基板処理方法および基板処理装置
【課題】より安価に基板表面の窒化膜をエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】表面に窒化膜が形成された基板Ｗは、処理室１１内においてヒータユニット１３上で保持される。処理流体導入口２５から過熱水蒸気が導入され、この過熱水蒸気が基板Ｗに導かれる。この過熱水蒸気によって、基板Ｗ上の窒化膜がエッチングされる。処理室１１の内壁は、処理室ヒータユニット５０によって加熱される。均熱リング４０は、基板Ｗの周縁部に接し、基板Ｗの温度を均一化する。
【解決手段】表面に窒化膜が形成された基板Ｗは、処理室１１内においてヒータユニット１３上で保持される。処理流体導入口２５から過熱水蒸気が導入され、この過熱水蒸気が基板Ｗに導かれる。この過熱水蒸気によって、基板Ｗ上の窒化膜がエッチングされる。処理室１１の内壁は、処理室ヒータユニット５０によって加熱される。均熱リング４０は、基板Ｗの周縁部に接し、基板Ｗの温度を均一化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化膜が形成された基板を処理する方法および装置に関し、とくに前記窒化膜をエッチングする工程を含む基板処理方法およびそのような工程を実行するための構成を含む基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、シリコン等の半導体基板の表面に、酸化膜や窒化膜が形成され、それらが選択的にエッチングされる。窒化膜の選択エッチングには、従来から、１２０℃〜１８０℃の高温の燐酸がエッチング液として用いられてきた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８６９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燐酸は、高価な薬液であり、それに応じて、生産コストが高くつく欠点がある。
この発明の目的は、より安価に基板表面の窒化膜をエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面に窒化膜が形成された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給して、前記窒化膜をエッチングする水蒸気エッチング工程を含む、基板処理方法である。この方法では、沸点以上の水蒸気を用いて基板表面の窒化膜をエッチングできるから、高価な薬液である燐酸を用いなくてもよい。これにより、より安価な工程で基板表面の窒化膜をエッチングできるので、基板を用いる製品の生産コストを低減できる。
【０００６】
たとえば、窒化膜の一例である窒化シリコン膜のエッチング反応式は、次のとおりである。
Ｓｉ３Ｎ４＋１２Ｈ２Ｏ → ３Ｓｉ（ＯＨ）４＋４ＮＨ３
窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基板上に形成された膜であってもよいし、減圧ＣＶＤによって基板上に形成された膜であってもよい。沸点以上の水蒸気とは、飽和蒸気線以上の温度の水蒸気をいう。すなわち、水の沸点に等しい温度の水蒸気であってもよいし、水の沸点を超える温度の水蒸気（過熱水蒸気）であってもよい。大気圧中での水の沸点は１００℃である。大気圧よりも高い加圧雰囲気中においては、水の沸点は１００℃よりも高い。また、大気圧よりも低い減圧雰囲気中においては、水の沸点は１００℃よりも低い。
【０００７】
沸点以上の水蒸気を用いることによって、基板上の窒化膜を効率的にエッチングでき、エッチング時間を短縮できる。とくに、沸点よりも高い過熱水蒸気を用いれば、より高いエッチングレートが得られる。
請求項２記載の発明は、前記基板を前記水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱工程をさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が前記基板加熱工程と並行して実行される、請求項１に記載の基板処理方法である。この方法では、基板が水蒸気の露点以上に加熱されるので、基板上における水蒸気の結露を抑制または防止できる。これにより、基板上の窒化膜に対して水蒸気が高確率で接触するので、高いエッチングレートが得られる。
【０００８】
前記基板加熱工程は、前記基板の温度を均一化するために前記基板の周縁部に均熱リングを接触させる均熱工程を含んでいてもよい。これにより、基板の各部の温度を均一化できるので、エッチングレートの面内ばらつきを低減できる。
請求項３記載の発明は、前記基板を処理室内で保持する工程と、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する前ガス置換工程とをさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が、前記前ガス置換工程の後に、前記処理室内で行われる、請求項１または２に記載の基板処理方法である。この方法によれば、処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換した後に、水蒸気エッチング工程が行われるので、基板表面の酸化を回避しながら、基板表面の窒化膜をエッチングできる。とくに、基板加熱工程を並行して行う場合には、基板の加熱によって基板表面に酸化膜が成長するおそれがある。そこで、不活性ガス雰囲気中において水蒸気エッチング工程を行うことによって、酸化物の生成を回避しながら、窒化膜を選択的にエッチングできる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する後ガス置換工程と、前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内で前記基板を冷却する冷却工程と、前記後ガス置換工程および冷却工程の後に、前記処理室から前記基板を搬出する工程とをさらに含む、請求項３に記載の基板処理方法である。この方法により、基板を冷却してから処理室外に搬出できるので、基板搬送機構に対して基板の熱影響が及ぶことを回避できる。また、基板の冷却は、不活性ガス雰囲気中で行われるので、基板冷却の過程で基板表面に酸化物が生成されることを回避できる。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記処理室の内壁を前記水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱工程をさらに含む、請求項３または４に記載の基板処理方法である。この構成によれば、処理室の内壁において水蒸気が結露することを抑制または防止できる。これにより、基板表面に効率的に水蒸気を供給できるので、さらに効率的に窒化膜をエッチングできる。
請求項６記載の発明は、前記基板の表面には、前記窒化膜に加えて、酸化膜も形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法である。水蒸気エッチング工程では、酸化膜に対する窒化膜のエッチング選択比が大きいので、窒化膜および酸化膜が基板上に形成されている場合に、窒化膜を良好な選択比でエッチングできる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、前記水蒸気が、大気圧以上の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法である。大気圧以上の水蒸気を用いる場合、その水蒸気は高温である。したがって、高温および高圧の水蒸気で窒化膜をエッチングできるから、高いエッチングレートを得ることができる。
請求項８記載の発明は、前記水蒸気が、大気圧未満の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法である。大気圧未満の水蒸気を用いる場合には、その水蒸気は比較的低温にすることができる。そのため、結露を回避するための基板温度等が低くなるので、基板の加熱および冷却に要する時間を短縮でき、かつそのためのエネルギーを削減できる。
【００１２】
請求項９記載の発明は、処理室（１１）と、前記処理室内で、表面に窒化膜が形成された基板を保持する基板保持手段（１３，４０）と、前記基板保持手段に保持された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給する水蒸気供給手段（２５−２７，２９，３０）とを含む、基板処理装置である。この構成により、請求項１に記載した基板処理方法を実行できる。処理対象の基板は、前記窒化膜に加えて酸化膜も形成された基板であってもよい。
【００１３】
なお、前記括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。
請求項１０記載の発明は、前記基板保持手段に保持された基板を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱手段（１３）をさらに含む、請求項９に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項２に記載した基板処理方法を実行できる。
【００１４】
請求項１１記載の発明は、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（２５，２６，２８，３１，３２，３５−３８）と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段（５１−５７）とをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項３または４に記載した基板処理方法を実行できる。
請求項１２記載の発明は、前記処理室の内壁を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱手段（５０）をさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項５に記載した基板処理方法を実行できる。
【００１５】
請求項１３記載の発明は、前記水蒸気供給手段が、大気圧以上の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項７に記載した基板処理方法を実行できる。
請求項１４記載の発明は、前記水蒸気供給手段が、大気圧未満の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項８に記載した基板処理方法を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することができる基板処理装置のレイアウト例を説明するための図解的な平面図である。
【図２】過熱水蒸気ユニットの構成例を説明するための縦断面図である。
【図３】ヒータユニット等の構成を示す図解的な斜視図である。
【図４】洗浄ユニットの構成例を概説するための図解的な立面図である。
【図５】前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図６】基板に対するプロセスシーケンスの一例を示す図である。
【図７Ａ】水蒸気エッチング工程の詳細を説明するための図解的な断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｄの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｅの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｆの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図８】水蒸気エッチング工程において用いられる水蒸気を説明するための図である。
【図９】基板に対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。
【図１０】基板に対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することができる基板処理装置のレイアウト例を説明するための図解的な平面図である。この基板処理装置は、半導体基板に代表される処理対象の基板を一枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置である。この基板処理装置は、インデクサセクション１と、プロセスセクション２とを有している。
【００１８】
インデクサセクション１は、基板収容器３をそれぞれ一つずつ保持することができる複数のロードポート４（基板収容器保持部）と、インデクサロボット（ＩＲ）５とを有している。複数のロードポート４は、この実施形態では、平面視において直線状に一列に配列されている。インデクサロボット５は、これらのロードポート４に配置された基板収容器３にアクセスして、基板を搬入／搬出できるように構成されている。また、インデクサロボット５は、プロセスセクション２との間で基板を受け渡すことができるように構成されている。
【００１９】
プロセスセクション２は、過熱水蒸気ユニット６と、洗浄ユニット７と、主搬送ロボット（ＣＲ）８とを有している。この実施形態では、平面視において２箇所に過熱水蒸気ユニット６が配置されており、平面視における別の２箇所に洗浄ユニット７が配置されている。そして、これらのユニット６，７に囲まれた空間に主搬送ロボット８が配置されている。プロセスセクション２においてロードポート４の配列方向に関する中央部には、搬送路９が形成されている。搬送路９を挟む２箇所に洗浄ユニット７が配置されている。そして、この２箇所の洗浄ユニット７にそれぞれ隣接する２箇所（インデクサセクション１とは反対側）に過熱水蒸気ユニット６が配置されている。洗浄ユニット７は、過熱水蒸気ユニット６よりもインデクサセクション１に近い位置に配置されている。過熱水蒸気ユニット６は、後述の水蒸気エッチング工程を行う処理ユニットである。また、洗浄ユニット７は、水蒸気エッチング工程後の基板の洗浄および乾燥を行うための処理ユニットである。
【００２０】
インデクサロボット５と主搬送ロボット８とは、搬送路９を介して、基板を受け渡すように動作する。インデクサロボット５および主搬送ロボット８は、それぞれ基板を保持することができるハンドを有している。インデクサロボット５および主搬送ロボット８はそれらのハンド間で基板を直接受け渡すように構成されていてもよい。また、搬送路９に配置された基板受渡ユニット（図示省略）によって、それらのハンド間の基板受け渡しが仲介されるようになっていてもよい。
【００２１】
インデクサロボット５は、いずれかの基板収容器３から未処理の基板を搬出し、主搬送ロボット８に渡すように動作する。また、インデクサロボット５は、処理済みの基板を主搬送ロボット８から受け取り、その処理済み基板をいずれかの基板収容器３に搬入するように動作する。
主搬送ロボット８は、インデクサロボット５から受け取った未処理基板をいずれかの過熱水蒸気ユニット６に搬入する。さらに、主搬送ロボット８は、過熱水蒸気ユニット６での水蒸気エッチング処理後の基板をいずれかの洗浄ユニット７に搬入する。そして、主搬送ロボット８は、洗浄ユニット７での洗浄・乾燥処理後の基板を、インデクサロボット５に受け渡すように動作する。
【００２２】
図２は、過熱水蒸気ユニット６の構成例を説明するための縦断面図である。過熱水蒸気ユニット６は、処理室１１を内部に区画するハウジング１２と、ハウジング１２内に配置されたヒータユニット１３（基板加熱手段、基板保持手段）とを含む。ハウジング１２は、扁平な箱形に形成されており、底壁１５と、底壁１５から立ち上がった側壁１６および後壁１７と、側壁１６および１７の上端縁に連なる天壁１８とを含む。
【００２３】
ハウジング１２において、主搬送ロボット８に臨む前面側には基板Ｗを出し入れするための開口１９が形成されており、この開口１９を開閉する開閉機構としてのゲートバルブユニット２０が配置されている。ゲートバルブユニット２０は、開口１９を開閉するシャッタ部材２１と、シャッタ部材２１を閉位置と開位置との間で移動させるシャッタ駆動機構２２とを含む。シャッタ部材２１は、閉位置において、開口１９を気密に閉塞する。
【００２４】
ハウジング１２の天壁１８には、処理流体導入口２５が設けられている。処理流体導入口２５には、処理流体供給路２６が接続されている。処理流体供給路２６には、過熱水蒸気供給路２７および不活性ガス供給路２８が接続されている。過熱水蒸気供給路２７には、過熱水蒸気供給源２９が接続されており、その途中部には過熱水蒸気バルブ３０が介装されている。不活性ガス供給路２８には、不活性ガス供給源３１が接続されており、その途中部には第１不活性ガスバルブ３２が介装されている。
【００２５】
この構成により、過熱水蒸気バルブ３０を開くことにより、処理流体導入口２５から処理室１１内へと過熱水蒸気を供給できる。また、第１不活性ガスバルブ３２を開くことにより、処理流体導入口２５から処理室１１内へと不活性ガスを供給することができる。過熱水蒸気バルブ３０および第１不活性ガスバルブ３２の両方を開けば、過熱水蒸気および不活性ガスの両方を処理室１１内に供給できる。不活性ガスは、基板Ｗを構成する物質に対して不活性な気体であり、とくに酸素を含まないか、または酸素濃度が極めて低い（たとえば10ppm以下）気体である。より具体的には、窒素ガスを不活性ガスとして用いてもよい。
【００２６】
天壁１８の下面（処理室１１側の内面）には、処理流体導入口２５から供給された処理流体（過熱水蒸気および／または不活性ガス）を拡散して処理室１１内に流出させる拡散部材３３が配置されている。これにより、処理室１１内に処理流体の均一な流れを形成でき、処理室１１内にすみやかに処理流体を行き渡らせることができる。
後壁１７は、開口１９から遠い位置に配置された奥側の隔壁である。後壁１７には、不活性ガス導入口３５が設けられている。不活性ガス導入口３５には、不活性ガス供給路３６が接続されている。不活性ガス供給路３６には、不活性ガス供給源３７から、窒素ガス等の不活性ガスが供給されている。不活性ガス供給路３６の途中部には第２不活性ガスバルブ３８が介装されている。後壁１７の内側面には、拡散部材３９が配置されている。第２不活性ガスバルブ３８を開くと、不活性ガス導入口３５から不活性ガスが導入され、この不活性ガスが拡散部材３９で拡散されて処理室１１内にすみやかに行き渡る。
【００２７】
ハウジング１２には、処理室１１の内壁を加熱するための処理室ヒータユニット５０が備えられている。処理室ヒータユニット５０は、たとえば、シャッタ部材２１、底壁１５、側壁１６、後壁１７および天壁１８に組み込まれ、これらを加熱するように構成されていてもよい。これにより、処理室１１の内壁面の温度を、処理室１１内の水蒸気の露点よりも高温に維持して、水蒸気の結露を抑制または防止できる。
【００２８】
図３は、ヒータユニット１３等の構成を示す図解的な斜視図である。ヒータユニット１３は、ハウジング１２の底壁１５上に配置されている。ヒータユニット１３は、処理対象の基板Ｗに対応した平面形状の発熱面１３ａを有している。たとえば、処理対象の基板Ｗが円形基板であれば、図３に示すように、ヒータユニット１３の発熱面１３ａの平面形状はその基板Ｗの径に対応した円形であってもよい。ヒータユニット１３の上面周縁部には、その全周にわたって延びる均熱リング４０が設けられている。均熱リング４０は、その周方向に直交する断面がほぼＬ字状に形成されている。すなわち、均熱リング４０は、基板Ｗの下面周縁部をヒータユニット１３の発熱面１３ａの近傍で支持する支持部４１と、この支持部４１の外側から立ち上がったガイド部４２とを有している。ガイド部４２は、基板Ｗの水平方向（ヒータユニット１３の発熱面１３ａに平行な方向）への移動を規制する。均熱リング４０は、熱伝導性の高い材料、たとえばＳｉＣで構成されている。
【００２９】
このような構成により、発熱面１３ａからの輻射熱によって基板Ｗを加熱でき、均熱リング４０による熱伝導によって基板Ｗの各部の加熱むらを抑制して、均一な加熱を実現できる。
図２に示すように、ヒータユニット１３と主搬送ロボット８（図１参照）との基板Ｗの受け渡しのために、基板Ｗをヒータユニット１３の上方で上下動させるリフト機構４５が設けられている。リフト機構４５は、たとえば、鉛直方向に延びた複数本（たとえば３本）のリフトピン４６と、リフトピン４６を同期して上下動させる昇降駆動機構４７とを含む。リフトピン４６は、ヒータユニット１３の発熱面１３ａに形成された通路４８を通って上下動するように構成されている。これにより、基板Ｗを均熱リング４０の支持部４１から持ち上げたり、支持部４１上に置いたりすることができる。主搬送ロボット８との基板受け渡しのときは、リフトピン４６は、基板Ｗをヒータユニット１３の発熱面から離れた上方で支持する上位置である受渡位置に配置される。また、ヒータユニット１３によって基板Ｗを加熱するときは、リフトピン４６は、基板Ｗをヒータユニット１３によって加熱するための下位置である処理位置（図２に示す位置）に配置される。処理位置とは、リフトピン４６の頭部が支持部４１に支持された基板Ｗの下面から下方に離間した状態となる位置であり、その頭部が発熱面１３ａよりも下方に没した状態となる位置であってもよい。
【００３０】
ハウジング１２の底壁１５には、第１排気口５１および第２排気口５２が形成されている。第１排気口５１は、ハウジング１２の前面の開口１９に沿って延びており、図３には、直線的なスロット形状に形成された例を示す。第２排気口５２は、平面視においてヒータユニット１３を取り囲むように、ヒータユニット１３の外方に形成されている。第２排気口５２は、ヒータユニット１３の外周縁に沿う環状（図３の例では円環状）に形成されていてもよい。
【００３１】
第１排気口５１は、第１排気路５３を介して排気設備５７に接続されている。第２排気口５２は、第２排気路５４を介して排気設備５７に接続されている。第１排気路５３には第１排気弁５５が介装されており、第２排気路５４には第２排気弁５６が接続されている。したがって、第１および第２排気弁５５，５６を独立して開閉することによって、第１排気口５１を介する排気および第２排気口５２を介する排気を個別に制御できる。
【００３２】
図４は、洗浄ユニット７の構成例を概説するための図解的な立面図である。洗浄ユニット７は、基板Ｗを保持するスピンチャック６１と、スピンチャック６１の回転軸６２に回転力を与えてスピンチャック６１を鉛直な回転軸線６３まわりに回転させる回転駆動機構６４とを含む。洗浄ユニット７は、さらに、スピンチャック６１に保持された基板Ｗに洗浄液（薬液またはリンス液）を供給する洗浄液ノズル６５を含む。洗浄液ノズル６５は、洗浄液供給路６６に接続されている。洗浄液供給路６６には、洗浄液供給源６７から洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給路６６の途中部には、その流路を開閉する洗浄液バルブ６８が介装されている。洗浄液としては、純水（脱イオン水）、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、アンモニア水等を例示できる。２種類以上の洗浄液を用いてもよい。複数種類の洗浄液を用いる場合には、その種類数に応じた個数の洗浄液ノズル６５を洗浄ユニット７に備えてもよい。また、複数種類の洗浄液を一つの洗浄液ノズル６５に共通に供給することとし、各種類の洗浄液の供給源と洗浄液ノズル６５との間の洗浄液供給路にそれぞれ洗浄液バルブを介装してもよい。
【００３３】
この構成により、基板Ｗをスピンチャック６１に保持して回転軸線６３まわりに回転させ、その基板Ｗの表面に洗浄液ノズル６５から洗浄液を供給できる。洗浄液は遠心力によって基板Ｗの表面全域に行き渡り、これにより、基板Ｗの表面を洗浄できる。その後、洗浄液バルブ６８を閉じて洗浄液ノズル６５からの洗浄液の吐出を停止し、スピンチャック６１を高速回転させるスピンドライ処理を実行することにより、基板Ｗ表面の液成分を遠心力によって振り切ることができる。こうして、基板Ｗの洗浄および乾燥の各処理を実行できる。
【００３４】
図５は、前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。基板処理装置は、装置の各部を制御するための制御装置７０を含む。制御装置７０は、マイクロコンピュータに加えて、記憶装置等の必要な周辺装置を含む。制御装置７０には、制御対象として、インデクサロボット５、主搬送ロボット８、過熱水蒸気ユニット６および洗浄ユニット７が接続されている。過熱水蒸気ユニット６に関して、制御装置７０は、ヒータユニット１３および処理室ヒータユニット５０への通電、ゲートバルブユニット２０の動作、過熱水蒸気バルブ３０の開閉、不活性ガスバルブ３２の開閉、不活性ガスバルブ３８の開閉、リフト機構４５の動作、ならびに第１および第２排気弁５５，５６の開閉を制御する。また、洗浄ユニット７に関して、制御装置７０は、回転駆動機構６４の動作、および洗浄液バルブ６８の開閉を制御する。
【００３５】
図６は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの一例を示す図である。インデクサロボット５は、いずれかの基板収容器３から未処理の基板Ｗを搬出して、主搬送ロボット８に渡す。主搬送ロボット８は、その未処理の基板Ｗをいずれかの過熱水蒸気ユニット６に搬入する。過熱水蒸気ユニット６は、搬入された基板Ｗに対して、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）を実行する。水蒸気エッチング工程が終了すると、主搬送ロボット８は、その基板Ｗを過熱水蒸気ユニット６から搬出し、いずれかの洗浄ユニット７に搬入する。洗浄ユニット７は、搬入された基板Ｗに対して、洗浄工程（Ｓ２。たとえば水洗）および乾燥工程（Ｓ３）を順に実行する。これらの処理工程が完了すると、主搬送ロボット８は、その処理済みの基板Ｗを搬出し、インデクサロボット５に渡す。インデクサロボット５は、受け取った処理済みの基板Ｗをいずれかの基板収容器３に搬入する。
【００３６】
このようにして、一連の処理工程である、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）、洗浄工程（Ｓ２）および乾燥工程（Ｓ３）を基板Ｗに対して施すことができる。
図７Ａ〜７Ｇは、水蒸気エッチング工程の詳細を順に説明するための図解的な断面図である。まず、図７Ａに示すように、未処理の基板Ｗを受け容れるために、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を開く。すなわち、シャッタ駆動機構２２が駆動され、シャッタ部材２１が開位置へと移動させられる。また、制御装置７０は、処理室１１内に大気を巻き込まないように、処理室１１内に気流を発生させる。具体的には、制御装置７０は、第２不活性ガスバルブ３８を開き、第１排気弁５５を開く。第１不活性ガスバルブ３２および第２排気弁５６は閉状態に制御される。これにより、後壁１７の不活性ガス導入口３５から不活性ガスが導入されるとともに、前面の開口１９の近くの第１排気口５１から処理室１１内の雰囲気が排気される。その結果、後壁１７から開口１９に向かう気流が発生し、この気流によって、開口１９からの大気の進入を抑制または防止できる。また、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を下位置に制御しており、さらに予めヒータユニット１３および処理室ヒータユニット５０への通電を開始して、これらを予熱している。この状態で、主搬送ロボット８は、未処理の基板Ｗを保持したハンド８ａを処理室１１に向かって進出させ、その基板Ｗをヒータユニット１３の上方に導く。
【００３７】
次いで、図７Ｂに示すように、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を上位置に上昇させる。その過程で、基板Ｗはハンド８ａからリフトピン４６に渡される。その後、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１から退出させる。さらに、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を閉じる。すなわち、シャッタ部材２１を閉位置に移動させ、開口１９を閉塞する。ゲートバルブユニット２０を閉じた後、制御装置７０は、第２不活性ガスバルブ３８を閉じ、代わって、第１不活性ガスバルブ３２を開く。制御装置７０は、さらに、第１排気弁５５を閉じ、第２排気弁５６を開く。これにより、天壁１８の処理流体導入口２５から不活性ガスが導入され、拡散部材３３によって処理室１１内に拡散される。また、処理室１１内の雰囲気は、ヒータユニット１３の外周に沿って開口する第２排気口５２から排気される。これにより、天壁１８から基板Ｗに向かう不活性ガスの流れが形成され、処理室１１内の雰囲気が速やかに不活性ガス雰囲気に置換される（前ガス置換工程）。不活性ガス雰囲気への置換によって、処理室１１内の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御されることが好ましい。不活性ガス供給源３１からは、加圧された不活性ガスが供給され、かつ第２排気口５２からの排気流量が適切に制御されることによって、処理室１１内は大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高い気圧の加圧空間とされる。より具体的には、処理室１１内の気圧は、０．２ＭＰａ〜１０ＭＰａ（たとえば０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ）に調整されることが好ましい。
【００３８】
次に、図７Ｃに示すように、制御装置７０は、リフト機構４５を制御することによってリフトピン４６を下位置まで下降させ、基板Ｗをヒータユニット１３上（より正確には均熱リング４０の支持部４１上）に配置する。これにより、基板Ｗは処理室１１内で保持される（基板保持工程）。また、制御装置７０は、ヒータユニット１３の通電制御によって、基板Ｗの温度を２３℃〜３００℃（たとえば１００℃）に制御する（基板加熱工程）。基板Ｗの温度は、次に処理室１１内に供給される水蒸気の露点以上の温度に制御すればよい。また、制御装置７０は、処理室ヒータユニット５０への通電制御によって、処理室１１の内壁を水蒸気の露点以上の温度に制御する（処理室加熱工程）。
【００３９】
次に、図７Ｄに示すように、制御装置７０は、第１不活性ガスバルブ３２を閉じ、代わって過熱水蒸気バルブ３０を開く。これにより、処理流体導入口２５から過熱水蒸気が導入され、この過熱水蒸気は拡散部材３３で拡散されて、処理室１１内に供給される。処理室１１内の雰囲気はヒータユニット１３の外周に配置された第２排気口５２から排気されているので、処理室１１内には、天壁１８から基板Ｗに向かう過熱水蒸気の流れが形成される。したがって、基板Ｗに向かって過熱水蒸気が供給され、この過熱水蒸気によって基板Ｗの表面の処理が進行する。過熱水蒸気供給源２９からは、１００℃〜２５０℃（たとえば２００℃）に過熱された水蒸気が供給される。さらに、過熱水蒸気供給源２９からは、加圧された過熱水蒸気が供給され、かつ第２排気口５２からの排気流量が適切に制御されることによって、処理室１１内は大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高い気圧の加圧空間とされる。より具体的には、処理室１１内の気圧は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ（たとえば０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ）に調整されることが好ましい。こうして、加圧された空間内で過熱水蒸気による基板Ｗの処理が行われる。この加熱水蒸気による水蒸気エッチングと並行してヒータユニット１３による基板Ｗの加熱および処理室ヒータユニット５０による処理室１１の内壁の加熱が行われる。これにより、水蒸気の結露を抑制できる。
【００４０】
基板Ｗの表面には、たとえば、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜が形成されている。この場合に、次に示す反応式によって、基板Ｗ表面の窒化シリコン膜が選択的にエッチングされる。窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基板上に形成された膜であってもよいし、減圧ＣＶＤによって基板上に形成された膜であってもよい。
【００４１】
Ｓｉ３Ｎ４＋１２Ｈ２Ｏ → ３Ｓｉ（ＯＨ）４＋４ＮＨ３
予め定める水蒸気エッチング処理時間にわたって図７Ｄの状態を保持した後、基板Ｗの冷却が行われる。具体的には、制御装置７０は、過熱水蒸気バルブ３０を閉じ、代わって第１不活性ガスバルブ３２を開く。これにより、図７Ｅに示すように、処理流体導入口２５から不活性ガスが供給され、拡散部材３３に拡散されて処理室１１内へと導かれ、天壁１８から第２排気口５２に向かう不活性ガス気流が形成される。これにより、処理室１１内の雰囲気が不活性ガス雰囲気に置換される（後ガス置換工程）。この雰囲気置換によって、処理室１１内の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御されることが好ましい。また、不活性ガスの供給流量および処理室１１内の雰囲気の排気流量は、処理室１１内の気圧が大気圧（０．１ＭＰａ）またはそれに近い値となるように制御されることが好ましい。さらに、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を上位置に上昇させる。これにより、基板Ｗがヒータユニット１３の発熱面１３ａから遠く離される。こうして、基板Ｗが冷却される（冷却工程）。この冷却工程は、基板Ｗの温度が１００℃以下になるように定めた所定時間にわたって行われることが好ましい。
【００４２】
基板Ｗが十分に冷却されると、図７Ｆに示すように、制御装置７０は、第１不活性ガスバルブ３２を閉じ、代わって第２不活性ガスバルブ３８を開く。また、制御装置７０は、第２排気弁５６を閉じて第１排気弁５５を開く。これにより、処理室１１内には、後壁１７から開口１９へと向かう気流が形成されるから、開口１９が開放されたときに大気が処理室１１内に進入することを抑制または防止できる。さらに、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を制御して、シャッタ部材２１を開位置へと移動させ、開口１９を開放させる。この状態で、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１内に進入させ、リフトピン４６に支持された基板Ｗの下方へと配置させる。次いで、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を下位置に下降させる。その過程で、基板Ｗはリフトピン４６からハンド８ａに渡される。
【００４３】
その後、図７Ｇに示すように、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１から退出させ、基板Ｗを処理室１１から搬出する（基板搬出工程）。
図８は、水蒸気エッチング工程において用いられる水蒸気を説明するための図である。水の沸点は、気圧に応じて変動する。すなわち、気圧が高いほど沸点が高くなる。圧力および温度を座標軸とした二次元平面上に水の沸点をプロットすると、飽和蒸気線８０が得られる。つまり、飽和蒸気線８０上の水蒸気は、沸点の水蒸気である。また、飽和蒸気線８０よりも上の過熱蒸気領域８１に位置する状態の水蒸気は、沸点よりも高温の水蒸気であり、過熱水蒸気である。過熱水蒸気の温度は、大気圧下では１００℃を超える。また、過熱水蒸気の温度は、大気圧未満の気圧中においては、１００℃未満の場合もある。大気圧中においては、１００℃の飽和水蒸気をさらに過熱することにより、過熱水蒸気が得られる。
【００４４】
前述の水蒸気エッチング工程では、飽和蒸気線８０上の状態の水蒸気を用いてもよいし、過熱蒸気領域の水蒸気を用いてもよい。また、大気圧下で水蒸気エッチング工程（大気圧の水蒸気による処理）を行ってもよいし、大気圧よりも高圧の加圧雰囲気中で水蒸気エッチング工程（大気圧よりも高圧の水蒸気による処理）を行ってもよい。また、大気圧よりも低い減圧雰囲気中で水蒸気エッチング工程（大気圧未満の水蒸気による処理）を行ってもよい。加圧雰囲気中で過熱水蒸気を用いれば、より高エネルギーでのエッチング処理が可能であるので、エッチングレートを高めることができる。また、減圧雰囲気中では、より低温での水蒸気エッチングが可能なので、少ないエネルギーでの水蒸気エッチングが可能である。
【００４５】
本件発明者の実験によれば、１００℃の水蒸気を用いて大気圧中で水蒸気エッチングを行ったところ、プラズマ窒化シリコン膜については２．５ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られ、熱酸化シリコン膜については０．０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られた。すなわち、水蒸気エッチング工程により、窒化シリコン膜を高選択比でエッチングできることが確認された。
【００４６】
以上のように、この実施形態によれば、沸点以上の水蒸気を用いて基板Ｗの表面の窒化膜をエッチングできるから、高価な薬液である燐酸を用いなくてもよい。これにより、より安価な工程での窒化膜をエッチングできるので、基板Ｗを用いる製品の生産コストを低減できる。そして、沸点以上の水蒸気を用いることによって、基板Ｗ上の窒化膜を効率的にエッチングでき、エッチング時間を短縮できる。とくに、沸点よりも高い過熱水蒸気を用いれば、より高いエッチングレートが得られる。
【００４７】
また、水蒸気エッチング工程中、基板Ｗおよび処理室１１の内壁が水蒸気の露点以上に加熱されるので、基板Ｗ上および処理室１１の内壁における水蒸気の結露を抑制または防止できる。これにより、基板Ｗ上の窒化膜に対して水蒸気が高確率で接触するので、高いエッチングレートが得られる。また、基板Ｗが均熱リング４０に接触させられるので（均熱工程）、基板Ｗの各部の温度を均一化でき、これによって、エッチングレートの面内ばらつきを低減できる。
【００４８】
また、この実施形態では、水蒸気エッチング工程の前に、処理室１１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。これにより、基板Ｗの表面の酸化を回避しながら、基板Ｗ上の窒化膜をエッチングできる。とくに、この実施形態では、基板加熱工程が並行して行われるので、基板Ｗの加熱によって基板Ｗの表面に酸化膜が成長するおそれがある。そこで、予め処理室１１内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換してから水蒸気エッチング工程を行うことによって、酸化物の生成を回避しながら、窒化膜を選択的にエッチングできる。
【００４９】
さらに、この実施形態では、水蒸気エッチング工程の後に、処理室１１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。そして、その不活性ガス雰囲気中で、基板Ｗが冷却させられ、その冷却後に基板Ｗが処理室１１外に搬出される。これより、基板Ｗを冷却してから処理室外に搬出できるので、基板搬送機構に対して基板の熱影響が及ぶことを回避できる。また、基板Ｗの冷却は、不活性ガス雰囲気中で行われるので、基板Ｗの冷却過程で基板Ｗの表面に酸化物が生成されることを回避できる。
【００５０】
また、図７Ａ〜７Ｇを参照して説明した処理工程では、大気圧以上の水蒸気が基板Ｗに供給される。大気圧以上の水蒸気は高温であるので、高温および高圧の水蒸気で窒化膜をエッチングできる。その結果、高いエッチングレートを得ることができる。
処理室１１内の気圧を大気圧未満に制御して、大気圧未満の水蒸気を処理室１１内の基板Ｗへと供給することもできる。この場合には、その水蒸気は比較的低温にすることができる。そのため、結露を回避するための基板温度等が低くなるので、基板Ｗの加熱および冷却に要する時間を短縮でき、かつそのためのエネルギーを削減できる。
【００５１】
図９は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。図９において、図６に示した各工程に対応する工程を同一参照符号で示す。このプロセスシーケンスでは、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）の後に洗浄ユニット７において行われる洗浄工程（Ｓ１）が、薬液洗浄工程（Ｓ２１）および純水リンス工程（Ｓ２２）を含む。薬液洗浄工程（Ｓ１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を薬液で除去する工程である。純水リンス工程は、薬液洗浄工程の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。乾燥工程（Ｓ３）は、純水リンス工程の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。薬液洗浄工程で用いられる薬液としては、ＳＣ１やＮＨ４ＯＨ（アンモニア水）を例示できる。
【００５２】
図１０は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。このプロセスシーケンスでは、水蒸気エッチング工程（Ｓ３）の前に、洗浄ユニット７において洗浄工程（Ｓ１）および乾燥工程（Ｓ２）が行われる。洗浄工程（Ｓ１）は、第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）および純水リンス工程（Ｓ１２）を含む。第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に第１薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を第１薬液で除去（ライトエッチング）する工程である。第１薬液としては、ＤＨＦ（希フッ酸）を例示できる。純水リンス工程（Ｓ１２）は、第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。その後の乾燥工程（Ｓ２）は、純水リンス工程（Ｓ１２）の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。その後、基板Ｗは過熱水蒸気ユニット６に搬入され、水蒸気エッチング工程（Ｓ３）が実行される。水蒸気エッチング工程（Ｓ３）が実行された後、基板Ｗは洗浄ユニット７に搬入されて、洗浄工程（Ｓ４）および乾燥工程（Ｓ５）が行われる。洗浄工程（Ｓ４）は、第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）および純水リンス工程（Ｓ４２）を含む。第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に第２薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を第２薬液で除去する工程である。第２薬液としては、ＳＣ１やＮＨ４ＯＨ（アンモニア水）を例示できる。純水リンス工程（Ｓ４２）は、第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。その後の乾燥工程（Ｓ５）は、純水リンス工程（Ｓ４２）の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。
【００５３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、表面に窒化シリコン膜および酸化シリコン膜が形成（露出）されたシリコン基板を例示したが、他の種類の基板に対しても、この発明を適用できる。たとえば、窒化シリコン膜が露出していて、酸化シリコン膜が露出していないシリコン基板に対してこの発明を適用してもよい。むろん、シリコン基板以外の他の半導体材料の基板や、ガラス基板その他の材料の基板の表面に窒化膜が形成されている場合、その窒化膜のエッチング（とくに選択的なエッチング）に対して、この発明を適用することができる。窒化膜の種類は、窒化シリコン（たとえば、LP-SiN(Low Pressure-Silicon Nitride)、P-SiN(Plasma-Silicon Nitride)、Spacer SiN、Seal SiN）に限らず、シリコン炭窒化膜（たとえば、P-SiCN(Plasma-Silicon Carbon Nitride)）なども水蒸気エッチングの対象となりうる。
【００５４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ インデクサセクション
２ プロセスセクション
３ 基板収容器
４ ロードポート
５ インデクサロボット
６ 過熱水蒸気ユニット
７ 洗浄ユニット
８ 主搬送ロボット
８ａ ハンド
９ 搬送路
１１ 処理室
１２ ハウジング
１３ ヒータユニット
１３ａ 発熱面
１５ 底壁
１６ 側壁
１７ 後壁
１８ 天壁
１９ 開口
２０ ゲートバルブユニット
２１ シャッタ部材
２２ シャッタ駆動機構
２５ 処理流体導入口
２６ 処理流体供給路
２７ 過熱水蒸気供給路
２８ 不活性ガス供給路
２９ 過熱水蒸気供給源
３０ 過熱水蒸気バルブ
３１ 不活性ガス供給源
３２ 第１不活性ガスバルブ
３３ 拡散部材
３５ 不活性ガス導入口
３６ 不活性ガス供給路
３７ 不活性ガス供給源
３８ 第２不活性ガスバルブ
３９ 拡散部材
４０ 均熱リング
４１ 支持部
４２ ガイド部
４５ リフト機構
４６ リフトピン
４７ 昇降駆動機構
４８ 通路
５０ 処理室ヒータユニット
５１ 第１排気口
５２ 第２排気口
５３ 第１排気路
５４ 第２排気路
５５ 第１排気弁
５６ 第２排気弁
５７ 排気設備
６１ スピンチャック
６２ 回転軸
６３ 回転軸線
６４ 回転駆動機構
６５ 洗浄液ノズル
６６ 洗浄液供給路
６７ 洗浄液供給源
６８ 洗浄液バルブ
７０ 制御装置
８０ 飽和蒸気線
８１ 過熱蒸気領域
Ｗ 基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化膜が形成された基板を処理する方法および装置に関し、とくに前記窒化膜をエッチングする工程を含む基板処理方法およびそのような工程を実行するための構成を含む基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、ＦＥＤ(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、シリコン等の半導体基板の表面に、酸化膜や窒化膜が形成され、それらが選択的にエッチングされる。窒化膜の選択エッチングには、従来から、１２０℃〜１８０℃の高温の燐酸がエッチング液として用いられてきた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８６９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燐酸は、高価な薬液であり、それに応じて、生産コストが高くつく欠点がある。
この発明の目的は、より安価に基板表面の窒化膜をエッチングできる基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面に窒化膜が形成された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給して、前記窒化膜をエッチングする水蒸気エッチング工程を含む、基板処理方法である。この方法では、沸点以上の水蒸気を用いて基板表面の窒化膜をエッチングできるから、高価な薬液である燐酸を用いなくてもよい。これにより、より安価な工程で基板表面の窒化膜をエッチングできるので、基板を用いる製品の生産コストを低減できる。
【０００６】
たとえば、窒化膜の一例である窒化シリコン膜のエッチング反応式は、次のとおりである。
Ｓｉ３Ｎ４＋１２Ｈ２Ｏ → ３Ｓｉ（ＯＨ）４＋４ＮＨ３
窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基板上に形成された膜であってもよいし、減圧ＣＶＤによって基板上に形成された膜であってもよい。沸点以上の水蒸気とは、飽和蒸気線以上の温度の水蒸気をいう。すなわち、水の沸点に等しい温度の水蒸気であってもよいし、水の沸点を超える温度の水蒸気（過熱水蒸気）であってもよい。大気圧中での水の沸点は１００℃である。大気圧よりも高い加圧雰囲気中においては、水の沸点は１００℃よりも高い。また、大気圧よりも低い減圧雰囲気中においては、水の沸点は１００℃よりも低い。
【０００７】
沸点以上の水蒸気を用いることによって、基板上の窒化膜を効率的にエッチングでき、エッチング時間を短縮できる。とくに、沸点よりも高い過熱水蒸気を用いれば、より高いエッチングレートが得られる。
請求項２記載の発明は、前記基板を前記水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱工程をさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が前記基板加熱工程と並行して実行される、請求項１に記載の基板処理方法である。この方法では、基板が水蒸気の露点以上に加熱されるので、基板上における水蒸気の結露を抑制または防止できる。これにより、基板上の窒化膜に対して水蒸気が高確率で接触するので、高いエッチングレートが得られる。
【０００８】
前記基板加熱工程は、前記基板の温度を均一化するために前記基板の周縁部に均熱リングを接触させる均熱工程を含んでいてもよい。これにより、基板の各部の温度を均一化できるので、エッチングレートの面内ばらつきを低減できる。
請求項３記載の発明は、前記基板を処理室内で保持する工程と、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する前ガス置換工程とをさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が、前記前ガス置換工程の後に、前記処理室内で行われる、請求項１または２に記載の基板処理方法である。この方法によれば、処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換した後に、水蒸気エッチング工程が行われるので、基板表面の酸化を回避しながら、基板表面の窒化膜をエッチングできる。とくに、基板加熱工程を並行して行う場合には、基板の加熱によって基板表面に酸化膜が成長するおそれがある。そこで、不活性ガス雰囲気中において水蒸気エッチング工程を行うことによって、酸化物の生成を回避しながら、窒化膜を選択的にエッチングできる。
【０００９】
請求項４記載の発明は、前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する後ガス置換工程と、前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内で前記基板を冷却する冷却工程と、前記後ガス置換工程および冷却工程の後に、前記処理室から前記基板を搬出する工程とをさらに含む、請求項３に記載の基板処理方法である。この方法により、基板を冷却してから処理室外に搬出できるので、基板搬送機構に対して基板の熱影響が及ぶことを回避できる。また、基板の冷却は、不活性ガス雰囲気中で行われるので、基板冷却の過程で基板表面に酸化物が生成されることを回避できる。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記処理室の内壁を前記水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱工程をさらに含む、請求項３または４に記載の基板処理方法である。この構成によれば、処理室の内壁において水蒸気が結露することを抑制または防止できる。これにより、基板表面に効率的に水蒸気を供給できるので、さらに効率的に窒化膜をエッチングできる。
請求項６記載の発明は、前記基板の表面には、前記窒化膜に加えて、酸化膜も形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法である。水蒸気エッチング工程では、酸化膜に対する窒化膜のエッチング選択比が大きいので、窒化膜および酸化膜が基板上に形成されている場合に、窒化膜を良好な選択比でエッチングできる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、前記水蒸気が、大気圧以上の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法である。大気圧以上の水蒸気を用いる場合、その水蒸気は高温である。したがって、高温および高圧の水蒸気で窒化膜をエッチングできるから、高いエッチングレートを得ることができる。
請求項８記載の発明は、前記水蒸気が、大気圧未満の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法である。大気圧未満の水蒸気を用いる場合には、その水蒸気は比較的低温にすることができる。そのため、結露を回避するための基板温度等が低くなるので、基板の加熱および冷却に要する時間を短縮でき、かつそのためのエネルギーを削減できる。
【００１２】
請求項９記載の発明は、処理室（１１）と、前記処理室内で、表面に窒化膜が形成された基板を保持する基板保持手段（１３，４０）と、前記基板保持手段に保持された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給する水蒸気供給手段（２５−２７，２９，３０）とを含む、基板処理装置である。この構成により、請求項１に記載した基板処理方法を実行できる。処理対象の基板は、前記窒化膜に加えて酸化膜も形成された基板であってもよい。
【００１３】
なお、前記括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。
請求項１０記載の発明は、前記基板保持手段に保持された基板を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱手段（１３）をさらに含む、請求項９に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項２に記載した基板処理方法を実行できる。
【００１４】
請求項１１記載の発明は、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段（２５，２６，２８，３１，３２，３５−３８）と、前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段（５１−５７）とをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項３または４に記載した基板処理方法を実行できる。
請求項１２記載の発明は、前記処理室の内壁を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱手段（５０）をさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項５に記載した基板処理方法を実行できる。
【００１５】
請求項１３記載の発明は、前記水蒸気供給手段が、大気圧以上の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項７に記載した基板処理方法を実行できる。
請求項１４記載の発明は、前記水蒸気供給手段が、大気圧未満の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置である。この構成により、請求項８に記載した基板処理方法を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することができる基板処理装置のレイアウト例を説明するための図解的な平面図である。
【図２】過熱水蒸気ユニットの構成例を説明するための縦断面図である。
【図３】ヒータユニット等の構成を示す図解的な斜視図である。
【図４】洗浄ユニットの構成例を概説するための図解的な立面図である。
【図５】前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図６】基板に対するプロセスシーケンスの一例を示す図である。
【図７Ａ】水蒸気エッチング工程の詳細を説明するための図解的な断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｂの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｄの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｆ】図７Ｅの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図７Ｇ】図７Ｆの次の工程を示す図解的な断面図である。
【図８】水蒸気エッチング工程において用いられる水蒸気を説明するための図である。
【図９】基板に対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。
【図１０】基板に対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る基板処理方法を実行することができる基板処理装置のレイアウト例を説明するための図解的な平面図である。この基板処理装置は、半導体基板に代表される処理対象の基板を一枚ずつ処理する枚葉型の基板処理装置である。この基板処理装置は、インデクサセクション１と、プロセスセクション２とを有している。
【００１８】
インデクサセクション１は、基板収容器３をそれぞれ一つずつ保持することができる複数のロードポート４（基板収容器保持部）と、インデクサロボット（ＩＲ）５とを有している。複数のロードポート４は、この実施形態では、平面視において直線状に一列に配列されている。インデクサロボット５は、これらのロードポート４に配置された基板収容器３にアクセスして、基板を搬入／搬出できるように構成されている。また、インデクサロボット５は、プロセスセクション２との間で基板を受け渡すことができるように構成されている。
【００１９】
プロセスセクション２は、過熱水蒸気ユニット６と、洗浄ユニット７と、主搬送ロボット（ＣＲ）８とを有している。この実施形態では、平面視において２箇所に過熱水蒸気ユニット６が配置されており、平面視における別の２箇所に洗浄ユニット７が配置されている。そして、これらのユニット６，７に囲まれた空間に主搬送ロボット８が配置されている。プロセスセクション２においてロードポート４の配列方向に関する中央部には、搬送路９が形成されている。搬送路９を挟む２箇所に洗浄ユニット７が配置されている。そして、この２箇所の洗浄ユニット７にそれぞれ隣接する２箇所（インデクサセクション１とは反対側）に過熱水蒸気ユニット６が配置されている。洗浄ユニット７は、過熱水蒸気ユニット６よりもインデクサセクション１に近い位置に配置されている。過熱水蒸気ユニット６は、後述の水蒸気エッチング工程を行う処理ユニットである。また、洗浄ユニット７は、水蒸気エッチング工程後の基板の洗浄および乾燥を行うための処理ユニットである。
【００２０】
インデクサロボット５と主搬送ロボット８とは、搬送路９を介して、基板を受け渡すように動作する。インデクサロボット５および主搬送ロボット８は、それぞれ基板を保持することができるハンドを有している。インデクサロボット５および主搬送ロボット８はそれらのハンド間で基板を直接受け渡すように構成されていてもよい。また、搬送路９に配置された基板受渡ユニット（図示省略）によって、それらのハンド間の基板受け渡しが仲介されるようになっていてもよい。
【００２１】
インデクサロボット５は、いずれかの基板収容器３から未処理の基板を搬出し、主搬送ロボット８に渡すように動作する。また、インデクサロボット５は、処理済みの基板を主搬送ロボット８から受け取り、その処理済み基板をいずれかの基板収容器３に搬入するように動作する。
主搬送ロボット８は、インデクサロボット５から受け取った未処理基板をいずれかの過熱水蒸気ユニット６に搬入する。さらに、主搬送ロボット８は、過熱水蒸気ユニット６での水蒸気エッチング処理後の基板をいずれかの洗浄ユニット７に搬入する。そして、主搬送ロボット８は、洗浄ユニット７での洗浄・乾燥処理後の基板を、インデクサロボット５に受け渡すように動作する。
【００２２】
図２は、過熱水蒸気ユニット６の構成例を説明するための縦断面図である。過熱水蒸気ユニット６は、処理室１１を内部に区画するハウジング１２と、ハウジング１２内に配置されたヒータユニット１３（基板加熱手段、基板保持手段）とを含む。ハウジング１２は、扁平な箱形に形成されており、底壁１５と、底壁１５から立ち上がった側壁１６および後壁１７と、側壁１６および１７の上端縁に連なる天壁１８とを含む。
【００２３】
ハウジング１２において、主搬送ロボット８に臨む前面側には基板Ｗを出し入れするための開口１９が形成されており、この開口１９を開閉する開閉機構としてのゲートバルブユニット２０が配置されている。ゲートバルブユニット２０は、開口１９を開閉するシャッタ部材２１と、シャッタ部材２１を閉位置と開位置との間で移動させるシャッタ駆動機構２２とを含む。シャッタ部材２１は、閉位置において、開口１９を気密に閉塞する。
【００２４】
ハウジング１２の天壁１８には、処理流体導入口２５が設けられている。処理流体導入口２５には、処理流体供給路２６が接続されている。処理流体供給路２６には、過熱水蒸気供給路２７および不活性ガス供給路２８が接続されている。過熱水蒸気供給路２７には、過熱水蒸気供給源２９が接続されており、その途中部には過熱水蒸気バルブ３０が介装されている。不活性ガス供給路２８には、不活性ガス供給源３１が接続されており、その途中部には第１不活性ガスバルブ３２が介装されている。
【００２５】
この構成により、過熱水蒸気バルブ３０を開くことにより、処理流体導入口２５から処理室１１内へと過熱水蒸気を供給できる。また、第１不活性ガスバルブ３２を開くことにより、処理流体導入口２５から処理室１１内へと不活性ガスを供給することができる。過熱水蒸気バルブ３０および第１不活性ガスバルブ３２の両方を開けば、過熱水蒸気および不活性ガスの両方を処理室１１内に供給できる。不活性ガスは、基板Ｗを構成する物質に対して不活性な気体であり、とくに酸素を含まないか、または酸素濃度が極めて低い（たとえば10ppm以下）気体である。より具体的には、窒素ガスを不活性ガスとして用いてもよい。
【００２６】
天壁１８の下面（処理室１１側の内面）には、処理流体導入口２５から供給された処理流体（過熱水蒸気および／または不活性ガス）を拡散して処理室１１内に流出させる拡散部材３３が配置されている。これにより、処理室１１内に処理流体の均一な流れを形成でき、処理室１１内にすみやかに処理流体を行き渡らせることができる。
後壁１７は、開口１９から遠い位置に配置された奥側の隔壁である。後壁１７には、不活性ガス導入口３５が設けられている。不活性ガス導入口３５には、不活性ガス供給路３６が接続されている。不活性ガス供給路３６には、不活性ガス供給源３７から、窒素ガス等の不活性ガスが供給されている。不活性ガス供給路３６の途中部には第２不活性ガスバルブ３８が介装されている。後壁１７の内側面には、拡散部材３９が配置されている。第２不活性ガスバルブ３８を開くと、不活性ガス導入口３５から不活性ガスが導入され、この不活性ガスが拡散部材３９で拡散されて処理室１１内にすみやかに行き渡る。
【００２７】
ハウジング１２には、処理室１１の内壁を加熱するための処理室ヒータユニット５０が備えられている。処理室ヒータユニット５０は、たとえば、シャッタ部材２１、底壁１５、側壁１６、後壁１７および天壁１８に組み込まれ、これらを加熱するように構成されていてもよい。これにより、処理室１１の内壁面の温度を、処理室１１内の水蒸気の露点よりも高温に維持して、水蒸気の結露を抑制または防止できる。
【００２８】
図３は、ヒータユニット１３等の構成を示す図解的な斜視図である。ヒータユニット１３は、ハウジング１２の底壁１５上に配置されている。ヒータユニット１３は、処理対象の基板Ｗに対応した平面形状の発熱面１３ａを有している。たとえば、処理対象の基板Ｗが円形基板であれば、図３に示すように、ヒータユニット１３の発熱面１３ａの平面形状はその基板Ｗの径に対応した円形であってもよい。ヒータユニット１３の上面周縁部には、その全周にわたって延びる均熱リング４０が設けられている。均熱リング４０は、その周方向に直交する断面がほぼＬ字状に形成されている。すなわち、均熱リング４０は、基板Ｗの下面周縁部をヒータユニット１３の発熱面１３ａの近傍で支持する支持部４１と、この支持部４１の外側から立ち上がったガイド部４２とを有している。ガイド部４２は、基板Ｗの水平方向（ヒータユニット１３の発熱面１３ａに平行な方向）への移動を規制する。均熱リング４０は、熱伝導性の高い材料、たとえばＳｉＣで構成されている。
【００２９】
このような構成により、発熱面１３ａからの輻射熱によって基板Ｗを加熱でき、均熱リング４０による熱伝導によって基板Ｗの各部の加熱むらを抑制して、均一な加熱を実現できる。
図２に示すように、ヒータユニット１３と主搬送ロボット８（図１参照）との基板Ｗの受け渡しのために、基板Ｗをヒータユニット１３の上方で上下動させるリフト機構４５が設けられている。リフト機構４５は、たとえば、鉛直方向に延びた複数本（たとえば３本）のリフトピン４６と、リフトピン４６を同期して上下動させる昇降駆動機構４７とを含む。リフトピン４６は、ヒータユニット１３の発熱面１３ａに形成された通路４８を通って上下動するように構成されている。これにより、基板Ｗを均熱リング４０の支持部４１から持ち上げたり、支持部４１上に置いたりすることができる。主搬送ロボット８との基板受け渡しのときは、リフトピン４６は、基板Ｗをヒータユニット１３の発熱面から離れた上方で支持する上位置である受渡位置に配置される。また、ヒータユニット１３によって基板Ｗを加熱するときは、リフトピン４６は、基板Ｗをヒータユニット１３によって加熱するための下位置である処理位置（図２に示す位置）に配置される。処理位置とは、リフトピン４６の頭部が支持部４１に支持された基板Ｗの下面から下方に離間した状態となる位置であり、その頭部が発熱面１３ａよりも下方に没した状態となる位置であってもよい。
【００３０】
ハウジング１２の底壁１５には、第１排気口５１および第２排気口５２が形成されている。第１排気口５１は、ハウジング１２の前面の開口１９に沿って延びており、図３には、直線的なスロット形状に形成された例を示す。第２排気口５２は、平面視においてヒータユニット１３を取り囲むように、ヒータユニット１３の外方に形成されている。第２排気口５２は、ヒータユニット１３の外周縁に沿う環状（図３の例では円環状）に形成されていてもよい。
【００３１】
第１排気口５１は、第１排気路５３を介して排気設備５７に接続されている。第２排気口５２は、第２排気路５４を介して排気設備５７に接続されている。第１排気路５３には第１排気弁５５が介装されており、第２排気路５４には第２排気弁５６が接続されている。したがって、第１および第２排気弁５５，５６を独立して開閉することによって、第１排気口５１を介する排気および第２排気口５２を介する排気を個別に制御できる。
【００３２】
図４は、洗浄ユニット７の構成例を概説するための図解的な立面図である。洗浄ユニット７は、基板Ｗを保持するスピンチャック６１と、スピンチャック６１の回転軸６２に回転力を与えてスピンチャック６１を鉛直な回転軸線６３まわりに回転させる回転駆動機構６４とを含む。洗浄ユニット７は、さらに、スピンチャック６１に保持された基板Ｗに洗浄液（薬液またはリンス液）を供給する洗浄液ノズル６５を含む。洗浄液ノズル６５は、洗浄液供給路６６に接続されている。洗浄液供給路６６には、洗浄液供給源６７から洗浄液が供給されるようになっている。洗浄液供給路６６の途中部には、その流路を開閉する洗浄液バルブ６８が介装されている。洗浄液としては、純水（脱イオン水）、ＳＣ１（アンモニア過酸化水素水混合液）、アンモニア水等を例示できる。２種類以上の洗浄液を用いてもよい。複数種類の洗浄液を用いる場合には、その種類数に応じた個数の洗浄液ノズル６５を洗浄ユニット７に備えてもよい。また、複数種類の洗浄液を一つの洗浄液ノズル６５に共通に供給することとし、各種類の洗浄液の供給源と洗浄液ノズル６５との間の洗浄液供給路にそれぞれ洗浄液バルブを介装してもよい。
【００３３】
この構成により、基板Ｗをスピンチャック６１に保持して回転軸線６３まわりに回転させ、その基板Ｗの表面に洗浄液ノズル６５から洗浄液を供給できる。洗浄液は遠心力によって基板Ｗの表面全域に行き渡り、これにより、基板Ｗの表面を洗浄できる。その後、洗浄液バルブ６８を閉じて洗浄液ノズル６５からの洗浄液の吐出を停止し、スピンチャック６１を高速回転させるスピンドライ処理を実行することにより、基板Ｗ表面の液成分を遠心力によって振り切ることができる。こうして、基板Ｗの洗浄および乾燥の各処理を実行できる。
【００３４】
図５は、前記基板処理装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。基板処理装置は、装置の各部を制御するための制御装置７０を含む。制御装置７０は、マイクロコンピュータに加えて、記憶装置等の必要な周辺装置を含む。制御装置７０には、制御対象として、インデクサロボット５、主搬送ロボット８、過熱水蒸気ユニット６および洗浄ユニット７が接続されている。過熱水蒸気ユニット６に関して、制御装置７０は、ヒータユニット１３および処理室ヒータユニット５０への通電、ゲートバルブユニット２０の動作、過熱水蒸気バルブ３０の開閉、不活性ガスバルブ３２の開閉、不活性ガスバルブ３８の開閉、リフト機構４５の動作、ならびに第１および第２排気弁５５，５６の開閉を制御する。また、洗浄ユニット７に関して、制御装置７０は、回転駆動機構６４の動作、および洗浄液バルブ６８の開閉を制御する。
【００３５】
図６は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの一例を示す図である。インデクサロボット５は、いずれかの基板収容器３から未処理の基板Ｗを搬出して、主搬送ロボット８に渡す。主搬送ロボット８は、その未処理の基板Ｗをいずれかの過熱水蒸気ユニット６に搬入する。過熱水蒸気ユニット６は、搬入された基板Ｗに対して、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）を実行する。水蒸気エッチング工程が終了すると、主搬送ロボット８は、その基板Ｗを過熱水蒸気ユニット６から搬出し、いずれかの洗浄ユニット７に搬入する。洗浄ユニット７は、搬入された基板Ｗに対して、洗浄工程（Ｓ２。たとえば水洗）および乾燥工程（Ｓ３）を順に実行する。これらの処理工程が完了すると、主搬送ロボット８は、その処理済みの基板Ｗを搬出し、インデクサロボット５に渡す。インデクサロボット５は、受け取った処理済みの基板Ｗをいずれかの基板収容器３に搬入する。
【００３６】
このようにして、一連の処理工程である、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）、洗浄工程（Ｓ２）および乾燥工程（Ｓ３）を基板Ｗに対して施すことができる。
図７Ａ〜７Ｇは、水蒸気エッチング工程の詳細を順に説明するための図解的な断面図である。まず、図７Ａに示すように、未処理の基板Ｗを受け容れるために、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を開く。すなわち、シャッタ駆動機構２２が駆動され、シャッタ部材２１が開位置へと移動させられる。また、制御装置７０は、処理室１１内に大気を巻き込まないように、処理室１１内に気流を発生させる。具体的には、制御装置７０は、第２不活性ガスバルブ３８を開き、第１排気弁５５を開く。第１不活性ガスバルブ３２および第２排気弁５６は閉状態に制御される。これにより、後壁１７の不活性ガス導入口３５から不活性ガスが導入されるとともに、前面の開口１９の近くの第１排気口５１から処理室１１内の雰囲気が排気される。その結果、後壁１７から開口１９に向かう気流が発生し、この気流によって、開口１９からの大気の進入を抑制または防止できる。また、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を下位置に制御しており、さらに予めヒータユニット１３および処理室ヒータユニット５０への通電を開始して、これらを予熱している。この状態で、主搬送ロボット８は、未処理の基板Ｗを保持したハンド８ａを処理室１１に向かって進出させ、その基板Ｗをヒータユニット１３の上方に導く。
【００３７】
次いで、図７Ｂに示すように、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を上位置に上昇させる。その過程で、基板Ｗはハンド８ａからリフトピン４６に渡される。その後、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１から退出させる。さらに、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を閉じる。すなわち、シャッタ部材２１を閉位置に移動させ、開口１９を閉塞する。ゲートバルブユニット２０を閉じた後、制御装置７０は、第２不活性ガスバルブ３８を閉じ、代わって、第１不活性ガスバルブ３２を開く。制御装置７０は、さらに、第１排気弁５５を閉じ、第２排気弁５６を開く。これにより、天壁１８の処理流体導入口２５から不活性ガスが導入され、拡散部材３３によって処理室１１内に拡散される。また、処理室１１内の雰囲気は、ヒータユニット１３の外周に沿って開口する第２排気口５２から排気される。これにより、天壁１８から基板Ｗに向かう不活性ガスの流れが形成され、処理室１１内の雰囲気が速やかに不活性ガス雰囲気に置換される（前ガス置換工程）。不活性ガス雰囲気への置換によって、処理室１１内の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御されることが好ましい。不活性ガス供給源３１からは、加圧された不活性ガスが供給され、かつ第２排気口５２からの排気流量が適切に制御されることによって、処理室１１内は大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高い気圧の加圧空間とされる。より具体的には、処理室１１内の気圧は、０．２ＭＰａ〜１０ＭＰａ（たとえば０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ）に調整されることが好ましい。
【００３８】
次に、図７Ｃに示すように、制御装置７０は、リフト機構４５を制御することによってリフトピン４６を下位置まで下降させ、基板Ｗをヒータユニット１３上（より正確には均熱リング４０の支持部４１上）に配置する。これにより、基板Ｗは処理室１１内で保持される（基板保持工程）。また、制御装置７０は、ヒータユニット１３の通電制御によって、基板Ｗの温度を２３℃〜３００℃（たとえば１００℃）に制御する（基板加熱工程）。基板Ｗの温度は、次に処理室１１内に供給される水蒸気の露点以上の温度に制御すればよい。また、制御装置７０は、処理室ヒータユニット５０への通電制御によって、処理室１１の内壁を水蒸気の露点以上の温度に制御する（処理室加熱工程）。
【００３９】
次に、図７Ｄに示すように、制御装置７０は、第１不活性ガスバルブ３２を閉じ、代わって過熱水蒸気バルブ３０を開く。これにより、処理流体導入口２５から過熱水蒸気が導入され、この過熱水蒸気は拡散部材３３で拡散されて、処理室１１内に供給される。処理室１１内の雰囲気はヒータユニット１３の外周に配置された第２排気口５２から排気されているので、処理室１１内には、天壁１８から基板Ｗに向かう過熱水蒸気の流れが形成される。したがって、基板Ｗに向かって過熱水蒸気が供給され、この過熱水蒸気によって基板Ｗの表面の処理が進行する。過熱水蒸気供給源２９からは、１００℃〜２５０℃（たとえば２００℃）に過熱された水蒸気が供給される。さらに、過熱水蒸気供給源２９からは、加圧された過熱水蒸気が供給され、かつ第２排気口５２からの排気流量が適切に制御されることによって、処理室１１内は大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高い気圧の加圧空間とされる。より具体的には、処理室１１内の気圧は、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ（たとえば０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ）に調整されることが好ましい。こうして、加圧された空間内で過熱水蒸気による基板Ｗの処理が行われる。この加熱水蒸気による水蒸気エッチングと並行してヒータユニット１３による基板Ｗの加熱および処理室ヒータユニット５０による処理室１１の内壁の加熱が行われる。これにより、水蒸気の結露を抑制できる。
【００４０】
基板Ｗの表面には、たとえば、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜が形成されている。この場合に、次に示す反応式によって、基板Ｗ表面の窒化シリコン膜が選択的にエッチングされる。窒化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長法）によって基板上に形成された膜であってもよいし、減圧ＣＶＤによって基板上に形成された膜であってもよい。
【００４１】
Ｓｉ３Ｎ４＋１２Ｈ２Ｏ → ３Ｓｉ（ＯＨ）４＋４ＮＨ３
予め定める水蒸気エッチング処理時間にわたって図７Ｄの状態を保持した後、基板Ｗの冷却が行われる。具体的には、制御装置７０は、過熱水蒸気バルブ３０を閉じ、代わって第１不活性ガスバルブ３２を開く。これにより、図７Ｅに示すように、処理流体導入口２５から不活性ガスが供給され、拡散部材３３に拡散されて処理室１１内へと導かれ、天壁１８から第２排気口５２に向かう不活性ガス気流が形成される。これにより、処理室１１内の雰囲気が不活性ガス雰囲気に置換される（後ガス置換工程）。この雰囲気置換によって、処理室１１内の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下に制御されることが好ましい。また、不活性ガスの供給流量および処理室１１内の雰囲気の排気流量は、処理室１１内の気圧が大気圧（０．１ＭＰａ）またはそれに近い値となるように制御されることが好ましい。さらに、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を上位置に上昇させる。これにより、基板Ｗがヒータユニット１３の発熱面１３ａから遠く離される。こうして、基板Ｗが冷却される（冷却工程）。この冷却工程は、基板Ｗの温度が１００℃以下になるように定めた所定時間にわたって行われることが好ましい。
【００４２】
基板Ｗが十分に冷却されると、図７Ｆに示すように、制御装置７０は、第１不活性ガスバルブ３２を閉じ、代わって第２不活性ガスバルブ３８を開く。また、制御装置７０は、第２排気弁５６を閉じて第１排気弁５５を開く。これにより、処理室１１内には、後壁１７から開口１９へと向かう気流が形成されるから、開口１９が開放されたときに大気が処理室１１内に進入することを抑制または防止できる。さらに、制御装置７０は、ゲートバルブユニット２０を制御して、シャッタ部材２１を開位置へと移動させ、開口１９を開放させる。この状態で、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１内に進入させ、リフトピン４６に支持された基板Ｗの下方へと配置させる。次いで、制御装置７０は、リフト機構４５を制御してリフトピン４６を下位置に下降させる。その過程で、基板Ｗはリフトピン４６からハンド８ａに渡される。
【００４３】
その後、図７Ｇに示すように、制御装置７０は、主搬送ロボット８を制御して、ハンド８ａを処理室１１から退出させ、基板Ｗを処理室１１から搬出する（基板搬出工程）。
図８は、水蒸気エッチング工程において用いられる水蒸気を説明するための図である。水の沸点は、気圧に応じて変動する。すなわち、気圧が高いほど沸点が高くなる。圧力および温度を座標軸とした二次元平面上に水の沸点をプロットすると、飽和蒸気線８０が得られる。つまり、飽和蒸気線８０上の水蒸気は、沸点の水蒸気である。また、飽和蒸気線８０よりも上の過熱蒸気領域８１に位置する状態の水蒸気は、沸点よりも高温の水蒸気であり、過熱水蒸気である。過熱水蒸気の温度は、大気圧下では１００℃を超える。また、過熱水蒸気の温度は、大気圧未満の気圧中においては、１００℃未満の場合もある。大気圧中においては、１００℃の飽和水蒸気をさらに過熱することにより、過熱水蒸気が得られる。
【００４４】
前述の水蒸気エッチング工程では、飽和蒸気線８０上の状態の水蒸気を用いてもよいし、過熱蒸気領域の水蒸気を用いてもよい。また、大気圧下で水蒸気エッチング工程（大気圧の水蒸気による処理）を行ってもよいし、大気圧よりも高圧の加圧雰囲気中で水蒸気エッチング工程（大気圧よりも高圧の水蒸気による処理）を行ってもよい。また、大気圧よりも低い減圧雰囲気中で水蒸気エッチング工程（大気圧未満の水蒸気による処理）を行ってもよい。加圧雰囲気中で過熱水蒸気を用いれば、より高エネルギーでのエッチング処理が可能であるので、エッチングレートを高めることができる。また、減圧雰囲気中では、より低温での水蒸気エッチングが可能なので、少ないエネルギーでの水蒸気エッチングが可能である。
【００４５】
本件発明者の実験によれば、１００℃の水蒸気を用いて大気圧中で水蒸気エッチングを行ったところ、プラズマ窒化シリコン膜については２．５ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られ、熱酸化シリコン膜については０．０ｎｍ／ｍｉｎのエッチングレートが得られた。すなわち、水蒸気エッチング工程により、窒化シリコン膜を高選択比でエッチングできることが確認された。
【００４６】
以上のように、この実施形態によれば、沸点以上の水蒸気を用いて基板Ｗの表面の窒化膜をエッチングできるから、高価な薬液である燐酸を用いなくてもよい。これにより、より安価な工程での窒化膜をエッチングできるので、基板Ｗを用いる製品の生産コストを低減できる。そして、沸点以上の水蒸気を用いることによって、基板Ｗ上の窒化膜を効率的にエッチングでき、エッチング時間を短縮できる。とくに、沸点よりも高い過熱水蒸気を用いれば、より高いエッチングレートが得られる。
【００４７】
また、水蒸気エッチング工程中、基板Ｗおよび処理室１１の内壁が水蒸気の露点以上に加熱されるので、基板Ｗ上および処理室１１の内壁における水蒸気の結露を抑制または防止できる。これにより、基板Ｗ上の窒化膜に対して水蒸気が高確率で接触するので、高いエッチングレートが得られる。また、基板Ｗが均熱リング４０に接触させられるので（均熱工程）、基板Ｗの各部の温度を均一化でき、これによって、エッチングレートの面内ばらつきを低減できる。
【００４８】
また、この実施形態では、水蒸気エッチング工程の前に、処理室１１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。これにより、基板Ｗの表面の酸化を回避しながら、基板Ｗ上の窒化膜をエッチングできる。とくに、この実施形態では、基板加熱工程が並行して行われるので、基板Ｗの加熱によって基板Ｗの表面に酸化膜が成長するおそれがある。そこで、予め処理室１１内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換してから水蒸気エッチング工程を行うことによって、酸化物の生成を回避しながら、窒化膜を選択的にエッチングできる。
【００４９】
さらに、この実施形態では、水蒸気エッチング工程の後に、処理室１１内の雰囲気が不活性ガスに置換される。そして、その不活性ガス雰囲気中で、基板Ｗが冷却させられ、その冷却後に基板Ｗが処理室１１外に搬出される。これより、基板Ｗを冷却してから処理室外に搬出できるので、基板搬送機構に対して基板の熱影響が及ぶことを回避できる。また、基板Ｗの冷却は、不活性ガス雰囲気中で行われるので、基板Ｗの冷却過程で基板Ｗの表面に酸化物が生成されることを回避できる。
【００５０】
また、図７Ａ〜７Ｇを参照して説明した処理工程では、大気圧以上の水蒸気が基板Ｗに供給される。大気圧以上の水蒸気は高温であるので、高温および高圧の水蒸気で窒化膜をエッチングできる。その結果、高いエッチングレートを得ることができる。
処理室１１内の気圧を大気圧未満に制御して、大気圧未満の水蒸気を処理室１１内の基板Ｗへと供給することもできる。この場合には、その水蒸気は比較的低温にすることができる。そのため、結露を回避するための基板温度等が低くなるので、基板Ｗの加熱および冷却に要する時間を短縮でき、かつそのためのエネルギーを削減できる。
【００５１】
図９は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。図９において、図６に示した各工程に対応する工程を同一参照符号で示す。このプロセスシーケンスでは、水蒸気エッチング工程（Ｓ１）の後に洗浄ユニット７において行われる洗浄工程（Ｓ１）が、薬液洗浄工程（Ｓ２１）および純水リンス工程（Ｓ２２）を含む。薬液洗浄工程（Ｓ１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を薬液で除去する工程である。純水リンス工程は、薬液洗浄工程の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。乾燥工程（Ｓ３）は、純水リンス工程の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。薬液洗浄工程で用いられる薬液としては、ＳＣ１やＮＨ４ＯＨ（アンモニア水）を例示できる。
【００５２】
図１０は、基板Ｗに対するプロセスシーケンスの他の例を示す図である。このプロセスシーケンスでは、水蒸気エッチング工程（Ｓ３）の前に、洗浄ユニット７において洗浄工程（Ｓ１）および乾燥工程（Ｓ２）が行われる。洗浄工程（Ｓ１）は、第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）および純水リンス工程（Ｓ１２）を含む。第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に第１薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を第１薬液で除去（ライトエッチング）する工程である。第１薬液としては、ＤＨＦ（希フッ酸）を例示できる。純水リンス工程（Ｓ１２）は、第１薬液洗浄工程（Ｓ１１）の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。その後の乾燥工程（Ｓ２）は、純水リンス工程（Ｓ１２）の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。その後、基板Ｗは過熱水蒸気ユニット６に搬入され、水蒸気エッチング工程（Ｓ３）が実行される。水蒸気エッチング工程（Ｓ３）が実行された後、基板Ｗは洗浄ユニット７に搬入されて、洗浄工程（Ｓ４）および乾燥工程（Ｓ５）が行われる。洗浄工程（Ｓ４）は、第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）および純水リンス工程（Ｓ４２）を含む。第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）は、洗浄液ノズル６５から、基板Ｗの表面に第２薬液を供給して、基板Ｗの表面の異物を第２薬液で除去する工程である。第２薬液としては、ＳＣ１やＮＨ４ＯＨ（アンモニア水）を例示できる。純水リンス工程（Ｓ４２）は、第２薬液洗浄工程（Ｓ４１）の後に行われ、洗浄液ノズル６５からリンス液としての純水を基板Ｗに供給し、基板Ｗ上の薬液を純水に置換する工程である。その後の乾燥工程（Ｓ５）は、純水リンス工程（Ｓ４２）の後に行われ、純水の供給を停止して、スピンチャック６１によって基板Ｗを高速回転させることにより、遠心力によって基板Ｗ表面の純水を振り切るスピンドライ処理である。
【００５３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、表面に窒化シリコン膜および酸化シリコン膜が形成（露出）されたシリコン基板を例示したが、他の種類の基板に対しても、この発明を適用できる。たとえば、窒化シリコン膜が露出していて、酸化シリコン膜が露出していないシリコン基板に対してこの発明を適用してもよい。むろん、シリコン基板以外の他の半導体材料の基板や、ガラス基板その他の材料の基板の表面に窒化膜が形成されている場合、その窒化膜のエッチング（とくに選択的なエッチング）に対して、この発明を適用することができる。窒化膜の種類は、窒化シリコン（たとえば、LP-SiN(Low Pressure-Silicon Nitride)、P-SiN(Plasma-Silicon Nitride)、Spacer SiN、Seal SiN）に限らず、シリコン炭窒化膜（たとえば、P-SiCN(Plasma-Silicon Carbon Nitride)）なども水蒸気エッチングの対象となりうる。
【００５４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ インデクサセクション
２ プロセスセクション
３ 基板収容器
４ ロードポート
５ インデクサロボット
６ 過熱水蒸気ユニット
７ 洗浄ユニット
８ 主搬送ロボット
８ａ ハンド
９ 搬送路
１１ 処理室
１２ ハウジング
１３ ヒータユニット
１３ａ 発熱面
１５ 底壁
１６ 側壁
１７ 後壁
１８ 天壁
１９ 開口
２０ ゲートバルブユニット
２１ シャッタ部材
２２ シャッタ駆動機構
２５ 処理流体導入口
２６ 処理流体供給路
２７ 過熱水蒸気供給路
２８ 不活性ガス供給路
２９ 過熱水蒸気供給源
３０ 過熱水蒸気バルブ
３１ 不活性ガス供給源
３２ 第１不活性ガスバルブ
３３ 拡散部材
３５ 不活性ガス導入口
３６ 不活性ガス供給路
３７ 不活性ガス供給源
３８ 第２不活性ガスバルブ
３９ 拡散部材
４０ 均熱リング
４１ 支持部
４２ ガイド部
４５ リフト機構
４６ リフトピン
４７ 昇降駆動機構
４８ 通路
５０ 処理室ヒータユニット
５１ 第１排気口
５２ 第２排気口
５３ 第１排気路
５４ 第２排気路
５５ 第１排気弁
５６ 第２排気弁
５７ 排気設備
６１ スピンチャック
６２ 回転軸
６３ 回転軸線
６４ 回転駆動機構
６５ 洗浄液ノズル
６６ 洗浄液供給路
６７ 洗浄液供給源
６８ 洗浄液バルブ
７０ 制御装置
８０ 飽和蒸気線
８１ 過熱蒸気領域
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に窒化膜が形成された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給して、前記窒化膜をエッチングする水蒸気エッチング工程を含む、基板処理方法。
【請求項２】
前記基板を前記水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱工程をさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が前記基板加熱工程と並行して実行される、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板を処理室内で保持する工程と、
前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する前ガス置換工程とをさらに含み、
前記水蒸気エッチング工程が、前記前ガス置換工程の後に、前記処理室内で行われる、請求項１または２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する後ガス置換工程と、
前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内で前記基板を冷却する冷却工程と、
前記後ガス置換工程および冷却工程の後に、前記処理室から前記基板を搬出する工程とをさらに含む、請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記処理室の内壁を前記水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱工程をさらに含む、請求項３または４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板の表面には、前記窒化膜に加えて、酸化膜も形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記水蒸気が、大気圧以上の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記水蒸気が、大気圧未満の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
処理室と、
前記処理室内で、表面に窒化膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを含む、基板処理装置。
【請求項１０】
前記基板保持手段に保持された基板を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱手段をさらに含む、請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段とをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記処理室の内壁を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱手段をさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記水蒸気供給手段が、大気圧以上の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記水蒸気供給手段が、大気圧未満の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１】
表面に窒化膜が形成された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給して、前記窒化膜をエッチングする水蒸気エッチング工程を含む、基板処理方法。
【請求項２】
前記基板を前記水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱工程をさらに含み、前記水蒸気エッチング工程が前記基板加熱工程と並行して実行される、請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記基板を処理室内で保持する工程と、
前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する前ガス置換工程とをさらに含み、
前記水蒸気エッチング工程が、前記前ガス置換工程の後に、前記処理室内で行われる、請求項１または２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内の雰囲気を不活性ガスに置換する後ガス置換工程と、
前記水蒸気エッチング工程の後に、前記処理室内で前記基板を冷却する冷却工程と、
前記後ガス置換工程および冷却工程の後に、前記処理室から前記基板を搬出する工程とをさらに含む、請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記処理室の内壁を前記水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱工程をさらに含む、請求項３または４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記基板の表面には、前記窒化膜に加えて、酸化膜も形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記水蒸気が、大気圧以上の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記水蒸気が、大気圧未満の水蒸気である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項９】
処理室と、
前記処理室内で、表面に窒化膜が形成された基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された基板に沸点以上の温度の水蒸気を供給する水蒸気供給手段とを含む、基板処理装置。
【請求項１０】
前記基板保持手段に保持された基板を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する基板加熱手段をさらに含む、請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記処理室内の雰囲気を排気する排気手段とをさらに含む、請求項９または１０に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
前記処理室の内壁を前記水蒸気供給手段から供給される水蒸気の露点以上に加熱する処理室加熱手段をさらに含む、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記水蒸気供給手段が、大気圧以上の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記水蒸気供給手段が、大気圧未満の水蒸気を前記処理室に供給する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２０４７７７（Ｐ２０１２−２０４７７７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０４９６（Ｐ２０１１−７０４９６）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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