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JP4949091B2 - 基板処理装置、基板処理方法および記録媒体 - Google Patents

基板処理装置、基板処理方法および記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する基板処理装置と方法に関する。
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）を収納した処理室内を真空状態に近い低圧状態にして様々な処理工程が行われている。このような低圧状態を利用する処理の一例として、シリコンウェハの表面に存在する酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ２））を化学的に除去する化学的酸化物除去処理（ＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理）が知られている（特許文献１、２参照。）。このＣＯＲ処理は、低圧状態において、ウェハを所定温度に温調しながら、ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスとの混合ガスを供給して、酸化膜をフルオロケイ酸アンモニウムを主とする反応生成物に変質させた後、該反応生成物を加熱して気化（昇華）させることにより、ウェハから除去するものである。この場合、ハロゲン元素を含むガスとして例えばフッ化水素ガス（ＨＦ）が用いられ、塩基性ガスとして例えばアンモニアガス（ＮＨ３）が用いられる。
米国特許出願公開第２００４／０１８２４１７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１８４７９２号明細書
かかるＣＯＲ処理を行う装置としては、ウェハ表面の酸化膜を反応生成物に変質させる工程を比較的低温で行う化学的処理室と、反応生成物を加熱、昇華させてウェハから除去する工程を比較的高温で行う熱処理室を備えたものが一般に知られている。しかしながら、このような化学的処理室と熱処理室を別に備えた処理装置は、処理室の数が増えるので、装置が大型化し、フットプリントも大きくなるといった難点がある。また、化学的処理室と熱処理室が別であると、両者間での搬送が必要であるため、搬送機構が複雑になり、また、搬送中におけるウェハの汚染や、ウェハからの汚染物質の放出といった問題も発生する可能性がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、同一処理室内において、化学処理および熱処理を行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明によれば、処理室内に表面が露出するように設けられた支持部材に基板を支持し、前記支持部材に支持された基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する基板処理装置であって、処理室内に、ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを供給するガス供給機構と、前記支持部材に支持された基板を温度調節する第１温度調節部材および第２温度調節部材とを有し、前記第２温度調節部材が前記支持部材に熱的に接触し、前記第１温度調節部材が前記支持部材に対して熱的に接触および隔離可能であり、前記第１温度調節部材は、任意の方向に傾斜できる構成であり、前記第２温度調節部材は、基板を、前記第１温度調節部材よりも高温に温度調節することを特徴とする、基板処理装置が提供される。
この基板処理装置は、前記処理室内が密閉可能に構成されていても良い。また、前記処理室内を排気する排気機構を備えていても良い。
また、この基板処理装置は、前記支持部材の裏面が前記処理室の外部に露出され、前記処理室の外部において、前記第１温度調節部材が、前記支持部材の裏面に対して熱的に接触および隔離可能に構成されていても良い。また、前記支持部材の裏面が前記第２温度調節部材で被覆された構成であり、前記第１温度調節部材が、前記第２温度調節部材に接触する構成とすることができる。また、前記第２温度調節部材が前記支持部材の内部に埋め込まれた構成であり、前記第１温度調節部材が、前記支持部材に接触する構成とすることができる。また、例えば、前記支持部材と前記第２温度調節部材の合計の熱容量が、前記第１温度調節部材の熱容量よりも小さい。
また本発明によれば、処理室内に表面が露出するように設けられた、第２温度調節部材が熱的に接触する支持部材の表面に基板を支持し、前記支持部材に支持された基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する基板処理方法であって、前記処理室内にハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを供給し、任意の方向に傾斜可能な第１温度調節部材により基板を温度調節して、基板表面の酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、前記第２温度調節部材により、基板を、前記第１温度調節部材よりも高温に温度調節して、前記反応生成物を気化させる工程とを有し、基板表面の酸化膜を反応生成物に変質させる工程では、前記第１温度調節部材を前記支持部材に熱的に接触させ、前記反応生成物を気化させる工程では、前記第１温度調節部材を前記支持部材から熱的に隔離させることを特徴とする、基板処理方法が提供される。なお、前記処理室内が排気されても良い。
また、この基板処理方法は、前記支持部材の裏面が前記処理室の外部に露出され、前記第１温度調節部材を、前記処理室の外部において、前記支持部材の裏面に対して熱的に接触および隔離させても良い。また、例えば、前記支持部材と前記第２温度調節部材の合計の熱容量が、前記第１温度調節部材の熱容量よりも小さい。
また本発明によれば、基板処理装置の制御部によって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、前記プログラムは、前記制御部によって実行されることにより、前記基板処理装置に、前記基板処理方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体が提供される。
本発明によれば、同一の処理室内において基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去することができるので、基板処理装置が小型となり、基板搬送のための複雑な搬送シーケンスも不要となる。また、処理時間も短縮でき、スループットを向上できる。また、基板を第１温度調節部材と第２温度調節部材とで温度調節することにより、基板を急速に加熱、冷却することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を、基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する方法および装置の一例として、シリコンウェハ（以下、「ウェハ」）Ｗの表面に形成された酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ２））をＣＯＲ処理によって除去する場合について説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（処理システム１の全体説明）
図１は、ＣＯＲ処理装置２２を備えた処理システム１の概略構成を示す平面図である。なお、ＣＯＲ処理装置２２は、後述する本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａもしくは本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂによって構成される。この処理システム１は、ウェハＷに対してＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ）処理と成膜処理を行うものとして構成されている。ＣＯＲ処理では、ウェハＷ表面の自然酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ２））を反応生成物に変質させる化学処理工程と、該反応生成物を加熱、昇華させる熱処理工程が行われる。化学処理工程では、ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを処理ガスとしてウェハＷに供給することで、ウェハＷ表面の自然酸化膜と処理ガスのガス分子とを化学反応させ、反応生成物が生成される。ハロゲン元素を含むガスとは例えばフッ化水素ガスであり、塩基性ガスとは例えばアンモニアガスであり、この場合、主にフルオロケイ酸アンモニウムを含む反応生成物が生成される。熱処理工程は、化学処理が施された後のウェハＷを加熱して、反応生成物を気化させることにより、ウェハから除去するＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理工程である。成膜処理では、自然酸化膜を除去されたウェハＷ表面に、例えばＳｉＧｅなどがエピタキシャル成長によって成膜させられる。
図１に示す処理システム１は、ウェハＷを処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２と、ウェハＷに対してＣＯＲ処理と成膜処理を行う処理部３と、これら搬入出部２および処理部３を制御する制御部４を備えている。
搬入出部２は、略円盤形状をなすウェハＷを搬送する第一のウェハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室１２を有している。ウェハ搬送機構１１は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ、１１ｂを有している。搬送室１２の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣを載置させる載置台１３が、例えば３つ備えられている。各キャリアＣには、例えば最大２５枚のウェハＷを等ピッチで多段に水平に載置して収容できるようになっており、キャリアＣの内部は例えばＮ２ガス雰囲気で満たされている。各キャリアＣと搬送室１２の間には、ゲートバルブ１４が配置されており、ウェハＷは、ゲートバルブ１４を介して、キャリアＣと搬送室１２の間で搬出入される。載置台１３の側方には、ウェハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１５と、ウェハＷ上に付着した付着物などのパーティクル量を測定するパーティクル測定室（Particle Monitor）１６が設置されている。搬送室１２には、レール１７が設けられており、ウェハ搬送機構１１は、このレール１７に沿って移動することにより、各キャリアＣ、オリエンタ１５およびパーティクル測定室１６に近接できるようになっている。
搬入出部２では、ウェハＷは、ウェハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂによって水平に保持され、ウェハ搬送装置１１の駆動により略水平面内で回転および直進移動、また昇降させられる。これにより、各キャリアＣ、オリエンタ１５およびパーティクル測定室１６と、後述する２つのロードロック室２４の間でウェハＷが搬送させられるようになっている。
処理部３の中央には、略多角形状（例えば六角形状）に形成された共通搬送室２１が設けられている。この共通搬送室２１の周囲には、図示の例では、ウェハＷに対してＣＯＲ処理を行う２つのＣＯＲ処理装置２２（本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａもしくは本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂによって構成される）、ウェハＷに対してＳｉＧｅ層の成膜処理を行う４つのエピタキシャル成長装置２３、真空引き可能な２つのロードロック室２４が配置されている。共通搬送室２１と各ＣＯＲ処理装置２２との間、共通搬送室２１と各エピタキシャル成長装置２３との間には、開閉可能なゲートバルブ２５がそれぞれ設けられている。
２つのロードロック室２４は、搬入出部２の搬送室１２と処理部３の共通搬送室２１との間に配置されており、搬入出部２の搬送室１２と処理部３の共通搬送室２１は、２つのロードロック室２４を介して互いに連結させられている。各ロードロック室２４と搬送室１２との間、および、各ロードロック室２４と共通搬送室２１との間には、開閉可能なゲートバルブ２６がそれぞれ備えられている。なお、これら２つのロードロック室２４は、いずれか一方が、ウェハＷを搬送室１２から搬出して共通搬送室２１に搬入する際に用いられ、他方は、ウェハＷを共通搬送室２１から搬出して搬送室１２に搬入する際に用いられても良い。
共通搬送室２１には、ウェハＷを搬送する第二のウェハ搬送機構３１が設けられている。ウェハ搬送機構３１は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム３１ａ、３１ｂを有している。
かかる共通搬送室２１において、ウェハＷは、搬送アーム３１ａ、３１ｂによって水平に保持され、ウェハ搬送機構３１の駆動により略水平面内で回転および直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、各ロードロック室２４、各ＣＯＲ処理装置２２、各エピタキシャル成長装置２３に対して、それぞれ搬送アーム３１ａ、３１ｂが進退させられることにより、ウェハＷが搬入出させられるようになっている。
（第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａの構造）
図２、３は、いずれも本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａの説明図である。図２は、冷却ブロック８０が上昇した状態を示している。図３は、冷却ブロック８０が下降した状態を示している。
ＣＯＲ処理装置２２ａは、筐体４０を備えており、筐体４０の内部は、ウェハＷを収納する密閉構造の処理室（処理空間）４１になっている。筐体４０は、例えばアルマイト処理等の表面処理が施されたアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属で構成される。筐体４０の一側面には、ウェハＷを処理室４１内に搬入出させるための搬入出口４２が設けられており、この搬入出口４２に、前述したゲートバルブ２５が設けられている。
処理室４１内には、ウェハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４５が設けられている。載置台４５は、筐体４０の底面に形成された円筒形状の台部４６の上面に、ウェハＷを支持する支持部材としてのフェースプレート４７を水平に取り付けた構成である。フェースプレート４７は、ウェハＷよりも僅かに大きい円盤形状をなしている。また、フェースプレート４７は、伝熱性に優れた材質からなり、例えばＳｉＣ、ＡｌＮからなる。
載置台４５の上面（フェースプレート４７の上面）には、ウェハＷの下面に当接させられる当接部材としての当接ピン４８が、複数個、上方に向かって突出するように設けられている。当接ピン４８は、フェースプレート４７と同様の材質、あるいは、セラミックス、樹脂等からなる。ウェハＷは、下面の複数個所を当接ピン４８の上端部にそれぞれ載せた状態で、載置台４５の上面において略水平に支持される。
また、ウェハＷの周囲には、処理室４１内に搬入されたウェハＷを載置台４５上面（フェースプレート４７上面）に載置させると共に、載置台４５上面に載置されたウェハＷを、載置台４５の上方に持ち上げるためのリフター機構５０が設けられている。このリフター機構５０は、図４に示すように、ウェハＷの外側に配置される略Ｃ型の支持部材５１の内側に３つのリフターピン５２を取り付けた構成である。なお、図２，３では、リフター機構５０のリフターピン５２のみを示している。
図４に示すように、３つのリフターピン５２は、ウェハＷに対する支持位置を結んだ線が二等辺三角形（正三角形を含む）となる位置において、ウェハＷの周縁部下面をそれぞれ支持するようになっている。なお一例として、ウェハＷに対する支持位置を結んだ線が正三角形となる場合、各リフターピン５２同士の中心角θは１２０°となる。支持部材５１は、筐体４０の底面を貫通する昇降ロッド５３の上端に取り付けられている。昇降ロッド５３の下端には、処理室４１の外部に配置されたシリンダー等の昇降装置５５がブラケット５６を介して取り付けられている。また、昇降ロッド５３の周囲には、処理室４１内の密閉状態を保ちつつ、昇降ロッド５３の昇降を許容するためのベローズ５７が装着してある。
かかる構成を有するリフター機構５０は、昇降装置５５の稼動により、リフターピン５２で支持したウェハＷを、処理室４１内において昇降させることが可能である。上述したウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによってＣＯＲ処理装置２２ａにウェハＷが搬入された場合は、リフター機構５０のリフターピン５２が上昇して、ウェハＷを搬送アーム３１ａ、３１ｂからリフターピン５２に受け渡し、その後、リフターピン５２が下降することにより、ウェハＷが載置台４５の上面（フェースプレート４７の上面）に載置される。また、ＣＯＲ処理装置２２ａからウェハＷを搬出する場合は、先ず、リフターピン５２が上昇することにより、ウェハＷが載置台４５の上方に持ち上げられる。その後、上述したウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによってリフターピン５２からウェハＷが受け取られ、ＣＯＲ処理装置２２ａからウェハＷが搬出される。
図５は、台部４６の上面に対するフェースプレート４７の周縁部の取り付け構造を拡大して示す部分断面図である。台部４６の上面とフェースプレート４７の周縁部下面との間には、例えばＶＥＳＰＥＬ（登録商標）等のリング形状の断熱部材６０が配置されている。また、フェースプレート４７の周縁部上面には、同様に、例えばＶＥＳＰＥＬ（登録商標）等のリング形状の断熱部材６１が配置され、更に、断熱部材６１の上から固定部材６２によって押さえることにより、フェースプレート４７が、台部４６の上面に固定されている。このように、フェースプレート４７の周縁部と台部４６の上面の間には、上下の断熱部材６０、６１が配置されており、両者間は断熱された状態になっている。
フェースプレート４７の周縁部下面と断熱部材６０との間、および、断熱部材６０と台部４６の上面との間には、Ｏリング等のシール部材６３が配置されている。このため、フェースプレート４７の下方となる処理室４１の外部に対して、フェースプレート４７の上方となる処理室４１の内部が密閉された状態に保たれている。一方、フェースプレート４７の裏面（下面）は、台部４６の内方を通じて処理室４１の外部に露出した状態となっている。
図６は、フェースプレート４７の周縁部の図５とは異なる取り付け構造を拡大して示す部分断面図である。この図６の取り付け構造では、フェースプレート４７の周縁部下面と台部４６の上面との間に、リング形状の上部ガスケット６５、例えばＶＥＳＰＥＬ（登録商標）等のリング形状の断熱部材６６、リング形状の下部ガスケット６７が配置されている。フェースプレート４７の周縁部と上部ガスケット６５との間、上部ガスケット６５と断熱部材６６との間、および、断熱部材６６と下部ガスケット６７との間は、いずれもメタルシール構造によって封止されている。また、下部ガスケット６７と台部４６の上面との間には、Ｏリング等のシール部材６８が配置されている。このため、フェースプレート４７の下方となる処理室４１の外部に対して、フェースプレート４７の上方となる処理室４１の内部が密閉された状態に保たれている。
また、フェースプレート４７の周縁部上面には、例えばＶＥＳＰＥＬ（登録商標）等のリング形状の断熱部材７０が配置され、更に、断熱部材６１の上から固定部材７１によって押さえることにより、フェースプレート４７が、台部４６の上面に固定されている。更に、この図６の取り付け構造では、フェースプレート４７上に載置されるウェハＷの周りに、フォーカスリング７２を配置している。この図６の取り付け構造によっても同様に、処理室４１内の密閉状態を保ちながら、フェースプレート４７の周縁部と台部４６の上面の間の断熱状態を維持することができる。
図２，３に示すように、フェースプレート４７の裏面（下面）には、第２温度調節部材としてのヒータ７５が密着した状態で取り付けられている。ヒータ７５は、伝熱性に優れ、かつ、通電によって発熱する材質からなり、例えばＳｉＣからなる。このヒータ７５を発熱させることにより、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを加熱することができる。ヒータ７５は、ウェハＷとほぼ同程度の直径を有する円盤形状をなしており、ヒータ７５の熱をフェースプレート４７を介してウェハＷ全体に伝えることにより、ウェハＷ全体を均一に加熱することができる。
ヒータ７５の下方には、第１温度調節部材としての、冷却ブロック８０が配置されている。この冷却ブロック８０は、フェースプレート４７の裏面（下面）側、即ち、処理室４１の外部に配置されている。冷却ブロック８０は、筐体４０の下面に固定されたブラケット８１に支持されたシリンダー等の昇降装置８２の稼動によって昇降可能であり、図２に示すように上昇して、ヒータ７５の下面に冷却ブロック８０が接触した状態（フェースプレート４７に冷却ブロック８０が熱的に接触した状態）と、図３に示すように下降して、ヒータ７５の下面から冷却ブロック８０が隔離した状態（フェースプレート４７から冷却ブロック８０が熱的に隔離した状態）とに切り替わるようになっている。冷却ブロック８０は、ウェハＷとほぼ同程度の直径を有する円柱形状をなしており、図２に示すように上昇した状態では、冷却ブロック８０の上面全体がヒータ７５の裏面に接触するようになっている。
図７に示すように、冷却ブロック８０の内部には、例えばフッ素系不活性化学液（ガルデン）などの冷媒を通す冷媒流路８５が設けられている。この冷媒流路８５に、冷媒送液配管８６および冷媒排液配管８７を通じて、筐体４０の外部から冷媒を循環供給して冷却することにより、冷却ブロック８０を例えば約２５℃程度に冷却することができる。なお、冷媒送液配管８６および冷媒排液配管８７は、上述の昇降装置８２の稼動による冷却ブロック８０の昇降移動によって冷媒の送液が妨げられないように、ベローズ、フレキシブルチューブ等で構成されている。
冷却ブロック８０と昇降装置８２の間には、冷却ブロック８０をヒータ７５の下面に密着させるためのクッションプレート９０が設けられている。即ち、図７に示すように、冷却ブロック８０の下面とクッションプレート９０の上面との間には、複数のコイルバネ９１が設けられており、クッションプレート９０に対して冷却ブロック８０は、任意の方向に傾斜できる構成になっている。また、クッションプレート９０の下面は、昇降装置８２のピストンロッド９２に対して、フローティングジョイント９３を介して接続されており、クッションプレート９０自体もピストンロッド９２に対して任意の方向に傾斜できる構成になっている。これにより、図２に示すように昇降装置８２の稼動によって冷却ブロック８０が上昇した際には、冷却ブロック８０の上面がヒータ７５の下面全体に密着させられるようになっている。こうして、冷却ブロック８０をヒータ７５の下面に密着させることにより、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に冷却することができる。冷却ブロック８０は、ウェハＷとほぼ同程度の直径を有する円盤形状をなしており、冷却ブロック８０の冷熱をヒータ７５およびフェースプレート４７を介してウェハＷ全体に伝えることにより、ウェハＷ全体を均一に冷却することができる。
フェースプレート４７とヒータ７５の合計の熱容量は、冷却ブロック８０の熱容量よりも小さく設定されている。即ち、上述したフェースプレート４７およびヒータ７５は、熱容量の比較的小さい例えば薄板形状であり、かつ、いずれもＳｉＣ等の伝熱性に優れた材料からなる。これに対して、冷却ブロック８０は、フェースプレート４７およびヒータ７５の合計の厚さよりも十分に大きい厚さを有する円柱形状をなしている。このため、図２に示すように冷却ブロック８０が上昇してヒータ７５の下面に接触した状態では、冷却ブロック８０の熱をフェースプレート４７およびヒータ７５に伝えることにより、フェースプレート４７およびヒータ７５を迅速に冷却することができる。これにより、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に冷却することができる。一方、図３に示すように冷却ブロック８０が下降してヒータ７５の下面から隔離した状態では、ヒータ７５に通電することで、フェースプレート４７およびヒータ７５を加熱することができる。この場合、フェースプレート４７およびヒータ７５の熱容量は比較的小さいので、所定の温度まで迅速に加熱することができ、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に加熱することができる。
図２，３に示すように、ＣＯＲ処理装置２２ａには、処理室４１内に所定のガスを供給するガス供給機構１００が設けられている。ガス供給機構１００は、処理室４１内にハロゲン元素を含む処理ガスとしてフッ化水素ガス（ＨＦ）を供給するＨＦ供給路１０１、処理室４１内に塩基性ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３）を供給するＮＨ３供給路１０２、処理室４１内に不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給するＡｒ供給路１０３、処理室４１内に不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を供給するＮ２供給路１０４、および、シャワーヘッド１０５を備えている。ＨＦ供給路１０１はフッ化水素ガスの供給源１１１に接続されている。また、ＨＦ供給路１０１には、ＨＦ供給路１０１の開閉動作およびフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁１１２が介設されている。ＮＨ３供給路１０２はアンモニアガスの供給源１１３に接続されている。また、ＮＨ３供給路１０２には、ＮＨ３供給路１０２の開閉動作およびアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁１１４が介設されている。Ａｒ供給路１０３はアルゴンガスの供給源１１５に接続されている。また、Ａｒ供給路１０３には、Ａｒ供給路１０３の開閉動作およびアルゴンガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁１１６が介設されている。Ｎ２供給路１０４は窒素ガスの供給源１１７に接続されている。また、Ｎ２供給路１０４には、Ｎ２供給路１０４の開閉動作および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁１１８が介設されている。各供給路１０１、１０２、１０３、１０４は、処理室４１の天井部に設けられたシャワーヘッド１０５に接続されており、シャワーヘッド１０５から処理室４１内に、フッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスが拡散されるように吐出される。
さらに、ＣＯＲ処理装置２２ａには、処理室４１内からガスを排気するための排気機構１２１が設けられている。排気機構１２１は、開閉弁１２２、強制排気を行うための排気ポンプ１２３が介設された排気路１２５を備えている。
（制御部４）
処理システム１およびＣＯＲ処理装置２２ａの各機能要素は、処理システム１全体の動作を自動制御する制御部４に、信号ラインを介して接続されている。ここで、機能要素とは、例えば処理システム１に備えられた第一のウェハ搬送機構１１、ゲートバルブ１４、２５、２６、第二のウェハ搬送機構３１、ＣＯＲ処理装置２２ａに備えられたリフター機構５０、ヒータ７５、昇降装置８２、冷却ブロック８０への冷媒供給、ガス供給機構１００、排気機構１２１等の、所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。制御部４は、典型的には、実行するソフトウェアに依存して任意の機能を実現することができる汎用コンピュータである。
図１に示すように、制御部４は、ＣＰＵ（中央演算装置）を備えた演算部４ａと、演算部４ａに接続された入出力部４ｂと、入出力部４ｂに挿着され制御ソフトウェアを格納した記録媒体４ｃと、を有する。この記録媒体４ｃには、制御部４によって実行されることにより処理システム１およびＣＯＲ処理装置２２ａに後述する所定のＣＯＲ処理方法を行わせる制御ソフトウェア（プログラム）が記録されている。制御部４は、該制御ソフトウェアを実行することにより、処理システム１およびＣＯＲ処理装置２２ａの各機能要素を、所定のプロセスレシピにより定義された様々なプロセス条件（例えば、処理室４１の圧力等）が実現されるように制御する。
記録媒体４ｃは、制御部４に固定的に設けられるもの、あるいは、制御部４に設けられた図示しない読み取り装置に着脱自在に装着されて該読み取り装置により読み取り可能なものであっても良い。最も典型的な実施形態においては、記録媒体４ｃは、処理システム１のメーカーのサービスマンによって制御ソフトウェアがインストールされたハードディスクドライブである。他の実施形態においては、記録媒体４ｃは、制御ソフトウェアが書き込まれたＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ−ＲＯＭのような、リムーバブルディスクである。このようなリムーバブルディスクは、制御部４に設けられた図示しない光学的読取装置により読み取られる。また、記録媒体４ｃは、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）のいずれの形式のものであっても良い。さらに、記録媒体４ｃは、カセット式のＲＯＭのようなものであっても良い。要するに、コンピュータの技術分野において知られている任意のものを記録媒体４ｃとして用いることが可能である。なお、複数の処理システム１が配置される工場においては、各処理システム１の制御部４を統括的に制御する管理コンピュータに、制御ソフトウェアが格納されていても良い。この場合、各処理システム１は、通信回線を介して管理コンピュータにより操作され、所定のプロセスを実行する。
（第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａを備えた処理システム１におけるウェハＷの処理）
次に、本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａを備える処理システム１を使用したウェハＷの処理方法を説明する。先ず、ウェハＷの構造について説明する。以下では、一例として、エッチング処理後のウェハＷ表面に形成された自然酸化膜１５６をＣＯＲ処理によって除去し、更に、Ｓｉ層１５０の表面にＳｉＧｅをエピタキシャル成長させる場合について説明する。なお、以下に説明するウェハＷの構造およびウェハＷの処理はあくまでも一例であり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
図８は、エッチング処理前のウェハＷの概略断面図であり、ウェハＷの表面（デバイス形成面）の一部分を示している。ウェハＷは、例えば略円盤形に形成された薄板状をなすシリコンウェハであり、その表面には、ウェハＷの基材であるＳｉ（シリコン）層１５０、層間絶縁層として用いられる酸化層（二酸化シリコン：ＳｉＯ２）１５１、ゲート電極として用いられるＰｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）層１５２、および、絶縁体からなる側壁部（サイドウォール）として例えばＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート：Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）層１５３からなる構造が形成されている。Ｓｉ層１５０の表面（上面）は略平坦面となっており、酸化層１５１は、Ｓｉ層１５０の表面を覆うように積層されている。また、この酸化層１５１は、例えば拡散炉によって熱ＣＶＤ反応により成膜される。Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２は、酸化層１５１の表面上に形成されており、また、所定のパターン形状に沿ってエッチングされている。従って、酸化層１５１は一部分がＰｏｌｙ−Ｓｉ層１５２によって覆われ、他の一部分は露出させられた状態になっている。ＴＥＯＳ層１５３は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２の側面を覆うように形成されている。図示の例では、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２は、略角柱状の断面形状を有し、図８において手前側から奥側に向かう方向に延設された細長い板状に形成されており、ＴＥＯＳ層１５３は、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２の左右両側面において、それぞれ手前側から奥側に向かう方向に沿って、また、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２の下縁から上縁まで覆うように設けられている。そして、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２とＴＥＯＳ層１５３の左右両側において、酸化層１５１の表面が露出させられた状態になっている。
図９は、エッチング処理後のウェハＷの状態を示している。ウェハＷは、図８に示したようにＳｉ層１５０上に酸化層１５１、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２、ＴＥＯＳ層１５３等が形成された後、例えばドライエッチングが施される。これにより、図９に示すように、ウェハＷの表面では、露出させられていた酸化層１５１、および、その酸化層１５１によって覆われていたＳｉ層１５０の一部が除去される。即ち、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２とＴＥＯＳ層１５３の左右両側に、エッチングにより生じた凹部１５５がそれぞれ形成される。凹部１５５は、酸化層１５１の表面の高さからＳｉ層１５０中まで陥没するように形成され、凹部１５５の内面においては、Ｓｉ層１５０が露出した状態になる。但し、Ｓｉ層１５０は酸化されやすいので、このように凹部１５５において露出させられたＳｉ層１５０の表面に大気中の酸素が付着すると、凹部１５５の内面に自然酸化膜（二酸化シリコン：ＳｉＯ２）１５６が形成された状態となる。
こうして、図示しないドライエッチング装置等によりエッチング処理され、図９に示したように、凹部１５５の内面に自然酸化膜１５６が形成された状態のウェハＷが、キャリアＣ内に収納され、処理システム１に搬送される。
処理システム１においては、図１に示すように、複数枚のウェハＷが収納されたキャリアＣが載置台１３上に載置され、ウェハ搬送機構１１によってキャリアＣから一枚のウェハＷが取り出され、ロードロック室２４に搬入される。ロードロック室２４にウェハＷが搬入されると、ロードロック室２４が密閉され、減圧される。その後、ロードロック室２４と大気圧に対して減圧された共通搬送室２１とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構３１によって、ウェハＷがロードロック室２４から搬出され、共通搬送室２１に搬入される。
共通搬送室２１に搬入されたウェハＷは、先ずＣＯＲ処理装置２２ａの処理室４１内に搬入される。ウェハＷは、表面（デバイス形成面）を上面とした状態で、ウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによって、ＣＯＲ処理装置２２ａの処理室４１内に搬入される。そして、リフター機構５０のリフターピン５２が上昇して、ウェハＷを受け取り、その後、リフターピン５２が下降して、ウェハＷが載置台４５の上面（フェースプレート４７の上面）に載置される。搬送アーム３１ａ、３１ｂが処理室４１内から退出後、搬入出口４２が閉じられ、処理室４１内が密閉された状態となる。なお、このようにウェハＷを処理室４１内へ搬入する際は、処理室４１の圧力は、既に減圧された真空状態に近い圧力になっている。
そして、図２に示すように昇降装置８２の稼動によって冷却ブロック８０を上昇させ、冷却ブロック８０の上面をヒータ７５の下面全体に密着させる。この場合、フェースプレート４７とヒータ７５の合計の熱容量は、冷却ブロック８０の熱容量よりも小さいので、冷媒流路８５への冷媒の循環供給によって予め冷却されている冷却ブロック８０の冷熱をフェースプレート４７およびヒータ７５に伝えることにより、フェースプレート４７およびヒータ７５を迅速に冷却することができる。これにより、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを例えば約２５℃程度に冷却する。なお、このように冷却ブロック８０を上昇させた状態では、ヒータ７５の発熱は行わなくても良い。
そして、各供給路１０１、１０２、１０３、１０４から処理室４１内にそれぞれフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスを供給し、ウェハＷ表面の自然酸化膜１５６を反応生成物に変質させる化学的処理工程を行う。この場合、排気機構１２１によって処理室４１内を強制排気し、処理室４１内の圧力を例えば約０．１Ｔｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）以下程度に減圧させる。かかる低圧状態の処理雰囲気によって、ウェハＷの表面に存在する自然酸化膜１５６が、フッ化水素ガスの分子およびアンモニアガスの分子と化学反応して、反応生成物に変質させられる。
化学的処理工程が終了すると、次に、ＰＨＴ処理工程（熱処理工程）が開始される。この熱処理工程では、図３に示すように昇降装置８２の稼動によって冷却ブロック８０を下降させ、冷却ブロック８０をヒータ７５の下面から隔離させる。そして、ヒータ７５に通電することで、フェースプレート４７およびヒータ７５を例えば約１００℃以上の温度に加熱する。この場合、フェースプレート４７およびヒータ７５の熱容量は比較的小さいので、目標温度まで迅速に加熱することができ、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に加熱することができる。また各供給路１０３、１０４から処理室４１内にそれぞれアルゴンガス、窒素ガスを供給しつつ、排気機構１２１によって処理室４１内を強制排気し、上記化学的処理工程によって生じた反応生成物１５６’を加熱、気化させ、凹部１５５の内面から除去する。こうして、Ｓｉ層１５０の表面が露出させられる（図１０参照）。このように、化学的処理工程の後、熱処理工程を行うことにより、ウェハＷをドライ洗浄でき、自然酸化膜１５６をドライエッチングするようにして、Ｓｉ層１５０から除去することができる。
こうして化学的処理工程および熱処理工程からなるＣＯＲ処理が終了すると、アルゴンガス、窒素ガスの供給が停止され、ＣＯＲ処理装置２２ａの搬入出口４２（ゲートバルブ２５）が開かれる。その後、ウェハＷはウェハ搬送機構３１によって処理室４１内から搬出され、エピタキシャル成長装置２３に搬入される。
ＣＯＲ処理によってＳｉ層１５０の表面が露出させられたウェハＷがエピタキシャル成長装置２３に搬入されると、次に、ＳｉＧｅの成膜処理工程が開始される。成膜処理工程においては、エピタキシャル成長装置２３に供給される反応ガスとウェハＷの凹部１５５において露出したＳｉ層１５０とが化学反応することにより、凹部１５５にＳｉＧｅ層１６０がエピタキシャル成長させられる（図１１参照）。ここで、前述したＣＯＲ処理により、凹部１５５において露出させられているＳｉ層１５０の表面からは、自然酸化膜１５６が除去されているので、ＳｉＧｅ層１６０はＳｉ層１５０の表面をベースとして、好適に成長させられる。
このようにして、両側の凹部１５５にＳｉＧｅ層１６０がそれぞれ形成されると、Ｓｉ層１５０では、ＳｉＧｅ層１６０によって挟まれた部分が両側から圧縮応力を受ける。即ち、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２および酸化層１５１の下方において、ＳｉＧｅ層１６０によって挟まれた部分に、圧縮歪を有する歪Ｓｉ層１５０’が形成される。
こうしてＳｉＧｅ層１６０が形成され、成膜処理工程が終了すると、ウェハＷはウェハ搬送機構３１によってエピタキシャル成長装置２３から搬出され、ロードロック室２４に搬入される。ロードロック室２４にウェハＷが搬入されると、ロードロック室２４が密閉された後、ロードロック室２４と搬送室１２とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構１１によって、ウェハＷがロードロック室２４から搬出され、載置台１３上のキャリアＣに戻される。以上のようにして、処理システム１における一連の処理工程が終了する。
本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａによれば、第１温度調節部材である冷却ブロック８０を支持部材としてのフェースプレート４７に対して熱的に接触させることにより、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に冷却することができる。また、冷却ブロック８０をフェースプレート４７から隔離させた場合は、第２温度調節部材であるヒータ７５の発熱によって、フェースプレート４７の上面に載置させたウェハＷを迅速に加熱することができる。このため、ウェハＷの迅速な熱処理が可能となり、処理時間を短縮させてスループットを向上させることができる。また、同一の処理室４１内においてウェハＷをＣＯＲ処理できるので、ＣＯＲ処理装置２２ａが小型となり、ウェハＷの搬送のための複雑な搬送シーケンスも不要となる。
また、冷却ブロック８０は、減圧される処理室４１の外部に配置されて、フェースプレート４７の裏面（下面）側に熱的に接触するので、いわゆる真空断熱となることを回避でき、フェースプレート４７を効率よく冷却することができる。この場合、冷却ブロック８０をクッションプレート９０およびコイルバネ９１を介して支持していることにより、冷却ブロック８０の上面全体をヒータ７５の裏面に接触させることができ、フェースプレート４７全体を冷却してウェハＷを均一に冷却できる。
（第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂの構造）
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂについて説明する。図１２、１３は、いずれも本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂの説明図である。図１２は、載置台２４５にウェハＷが載置させられた状態（第１の処理位置）を示している。図１３は、ウェハＷが載置台２４５から上方に持ち上げられた状態（第２の処理位置）を示している。
ＣＯＲ処理装置２２ｂは、筐体２４０を備えており、筐体２４０の内部は、ウェハＷを収納する密閉構造の処理室（処理空間）２４１になっている。筐体２４０は、例えばアルマイト処理等の表面処理が施されたアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属で構成される。筐体２４０の一側面には、ウェハＷを処理室２４１内に搬入出させるための搬入出口２４２が設けられており、この搬入出口２４２に、前述したゲートバルブ２５が設けられている。
処理室２４１内の底部には、ウェハＷを略水平にした状態で載置させる載置台２４５が設けられている。この載置台２４５は、載置台２４上に載置されたウェハＷを温度調節するための第１温度調節部材として機能する。載置台２４５は、ウェハＷとほぼ同程度の直径を有する円柱形状をなしており、伝熱性に優れた材質、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属で構成される。
載置台２４５の上面には、ウェハＷの下面に当接させられる当接部材としての当接ピン２４６が、複数個、上方に向かって突出するように設けられている。当接ピン２４６は、載置台２４５と同様の材質、あるいは、セラミックス、樹脂等からなる。ウェハＷは、下面の複数個所をこれら当接ピン２４６の上端部にそれぞれ載せた状態で、載置台２４５の上面において略水平に支持される。なお、説明のため、この図１２に示すように、載置台２４５の上面に載置されたウェハＷの位置（高さ）を「第１の処理位置」と定義する。
載置台２４５の内部には、冷媒流路２５０が設けられている。この冷媒流路２５０に、冷媒送液配管２５１および冷媒排液配管５２を通じて、筐体２４０の外部から冷媒を循環供給して冷却することにより、載置台２４５を例えば約２５℃程度とし、載置台２４５上に載置されたウェハＷを冷却することができる。冷媒流路２５０には、例えばフッ素系不活性化学液（ガルデン）などの冷媒が供給される。
載置台２４５の内部には、ウェハＷの搬入出時において、上述したウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂとの間でウェハＷを授受する昇降ピン２５５が設けられている。この昇降ピン２５５は、筐体２４０の外部に配置されたシリンダー装置２５６の稼動で昇降する構成になっている。上述したウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによってＣＯＲ処理装置２２ｂにウェハＷが搬入された場合は、図１２中の一点差線で示したように、昇降ピン２５５の上端が搬入出口２４２の高さまで上昇して、ウェハＷを搬送アーム３１ａ、３１ｂから昇降ピン２５５に受け渡し、その後、昇降ピン２５５が下降することにより、ウェハＷが載置台２４５の上面に載置される。また、ＣＯＲ処理装置２２ｂからウェハＷを搬出する場合は、図１２中の一点差線で示したように、先ず、昇降ピン２５５が上昇することにより、ウェハＷが搬入出口２４２の高さまで持ち上げられる。その後、上述したウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによって昇降ピン２５５からウェハＷが受け取られ、ＣＯＲ処理装置２２ｂからウェハＷが搬出される。なお、説明のため、図１２中の一点鎖線で示したように、昇降ピン２５５によって搬入出口２４２の高さまで持ち上げられたウェハＷの位置（高さ）を「搬入出位置」と定義する。
また、ウェハＷの周囲には、載置台２４５上面に載置されたウェハＷを、前述の搬入出位置よりも更に上方にまで持ち上げる昇降機構２６０が設けられている。この昇降機構２６０は、ウェハＷの外側を囲むように配置されたリング形状の支持部材２６１を、筐体２４０の外部に配置されたシリンダー装置２６２のピストンロッド２６３の上端に、ブラケット２６４を介して取り付けた構成である。シリンダー装置２６２の伸縮稼動により、図１２に示すように、載置台２４５にウェハＷを載置させた状態と、図１３に示すように、載置台２４５から上方にウェハＷを持ち上げた状態とに切り替えることができる。なお、ピストンロッド２６３の周囲には、処理室２４１内の密閉状態を保ちつつ、ピストンロッド２６３の昇降を許容するためのベローズ２６５が装着してある。
支持部材２６１の上面内方には、ウェハＷの下面外縁部を収納可能な段部２６１’が形成されており、シリンダー装置２６２の稼動によってピストンロッド２６３が伸張させられた場合は、図１３に示すように、支持部材２６１の段部２６１’にウェハＷの下面外縁部が収納された状態で、ウェハＷが搬入出位置よりも更に上方にまで持ち上げられるようになっている。なお、説明のため、この図１３に示すように、昇降機構２６０によって載置台２４５の上面から持ち上げられたウェハＷの位置（高さ）を「第２の処理位置」と定義する。
一方、シリンダー装置２６２の稼動によってピストンロッド２６３が短縮させられた場合は、図１２に示すように、支持部材２６１の段部２６１’は、載置台２４５上面の当接ピン２４６上端よりも僅かに下方にまで下降し、これにより、ウェハＷは載置台２４５上面の当接ピン２４６によって支持された状態となる（第１の処理位置）。
図１３に示すように昇降機構２６０によって第２の処理位置に持ち上げられたウェハＷの周囲には、仕切り部材２７０が配置されている。仕切り部材２７０は、筐体２４０の内周面に固定されており、段部２６１’にウェハＷの下面外縁部を収納した状態で第２の処理位置に持ち上げられた支持部材２６１の周囲を仕切るように水平に配置されている。仕切り部材２７０は、例えばＶＥＳＰＥＬ（登録商標）等の断熱部材材料からなる。図１３に示すように昇降機構２６０によってウェハＷが第２の処理位置に持ち上げられると、ウェハＷと支持部材２６１と仕切り部材２７０によって、処理室２４１内が、ウェハＷよりも上方の空間２４１ａとウェハＷよりも下方の空間２４１ｂとに仕切られた状態となる。
仕切り部材２７０よりも上方において筐体２４０の一側面には、透明な窓部２７１が設けられている。また、窓部２７１の外側には、処理室２４１の外部から窓部２７１を通じて処理室２４１内に赤外線を照射する、第２温度調節部材としてのランプヒータ２７２が配置されている。後述するように、昇降機構２６０によってウェハＷが第２の処理位置に持ち上げられた際に、このランプヒータ２７２から窓部２７１を通じて処理室２４１内に赤外線が照射され、第２の処理位置にあるウェハＷが加熱されるようになっている。
処理室２４１内に所定のガスを供給するガス供給機構２８０が設けられている。ガス供給機構２８０は、処理室２４１内にハロゲン元素を含む処理ガスとしてフッ化水素ガス（ＨＦ）を供給するＨＦ供給路２８１、処理室２４１内に塩基性ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ３）を供給するＮＨ３供給路２８２、処理室２４１内に不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給するＡｒ供給路２８３、処理室２４１内に不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を供給するＮ２供給路２８４、および、シャワーヘッド２８５を備えている。ＨＦ供給路２８１はフッ化水素ガスの供給源２９１に接続されている。また、ＨＦ供給路２８１には、ＨＦ供給路２８１の開閉動作およびフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁２９２が介設されている。ＮＨ３供給路２８２はアンモニアガスの供給源２９３に接続されている。また、ＮＨ３供給路２８２には、ＮＨ３供給路２８２の開閉動作およびアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁２９４が介設されている。Ａｒ供給路２８３はアルゴンガスの供給源２９５に接続されている。また、Ａｒ供給路２８３には、Ａｒ供給路２８３の開閉動作およびアルゴンガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁２９６が介設されている。Ｎ２供給路２８４は窒素ガスの供給源２９７に接続されている。また、Ｎ２供給路２８４には、Ｎ２供給路２８４の開閉動作および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁２９８が介設されている。各供給路２８１、２８２、２８３、２８４は、処理室２４１の天井部に設けられたシャワーヘッド２８５に接続されており、シャワーヘッド２８５から処理室２４１内に、フッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスが拡散されるように吐出される。
このＣＯＲ処理装置２２ｂには、前述の仕切り部材２７０よりも下方において処理室２４１内を排気する第１排気機構３００と、仕切り部材２７０よりも上方において処理室２４１内を排気する第２排気機構３０１が設けられている。第１排気機構３００は、開閉弁３０２、強制排気を行うための排気ポンプ３０３が介設された排気路３０４を備えている。排気路３０４の上流端部は、筐体２４０の底面に開口している。第２排気機構３０１は、開閉弁３０５、強制排気を行うための排気ポンプ３０６が介設された排気路３０７を備えている。排気路３０７の上流端部は、仕切り部材２７０よりも上方において筐体２４０の側面に開口している。
なお、このＣＯＲ処理装置２２ｂを備える処理システム１の場合、制御部４によって制御される機能要素とは、例えば処理システム１に備えられた第一のウェハ搬送機構１１、ゲートバルブ１４、２５、２６、第二のウェハ搬送機構３１の他、ＣＯＲ処理装置２２ｂに備えられた載置台２４５への冷媒供給、シリンダー装置２５６、昇降機構２６０、ランプヒータ２７２、ガス供給機構２８０、各排気機構３００，３０１等の、所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。
（第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂを備えた処理システム１におけるウェハＷの処理）
次に、本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂを備える処理システム１を使用したウェハＷの処理方法を説明する。先と同様に、一例として、エッチング処理後のウェハＷ表面に形成された自然酸化膜１５６をＣＯＲ処理によって除去し、更に、Ｓｉ層１５０の表面にＳｉＧｅをエピタキシャル成長させる場合について説明する。
処理システム１においては、図１に示すように、複数枚のウェハＷが収納されたキャリアＣが載置台１３上に載置され、ウェハ搬送機構１１によってキャリアＣから一枚のウェハＷが取り出され、ロードロック室２４に搬入される。ロードロック室２４にウェハＷが搬入されると、ロードロック室２４が密閉され、減圧される。その後、ロードロック室２４と大気圧に対して減圧された共通搬送室２１とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構３１によって、ウェハＷがロードロック室２４から搬出され、共通搬送室２１に搬入される。
共通搬送室２１に搬入されたウェハＷは、先ずＣＯＲ処理装置２２ｂの処理室２４１内に搬入される。ウェハＷは、表面（デバイス形成面）を上面とした状態で、ウェハ搬送機構３１の搬送アーム３１ａ、３１ｂによって、ＣＯＲ処理装置２２ｂの処理室２４１内に搬入される。そして、昇降ピン２５５が上昇して、ウェハＷを搬入出位置に持ち上げて搬送アーム３１ａ、３１ｂから受け取る。その後、昇降ピン２５５が下降して、ウェハＷが載置台２４５の上面に載置され、図１２に示すように、ウェハＷが第１の処理位置に移動させられる。
搬送アーム３１ａ、３１ｂが処理室２４１内から退出後、搬入出口２４２が閉じられ、処理室２４１内が密閉された状態となる。なお、このようにウェハＷを処理室２４１内へ搬入する場合は、支持部材２６１は下降した状態である。また、処理室２４１の圧力は、排気機構３００，３０１の両方あるいは排気機構３００，３０１のいずれか一方によって、既に減圧された真空状態に近い圧力（例えば数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ）にされている。
そして、冷媒送液配管２５１および冷媒排液配管２５２を通じて冷媒流路２５０に冷媒を循環供給し、載置台２４５を例えば約２５℃程度に冷却する。こうして、載置台２４５上に載置したウェハＷを例えば約２５℃程度に冷却する。この場合、ウェハＷを載置台２４５に載置させる以前から冷媒の供給を開始しておけば、ウェハＷを載置台２４５の上面に載置した後、すぐにウェハＷを目標温度まで冷却できる。
そして、各供給路２８１、２８２、２８３、２８４から処理室２４１内にそれぞれフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスを供給し、第１の処理位置において、ウェハＷ表面の自然酸化膜１５６を反応生成物に変質させる化学的処理工程を行う。この場合、排気機構３００，３０１の両方あるいは排気機構３００，３０１のいずれか一方によって処理室２４１内を強制排気し、処理室２４１内の圧力を例えば約数十ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧させる。かかる低圧状態の処理雰囲気によって、ウェハＷの表面に存在する自然酸化膜１５６が、フッ化水素ガスの分子およびアンモニアガスの分子と化学反応して、反応生成物に変質させられる。
化学的処理工程が終了すると、供給路２８１、２８２からのフッ化水素ガス、アンモニアガスの供給が停止させられる。なお、供給路２８３、２８４からのアルゴンガス、窒素ガスの供給も同時に停止してもよいが、化学的処理終了後も、供給路２８３、２８４から処理室２４１内へアルゴンガス、窒素ガスを供給し続けても良い。
そして、ウェハＷが第１の処理位置から第２の処理位置に移動させられる。即ち、図１３に示すように、昇降機構２６０のシリンダー装置２６２の稼動により、ピストンロッド２６３が伸張させられ、支持部材２６１の段部２６１’にウェハＷの下面外縁部が収納された状態で、ウェハＷが第２の処理位置に持ち上げられる。これにより、処理室２４１内は、ウェハＷと支持部材２６１と仕切り部材２７０によって、ウェハＷよりも上方の空間２４１ａとウェハＷよりも下方の空間２４１ｂとに仕切られた状態となる。なお、このようにウェハＷを第１の処理位置から第２の処理位置に移動させる間も、排気機構３００，３０１の両方あるいは排気機構３００，３０１のいずれか一方によって処理室２４１内を強制排気し、処理室２４１内の圧力を例えば約数十ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧させる。
次に、ＰＨＴ処理工程（熱処理工程）が開始される。この熱処理工程では、ランプヒータ２７２から窓部２７１を通じて処理室２４１内に赤外線を照射し、第２の処理位置にあるウェハＷを例えば約１００℃以上の温度に加熱する。この場合、ウェハＷ自体の熱容量は比較的小さいので、目標温度まで迅速に加熱することができる。なお、ウェハＷを第２の処理位置に移動させる以前からランプヒータ２７２による赤外線の照射を開始しても良い。
また、熱処理中は、各供給路２８３、２８４から処理室２４１内にそれぞれアルゴンガス、窒素ガスを供給しつつ、排気機構３０１によって処理室２４１内の上方の空間２４１ａから強制排気し、上記化学的処理によって生じた反応生成物１５６’を加熱、気化させ、凹部１５５の内面から除去する。この場合、処理室２４１内が、ウェハＷと支持部材２６１と仕切り部材２７０によって上方の空間２４１ａと下方の空間２４１ｂとに仕切られた状態となっているので、上方の空間２４１ａの圧力は例えば約数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ程度に減圧させられ、下方の空間２４１ｂの圧力は例えば約数百ｍＴｏｒｒ〜数Ｔｏｒｒ程度に減圧させられた状態となる。
こうして、熱処理により、Ｓｉ層１５０の表面が露出させられる（図１００参照）。このように、化学的処理の後、熱処理を行うことにより、ウェハＷをドライ洗浄でき、自然酸化膜１５６をドライエッチングするようにして、Ｓｉ層１５０から除去することができる。
化学的処理および熱処理からなるＣＯＲ処理が終了すると、アルゴンガス、窒素ガスの供給が停止され、ＣＯＲ処理装置２２ｂの搬入出口２４２（ゲートバルブ２５）が開かれる。なお、ＣＯＲ処理終了後も、供給路２８３、２８４から処理室２４１内へアルゴンガス、窒素ガスを供給し続けても良い。
ＣＯＲ処理が終了すると、載置台２４５から昇降ピン２５５が上昇し、一方で、昇降機構２６０のシリンダー装置２６２の稼動により、ピストンロッド２６３が短縮させられ、ウェハＷが第２の処理位置から下降されられる。そして、下降していく途中で、ウェハＷは、支持部材２６１から昇降ピン２５５に受け渡される。こうして、ウェハＷは搬入出位置に移動させられる。
その後、ウェハＷはウェハ搬送機構３１によって処理室２４１内から搬出され、次に、エピタキシャル成長装置２３に搬入される。なお、ウェハＷを処理室２４１内から搬出させる場合、供給路２８３、２８４から処理室２４１内へアルゴンガス、窒素ガスを供給し続けると共に、排気機構３００，３０１の両方あるいは排気機構３００，３０１のいずれか一方によって処理室２４１内を強制排気し、処理室２４１内を例えば数Ｔｏｒｒ〜数十Ｔｏｒｒ程度に減圧させても良い。
こうして、ＣＯＲ処理によってＳｉ層１５０の表面が露出させられたウェハＷがエピタキシャル成長装置２３に搬入されると、次に、ＳｉＧｅの成膜処理が開始される。成膜処理においては、エピタキシャル成長装置２３に供給される反応ガスとウェハＷの凹部１５５において露出したＳｉ層１５０とが化学反応することにより、凹部１５５にＳｉＧｅ層１６０がエピタキシャル成長させられる（図１１参照）。ここで、前述したＣＯＲ処理により、凹部１５５において露出させられているＳｉ層１５０の表面からは、自然酸化膜１５６が除去されているので、ＳｉＧｅ層１６０はＳｉ層１５０の表面をベースとして、好適に成長させられる。
このようにして、両側の凹部１５５にＳｉＧｅ層１６０がそれぞれ形成されると、Ｓｉ層１５０では、ＳｉＧｅ層１６０によって挟まれた部分が両側から圧縮応力を受ける。即ち、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層１５２および酸化層１５１の下方において、ＳｉＧｅ層１６０によって挟まれた部分に、圧縮歪を有する歪Ｓｉ層１５０’が形成される。
こうしてＳｉＧｅ層１６０が形成され、成膜処理が終了すると、ウェハＷはウェハ搬送機構３１によってエピタキシャル成長装置２３から搬出され、ロードロック室２４に搬入される。ロードロック室２４にウェハＷが搬入されると、ロードロック室２４が密閉された後、ロードロック室２４と搬送室１２とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構１１によって、ウェハＷがロードロック室２４から搬出され、載置台１３上のキャリアＣに戻される。以上のようにして、処理システム１における一連の工程が終了する。
本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂによれば、処理室２４１内において、第１の処理位置では、ウェハＷを載置台２４５上で冷却して化学的処理することができ、第２の処理位置では、ランプヒータ２７２によりウェハＷを加熱して熱処理することができる。このように処理室２４１内において、第１の処理位置と第２の処理位置に移動させることにより、ウェハＷを急速に加熱、冷却することが可能となる。このため、迅速な熱処理が可能となり、処理時間を短縮させてスループットを向上させることができる。また、同一の処理室２４１内においてウェハＷをＣＯＲ処理できるので、ＣＯＲ処理装置２２ｂが小型となり、ウェハＷの搬送のための複雑な搬送シーケンスも不要となる。
また、熱処理中は、処理室２４１内がウェハＷよりも上方の空間２４１ａとウェハＷよりも下方の空間２４１ｂとに仕切られた状態となるため、ランプヒータ２７２による熱が下方の空間２４１ｂに伝わりにくくなり、処理室２４１内の下方の領域（仕切り部材７０よりも下方の領域）にある載置台２４５の温度上昇を防止できる。このため、載置台２４５は後続のウェハＷを冷却しやすい状態に維持される。この場合、仕切り部材２７０を断熱材料で構成すれば、載置台２４５の温度上昇をより効果的に防止できる。
また、熱処理中は、排気機構３０１によって処理室２４１内の上方の空間２４１ａから強制排気することにより、ウェハＷの表面から気化した反応生成物１５６’の蒸気を、下方の空間２４１ｂに回り込まさずに排気することができ、反応生成物１５６’がウェハＷの裏面や処理室２４１内の下方の領域（仕切り部材２７０よりも下方の領域）に再付着することを防止できる。この場合、処理室２４１内の上方の領域（仕切り部材２７０よりも上方の領域）は、ランプヒータ２７２の加熱によって、処理室２４１内の下方の領域に比べて温度が高くなるので、反応生成物１５６’が付着しにくい状況となる。このため、処理室２４１内全体に反応生成物１５６’が付着しにくくなり、処理室２４１内を清浄な状態に保つことができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ａでは、フェースプレート４７の裏面をヒータ７５で被覆して、冷却ブロック８０の冷熱がヒータ７５を介してフェースプレート４７に伝わる構成としたが、冷却ブロック８０をフェースプレート４７に直接接触させても良い。例えば図１４に示すように、支持部材としてのフェースプレート４７の裏面に溝を設けて、その溝に第１温度調節部材としてのヒータ７５を埋め込み、第２温度調節部材としての冷却ブロック８０が、フェースプレート４７の下面に直接接触する構成としても良い。この場合、ヒータ７５は、フェースプレート４７の例えばメタライズスタットや接着剤で保持される。このように冷却ブロック８０をフェースプレート４７に直接接触させることにより、より迅速な冷却が可能となる。また、溝の深さや幅によっては、ヒータ７５とフェースプレート４７との接触面積を大きくすることができ、より迅速な昇温を実現することができる。また、フェースプレート４７への熱伝達効率を高めるために、冷却ブロック８０の上面に熱伝導性の良いグリス、ゲル状物質等を塗布しても良い。また、冷却ブロック８０の上面に熱伝導性の良いシートなどを配置しても良い。また、ヒータ７５とフェースプレート４７との間の熱抵抗を下げるために、接着剤や伝熱材などの充填材をヒータ７５とフェースプレート４７との間に設けても良い。
また、第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置２２ｂでは、第１温度調節部材として冷媒流路２５０を備えた載置台２４５を例示し、第２温度調節部材としてランプヒータ２７２を例示した。しかし、これら第１、２温度調節部材は、加熱もしくは冷却が可能な任意の温度調節部材を用いることができる。特に、第２温度調節機構は、窒素ガスの温度を高くするために、Ｎ２供給路２８４の途中に設けられた加温機構であっても良い。加温された窒素ガスを、シャワーヘッド２８５から処理室２４１の上方の空間２４１ａに吐出することで、ウェハＷを加熱するようにしても良い。また、加温機構をＡｒ供給路２８３に設けても良い。また、上記の実施形態で説明したランプヒータ２７２と上記の加温機構とを組み合わせて用いて、ウェハＷを加熱するようにしても良い。
本発明は、基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する処理に適用できる。
処理システムの概略構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置の説明図であり、冷却ブロックが上昇した状態を示している。 本発明の第１の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置の説明図であり、冷却ブロックが下降した状態を示している。 リフター機構の説明図である。 台部の上面に対するフェースプレートの周縁部の取り付け構造を拡大して示す部分断面図である。 フェースプレートの周縁部の図５とは異なる取り付け構造を拡大して示す部分断面図である。 冷却ブロックを説明するための縦断面図である。 Ｓｉ層をエッチング処理する前のウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。 Ｓｉ層をエッチング処理した後のウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。 ＣＯＲ処理後のウェハの表面の状態を示した概略縦断面図である。 ＳｉＧｅ層成膜処理後のウェハの表面の状態を示した概略縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置の説明図であり、載置台にウェハが載置させられた状態（第１の処理位置）を示している。 本発明の第２の実施の形態にかかるＣＯＲ処理装置の説明図であり、ウェハが載置台から上方に持ち上げられた状態（第２の処理位置）を示している。 冷却ブロックが下面に直接接触する構成とした、フェースプレートの説明図である。
符号の説明
Ｗ ウェハ
１ 処理システム
２ 搬入出部
３ 処理部
４ 制御部
１１ ウェハ搬送機構
２１ 共通搬送室
２２ ＣＯＲ処理装置
２３ エピタキシャル成長装置
２４ ロードロック室
３１ ウェハ搬送機構
４１ 処理室
４５ 載置台
４７ フェースプレート
５０ リフター機構
７５ ヒータ（第２温度調節部材）
８０ 冷却ブロック（第１温度調節部材）
１００ ガス供給機構
１２１ 排気機構
２４１ 処理室
２４５ 載置台（第１温度調節部材）
２５０ 冷媒流路
２５５ 昇降ピン
２６０ 昇降機構
２７０ 仕切り部材
２７１ 窓部
２７２ ランプヒータ（第２温度調節部材）
２８０ ガス供給機構
３００ 第１排気機構
３０１ 第２排気機構

Claims (12)

  1. 処理室内に表面が露出するように設けられた支持部材に基板を支持し、前記支持部材に支持された基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する基板処理装置であって、
    処理室内に、ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを供給するガス供給機構と、前記支持部材に支持された基板を温度調節する第１温度調節部材および第２温度調節部材とを有し、
    前記第２温度調節部材が前記支持部材に熱的に接触し、前記第１温度調節部材が前記支持部材に対して熱的に接触および隔離可能であり、
    前記第１温度調節部材は、任意の方向に傾斜できる構成であり、
    前記第２温度調節部材は、基板を、前記第１温度調節部材よりも高温に温度調節することを特徴とする、基板処理装置。
  2. 前記処理室内が密閉可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記処理室内を排気する排気機構を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記支持部材の裏面が前記処理室の外部に露出され、前記処理室の外部において、前記第１温度調節部材が、前記支持部材の裏面に対して熱的に接触および隔離可能に構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
  5. 前記支持部材の裏面が前記第２温度調節部材で被覆された構成であり、前記第１温度調節部材が、前記第２温度調節部材に接触することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
  6. 前記第２温度調節部材が前記支持部材の内部に埋め込まれた構成であり、前記第１温度調節部材が、前記支持部材に接触することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
  7. 前記支持部材と前記第２温度調節部材の合計の熱容量が、前記第１温度調節部材の熱容量よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
  8. 処理室内に表面が露出するように設けられた、第２温度調節部材が熱的に接触する支持部材の表面に基板を支持し、前記支持部材に支持された基板表面の酸化膜を化学処理および熱処理によって除去する基板処理方法であって、
    前記処理室内にハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを供給し、任意の方向に傾斜可能な第１温度調節部材により基板を温度調節して、基板表面の酸化膜を反応生成物に変質させる工程と、
    前記第２温度調節部材により、基板を、前記第１温度調節部材よりも高温に温度調節して、前記反応生成物を気化させる工程とを有し、
    基板表面の酸化膜を反応生成物に変質させる工程では、前記第１温度調節部材を前記支持部材に熱的に接触させ、
    前記反応生成物を気化させる工程では、前記第１温度調節部材を前記支持部材から熱的に隔離させることを特徴とする、基板処理方法。
  9. 前記処理室内が排気されることを特徴とする、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記支持部材の裏面が前記処理室の外部に露出され、前記第１温度調節部材を、前記処理室の外部において、前記支持部材の裏面に対して熱的に接触および隔離させることを特徴とする、請求項８または９に記載の基板処理方法。
  11. 前記支持部材と前記第２温度調節部材の合計の熱容量が、前記第１温度調節部材の熱容量よりも小さいことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の基板処理方法。
  12. 基板処理装置の制御部によって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、
    前記プログラムは、前記制御部によって実行されることにより、前記基板処理装置に、請求項８〜１１のいずれかに記載の基板処理方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体。
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