JP6684943B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に処理を施す基板処理装置および基板処理方法に関する。

半導体デバイスの製造においては、基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）にエッチング処理や成膜処理等の各種の処理を繰り返し行って所望のデバイスを製造する。

従来、このような基板処理としては、基板を一枚ずつ処理する枚葉式の処理装置が多用されている。また、このような処理装置はスループットを向上させることが求められており、枚葉式のプラットフォームを維持したまま一度に２枚以上の基板を処理する処理装置も提案されている（例えば特許文献１、２）。

特許文献１、２に開示された基板処理装置は、チャンバー内に一つの基板載置台を設け、基板載置台の上方に対向して一つのシャワー状をなすガス分散プレートを設け、基板載置台に複数（２枚）の基板を載置し、チャンバー内を真空に保持するとともに、ガス分散プレートから処理ガスを供給し、基板に所定の処理を行うものである。

特表２０１０−５２０６４９号公報 特開２０１２−０１５２８５号公報

ところで、エッチング処理等の基板処理においては、基板の大型化にともなって処理の均一性が確保し難くなっていることに加え、処理の均一性の要求はますます高まっており、上記特許文献１、２の技術では、所望の処理均一性を得ることが困難となりつつある。すなわち、上記特許文献１、２の技術では、複数の基板の干渉等により温度の不均一やガス供給の不均一が生じ、十分な処理の均一性を得難くなっている。さらに、通常の枚葉式の処理装置においてさえ、十分な処理の均一性を確保することができない場合も生じている。

本発明は、載置台上へ基板を載せて処理ガスにより基板処理を行う際に、さらなる処理の均一性を確保する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。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、真空雰囲気下で基板に処理ガスにより処理を施す基板処理装置であって、側壁を含み、真空雰囲気に保持され、基板が収容されるチャンバーと、前記チャンバー内で前記基板を載置するように構成された基板載置台と、前記チャンバー内に処理ガスを含むガスを導入するように構成されたガス導入部材と、前記側壁により囲まれ、前記基板載置台に対応するように設けられた筒状部を含み、前記チャンバー内の上部位置と下部位置との間で昇降可能に構成された隔壁部材と、前記隔壁部材を昇降させる昇降機構とを備え、前記隔壁部材が前記下部位置にある際、前記筒状部内の空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間が互いに連通し、前記隔壁部材が前記上部位置にある際、前記筒状部は前記基板載置台を囲み、その内部に処理空間を規定し、前記筒状部内の前記処理空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに気密に区画されることを特徴とする基板処理装置を提供する。

本発明によれば、載置台上へ基板を載せて処理ガスにより基板処理を行う際に、さらなる処理の均一性を確保することができる基板処理装置および基板処理方法が提供される。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置であるＣＯＲ処理装置を備えた処理システムを示す概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るＣＯＲ処理装置を示す断面図であり、隔壁部材を上昇させた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るＣＯＲ処理装置を示す断面図であり、隔壁部材を下降させた状態を示す図である。 隔壁部材を示す斜視図である。 フランジ部を断面で示した隔壁部材の側面図である。 ＣＯＲ処理装置の駆動軸設置部分とガイド軸設置部分を示す断面図である。 ガイド軸の上部軸と下部軸との接合部分を示す断面図である。 隔壁部材を駆動させた際に条件を変化させてガス流を形成したときのウエハに付着したパーティクルの個数を評価した結果を示す図である。 隔壁部材を設けない従来の装置でＣＯＲ処理を行った場合と、隔壁部材を設け、図２の状態にしてＣＯＲ処理を行った場合の処理分布を比較した結果を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るＣＯＲ処理装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

＜ＣＯＲ処理装置を備えた処理システム＞
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置である化学的酸化物除去（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）処理を行うＣＯＲ処理装置を備えた処理システムを示す概略構成図である。この処理システム１は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行なうＰＨＴ処理装置４と、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してＣＯＲ処理を行なうＣＯＲ処理装置５とを備えている。ロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４およびＣＯＲ処理装置５は、この順に一直線上に並べて設けられている。ＰＨＴ処理装置４およびＣＯＲ処理装置５はウエハＷを２枚ずつ処理するようになっている。

搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハ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の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２に隣接して、ウエハ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なうオリエンタ１４が設置されている。

搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動され、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、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、搬入出させられるようになっている。

各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。

第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２のウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックがＰＨＴ処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりＣＯＲ処理装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４、およびＣＯＲ処理装置５間で搬送することが可能となっている。

ＰＨＴ処理装置４は、真空引き可能なチャンバー２０と、その中で被処理基板であるウエハＷを２枚、水平状態で載置する基板載置台２３を有し、基板載置台２３にはヒーターが埋設されており、このヒーターによりＣＯＲ処理が施された後のウエハＷを加熱してＣＯＲ処理により生成した後述する反応生成物を気化（昇華）させるＰＨＴ処理を行なう。ＰＨＴ処理の際には、チャンバー２０内にＮ_２ガス等の不活性ガスが導入される。チャンバー２０のロードロック室３側にはゲートバルブ２２が設けられており、チャンバー２０のＣＯＲ処理装置５側にはゲートバルブ５４が設けられている。

本実施形態に係るＣＯＲ処理装置５は、チャンバー４０内でウエハＷ表面の酸化膜に対しＨＦガスおよびＮＨ_３ガスによりＣＯＲ処理を行うものであり、その詳細な構成は後述する。

制御部６は、処理システム１の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ９１を有している。プロセスコントローラ９１には、オペレータが処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するＣＯＲ処理装置５における処理ガスの供給やチャンバー内の排気などをプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて処理システム１の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。

次に、このような処理システム１における処理動作について説明する。
まず、被処理基板である表面にシリコン酸化膜を有するウエハＷをキャリアＣ内に収納し、処理システム１に搬送する。処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。

その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをＣＯＲ処理装置５まで伸ばしてウエハＷをＣＯＲ処理装置５へ搬送する。

その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、ＣＯＲ処理装置５において後述するようにしてＣＯＲ処理を行う。

ＣＯＲ処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより処理後のウエハＷを受け取り、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０内の載置台２３上に載置する。そして、ピックをロードロック室３に退避させ、ゲートバルブ２２、５４を閉じ、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０内でウエハＷを加熱してＰＨＴ処理を行う。これにより、上記ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物が加熱されて気化し、除去される。

ＰＨＴ処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。このような一連の処理をキャリアＣ内に収容されたウエハＷの数だけ繰り返す。

＜ＣＯＲ処理装置の構成＞
次に、本発明の一実施形態に係るＣＯＲ処理装置について説明する。
図２および図３は、本発明の一実施形態に係るＣＯＲ処理装置を示す断面図であり、図２は隔壁部材を上昇させた状態を示し、図３は隔壁部材を下降させた状態を示す。

これらの図に示すように、ＣＯＲ処理装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備え、また、チャンバー４０の内部に、被処理基板であるウエハＷを１枚ずつ水平状態で載置するための２つの基板載置台４１と、これら基板載置台４１の上方にそれぞれ対向するように、処理ガスをチャンバー４０内に導入するための２つのガス導入部材４２と、２つの基板載置台４１の下部の周囲にそれぞれ設けられた２つのインナーウォール４３と、各基板載置台４１と対応するガス導入部材４２との間のウエハＷを含む領域に、それぞれ密閉された処理空間Ｓを規定する隔壁を形成するための昇降可能な隔壁部材４４と、隔壁部材４４を昇降する昇降機構４５と、ＨＦガスおよびＮＨ_３ガス等を供給するガス供給機構４６と、チャンバー４０内を排気する排気機構４７を備えている。

チャンバー４０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材５１ｃにより封止されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の内側には、上述した２つのガス導入部材４２が嵌め込まれている。チャンバー本体５１の側壁部５１ａには、ＰＨＴ処理装置４のチャンバーとの間でウエハＷを搬送するための搬入出口（図示せず）が設けられており、この搬入出口は、上述したゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

基板載置台４１は、略円柱状をなしており、ウエハＷの載置面を有する載置プレート６１と、チャンバー本体５１の底部５１ｂに固定され、載置プレートを支持するベースブロック６２とを有する。載置プレート６１の内部にはウエハＷを温調する温度調節機６３が設けられている。温度調節器６３は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、ウエハＷの温度制御がなされる。また、基板載置台４１には、ウエハＷを搬送する際に用いる複数の昇降ピン（図示せず）がウエハの載置面に対して突没可能に設けられている。

インナーウォール４３は、円筒状をなし、基板載置台４１のベースブロック６２の周囲に間隔をあけて設けられており、ベースブロック６２との間は円環状をなす排気空間６８となっている。インナーウォール４３の上部にはフランジ６７が形成されている。インナーウォール４３にはスリット（図示せず）が形成されており、処理空間Ｓから円環状の排気空間６８に至った排ガスがインナーウォール４３のスリットを介してインナーウォール４３の外側空間に均一に排出され、後述する排気機構４７により排気されるようになっている。

ガス供給機構４６は、ＨＦガス、ＮＨ_３ガス、およびＡｒガスやＮ_２ガス等の希釈ガスをガス導入部材４２に供給するものであり、各ガスの供給源、供給配管、バルブ、およびマスフローコントローラ等の流量制御器を有している。

ガス導入部材４２は、ガス供給機構４６から供給されたガスをチャンバー４０内に導入するためのものであり、内部にガス拡散空間６４を有し、全体形状が円筒状をなしている。ガス導入部材４２の上面にはチャンバー４０の上壁からつながるガス導入孔６５が形成され、底面にガス拡散空間６４につながる多数のガス吐出孔６６を有している。そして、ガス供給機構４６から供給されたＨＦガス、ＮＨ_３ガス等のガスが、ガス導入孔６５を経てガス拡散空間６４に至り、ガス拡散空間６４で拡散され、ガス吐出孔６６から均一にシャワー状に吐出される。すなわち、ガス導入部材４２は、ガスを分散して吐出するガス分散ヘッド（シャワーヘッド）として機能する。なお、ガス導入部材４２は、ＨＦガスとＮＨ_３ガスとを別個の流路で吐出するポストミックスタイプであってもよい。

隔壁部材４４は、２つの基板載置台４１に対応する２つの処理空間を規定する隔壁を一括して形成するものであり、図４の斜視図にも示すように、各処理空間を形成するための２つの円筒部（筒状部）７１と、円筒部７１の上部に鍔状に設けられたフランジ部７２とを有している。また、円筒部７１の底部には内フランジ部７３が形成されている（図２参照）。

隔壁部材４４には、フランジ部７２の上面に各処理空間Ｓに対応して二つのシール部材７４が設けられている。また、図３に示すように、インナーウォール４３のフランジ６７の下面にはそれぞれシール部材７５が設けられている。そして、図２に示すように、隔壁部材４４を上昇させた状態で、シール部材７４がガス導入部材４２の上面に当接して、隔壁部材４４とガス導入部材４２との間が密着され、シール部材７５が隔壁部材４４の内フランジ部７３の上面に当接して、隔壁部材４４とインナーウォール４３との間が密着されて、略密閉された空間である処理空間Ｓが形成される。

シール部材７４，７５としては、本体部と、本体部から斜めに突出するリップ部とを有するリップシールを好適に用いることができる。リップシールはリップ部がシール部を構成するため、シール部材７４，７５をリップシールとすることにより、隔壁部材４４とガス導入部材４２、および隔壁部材４４とインナーウォール４３が直接接触することなくクリアランスを保った状態でシールすることができる。このため、隔壁部材４４とガス導入部材４２、および隔壁部材４４とインナーウォール４３が接触することによるパーティクルの発生を防止することができる。また、リップシールはクリアランスをリップ部で調整するのでクリアランス調整の自由度が高い。隔壁部材４４とガス導入部材４２、および隔壁部材４４とインナーウォール４３の接触を防止しつつ所望のシール性を得るためには、これらの間のクリアランスが１．６〜３．６ｍｍの範囲になるようにシールすることが好ましい。

また、後述するように、隔壁部材４４の上昇には真空状態のチャンバー４０内部と大気空間であるチャンバー４０外部との差圧を利用しており、駆動力が小さいため、シール部材７４，７５としては極力反力が小さい状態で均一にシールできるものが要求される。これに対して、リップシールは、シール状態において、反力がほぼ０に近く一定であるため、このように駆動力が小さくても十分シールが可能である。

ただし、リップシールは、真空と真空または大気と大気等の差圧の小さい環境下でのシールに適しているものであり、シール部材７４，７５としてリップシールを用いた場合には、隔壁部材４４の内側と外側の差圧が小さい状態である必要があり、これらの差圧が３００Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。

リップシールは、リップ部が圧力の高い方に向いている必要があるため、シール部材７４にリップシールを適用する場合には、圧力がより高い処理空間Ｓ側、すなわち内側にリップ部が向いているリップシールを用いる。また、シール部材７５にリップシールを適用する場合には、圧力がより高い処理空間Ｓ側、すなわち外側にリップ部が向いているリップシールを用いる。

なお、シール部材７５は、インナーウォール４３のフランジ６７の下面に設けられているが、隔壁部材４４の内フランジ部７３の上面に設けてもよい。

図５に示すように、隔壁部材４４のフランジ部７２は、周回する溝部７６を有する本体部７２ａを有し、溝部７６の内部には、溝部７６に沿って周回するようにヒーター７７が設けられている。本体部７２ａの上部には蓋部７２ｂが溶接されており、溝部７６が密閉された空間となっている。ヒーター７７は、チャンバー４０外部のヒーター電源（図示せず）につながっており、ヒーター７７に給電することによりヒーター７７が発熱し、その熱が隔壁部材４４の上部から下部へ速やかに拡散し、処理空間Ｓ内を例えば３０〜１５０℃に加熱することができ、処理空間Ｓ内を均熱性の高い状態に保持することが可能となっている。溝部７６は、後述するように、昇降機構４５のガイド軸を介して大気と繋がっており、大気空間となっている。このため、過昇温等が起こり難く、ヒーター７７の制御性が良好である。

隔壁部材４４を昇降する昇降機構４５は、チャンバー４０の外部に配置され、隔壁部材４４を昇降動可能なアクチュエータ８１と、アクチュエータ８１から延びてチャンバー４０内に侵入し、先端が隔壁部材４４のフランジ部７２に取り付けられた駆動軸８２と、先端が隔壁部材４４に取り付けられ、他端がチャンバー４０外に延びる中空の複数のガイド軸８３とを有する。ガイド軸８３は２本あれば駆動軸８２とともに３軸支持となり安定した支持が可能であり、隔壁部材４４を安定して昇降させることができる。ガイド軸８３を２本より多くし、例えば４本にすると隔壁部材４４をより均一に上昇させることができるようになるが、本数が増えるとコスト性やメンテナンス性が低下する。したがって、そのような点を考慮してガイド軸８３の本数を決定すればよい。

図６に示すように、駆動軸８２は、上部軸８２ａと下部軸８２ｂとにより構成され、上部軸８２ａの下端には、伸縮可能なベローズ８４の一端が取り付けられている。下部軸８２ｂはチャンバー４０外で上部軸８２ａに連続するように上部軸８２ａに取り付けられ、ボールスプラインのスプライン軸として構成される。ベローズ８４は、駆動軸８２の上部軸８２ａの周囲に設けられ、他端はチャンバー４０の底部に取り付けられている。これにより、駆動軸８２が昇降した際に、それに対応してベローズ８４が伸縮し、チャンバー４０内の真空状態が保持されるようになっている。チャンバー４０の底部には、ベローズ８４の外側を覆うように、駆動軸８２を収容するケース８５が取り付けられている。ケース８５の下部軸８２ｂに対応する部分の内側にはボールスプラインのスリーブ８６が取り付けられている。

また、図６に示すように、ガイド軸８３は、上部軸８３ａと下部軸８３ｂとにより構成され、上部軸８３ａの下端には、伸縮可能なベローズ８７の一端が取り付けられている。下部軸８３ｂはチャンバー４０外で上部軸８３ａに連続するように上部軸８３ａに取り付けられ、ガイドブッシュ８９にガイドされるようになっている。ベローズ８７は、ガイド軸８３の上部軸８３ａの周囲に設けられ、他端はチャンバー４０の底部に取り付けられている。これにより、ガイド軸８３が昇降した際に、それに対応してベローズ８７が伸縮し、チャンバー４０内の真空状態が保持されるようになっている。チャンバー４０の底部には、ベローズ８７の外側を覆うように、ガイド軸８３を収容するケース８８が取り付けられている。ケース８８の下部軸８３ｂに対応する部分の内側にガイドブッシュ８９が取り付けられている。

ガイド軸８３は下端がチャンバー４０の外部の大気圧空間に設けられていることから、チャンバー４０の内部が真空に保持された状態では、これらの差圧により、ガイド軸８３にはその断面積に比例したに押上げ力が作用する。ガイド軸８３には、ベローズ８７のばね反力およびガイド軸８３の自重等の下向きに作用する力が存在するが、ガイド軸８３の内径等を適宜設定することにより、押上げ力のほうを大きくすることができる。これにより適切な圧力で隔壁部材４４を押し上げることができる。このため、隔壁部材４４を複数のガイド軸８３によりガイドして安定して駆動させることができるとともに、隔壁部材４４を均等に上昇させて確実なシール性を確保することができる。

隔壁部材４４を下降させる際には、このような差圧による隔壁部材４４を押し上げる力に抗してアクチュエータ８１により駆動軸８２を介して隔壁部材４４を下降させればよい。アクチュエータ８１は隔壁部材４４の下降の際のみに用いればよいので、アクチュエータ８１および駆動軸８２の負担が軽減される。隔壁部材４４を下降させて、図３に示すように、隔壁部材４４が基板載置台４１の載置面の下方に位置させることにより、ウエハＷの搬送が可能となる。

なお、図６は、ＣＯＲ処理装置５の断面を示すが、左側は駆動軸８２の存在領域の断面を示し、右側はガイド軸の存在領域の断面を示すものであり、二点鎖線を挟んで左右異なる部分の断面をとっている。

図７はガイド軸８３の上部軸８３ａと下部軸８３ｂとの接合部分を示す断面図であるが、上部軸８３ａの下端はベローズ８７を支持するフランジ９１となっており、下部軸８３ｂの上端はフランジ９１に対応するフランジ９２となっている。フランジ９２の上面にはＰＴＦＥ等の滑りの良い樹脂材料で形成された滑り部材９３が設けられ、フランジ９１と滑り部材９３との間で滑りが生じるようになっている。そして、滑り部材９３とフランジ９１との滑りを許容した状態で、フランジ９１とフランジ９２とがネジ９０により結合されている。ガイド軸８３の上部軸８３ａは、ヒーター７７による加熱等により温度が高くなることがあり、それによって比較的大きく熱膨張するが、下部軸８３ｂは加熱の影響が小さい。そのため、その熱膨張差によりガイド軸８３が変形して昇降に支障をきたすおそれがある。これに対して、滑り部材９３を設けることにより、上部軸８３ａが滑り部材９３上を滑ることにより、熱膨張差を吸収することができる。

排気機構４７は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口（図示せず）に繋がる排気配管１０１を有しており、さらに、排気配管１０１に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１０２およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ１０３を有している。

チャンバー４０内の２つの処理空間Ｓの圧力をそれぞれ計測するため、チャンバーの底面から各処理空間Ｓに対応する排気空間６８へ挿入されるように、圧力計として高圧力用のキャパシタンスマノメータ１０５ａおよび低圧力用のキャパシタンスマノメータ１０５ｂがそれぞれ設けられている。キャパシタンスマノメータ１０５ａまたは１０５ｂにより検出された圧力に基づいて自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１０２の開度が制御される。

＜ＣＯＲ処理装置による処理動作＞
次に、このように構成されたＣＯＲ処理装置による処理動作について説明する。

最初に、アクチュエータ８１により駆動軸８２を介して隔壁部材４４を下降させた図３の状態で、ゲートバルブ５４を開けて、図示しない搬入出口からチャンバー４０内に２枚のウエハＷを搬入し、各基板載置台４１上に載置する。

次いで、アクチュエータ８１の動作を停止し、真空状態のチャンバー４０の内部と大気圧空間であるチャンバー４０の外部との差圧による押し上げ力によりガイド軸８３を上昇させ、隔壁部材４４を押し上げて図２の状態とする。すなわち、シール部材７４をガス導入部材４２の上面に当接させて、隔壁部材４４とガス導入部材４２との間を密着し、シール部材７５を隔壁部材４４の内フランジ部７３の上面に当接させて、隔壁部材４４とインナーウォール４３との間を密着させることにより、略密閉された空間である処理空間Ｓを形成する。

次いで、ガス供給機構４６から、ＨＦガス、ＮＨ_３ガスおよびＮ_２ガスやＡｒガス等の不活性ガスをガス導入部材４２の多数のガス吐出孔６６からシャワー状に分散して吐出し、ウエハＷ表面のＳｉＯ_２膜に対してＣＯＲ処理を施す。ＣＯＲ処理は、ＨＦガスおよびＮＨ_３ガスとウエハＷ表面に形成されたＳｉＯ_２膜とを反応させて、熱により分解除去可能なフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）を生成させる。

ＣＯＲ処理が終了後、昇降機構４５のアクチュエータ８１により隔壁部材４４を下降させて図３の状態とし、ゲートバルブ５４を開けて、図示しない搬入出口から処理済の２枚のウエハＷを搬出する。

以上の処理動作において、隔壁部材４４は昇降駆動されるため、その駆動により隔壁部材４４に付着している付着物が脱離してパーティクルが発生することがある。また、隔壁部材４４が上昇してガス導入部材４２に接触した際には、その接触部からパーティクルが発生することがある。このようなパーティクルがウエハＷに付着するとウエハＷに欠陥が生じる。

そこで、隔壁部材４４を昇降する際に、パーティクルが排気側に導かれるガスの流れを形成して、ウエハＷへのパーティクルの付着を抑制するようにガス導入部材４２からガスを導入する。このときのガスはウエハＷの処理に寄与せずかつ悪影響を及ぼさないガスであればよく、不活性ガスであることが好ましい。本例では、Ｎ_２ガスおよびＡｒガスのいずれかまたは両方を用いることができる。このときのガスの流量および圧力は、ウエハＷにパーティクルが付着しないような流れが形成されるように制御される。ガス流量が少なすぎると有効な流れが形成されず、ガス流量が多すぎるとパーティクルが舞い上がってかえってパーティクルがウエハＷに付着しやすくなる。また、圧力が低すぎるとガスが分子流となり排気側に向かうガス流が形成しにくい。このような観点から、ガス流量は５００〜１０００ｓｃｃｍ（ｍＬ／ｍｉｎ）、チャンバー内の圧力は１０００ｍＴｏｒｒ（１３３．３Ｐａ）以上が好ましい。適切なガス流を形成する観点からは圧力の上限は存在しないが、処理の都合上、３０００ｍＴｏｒｒ（４００Ｐａ）以下であることが好ましい。

実際に、隔壁部材４４を昇降させる際に、条件を変化させてガス流を形成したときのウエハに付着したパーティクルの個数を評価した。その結果を図８に示す。ここでは、ガスとしてＮ_２ガスを用い、隔壁部材４４駆動時にガスを流さない場合を基準として、ガスの流量を７５０ｓｃｃｍ、２０００ｓｃｃｍの２水準、圧力を７５０ｍＴｏｒｒ、２０００ｍＴｏｒｒの２水準で変化させた場合の付着パーティクルの個数を３回ずつカウントした。その結果、流量が７５０ｓｃｃｍで圧力が２０００ｍＴｏｒｒでガスを流さない場合に比較してパーティクルが半分程度まで低減された。これに対して他の条件では効果が見られなかった。この結果から、ガス流量および圧力を適切に調整することにより、パーティクルがウエハＷに付着しないようなガス流が形成できることが確認された。

このようにガス流を形成しながら隔壁部材４４を上昇させる場合は、隔壁部材４４がガス導入部材４２に接触して処理空間Ｓが形成された後、処理空間Ｓ内の圧力を調整し、ＣＯＲ処理を施す。また、ガス流を形成しながら隔壁部材４４を下降させる場合には、隔壁部材４４の下降が終了した後、ガスを停止し、ウエハＷを搬出する。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、隔壁部材４４を上昇させることにより、ウエハＷ１枚ずつの処理空間Ｓが形成されるので、他のウエハの干渉等がない条件で、均一にＣＯＲ処理を行うことができる。また、各処理空間Ｓに対し、ウエハＷに対向してガス導入部材４２からシャワー状に処理ガスを供給するので、ガス分布を均一にすることができ、処理分布をより均一にすることができる。しかも、処理済のガスを基板載置台４１とインナーウォール４３との間の円環状の排気空間６８からインナーウォール４３のスリットを介して排出するので、均一に排気することができ、処理空間Ｓにおけるガスの分布を一層均一にすることができる。また、隔壁部材４４で囲まれた狭い空間内で処理するので、ガス使用量が減少して省エネルギー効果が得られるとともに、圧力調整時間の短縮によるスループット向上効果を得ることができる。

また、このとき、隔壁部材４４の上部のフランジ部７２に設けられたヒーター７７により、隔壁部材４４のフランジ部７２を例えば３０〜１５０℃に加熱する。これにより、熱伝導性が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金製の隔壁部材４４の上部から下部へ速やかに拡散し、処理空間Ｓ内を極めて均熱性の高い状態に温度制御することができ、処理の均一性をさらに一層高めることができる。また、ヒーター７７を設けた溝部７６は、昇降機構４５のガイド軸８３を介して大気と繋がっており、大気空間となっている。このため、過昇温等が起こり難く、ヒーター７７の制御性が良好である。

実際に、隔壁部材４４を設けない従来の装置でＣＯＲ処理を行った場合と、隔壁部材４４を設け、図２の状態にしてＣＯＲ処理を行った場合の処理分布を比較した。その結果を図９に示す。従来の装置の場合には、図９（ａ）に示すように、いずれのウエハも他のウエハと干渉により処理が不均一であったが、隔壁部材４４を設けた本実施形態の場合には、図９（ｂ）に示すように、処理分布が同心円状をなし、処理の均一性が向上したことが確認された。

また、上述のように、ガイド軸８３の上部軸８３ａは、ヒーター７７による隔壁部材４４の加熱等により温度が高くなることがあり、それによって比較的大きく熱膨張するが、下部軸８３ｂは加熱の影響が小さいため、その熱膨張差によりガイド軸が変形して昇降に支障をきたすおそれがある。これに対して、本実施形態では、ガイド軸８３の上部軸８３ａの下端のフランジ９１と、下部軸８３ｂの上端のフランジ９２の間にＰＴＦＥ等の滑りの良い樹脂材料で形成された滑り部材９３を設け、フランジ９１と滑り部材９３との間で滑りが生じるようにし、滑り部材９３とフランジ９１との滑りを許容した状態で、フランジ９１とフランジ９２とをネジ９０により結合したので、上部軸８３ａが滑り部材９３上を滑ることにより、熱膨張差を吸収することができる。

さらに、真空状態のチャンバー４０の内部と大気圧空間であるチャンバー４０の外部との差圧により押し上げ力が作用するガイド軸８３を複数設け、これら複数のガイド軸８３を介して隔壁部材４４を上昇させるので、複数のガイド軸８３により安定した駆動を行うことができるとともに、隔壁部材４４を均等に上昇させて、シール面の平面安定化を実現することができ、確実なシール性を確保することができる。また、アクチュエータ８１は、隔壁部材４４を下降させるときのみ用いればよいので、アクチュエータ８１や駆動軸８２の負担を軽減することができる。

さらに、隔壁部材４４を上昇させて処理空間Ｓを形成する際に、ガス導入部材４２との間のシール部材７４と、インナーウォール４３との間のシール部材７５とにより、上下でシールするので、密閉性の良好な処理空間を形成することができる。

さらに、一つの隔壁部材４４により、２つの処理空間を一括して形成することが可能であるので、昇降機構の複雑化を回避することができる。

さらにまた、隔壁部材４４を駆動させているときに、パーティクルが排気側に導かれるガスの流れが形成されるようにすることにより、隔壁部材４４の駆動時に発生するパーティクルがウエハＷに付着することを有効に抑制することができる。

＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＣＯＲ処理装置に本発明を適用した例を示したが、これに限らず、ガスによる処理であれば、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ法）による成膜処理等の他の処理にも適用することができる。また、プラズマを利用した処理であってもよい。

また、上記実施形態では、基板載置台に対向して設けられたガス導入部材からシャワー状にガスを吐出した場合について示したが、これに限らず、ノズルからガスを吐出する等、他のガス吐出態様であってもよい。

さらに、上記実施形態では、基板載置台とインナーウォールとの間の排気空間からインナーウォールのスリットを介してガスを排出する例を示したが、これに限らず、ガス導入部材側等、他の部分から排気するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、被処理体を２枚ずつ処理する例について示したが、これに限らず、１枚ずつ処理する枚葉式のものであっても、３枚以上ずつ処理するものであってもよい。

枚葉式のＣＯＲ処理装置の例を図１０に示す。このＣＯＲ処理装置５′は、チャンバー４０′を有し、その中に図２、３のＣＯＲ処理装置５と同じ構造の基板載置台４１、ガス導入部材４２、およびインナーウォール４３が一つずつ配置されている。また、基板載置台４１とガス導入部材４２との間に一つの略密閉状態の処理空間Ｓを形成するための隔壁部材４４′が、図２、３のＣＯＲ処理装置５とほぼ同じ構造の昇降機構４５′により昇降可能に設けられている。また、ＣＯＲ処理装置５と同じガス供給機構４６と排気機構４７を有している。

このような枚葉式の処理装置であっても、隔壁部材が存在しない場合には、ガスの流れや温度の均一性が保てない場合があり、必ずしも均一な処理を行えないが、このように隔壁部材４４′を設けることにより、処理の均一性を高めることができる。また、隔壁部材４４′で囲まれた狭い空間内で処理するので、ガス使用量が減少して省エネルギー効果が得られるとともに、圧力調整時間の短縮によるスループット向上効果を得ることもできる。

さらにまた、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを例にとって説明したが、本発明の原理からして被処理基板は半導体ウエハに限るものではないことは明らかであり、他の種々の基板の処理に適用できることは言うまでもない。

１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
４；ＰＨＴ処理装置
５；ＣＯＲ処理装置
６；制御部
４０；チャンバー
４１；基板載置台
４２；ガス導入部材
４３；インナーウォール
４４、４４′；隔壁部材
４５、４５′；昇降機構
４６；ガス供給機構
４７；排気機構
６８；排気空間
７７；ヒーター
７４，７５；シール部材
８１；アクチュエータ
８２；駆動軸
８３；ガイド軸
９３；滑り部材
Ｓ；処理空間
Ｗ；半導体ウエハ（被処理基板）

Claims (24)

1. 真空雰囲気下で基板に処理ガスにより処理を施す基板処理装置であって、
   側壁を含み、真空雰囲気に保持され、基板が収容されるチャンバーと、
   前記チャンバー内で前記基板を載置するように構成された基板載置台と、
   前記チャンバー内に処理ガスを含むガスを導入するように構成されたガス導入部材と、
   前記側壁により囲まれ、前記基板載置台に対応するように設けられた筒状部を含み、前記チャンバー内の上部位置と下部位置との間で昇降可能に構成された隔壁部材と、
   前記隔壁部材を昇降させる昇降機構と
   を備え、
   前記隔壁部材が前記下部位置にある際、前記筒状部内の空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間が互いに連通し、
   前記隔壁部材が前記上部位置にある際、前記筒状部は前記基板載置台を囲み、その内部に処理空間を規定し、前記筒状部内の前記処理空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに気密に区画されることを特徴とする基板処理装置。
2. 前記隔壁部材は、前記筒状部の上部に鍔状に設けられたフランジ部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記隔壁部材は、前記フランジ部内に設けられたヒーターをさらに有し、前記ヒーターの熱により前記処理空間の均熱性を高めることを特徴とする請求項２の基板処理装置。
4. 前記ヒータは、前記フランジ部内の大気圧に保持された空間に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 真空雰囲気下で複数の基板に処理ガスにより処理を施す基板処理装置であって、
   側壁を含み、真空雰囲気に保持され、複数の基板が収容されるチャンバーと、
   前記チャンバー内で前記基板をそれぞれ載置するように構成された複数の基板載置台と、
   前記チャンバー内に処理ガスを含むガスを導入するように構成された少なくとも一つのガス導入部材と、
   前記側壁により囲まれ、前記複数の基板載置台のそれぞれに対応するように設けられた複数の筒状部を含み、前記チャンバー内の上部位置と下部位置との間で昇降可能に構成された隔壁部材と、
   前記隔壁部材を昇降させる昇降機構と
   を備え、
   前記隔壁部材が前記下部位置にある際、前記複数の筒状部内の空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間が互いに連通し、
   前記隔壁部材が前記上部位置にある際、前記複数の筒状部は、それぞれ対応する前記基板載置台を囲み、前記複数の筒状部のそれぞれは、内部に処理空間を規定し、前記筒状部内の前記処理空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに気密に区画されることを特徴とする基板処理装置。
6. 前記複数の筒状部は、一体で形成されることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記少なくとも一つのガス導入部材は、前記処理空間に対応するように設けられた複数のガス導入部材を含み、前記各ガス導入部材から対応する前記処理空間に処理ガスが導入されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の基板処理装置。
8. 前記隔壁部材は、前記筒状部の上部に鍔状に設けられたフランジ部をさらに有することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
9. 前記隔壁部材は、前記フランジ部内に設けられたヒーターをさらに有し、前記ヒーターの熱により前記処理空間の均熱性を高めることを特徴とする請求項８の基板処理装置。
10. 前記ヒーターは、前記フランジ部内の大気圧に保持された空間に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記少なくとも一つのガス導入部材は、前記基板載置台に対向して設けられ、前記処理空間を形成する際に前記隔壁部材と前記ガス導入部材との間のギャップをシールする第１のシール部材をさらに備えることを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の基板処理装置。
12. 前記第１のシール部材は、本体部と、本体部から斜めに突出し、シール部を構成するリップ部とを有するリップシールであり、前記隔壁部材と前記ガス導入部材との間のクリアランスが１．６〜３．６ｍｍの範囲になるように前記ギャップをシールすることを特徴とする請求項１１に記載の基板処理装置。
13. 前記基板載置台の周囲に間隔をあけて設けられたスリットを有するインナーウォールと、前記処理空間を形成する際に前記隔壁部材と前記インナーウォールとの間のギャップをシールする第２のシール部材とをさらに備え、前記処理空間からの排気は、前記基板載置台とインナーウォールの間の空間から前記スリットを介して行われることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の基板処理装置。
14. 前記第２のシール部材は、本体部と、本体部から斜めに突出し、シール部を構成するリップ部とを有するリップシールであり、前記隔壁部材と前記インナーウォールとの間のクリアランスが１．６〜３．６ｍｍの範囲になるようにシールすることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 前記隔壁部材の内側と外側の差圧が３００Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１２または請求項１４に記載の基板処理装置。
16. 前記昇降機構は、前記隔壁部材を昇降動可能なアクチュエータと、アクチュエータから延び、先端が前記隔壁部材に取り付けられた駆動軸と、先端が前記隔壁部材に取り付けられ、前記チャンバーの外部に延びる複数のガイド軸とを有し、前記ガイド軸は、真空状態に保持された前記チャンバーの内部と大気圧空間である前記チャンバーの外部との差圧による押し上げ力により上昇して前記隔壁部材を上昇させることを特徴とする請求項５から請求項１５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
17. 前記ガイド軸は、前記隔壁部材に接続された上部軸と、前記上部軸に接続された下部軸とを有し、前記上部軸と前記下部軸とは、これらとの間で滑りを生じる滑り部材を介して、滑りを許容した状態で結合され、熱膨張差を吸収可能に構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の基板処理装置。
18. 前記ガス導入部材は、前記基板載置台に対向して設けられ、下面に多数のガス吐出孔を有し、前記処理空間にシャワー状に処理ガスを吐出することを特徴とする請求項５から請求項１７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
19. 前記隔壁部材を昇降させる際に、前記チャンバー内にパーティクルが排気側に導かれるガスの流れを形成して、前記基板へのパーティクルの付着を抑制するように前記ガス導入部材からのガスの導入を制御するように構成された制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５から請求項１８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
20. 前記制御部は、前記隔壁部材を昇降させる際に、前記ガスのガス流量が５００〜１０００ｓｃｃｍ、前記チャンバー内の圧力が１０００ｍＴｏｒｒ以上となるように前記ガス導入部材からのガスの導入を制御することを特徴とする請求項１９に記載の基板処理装置。
21. 側壁を含み、真空雰囲気に保持されたチャンバー内で基板を基板載置台に載置し、前記側壁により囲まれ、前記基板載置台に対応するように設けられた筒状部を含み、前記チャンバー内の上部位置と下部位置との間で昇降可能に構成された隔壁部材を設け、ガス導入部材から処理ガスを処理空間に導入して前記基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    前記基板載置台へ基板を搬送可能なように前記隔壁部材を前記下部位置に下降させる工程と、
    前記基板を前記チャンバー内に搬入し、前記基板載置台に載置する工程と、
    前記チャンバー内に前記処理空間を形成するように、前記隔壁部材を前記上部位置に上昇させる工程と、
    前記基板に所定の処理を施すために、前記処理空間内に前記処理ガスを導入する工程と、
    前記基板を前記チャンバーから搬出可能なように前記隔壁部材を前記下部位置に下降させる工程と、
    前記隔壁部材が前記下部位置に下降された状態で、前記基板を前記チャンバーから搬出する工程と
    を含み、
    前記隔壁部材が前記下部位置にある際、前記筒状部内の空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに連通され、
    前記隔壁部材が前記上部位置にある際、前記筒状部は前記基板載置台を囲み、前記筒状部は内部に処理空間を規定し、前記筒状部内の前記処理空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに気密に区画されることを特徴とする基板処理方法。
22. 側壁を含み、真空雰囲気に保持されたチャンバー内で複数の基板を複数の基板載置台に載置し、前記側壁により囲まれ、前記複数の基板載置台のそれぞれに対応するように設けられた複数の筒状部を含み、前記チャンバー内の上部位置と下部位置との間で昇降可能に構成された隔壁部材を設け、ガス導入部材から処理ガスを処理空間に導入して前記基板に所定の処理を施す基板処理方法であって、
    前記基板載置台へ基板を搬送可能なように前記隔壁部材を前記下部位置に下降させる工程と、
    前記基板を前記チャンバー内に搬入し、前記基板載置台に載置する工程と、
    前記チャンバー内に前記処理空間を形成するように、前記隔壁部材を前記上部位置に上昇させる工程と、
    前記基板に所定の処理を施すために、前記処理空間内に前記処理ガスを導入する工程と、
    前記基板を前記チャンバーから搬出可能なように前記隔壁部材を前記下部位置に下降させる工程と、
    前記隔壁部材が前記下部位置に下降された状態で、前記基板を前記チャンバーから搬出する工程と
    を含み、
    前記隔壁部材が前記下部位置にある際、前記複数の筒状部内の空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに連通され、
    前記隔壁部材が前記上部位置にある際、前記複数の筒状部は、それぞれ対応する前記基板載置台を囲み、前記複数の筒状部のそれぞれは、内部に処理空間を規定し、前記筒状部内の前記処理空間と、前記チャンバーの前記側壁と前記隔壁部材との間の空間は、互いに気密に区画されることを特徴とする基板処理方法。
23. 前記隔壁部材を昇降させる際に、前記チャンバー内にパーティクルが排気側に導かれるガスの流れを形成して、前記基板へのパーティクルの付着を抑制するように前記チャンバー内にガスを導入することを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の基板処理方法。
24. 前記隔壁部材を昇降させる際に、前記ガスのガス流量が５００〜１０００ｓｃｃｍ、前記チャンバー内の圧力が１０００ｍＴｏｒｒ以上となるようにガスを導入することを特徴とする請求項２３に記載の基板処理方法。