち当該弗化水素分子同士の鎖状結合により分子量が７０程度の高分子化状態にあり、弗化水素ガスを高圧領域から低圧領域に一気に吐出した際には、弗化水素ガスは断熱膨張に起因する温度低下に加えてクラスタ化した弗化水素分子の解離による急激な温度低下が生じるという知見から上記デポの付着は弗化水素ガスの液化が関係していると類推した。
【００６３】
そこで、本発明者は、弗化水素ガスがガス供給孔を通過する際におけるガス供給孔内部の弗化水素ガスの温度分布を数値シミュレーションによって算出し、図４に、ガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部近傍における当該温度分布を示した。そして、本発明者は図４に示す温度分布から弗化水素ガスはガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部においてガス孔の中心から外側にかけて急激に温度が低下することを確認した。すなわち、図４における温度領域Ａの温度と温度領域Ｂの温度との温度差が大きいことを確認した。以上より、本発明者は、上記デポの付着は温度が低下した弗化水素ガスの液化によることを確認した。
【００６４】
続いて、本発明者は、ガス供給孔の孔径が１ｍｍ（モデル１）、同孔径が１．５ｍｍ（モデル２）、同孔径が２ｍｍ（モデル３）の各モデルにおいて同様に上述した数値シミュレーションによって温度分布を算出した。そして、各モデルにおける温度領域Ａの温度と温度領域Ｂの温度との温度差（ΔＴ）を算出した（表１参照）。また、本発明者は、数値シミュレーションによって各モデルにおけるガス供給孔を通過する弗化水素の最大流速（ｍ／ｓｅｃ）及び圧力差（Ｐａ）を算出した（表１参照）。
【００６５】
【表１】
2008187041.tif 000003
【００６６】
なお、上記数値シミュレーションでは、弗化水素ガスの流量を２９７０〜３０３０ｓｃｃｍ、処理室内の内部圧力を４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上、ガス供給孔の側壁の温度を８０℃以上に設定した。また、モデル１においてはガス供給孔の孔長を１０ｍｍ、モデル２においては同孔長を１５ｍｍ、モデル３においては同孔長を２０ｍｍに設定した。
【００６７】
通常の化学反応処理装置では、供給される弗化水素ガスの温度を４０〜５０℃以上に加熱することができない。その結果、従来の化学反応処理装置では弗化水素ガスがガス供給孔を通過する際にガス供給孔における処理室内への開口部周辺において弗化水素ガスの温度は沸点を下回り、当該開口部周辺において弗化水素ガスは液化する。
【００６８】
一方、本実施の形態における化学反応処理装置としての第２のプロセスモジュール３４は、上述したように、そのガス供給孔４８の孔径Ｌ１が１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍに設定され、孔長Ｌ２は１０ｍｍに設定されている。また、弗化水素ガスの流量は２９７０〜３０３０ｓｃｃｍ、チャンバ３８内の内部圧力は４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以上に設定されており、ガス供給孔４８の孔壁の温度は８０℃以上に加熱されている。したがって、上述した数値シミュレーションの算出結果（表１参照）に基づき、弗化水素ガスがガス供給孔４８を通過する際にガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部周辺において当該弗化水素ガスの温度は最大で５３℃低下する。図５に示す弗化水素の蒸気圧曲線のグラフに基づけば、４００Ｔｏｒｒ、４０℃（状態Ａ）で供給された弗化水素ガスは内部圧力が４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）のチャンバ３８内に供給された際、弗化水素ガスの温度が最大で５３℃低下した場合においても（状態Ｂ）、気体の状態を維持する。したがって、弗化水素ガスがガス供給孔４８を通過する際にガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部周辺において弗化水素ガスの温度は沸点を下回ることはなく、当該開口部周辺において弗化水素ガスは液化しない。これにより、当該開口部周辺において弗化水素が液化することによるデポの発生を防止することができ、もって、弗化水素ガスの吐出が阻害されることはない。その結果、ウエハに向けて均一に弗化水素ガスを吐出することができる。さらに、開口部周辺においてデポが発生することがないので、弗化水素ガスの吐出によって剥離したデポがウエハの表面に付着することがない。
【００６９】
なお、本実施の形態におけるガス供給孔４８は、ガス供給孔４８におけるチャンバ３８内への開口部周辺において弗化水素ガスが液化することを防ぐためには、上述したように１ｍｍ以上に形成するのがよい。しかしながら、ガス供給孔４８は、ＧＤＰ４０によるウエハに向けて均一に弗化水素ガスを吐出する吐出孔として構成されるので、少ない流量でウエハに向けて均一に弗化水素ガスを吐出するためには弗化水素ガスのガス供給孔４８を通過する際の圧力差を大きくし、且つ流速を速くすることが必要である。したがって、本実施の形態では、上述した数値シミュレーションの算出結果（表１参照）に基づき、ガス供給孔４８は、その孔径Ｌ１が１ｍｍに形成されるのが好ましい。なお、ガス供給孔４８の孔径Ｌ１を１ｍｍ以上に形成した場合においても、弗化水素ガスの流量を多くすることによって、ウエハに向けて均一に弗化水素ガスを吐出することができる。
【００７０】
本実施の形態におけるガス供給孔は、上述した化学反応処理を行うプロセスモジュールだけでなく、他のモジュールにも適用することができ、また、本実施の形態におけるガス供給孔から供給される処理ガスは、弗化水素ガスだけでなく、およそ分子がクラスタ化するガスであってもよい。
【００７１】
本実施の形態では、ウエハＷに施す化学反応処理とウエハＷに施す加熱処理とを別々のプロセスモジュールで行ったが、これらの処理を１つのプロセスモジュールで行ってもよい。
【００７２】
また、本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として、２つのプロセスシップが平行に配置されたものについて説明したが、基板処理システムの構成はこれに限られない。具体的には、複数のプロセスモジュールがタンデムに配置されたものやクラスター状に配置されたものであってもよい。
【００７３】
また、化学反応処理や加熱処理が施される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤやＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本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における第２のプロセスモジュールの断面図であり、（Ａ）は図１における線II−IIに沿う断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【図３】図１における第３のプロセスモジュールの断面図である。
【図４】ガス供給孔におけるチャンバ内への開口部近傍における弗化水素ガスの温度分布を示す図である。
【図５】弗化水素の蒸気圧曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７５】
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理システム
３４  第２のプロセスモジュール
３８  チャンバ
４０  ＧＤＰ
４４  ガス供給部
４８  ガス供給孔
１８０  弗化水素ガス供給系
１８１  減圧加熱部
【図１】
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【図２】
2008187041.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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