基板処理装置
【課題】基板の処理温度を急速に昇降温させることができる基板処理装置を提供する。
【解決手段】第２のプロセスモジュール５０は、チャンバ２９内に配置された載置台５１を有し、載置台５１は、ジャケット４０、冷媒流入室５３及び伝熱断熱切換室５７を内部に有し、ジャケット４０は、載置台５１の内部上方のウエハＷの載置面に配置され、このジャケット４０はガス流入室５２を内部に有し、このガス流入室５２にはガス導入管４２を介して高温ガス供給部４５が接続され、冷媒流入室５３には冷媒導入管５４を介して冷媒供給部５６が接続され、伝熱断熱切換室５７はジャケット４０と冷媒流入室５３との間に配置され、この伝熱断熱切換室５７には伝熱ガス導出入管５８を介して伝熱ガス供給排気部５９が接続されており、伝熱断熱切換室５７には伝熱ガスが流入、真空排気される。
【解決手段】第２のプロセスモジュール５０は、チャンバ２９内に配置された載置台５１を有し、載置台５１は、ジャケット４０、冷媒流入室５３及び伝熱断熱切換室５７を内部に有し、ジャケット４０は、載置台５１の内部上方のウエハＷの載置面に配置され、このジャケット４０はガス流入室５２を内部に有し、このガス流入室５２にはガス導入管４２を介して高温ガス供給部４５が接続され、冷媒流入室５３には冷媒導入管５４を介して冷媒供給部５６が接続され、伝熱断熱切換室５７はジャケット４０と冷媒流入室５３との間に配置され、この伝熱断熱切換室５７には伝熱ガス導出入管５８を介して伝熱ガス供給排気部５９が接続されており、伝熱断熱切換室５７には伝熱ガスが流入、真空排気される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台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エッチングすることがある。この場合、ウエハ上に形成されたトレンチ（溝）の側面にはＳｉＯ２を主成分とするデポジット膜が形成される。
【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。デポジット膜の除去方法として、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、デポジット膜のＳｉＯ２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り、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・昇華させて該ウエハから除去する処理である。
【０００５】
この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、化学反応処理装置と、該化学反応処理装置に接続された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】
一方、処理効率化、コスト削減の観点から１つの処理装置で化学反応処理と加熱処理とを行うことが検討されている。この場合、ウエハの処理温度は載置台の温度によって制御されるので、処理装置内のウエハを載置する載置台の温度を処理に応じて変更する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−３９１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、載置台の温度を処理に応じて変更する場合、載置台の内部に載置台の温度を昇温させるヒータ及び降温させる冷媒流路を併設する必要がある。ヒータは熱容量が大きく、載置台の内部にヒータを設けることにより載置台の熱容量が大きくなる。このため、ヒータにより載置台の温度を昇温させることができるものの、急速に載置台の温度を昇温させることはできない。また、冷媒流路を通過させる冷媒は液体であるため高速度で冷媒流路を通過させることができない。このため、冷媒流路により載置台の温度を降温させることができるものの、急速に載置台の温度を降温させることができない。
【０００８】
したがって、１つの処理装置内では、載置台の温度を処理に応じて急速に変更することができず、ウエハの処理温度を急速に昇降温させることができない。
【０００９】
本発明の目的は、基板の処理温度を急速に昇降温させることができる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】
【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、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室と、前記温度制御装置と前記冷媒流入室との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室とを有し、前記温度制御装置は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有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、前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであ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、前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下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、前記高温ガスは２００℃以上の高温ガスであることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５記載の基板処理装置は、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置を有し、前記温度制御装置は低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に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５記載の基板処理装置において、前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板処理装置は、請求項６記載の基板処理装置において、前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板処理装置は、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記低温ガスは−２０℃以下のガスであり、前記高温ガスは２００℃以上のガスであることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の基板処理装置は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記低温ガスは乾燥ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の基板処理装置によれば、内部に高温ガスが流入されるガス流入室を有し、且つ基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室との間に配置された伝熱断熱切換室に伝熱ガスが流入、真空排気される。伝熱断熱切換室に伝熱ガスが流入されることにより冷媒流入室に流入された冷媒の温度が温度制御装置へ伝熱され、該伝熱された冷媒の温度により温度制御装置の温度が急速に降温される。一方、伝熱断熱切換室の伝熱ガスが真空排気されることにより冷媒流入室に流入された冷媒の温度の温度制御装置への伝熱が遮断され、ガス流入室に流入された高温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に昇温される。また、基板処理装置内の基板の温度は温度制御装置の温度によって制御される。したがって、１つの基板処理装置内で基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２０】
請求項２記載の基板処理装置及び請求項６記載の基板処理装置によれば、温度制御装置が内部に有するガス流入室を画成する壁部がカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つ材料から構成される。カーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウムや炭化ケイ素は熱伝導率が大きく且つ比熱容量が小さい物質である。したがって、温度制御装置の熱伝導性を高くすることができる。
【００２１】
請求項３記載の基板処理装置及び請求項７記載の基板処理装置によれば、ガス流入室を画成する壁部の肉厚が２ｍｍ以下である。したがって、温度制御装置の質量を小さくすることができ、もって、温度制御装置の熱容量を確実に小さくすることができる。
【００２２】
請求項４記載の基板処理装置によれば、ガス流入室に２００℃以上の高温ガスが流入される。その結果、温度制御装置の温度を急速に昇温させることができ、もって、基板の処理温度を急速に昇温させることができる。
【００２３】
請求項５記載の基板処理装置によれば、内部に低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を有する温度制御装置が基板の載置面に配置される。ガス流入室に低温ガスが流入されることにより該低温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に降温される。一方、ガス流入室に高温ガスが流入されることにより該高温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に昇温される。また、基板処理装置内の基板の温度は温度制御装置の温度によって制御される。したがって、１つの基板処理装置内で基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２４】
請求項８記載の基板処理装置によれば、ガス流入室に２００℃以上の高温ガス又は−２０℃以下の低温ガスが流入される。その結果、温度制御装置の温度を急速に昇降温させることができ、もって、基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２５】
請求項９記載の基板処理装置によれば、低温ガスとして乾燥ガスがガス流入室に流入される。したがって、低温ガスを効率よくガス流入室に流入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
まず、本発明の第１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。
【００２８】
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構成を概略的に示す平面図である。
【００２９】
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（基板）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、第１のプロセスシップ１１においてプラズマ処理が施されたウエハＷに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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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１７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１８とを有する。搬送アーム機構１７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１８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、オリエンタ１６へ搬出入する。
【００３３】
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１９と、該第１のプロセスモジュール１９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２０を内蔵する第１のロードロックモジュール２１とを有する。
【００３４】
第１のプロセスモジュール１９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ＥＳＣ２２をその頂部に有する。
【００３５】
第１のプロセスモジュール１９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。
【００３６】
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１９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２１は、第１のプロセスモジュール１９との連結部に真空ゲートバルブ２３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２４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。
【００３７】
第１のロードロックモジュール２１の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２０が設置され、該第１の搬送アーム２０より第１のプロセスモジュール１９側に第１のバッファ２５が設置され、第１の搬送アーム２０よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ２６が設置される。第１のバッファ２５及び第２のバッファ２６は、第１の搬送アーム２０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）２７が移動する軌道上に配置され、エッチング処理済みのウエハＷを一時的に支持部２７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１９における円滑な入れ換えを可能とする。
【００３８】
第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに化学反応処理及び加熱処理を施す第２のプロセスモジュール２８（基板処理装置）と、該第２のプロセスモジュール２８に真空ゲートバルブ２９を介して接続され、且つ第２のプロセスモジュール２８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３０を内蔵する第２のロードロックモジュール３１とを有する。
【００３９】
図２は、図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【００４０】
図２において、第２のプロセスモジュール２８は、円筒状の処理室容器（チャンバ）２９と、該チャンバ２９内に配置され、ウエハＷを載置すると共に該載置したウエハＷの処理温度を制御する載置台３０と、チャンバ２９の上方において載置台３０と対向するように配置されたシャワーヘッド３１と、チャンバ２９内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）３２と、チャンバ２９及びＴＭＰ３２の間に配置され、チャンバ２９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３３とを有する。
【００４１】
シャワーヘッド３１は円板状の下層ガス供給部３４及び円板状の上層ガス供給部３５からなり、下層ガス供給部３４に上層ガス供給部３５が重ねられている。また、下層ガス供給部３４及び上層ガス供給部３５はそれぞれ第１のバッファ室３６及び第２のバッファ室３７を有する。第１のバッファ室３６及び第２のバッファ室３７はそれぞれガス通気孔３８，３９を介してチャンバ２９内に連通する。
【００４２】
シャワーヘッド３１の下層ガス供給部３４における第１のバッファ室３６は不活性ガス供給系（図示しない）に接続されている。該不活性ガス供給系は第１のバッファ室３６へ不活性ガス、例えばＮ２（窒素）ガスを供給する。該供給されたＮ２ガスはガス通気孔３８を介してチャンバ２９内へ供給される。
【００４３】
また、シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５における第２のバッファ室３７はＨＦ（弗化水素）ガス供給系（図示しない）に接続されている。該ＨＦガス供給系は第２のバッファ室３７へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔３９を介してチャンバ２９内へ供給される。シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５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、第２のバッファ室３５内のＨＦガスの温度を制御する。
【００４４】
載置台３０の内部上方のウエハＷの載置面には、ジャケット４０（温度制御装置）が配置される。ジャケット４０は熱伝導率が大きく且つ比熱容量が小さい物質、例えば、カーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウムや炭化ケイ素等から形成されると共に質量が小さくなるように、具体的には肉厚が２ｍｍ以下に形成された壁部４０ａを有する。これにより、ジャケット４０は熱伝導性が高く且つ熱容量が小さくなるように構成されている。なお、本実施の形態では、ジャケット４０の熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましい。
【００４５】
また、ジャケット４０は壁部４０ａによって画成され、低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室４１を内部に有しており、このガス流入室４１にはガス導入管４２とガス導出管４３とが接続されている。ガス導入管４２の上流には該ガス導入管４２を介してガス流入室４１内に、−２０℃以下の低温ガスを高速供給する低温ガス供給部４４、及び２００℃以上の高温ガスを高速供給する高温ガス供給部４５が接続されている。低温ガス供給部４４内では、例えば超低温空気発生器（ボルテックスチューブ）を用いて−２０℃以下の低温ガスを生成する。また、低温ガスとしてはＮ２ガス等の乾燥ガスを用いる。高温ガス供給部４５内では、ガスを加熱することにより２００℃以上の高温ガスを生成する。また、高温ガス供給部４５内では、上記加熱されるガスとして、ボルテックスチューブを用いて低温ガスを生成した際に生成される高温ガスを用いてもよい。
【００４６】
また、載置台３０の内部上方には、ジャケット４０を取り囲むように形成された断熱材４６が配置される。該断熱材４６はジャケット４０から載置台３０内部への熱伝導を抑える障壁として作用する。
【００４７】
第２のプロセスモジュール２８では、ウエハＷに化学反応処理を施す際、低温ガス供給部４４はガス流入室４１内に上述した低温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に降温され、ウエハＷの処理温度が化学反応処理に適した低温に設定される。また、第２のプロセスモジュール２８では、ウエハＷに加熱処理を施す際、高温ガス供給部４５はガス流入室４１内に上述した高温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に昇温され、ウエハＷの処理温度が加熱処理に適した高温に設定される。
【００４８】
図１に戻り、第２のロードロックモジュール３１は、第２の搬送アーム３０を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）４７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２８の内部圧力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３１は、第２のプロセスモジュール２８との連結部に真空ゲートバルブ６１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４８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。
【００４９】
また、基板処理システム１０は、ローダーユニット１３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４９を備える。オペレーションパネル４９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。
【００５０】
次に、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が実行する基板処理について説明する。
【００５１】
図３は、図１の基板処理システム１０が実行する基板処理を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ポリシリコン膜が均一に形成され、且つポリシリコン膜上にハードマスクが所定のパターンに従って形成されてポリシリコン膜を部分的に露出させるウエハＷを準備する。そして、該ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内に搬入し、ＥＳＣ２２上に載置する。
【００５３】
次いで、チャンバ内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露出するポリシリコン膜にエッチング処理を施す（ステップＳ３１）。このとき、ポリシリコン膜がエッチングされてビアホールやトレンチが形成され、該形成されたトレンチの側面にＳｉＯＢｒ層からなるデポジット層が形成される。なお、ＳｉＯＢｒ層は、ＳｉＯ２層に似た性質を有する疑似ＳｉＯ２層である。
【００５４】
次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内から搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール２８のチャンバ２９内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台３０上に載置する。
【００５５】
次いで、チャンバ２９内の圧力をＡＰＣバルブ３３等によって４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以下の高圧に設定する。そして、低温ガス供給部４４からガス流入室４１内に−２０℃以下の低温ガスを高速供給する（ステップＳ３２）。これにより、該高速供給された−２０℃以下の低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で降温され、ウエハＷの処理温度が１０〜４０℃に設定される。
【００５６】
次いで、シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５からＨＦガスを流量３０００ＳＣＣＭでウエハＷに向けて供給する（ステップＳ３３）。ここで、ポリシリコン膜上に形成されたハードマスクはＨＦガスと化学的に反応して除去される。また、トレンチの側面に形成されたデポジット層はＨＦガスと化学的に反応して液状の生成物となる（化学反応処理）。具体的には、以下の化学反応を起こし、
ＳｉＯ２＋６ＨＦ → Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
デポジット層は液状の生成物（Ｈ２ＳｉＦ６及びＨ２Ｏ）となる。
【００５７】
次いで、ＨＦガスのチャンバ２９内への供給を中止した後、高温ガス供給部４５からガス流入室４１内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する（ステップＳ３４）。これにより、該高速供給された２００℃以上の高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で昇温され、ウエハＷの処理温度が１７５〜２００℃に設定される。ここで、上述した液状の生成物は加熱されることにより気化する（加熱処理）。具体的には、以下の化学反応を起こし、
Ｈ２ＳｉＦ６ → ＳｉＦ４↑＋２ＨＦ↑
Ｈ２Ｏ → Ｈ２Ｏ↑
液状の生成物は四弗化珪素、弗化水素及び水蒸気となり気化する。
【００５８】
次いで、シャワーヘッド３１の下層ガス供給部３４からチャンバ２９内にパージガスとしてＮ２ガスを供給し（ステップＳ３５）、上記気化したガスをチャンバ２９内より排気する。
【００５９】
次いで、ウエハＷを第２のプロセスモジュール２８のチャンバ２９から搬出し、本処理を終了する。
【００６０】
図３の処理によれば、低温ガス供給部４４からガス流入室４１内に−２０℃以下の低温ガスが高速供給されることにより該低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温される。一方、高温ガス供給部４５からガス流入室４１内に２００℃以上の高温ガスが高速供給されることにより該高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温される。また、処理装置内のウエハＷの温度はジャケット４０の温度によって制御される。したがって、１つの処理装置内でウエハＷの処理温度を急速に昇降温させることができ、もって、１つの処理装置内で化学反応処理と加熱処理とを迅速にウエハＷに施すことができる。その結果、従来の基板処理装置における１つの処理装置を削減することができるので、処理効率化、コスト削減を実現することができる。
【００６１】
次に、本発明の第２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。
【００６２】
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、第２のプロセスモジュールの載置台の構成が上述した第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。
【００６３】
図４は、本実施の形態における第２のプロセスモジュールの断面図である。
【００６４】
図４において、第２のプロセスモジュール５０（基板処理装置）は、チャンバ２９内に配置され、ウエハＷを載置すると共に該載置したウエハＷの処理温度を制御する載置台５１を有する。
【００６５】
載置台５１の内部上方のウエハＷの載置面には、第１の実施の形態と同様のジャケット４０が配置される。ジャケット４０のガス流入室５２にはガス導入管４２とガス導出管４３とが接続されている。ガス導入管４２の上流には該ガス導入管４２を介してガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する高温ガス供給部４５が接続されている。
【００６６】
また、載置台５１は冷媒が流入される冷媒流入室５３を内部に有しており、この冷媒流入室５３には冷媒導入管５４と冷媒導出管５５とが接続されている。冷媒導入管５４の上流には該冷媒導入管５４を介して冷媒流入室５３内に所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン液を常時、供給する冷媒供給部５６が接続されている。
【００６７】
また、載置台５１はジャケット４０と冷媒流入室５３との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室５７を内部に有しており、この伝熱断熱切換室５７には伝熱ガス導出入管５８が接続されている。伝熱ガス導出入管５８の上流には該伝熱ガス導出入管５８を介して、伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し、或いは伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気する伝熱ガス供給排気部５９が接続されている。
【００６８】
また、載置台５１の内部上方には、ジャケット４０、伝熱断熱切換室５７及び冷媒流入室５３を取り囲むように形成された断熱材６０が配置される。該断熱材６０はジャケット４０、伝熱断熱切換室５７及び冷媒流入室５３から載置台５１内部への熱伝導を抑える障壁として作用する。
【００６９】
第２のプロセスモジュール５０では、ウエハＷに化学反応処理を施す際、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し、該供給された伝熱ガスが冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度をジャケット４０へ伝熱する。これにより、冷媒の温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に降温され、ウエハＷの処理温度が化学反応処理に適した低温に設定される。また、第２のプロセスモジュール５０では、ウエハＷに加熱処理を施す際、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気する。これにより、冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱が遮断される。また、このとき、高温ガス供給部４５はガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に昇温され、ウエハＷの処理温度が加熱処理に適した高温に設定される。
【００７０】
なお、本実施の形態では、ガス導入管４２の上流に該ガス導入管４２を介してガス流入室５２内に−２０℃以下の低温ガスを高速供給する低温ガス供給部を接続させ、ウエハＷに化学反応処理を施す際に、ジャケット４０への伝熱を遮断するだけでなく、低温ガス供給部からガス流入室５２内に低温ガスを高速供給させて、さらにジャケット４０の温度を急速に降温させてもよい。
【００７１】
次に、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が実行する基板処理について説明する。
【００７２】
図５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が実行する基板処理を示すフローチャートである。
【００７３】
図５の処理は、図３の処理と基本的に同じであり、図３のステップと同一のステップには同一符号を付して重複した説明を省略し、以下に図３の処理と異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
まず、図３の処理におけるステップＳ３１を実行する。次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内から搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール５０のチャンバ２９内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台５１上に載置する。
【００７５】
次いで、チャンバ２９内の圧力をＡＰＣバルブ３３等によって４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以下の高圧に設定する。そして、伝熱ガス供給排気部５９から伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し（ステップＳ５１）、該供給された伝熱ガスが冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度をジャケット４０へ伝熱する。これにより、冷媒の温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で降温され、ウエハＷの処理温度が１０〜４０℃に設定される。
【００７６】
次いで、図３の処理におけるステップＳ３３を実行し、ＨＦガスのチャンバ２９内への供給を中止した後、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気し（ステップＳ５２）、冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱を遮断する。また、高温ガス供給部４５はガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する（ステップＳ５３）。これにより、該高速供給された２００℃以上の高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で昇温され、ウエハＷの処理温度が１７５〜２００℃に設定される。
【００７７】
次いで、図３の処理におけるステップＳ３５を実行し、ウエハＷを第２のプロセスモジュール５０のチャンバ２９から搬出し、本処理を終了する。
【００７８】
図５の処理によれば、伝熱ガス供給排気部５９から伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスが供給されることにより冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度がジャケット４０へ伝熱され、該伝熱された冷媒の温度によりジャケット４０の温度が急速に降温される。一方、伝熱ガス供給排気部５９により伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスが真空排気されることにより冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱が遮断されてから、高温ガス供給部４５によりガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスが高速供給され、該高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温される。また、処理装置内のウエハＷの温度はジャケット４０の温度によって制御される。したがって、上述した第１の実施の形態と同様の効果を実現することができる。
【００７９】
上述した各実施の形態における基板処理は、ウエハの温度を降温させた後に昇温させる処理であったが、本発明は、ウエハに施す処理に応じて、ウエハの温度を昇温させた後に降温させる処理にも適用することができる。
【００８０】
また、上述した各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。
【００８１】
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】
【００８２】
【図１】本発明の第１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構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【図３】図１の基板処理システムが実行する基板処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態における第２のプロセスモジュールの断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムが実行する基板処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
２８，５０ 第２のプロセスモジュール
３０，５１ 載置台
４０ ジャケット
４０ａ 壁部
４１，５２ ガス流入室
４４ 低温ガス供給部
４５ 高温ガス供給部
４６，６０ 断熱材
５３ 冷媒流入室
５６ 冷媒供給部
５７ 伝熱断熱切換室
５９ 伝熱ガス供給排気部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台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エッチングすることがある。この場合、ウエハ上に形成されたトレンチ（溝）の側面にはＳｉＯ２を主成分とするデポジット膜が形成される。
【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。デポジット膜の除去方法として、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、デポジット膜のＳｉＯ２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り、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・昇華させて該ウエハから除去する処理である。
【０００５】
この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、化学反応処理装置と、該化学反応処理装置に接続された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】
一方、処理効率化、コスト削減の観点から１つの処理装置で化学反応処理と加熱処理とを行うことが検討されている。この場合、ウエハの処理温度は載置台の温度によって制御されるので、処理装置内のウエハを載置する載置台の温度を処理に応じて変更する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−３９１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、載置台の温度を処理に応じて変更する場合、載置台の内部に載置台の温度を昇温させるヒータ及び降温させる冷媒流路を併設する必要がある。ヒータは熱容量が大きく、載置台の内部にヒータを設けることにより載置台の熱容量が大きくなる。このため、ヒータにより載置台の温度を昇温させることができるものの、急速に載置台の温度を昇温させることはできない。また、冷媒流路を通過させる冷媒は液体であるため高速度で冷媒流路を通過させることができない。このため、冷媒流路により載置台の温度を降温させることができるものの、急速に載置台の温度を降温させることができない。
【０００８】
したがって、１つの処理装置内では、載置台の温度を処理に応じて急速に変更することができず、ウエハの処理温度を急速に昇降温させることができない。
【０００９】
本発明の目的は、基板の処理温度を急速に昇降温させることができる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】
【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、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室と、前記温度制御装置と前記冷媒流入室との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室とを有し、前記温度制御装置は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有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、前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであ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、前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下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、前記高温ガスは２００℃以上の高温ガスであることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項５記載の基板処理装置は、基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置を有し、前記温度制御装置は低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に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５記載の基板処理装置において、前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の基板処理装置は、請求項６記載の基板処理装置において、前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の基板処理装置は、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記低温ガスは−２０℃以下のガスであり、前記高温ガスは２００℃以上のガスであることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の基板処理装置は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置において、前記低温ガスは乾燥ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の基板処理装置によれば、内部に高温ガスが流入されるガス流入室を有し、且つ基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室との間に配置された伝熱断熱切換室に伝熱ガスが流入、真空排気される。伝熱断熱切換室に伝熱ガスが流入されることにより冷媒流入室に流入された冷媒の温度が温度制御装置へ伝熱され、該伝熱された冷媒の温度により温度制御装置の温度が急速に降温される。一方、伝熱断熱切換室の伝熱ガスが真空排気されることにより冷媒流入室に流入された冷媒の温度の温度制御装置への伝熱が遮断され、ガス流入室に流入された高温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に昇温される。また、基板処理装置内の基板の温度は温度制御装置の温度によって制御される。したがって、１つの基板処理装置内で基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２０】
請求項２記載の基板処理装置及び請求項６記載の基板処理装置によれば、温度制御装置が内部に有するガス流入室を画成する壁部がカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つ材料から構成される。カーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウムや炭化ケイ素は熱伝導率が大きく且つ比熱容量が小さい物質である。したがって、温度制御装置の熱伝導性を高くすることができる。
【００２１】
請求項３記載の基板処理装置及び請求項７記載の基板処理装置によれば、ガス流入室を画成する壁部の肉厚が２ｍｍ以下である。したがって、温度制御装置の質量を小さくすることができ、もって、温度制御装置の熱容量を確実に小さくすることができる。
【００２２】
請求項４記載の基板処理装置によれば、ガス流入室に２００℃以上の高温ガスが流入される。その結果、温度制御装置の温度を急速に昇温させることができ、もって、基板の処理温度を急速に昇温させることができる。
【００２３】
請求項５記載の基板処理装置によれば、内部に低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を有する温度制御装置が基板の載置面に配置される。ガス流入室に低温ガスが流入されることにより該低温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に降温される。一方、ガス流入室に高温ガスが流入されることにより該高温ガスの温度によって温度制御装置の温度が急速に昇温される。また、基板処理装置内の基板の温度は温度制御装置の温度によって制御される。したがって、１つの基板処理装置内で基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２４】
請求項８記載の基板処理装置によれば、ガス流入室に２００℃以上の高温ガス又は−２０℃以下の低温ガスが流入される。その結果、温度制御装置の温度を急速に昇降温させることができ、もって、基板の処理温度を急速に昇降温させることができる。
【００２５】
請求項９記載の基板処理装置によれば、低温ガスとして乾燥ガスがガス流入室に流入される。したがって、低温ガスを効率よくガス流入室に流入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
まず、本発明の第１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。
【００２８】
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構成を概略的に示す平面図である。
【００２９】
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（基板）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、第１のプロセスシップ１１においてプラズマ処理が施されたウエハＷに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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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１７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１８とを有する。搬送アーム機構１７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１８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、オリエンタ１６へ搬出入する。
【００３３】
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１９と、該第１のプロセスモジュール１９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２０を内蔵する第１のロードロックモジュール２１とを有する。
【００３４】
第１のプロセスモジュール１９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ＥＳＣ２２をその頂部に有する。
【００３５】
第１のプロセスモジュール１９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。
【００３６】
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１９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２１は、第１のプロセスモジュール１９との連結部に真空ゲートバルブ２３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２４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。
【００３７】
第１のロードロックモジュール２１の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２０が設置され、該第１の搬送アーム２０より第１のプロセスモジュール１９側に第１のバッファ２５が設置され、第１の搬送アーム２０よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ２６が設置される。第１のバッファ２５及び第２のバッファ２６は、第１の搬送アーム２０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）２７が移動する軌道上に配置され、エッチング処理済みのウエハＷを一時的に支持部２７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１９における円滑な入れ換えを可能とする。
【００３８】
第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに化学反応処理及び加熱処理を施す第２のプロセスモジュール２８（基板処理装置）と、該第２のプロセスモジュール２８に真空ゲートバルブ２９を介して接続され、且つ第２のプロセスモジュール２８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３０を内蔵する第２のロードロックモジュール３１とを有する。
【００３９】
図２は、図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【００４０】
図２において、第２のプロセスモジュール２８は、円筒状の処理室容器（チャンバ）２９と、該チャンバ２９内に配置され、ウエハＷを載置すると共に該載置したウエハＷの処理温度を制御する載置台３０と、チャンバ２９の上方において載置台３０と対向するように配置されたシャワーヘッド３１と、チャンバ２９内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）３２と、チャンバ２９及びＴＭＰ３２の間に配置され、チャンバ２９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３３とを有する。
【００４１】
シャワーヘッド３１は円板状の下層ガス供給部３４及び円板状の上層ガス供給部３５からなり、下層ガス供給部３４に上層ガス供給部３５が重ねられている。また、下層ガス供給部３４及び上層ガス供給部３５はそれぞれ第１のバッファ室３６及び第２のバッファ室３７を有する。第１のバッファ室３６及び第２のバッファ室３７はそれぞれガス通気孔３８，３９を介してチャンバ２９内に連通する。
【００４２】
シャワーヘッド３１の下層ガス供給部３４における第１のバッファ室３６は不活性ガス供給系（図示しない）に接続されている。該不活性ガス供給系は第１のバッファ室３６へ不活性ガス、例えばＮ２（窒素）ガスを供給する。該供給されたＮ２ガスはガス通気孔３８を介してチャンバ２９内へ供給される。
【００４３】
また、シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５における第２のバッファ室３７はＨＦ（弗化水素）ガス供給系（図示しない）に接続されている。該ＨＦガス供給系は第２のバッファ室３７へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔３９を介してチャンバ２９内へ供給される。シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５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、第２のバッファ室３５内のＨＦガスの温度を制御する。
【００４４】
載置台３０の内部上方のウエハＷの載置面には、ジャケット４０（温度制御装置）が配置される。ジャケット４０は熱伝導率が大きく且つ比熱容量が小さい物質、例えば、カーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウムや炭化ケイ素等から形成されると共に質量が小さくなるように、具体的には肉厚が２ｍｍ以下に形成された壁部４０ａを有する。これにより、ジャケット４０は熱伝導性が高く且つ熱容量が小さくなるように構成されている。なお、本実施の形態では、ジャケット４０の熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましい。
【００４５】
また、ジャケット４０は壁部４０ａによって画成され、低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室４１を内部に有しており、このガス流入室４１にはガス導入管４２とガス導出管４３とが接続されている。ガス導入管４２の上流には該ガス導入管４２を介してガス流入室４１内に、−２０℃以下の低温ガスを高速供給する低温ガス供給部４４、及び２００℃以上の高温ガスを高速供給する高温ガス供給部４５が接続されている。低温ガス供給部４４内では、例えば超低温空気発生器（ボルテックスチューブ）を用いて−２０℃以下の低温ガスを生成する。また、低温ガスとしてはＮ２ガス等の乾燥ガスを用いる。高温ガス供給部４５内では、ガスを加熱することにより２００℃以上の高温ガスを生成する。また、高温ガス供給部４５内では、上記加熱されるガスとして、ボルテックスチューブを用いて低温ガスを生成した際に生成される高温ガスを用いてもよい。
【００４６】
また、載置台３０の内部上方には、ジャケット４０を取り囲むように形成された断熱材４６が配置される。該断熱材４６はジャケット４０から載置台３０内部への熱伝導を抑える障壁として作用する。
【００４７】
第２のプロセスモジュール２８では、ウエハＷに化学反応処理を施す際、低温ガス供給部４４はガス流入室４１内に上述した低温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に降温され、ウエハＷの処理温度が化学反応処理に適した低温に設定される。また、第２のプロセスモジュール２８では、ウエハＷに加熱処理を施す際、高温ガス供給部４５はガス流入室４１内に上述した高温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に昇温され、ウエハＷの処理温度が加熱処理に適した高温に設定される。
【００４８】
図１に戻り、第２のロードロックモジュール３１は、第２の搬送アーム３０を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）４７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２８の内部圧力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３１は、第２のプロセスモジュール２８との連結部に真空ゲートバルブ６１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４８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。
【００４９】
また、基板処理システム１０は、ローダーユニット１３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４９を備える。オペレーションパネル４９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。
【００５０】
次に、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が実行する基板処理について説明する。
【００５１】
図３は、図１の基板処理システム１０が実行する基板処理を示すフローチャートである。
【００５２】
まず、ポリシリコン膜が均一に形成され、且つポリシリコン膜上にハードマスクが所定のパターンに従って形成されてポリシリコン膜を部分的に露出させるウエハＷを準備する。そして、該ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内に搬入し、ＥＳＣ２２上に載置する。
【００５３】
次いで、チャンバ内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露出するポリシリコン膜にエッチング処理を施す（ステップＳ３１）。このとき、ポリシリコン膜がエッチングされてビアホールやトレンチが形成され、該形成されたトレンチの側面にＳｉＯＢｒ層からなるデポジット層が形成される。なお、ＳｉＯＢｒ層は、ＳｉＯ２層に似た性質を有する疑似ＳｉＯ２層である。
【００５４】
次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内から搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール２８のチャンバ２９内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台３０上に載置する。
【００５５】
次いで、チャンバ２９内の圧力をＡＰＣバルブ３３等によって４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以下の高圧に設定する。そして、低温ガス供給部４４からガス流入室４１内に−２０℃以下の低温ガスを高速供給する（ステップＳ３２）。これにより、該高速供給された−２０℃以下の低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で降温され、ウエハＷの処理温度が１０〜４０℃に設定される。
【００５６】
次いで、シャワーヘッド３１の上層ガス供給部３５からＨＦガスを流量３０００ＳＣＣＭでウエハＷに向けて供給する（ステップＳ３３）。ここで、ポリシリコン膜上に形成されたハードマスクはＨＦガスと化学的に反応して除去される。また、トレンチの側面に形成されたデポジット層はＨＦガスと化学的に反応して液状の生成物となる（化学反応処理）。具体的には、以下の化学反応を起こし、
ＳｉＯ２＋６ＨＦ → Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ
デポジット層は液状の生成物（Ｈ２ＳｉＦ６及びＨ２Ｏ）となる。
【００５７】
次いで、ＨＦガスのチャンバ２９内への供給を中止した後、高温ガス供給部４５からガス流入室４１内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する（ステップＳ３４）。これにより、該高速供給された２００℃以上の高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で昇温され、ウエハＷの処理温度が１７５〜２００℃に設定される。ここで、上述した液状の生成物は加熱されることにより気化する（加熱処理）。具体的には、以下の化学反応を起こし、
Ｈ２ＳｉＦ６ → ＳｉＦ４↑＋２ＨＦ↑
Ｈ２Ｏ → Ｈ２Ｏ↑
液状の生成物は四弗化珪素、弗化水素及び水蒸気となり気化する。
【００５８】
次いで、シャワーヘッド３１の下層ガス供給部３４からチャンバ２９内にパージガスとしてＮ２ガスを供給し（ステップＳ３５）、上記気化したガスをチャンバ２９内より排気する。
【００５９】
次いで、ウエハＷを第２のプロセスモジュール２８のチャンバ２９から搬出し、本処理を終了する。
【００６０】
図３の処理によれば、低温ガス供給部４４からガス流入室４１内に−２０℃以下の低温ガスが高速供給されることにより該低温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に降温される。一方、高温ガス供給部４５からガス流入室４１内に２００℃以上の高温ガスが高速供給されることにより該高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温される。また、処理装置内のウエハＷの温度はジャケット４０の温度によって制御される。したがって、１つの処理装置内でウエハＷの処理温度を急速に昇降温させることができ、もって、１つの処理装置内で化学反応処理と加熱処理とを迅速にウエハＷに施すことができる。その結果、従来の基板処理装置における１つの処理装置を削減することができるので、処理効率化、コスト削減を実現することができる。
【００６１】
次に、本発明の第２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。
【００６２】
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、第２のプロセスモジュールの載置台の構成が上述した第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。
【００６３】
図４は、本実施の形態における第２のプロセスモジュールの断面図である。
【００６４】
図４において、第２のプロセスモジュール５０（基板処理装置）は、チャンバ２９内に配置され、ウエハＷを載置すると共に該載置したウエハＷの処理温度を制御する載置台５１を有する。
【００６５】
載置台５１の内部上方のウエハＷの載置面には、第１の実施の形態と同様のジャケット４０が配置される。ジャケット４０のガス流入室５２にはガス導入管４２とガス導出管４３とが接続されている。ガス導入管４２の上流には該ガス導入管４２を介してガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する高温ガス供給部４５が接続されている。
【００６６】
また、載置台５１は冷媒が流入される冷媒流入室５３を内部に有しており、この冷媒流入室５３には冷媒導入管５４と冷媒導出管５５とが接続されている。冷媒導入管５４の上流には該冷媒導入管５４を介して冷媒流入室５３内に所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン液を常時、供給する冷媒供給部５６が接続されている。
【００６７】
また、載置台５１はジャケット４０と冷媒流入室５３との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室５７を内部に有しており、この伝熱断熱切換室５７には伝熱ガス導出入管５８が接続されている。伝熱ガス導出入管５８の上流には該伝熱ガス導出入管５８を介して、伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し、或いは伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気する伝熱ガス供給排気部５９が接続されている。
【００６８】
また、載置台５１の内部上方には、ジャケット４０、伝熱断熱切換室５７及び冷媒流入室５３を取り囲むように形成された断熱材６０が配置される。該断熱材６０はジャケット４０、伝熱断熱切換室５７及び冷媒流入室５３から載置台５１内部への熱伝導を抑える障壁として作用する。
【００６９】
第２のプロセスモジュール５０では、ウエハＷに化学反応処理を施す際、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し、該供給された伝熱ガスが冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度をジャケット４０へ伝熱する。これにより、冷媒の温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に降温され、ウエハＷの処理温度が化学反応処理に適した低温に設定される。また、第２のプロセスモジュール５０では、ウエハＷに加熱処理を施す際、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気する。これにより、冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱が遮断される。また、このとき、高温ガス供給部４５はガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する。これにより、該高速供給された高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に昇温され、ウエハＷの処理温度が加熱処理に適した高温に設定される。
【００７０】
なお、本実施の形態では、ガス導入管４２の上流に該ガス導入管４２を介してガス流入室５２内に−２０℃以下の低温ガスを高速供給する低温ガス供給部を接続させ、ウエハＷに化学反応処理を施す際に、ジャケット４０への伝熱を遮断するだけでなく、低温ガス供給部からガス流入室５２内に低温ガスを高速供給させて、さらにジャケット４０の温度を急速に降温させてもよい。
【００７１】
次に、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が実行する基板処理について説明する。
【００７２】
図５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が実行する基板処理を示すフローチャートである。
【００７３】
図５の処理は、図３の処理と基本的に同じであり、図３のステップと同一のステップには同一符号を付して重複した説明を省略し、以下に図３の処理と異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
まず、図３の処理におけるステップＳ３１を実行する。次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール１９のチャンバ内から搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール５０のチャンバ２９内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台５１上に載置する。
【００７５】
次いで、チャンバ２９内の圧力をＡＰＣバルブ３３等によって４０００Ｐａ（３０Ｔｏｒｒ）以下の高圧に設定する。そして、伝熱ガス供給排気部５９から伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスを供給し（ステップＳ５１）、該供給された伝熱ガスが冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度をジャケット４０へ伝熱する。これにより、冷媒の温度によってジャケット４０の温度が急速に降温され、該急速に降温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で降温され、ウエハＷの処理温度が１０〜４０℃に設定される。
【００７６】
次いで、図３の処理におけるステップＳ３３を実行し、ＨＦガスのチャンバ２９内への供給を中止した後、伝熱ガス供給排気部５９は伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスを真空排気し（ステップＳ５２）、冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱を遮断する。また、高温ガス供給部４５はガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスを高速供給する（ステップＳ５３）。これにより、該高速供給された２００℃以上の高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温され、該急速に昇温されたジャケット４０の温度によってウエハＷの温度が急速に、具体的には１０秒以内で昇温され、ウエハＷの処理温度が１７５〜２００℃に設定される。
【００７７】
次いで、図３の処理におけるステップＳ３５を実行し、ウエハＷを第２のプロセスモジュール５０のチャンバ２９から搬出し、本処理を終了する。
【００７８】
図５の処理によれば、伝熱ガス供給排気部５９から伝熱断熱切換室５７内に伝熱ガスが供給されることにより冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度がジャケット４０へ伝熱され、該伝熱された冷媒の温度によりジャケット４０の温度が急速に降温される。一方、伝熱ガス供給排気部５９により伝熱断熱切換室５７内の伝熱ガスが真空排気されることにより冷媒流入室５３内に供給された冷媒の温度のジャケット４０への伝熱が遮断されてから、高温ガス供給部４５によりガス流入室５２内に２００℃以上の高温ガスが高速供給され、該高温ガスの温度によってジャケット４０の温度が急速に昇温される。また、処理装置内のウエハＷの温度はジャケット４０の温度によって制御される。したがって、上述した第１の実施の形態と同様の効果を実現することができる。
【００７９】
上述した各実施の形態における基板処理は、ウエハの温度を降温させた後に昇温させる処理であったが、本発明は、ウエハに施す処理に応じて、ウエハの温度を昇温させた後に降温させる処理にも適用することができる。
【００８０】
また、上述した各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。
【００８１】
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】
【００８２】
【図１】本発明の第１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構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図である。
【図３】図１の基板処理システムが実行する基板処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態における第２のプロセスモジュールの断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムが実行する基板処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
２８，５０ 第２のプロセスモジュール
３０，５１ 載置台
４０ ジャケット
４０ａ 壁部
４１，５２ ガス流入室
４４ 低温ガス供給部
４５ 高温ガス供給部
４６，６０ 断熱材
５３ 冷媒流入室
５６ 冷媒供給部
５７ 伝熱断熱切換室
５９ 伝熱ガス供給排気部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、
前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室と、前記温度制御装置と前記冷媒流入室との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室とを有し、
前記温度制御装置は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであ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】
前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下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】
前記高温ガスは２００℃以上の高温ガスであ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】
基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、
前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置を有し、
前記温度制御装置は低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記低温ガスは−２０℃以下のガスであり、前記高温ガスは２００℃以上のガスであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記低温ガスは乾燥ガスであることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項１】
基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、
前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置と、冷媒が流入される冷媒流入室と、前記温度制御装置と前記冷媒流入室との間に配置され、伝熱ガスが流入、真空排気される伝熱断熱切換室とを有し、
前記温度制御装置は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであ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】
前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下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】
前記高温ガスは２００℃以上の高温ガスであ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】
基板を載置すると共に該載置した基板の処理温度を制御する載置台を備える基板処理装置であって、
前記載置台は前記基板の載置面に配置された温度制御装置を有し、
前記温度制御装置は低温ガス又は高温ガスが流入されるガス流入室を内部に有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス流入室を画成する壁部を構成する材料はカーボン、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、銀、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のいずれか１つであることを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記壁部の肉厚は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記低温ガスは−２０℃以下のガスであり、前記高温ガスは２００℃以上のガスであることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記低温ガスは乾燥ガスであることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１９２６４３（Ｐ２００８−１９２６４３Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２３３１（Ｐ２００７−２２３３１）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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