JP4911980B2 - 減圧処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、減圧処理装置に関し、詳細には、各種半導体装置などの製造過程で使用される減圧処理装置に関する。

各種半導体デバイスの製造プロセスにおいては、真空ポンプを用いて処理室内を真空などの減圧状態にした上で、処理ガスを用いて半導体ウエハなどの被処理体に対して成膜、エッチングなどの処理が行なわれる。このような減圧処理を行なう場合、処理ガス中の成分間の反応や、処理ガス中の成分と被処理体表面の成分との反応による反応生成物を含む排気ガスが処理室から排気される。しかし、これらの反応生成物の中には、排気ガスとともに排気路を通じて排出される過程で析出し、例えば真空ポンプの内部などに付着するものがある。反応生成物が固化して部品に付着すると、真空ポンプの故障や排気管の目詰まりを引き起こす原因になるため、排気系統について定期的に洗浄等のメンテナンスを行なう必要があった。このようなメンテナンスの間は、装置が停止状態となり、稼働効率の低下を招く要因となっていた。

このため、真空ポンプより上流位置の排気路上にトラップ装置を設け、析出しやすい反応生成物をこの位置で捕集しておくことが提案されている（例えば、特許文献１）。トラップ装置を設けることにより、通常は真空ポンプの内部における析出物の発生を大幅に抑制できるため、メンテナンスの回数が減少し、装置のダウンタイムを削減できるので、稼働効率を改善できる。

ところで、半導体デバイスの製造過程で、ドライエッチングやウエットエッチングに代わる微細化エッチングが可能な方法として、化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）と呼ばれる手法が注目されている。この手法の一例として、例えば被処理体の表面に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜をエッチングするために、減圧状態で被処理体を温度調節しながら、チャンバー内にフッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスの混合ガスを供給し、二酸化シリコンと反応させてフルオロケイ酸アンモニウム［（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６］を生成させ、次工程でこのフルオロケイ酸アンモニウムを加熱して気化させることより、二酸化シリコン膜を表面側から消費させてエッチングするＣＯＲプロセスが知られている（例えば、特許文献２〜４参照）。

上記ＣＯＲプロセスでは、反応副生成物として、ＨＦとＮＨ_３とからフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）が生成し、排気系統を介してＣＯＲチャンバー内から排出されていく。ところが、このフッ化アンモニウムは、常温常圧では容易に析出する性質を持つ一方で、１．３３〜６．６５Ｐａ程度の減圧条件では−６０℃付近まで冷却しなければ析出しないため、減圧下で反応生成物のトラップを行なう従来の排気系の構成で捕集することは事実上不可能であった。その結果、排気ガス中のフッ化アンモニウムの大部分はトラップ装置を通過して真空ポンプに到達することになる。そして、大気圧となる真空ポンプのローターよりも下流側の逆止弁付近に大量の析出物を形成し、真空ポンプの不良や故障を引き起こすという問題があった。
特開平９−２７４５８号公報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号明細書特開２００５−３９１８５号公報

従って本発明は、減圧下で捕集が困難な反応生成物を確実に捕集することが可能な排気機構を備えた減圧処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、処理ガスを導入することにより減圧雰囲気で被処理体の処理を行なう処理室と、
前記処理室に接続する排気ガスの排気路に配設された真空ポンプと、
前記真空ポンプよりも排気方向下流側の排気路に設けられ、前記処理室内から排出される反応生成物を析出させて捕集するトラップ部と、
前記処理室から前記真空ポンプに至るまでの第１の排気路および前記真空ポンプから前記トラップ部に至るまでの第２の排気路に設けられ、前記排気ガスを、前記第１の排気路の加熱温度よりも前記第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段と、
を具備する、減圧処理装置を提供する。

この第１の観点の減圧処理装置によれば、処理室から接続された排気路に真空ポンプを設け、さらに真空ポンプに対して排気方向の下流側にトラップ部を設け、処理室から真空ポンプに至るまでの第１の排気路および真空ポンプからトラップ部に至るまでの第２の排気路に、排気ガスを、第１の排気路の加熱温度よりも第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段を設けたので、トラップ部よりも上流側の排気路や真空ポンプ内で反応生成物が析出することを抑制しつつ、減圧状態では析出しにくい反応生成物を大気圧状態のトラップ部において確実に捕集し、排気ガス中から除去することができる。

第１の観点において、前記トラップ部は、非減圧状態で前記反応生成物を析出させるものであることが好ましい。また、前記トラップ部は、前記排気ガスの流路を形成するケーシングと、該ケーシング内部の排気通路に設けられた、多数の開口を有する邪魔板と、を有するトラップ装置を備えることが好ましい。また、前記トラップ部は、着脱可能に設けられた排気管を備えることが好ましい。さらに、前記トラップ部よりも排気方向下流側に設けられた除害装置をさらに具備するものであることが好ましい。

また、前記反応生成物は、大気圧かつ常温の条件で固体状に析出するものであってもよい。また、前記処理ガス中には、ＨＦとＮＨ_３が含まれ、前記反応生成物がＮＨ_４Ｆであってもよい。さらに、前記処理室内において、前記処理ガス中のＨＦおよびＮＨ_３と、被処理体のＳｉＯ_２とからＳｉＦ_４を生成し、このＳｉＦ_４とＨＦおよびＮＨ_３とから、さらに（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を生成する主反応と、前記ＨＦとＮＨ_３とからＮＨ_４Ｆを生成する副反応とを生じさせるもの、例えば化学的酸化物除去（Chemical Oxide Removal）処理装置であってもよい。

さらに、前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜１００℃、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜２００℃となるように加熱することが好ましい。また、前記加熱手段は、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜１５０℃となるように加熱することがより好ましい。また、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜８０℃となるように加熱することがさらに好ましい。

本発明の第２の観点は、処理ガスを導入することにより減圧雰囲気で被処理体の処理を行なう処理室と、
前記処理室に接続する排気ガスの排気路に配設された真空ポンプと、
前記真空ポンプよりも排気方向下流側に設けられ、前記処理室内から排出される反応生成物を燃焼させて除害する除害装置と、
前記処理室から前記真空ポンプに至るまでの第１の排気路および前記真空ポンプから前記除害装置に至るまでの第２の排気路に設けられ、前記排気ガスを、前記第１の排気路の加熱温度よりも前記第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段と、
を具備する、減圧処理装置を提供する。

第２の観点の減圧処理装置によれば、処理室から真空ポンプに至るまでの第１の排気路および真空ポンプから除害装置に至るまでの第２の排気路に、排気ガスを、第１の排気路の加熱温度よりも第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段を設けたので、大気圧条件で析出しやすい反応生成物を析出させることがない。
第２の観点において、前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜１００℃、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜２００℃となるように加熱することが好ましい。また、前記加熱手段は、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜１５０℃となるように加熱することがより好ましい。また、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜８０℃となるように加熱することがさらに好ましい。

本発明の減圧処理装置では、減圧状態では析出させて捕集することが困難なフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）などの反応生成物が真空ポンプ内に析出し、故障等の不具合が発生することを防止できる。
従って、本発明の減圧処理装置は、例えば前記フッ化アンモニウムなどの反応生成物が排気ガス中に含まれることになるＣＯＲ処理装置として使用しても、高い信頼性を持って稼働させることが可能であり、排気系統のメンテナンス回数も低減できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る処理システム１の概略構成を示す。この処理システム１は、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記す）Ｗを処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２、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、各ロードロック室３にそれぞれ隣接させて設けられ、ウエハＷに対してＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行なうＰＨＴ処理装置（ＰＨＴ）４、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接させて設けられ、ウエハＷに対してＣＯＲ処理を行なうＣＯＲ処理装置（ＣＯＲ）５を備えている。ＰＨＴ処理装置４およびＣＯＲ処理装置５は、各ロードロック室３側からこの順に一直線上に並べて設けられている。

搬入出部２は、例えば円盤形状をなすウエハＷを搬送する第１のウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。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つ備えられている。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、ウエハ搬送装置１１の駆動により略水平面内で直進移動、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、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が介在配備された状態で、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のウエハ搬送機構１７が設けられており、このウエハ搬送機構１７は、ウエハＷを略水平に保持する搬送アーム１７ａを有している。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。

ロードロック室３において、搬送アーム１７ａはウエハＷを保持し、ウエハ搬送機構１７の駆動により略水平面内でウエハＷを回転、直進移動および昇降させて搬送する。そして、各ロードロック室３に対してそれぞれ連結されたＰＨＴ処理装置４に対して搬送アーム１７ａが進退することにより、ＰＨＴ処理装置４に対してウエハＷの搬入出が行なわれる。さらに、各ＰＨＴ処理装置４を介して各ＣＯＲ処理装置５内に搬送アーム１７ａが進退することにより、各ＣＯＲ処理装置５に対してウエハＷの搬入出が行なわれる。

ＰＨＴ処理装置４では、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反応生成物を気化（昇華）させるＰＨＴ処理を行なう。このＰＨＴ処理装置４は、ウエハＷを収納する密閉構造のチャンバー２０内に、処理空間２１を備えている。チャンバー２０には、ウエハＷを処理空間２１内に搬入出させるための図示しない搬入出口が設けられており、この搬入出口はゲートバルブ２２によって開閉される。チャンバー２０は、ロードロック室３との間にそれぞれゲートバルブ２２が配備された状態で、ロードロック室３に連結されている。

図２に示すように、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０内には、ウエハＷを略水平にして載置させる載置台２３が設けられている。さらに、処理空間２１に例えば窒素ガス（Ｎ_２）などの不活性ガスを加熱して供給するガス供給路２５を備えたガス供給機構２６、処理空間２１を排気する排気路２７を備えた排気ガス処理機構２８が備えられている。
ガス供給路２５は、窒素ガス供給源３０に接続されている。そして、ガス供給路２５には、流路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３１が介設されている。

排気ガス処理機構２８の排気路２７には、開閉弁３２、排気ガス中に含まれる固形成分（析出物）を除去するためのトラップ装置（ＴＲ）３３および強制排気を行なうためのドライポンプ（ＤＰ）３５が配設されている。なお、排気ガス処理機構２８は、ロードロック室３から排気されるガス（パージガスなど）の排気ガス経路にも接続されており（図示は省略）、ロードロック室３とＰＨＴ処理装置４の両方の排気ガス処理を行なうように構成されている。

ＣＯＲ処理装置５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エハＷに接触させて、ウエハＷ上に付着した自然酸化膜と処理ガスの分子とを化学反応させ、反応生成物を生じさせる。例えば、処理ガス中のＨＦガスとＮＨ_３ガスをウエハＷ表面の自然酸化膜（ＳｉＯ_２）に作用させることにより、反応生成物としてフルオロケイ酸アンモニウム［（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６］を生成させる。

図３および図４に示すように、ＣＯＲ処理装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部は、ウエハＷを収納する処理空間４１になっている。そして、チャンバー４０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、ＣＯＲ処理装置５には、チャンバー４０にガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気ガス処理機構４４が設けられている。

チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋体５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、底部５１ａおよび略円筒形状の側壁部５１ｂを備えている。側壁部５１ｂの下部は、底部５１ａによって閉塞されており、側壁部５１ｂの上部は開口になっている。この上部の開口に蓋体５２が装着されて閉塞される。側壁部５１ｂと蓋体５２とは、図示しないシール部材により封止されて、チャンバー４０内の気密性が確保されている。

図４に示すように、側壁部５１ｂには、ウエハＷをチャンバー４０内に搬入出させるための搬入出口５３が設けられており、さらに上下に変位して該搬入出口５３を開閉する開閉機構としてゲートバルブ５４が設けられている。チャンバー４０は、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０との間にゲートバルブ５４が備えられた状態でチャンバー２０に連結されている。

蓋体５２は、蓋体本体５２ａと、処理ガスを吐出させるシャワーヘッド５２ｂとを備えている。シャワーヘッド５２ｂは、蓋体本体５２ａの下部に取付けられており、シャワーヘッド５２ｂの下面が、蓋体５２の内面（下面）となっている。また、シャワーヘッド５２ｂは、チャンバー４０の天井部を構成し、載置台４２の上方に設置されており、載置台４２上のウエハＷに対して上方から、各種ガスを供給するようになっている。シャワーヘッド５２ｂの下面には、ガスを吐出させるための複数の吐出口５２ｃが、下面全体に開口して形成されている。

載置台４２は、平面視略円形をなしており、底部５１ａに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環させられる管路を備えており、かかる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、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。

図３に示すように、ガス供給機構４３は、前述したシャワーヘッド５２ｂ、処理空間４１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）を供給するフッ化水素ガス供給路６１、塩基性ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ_３）を供給するアンモニアガス供給路６２並びに不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給するアルゴンガス供給路６３および窒素ガス（Ｎ_２）を供給する窒素ガス供給路６４を備えている。フッ化水素ガス供給路６１、アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３および窒素ガス供給路６４は、シャワーヘッド５２ｂに接続されており、シャワーヘッド５２ｂを介してチャンバー４０内にフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガスおよび窒素ガスが吐出され、拡散されるようになっている。

フッ化水素ガス供給路６１は、フッ化水素ガス供給源７１に接続されている。また、フッ化水素ガス供給路６１には、流路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節弁７２が介設されている。同様に、アンモニアガス供給路６２は、アンモニアガス供給源７３に接続されており、該アンモニアガス供給路６２には、流路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７４が介設されている。アルゴンガス供給路６３は、アルゴンガス供給源７５に接続されており、該アルゴンガス供給路６３には、流路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７６が介設されている。窒素ガス供給路６４は、窒素ガス供給源７７に接続されており、該窒素ガス供給路６４には、流路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７８が介設されている。

排気ガス処理機構４４は、開閉弁８２、強制排気を行なうためのドライポンプ（ＤＰ）８３、および、その下流側にトラップ装置（ＴＲ）８７が配設された排気路８５を備えている。排気路８５の端部は、チャンバー４０の底部５１ａの開口に接続されている。この排気ガス処理機構４４の詳細については後述する。

ＣＯＲ処理装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。なお、チャンバー４０の内面（チャンバー本体５１の内面、シャワーヘッド５２ｂの下面など）には、表面酸化処理を施してもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面においては、ウエハＷが載置されることなどにより、摩擦や衝撃を受けるおそれがあるので、表面酸化処理を施すことが好ましい。載置台４２の表面を強制的に酸化させることにより、酸化被膜（Ａｌ_２Ｏ_３）を形成し、この酸化被膜によってＡｌの外面を覆うようにすると、載置台４２の外面の硬度、耐食性および耐久性を向上させ、載置台４２を構成するＡｌを腐食や衝撃等から保護することができる。

再び図１を参照するに、処理システム１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ９０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ９０には、工程管理者が処理システム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からなるユーザーインタフェース９１が接続されている。

また、プロセスコントローラ９０には、処理システム１で実行される各種処理、例えばＣＯＲ処理装置５における処理ガスの供給やドライポンプ８３によるチャンバー４０内の排気などをプロセスコントローラ９０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部９２が接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインタフェース９１からの指示等にて任意のレシピを記憶部９２から呼び出してプロセスコントローラ９０に実行させることで、プロセスコントローラ９０の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。

次に、図５〜図８を参照しながら、処理システム１におけるＣＯＲ処理装置５の排気ガス処理機構の構成例について詳細に説明する。なお、図５、７、８においては、ロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４における排気ガス処理機構２８についても併記しているが、ここでは説明を省略する。

図５は、本発明の第１実施形態にかかるＣＯＲ処理装置５における排気ガス処理機構４４の概略構成図である。前記のとおり、排気ガス処理機構４４は、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０に接続された排気路８５を備えており、この排気路８５における排気方向、つまり排気の上流側（チャンバー４０側）から下流側へ向けて、開閉弁８２、ドライポンプ８３、トラップ装置８７および除害装置８９をこの順に有する構成となっている。なお、符号２００はクリーンルーム内空間を示し、符号２０１はクリーンルームに隣接した補機室内空間を示している。

ドライポンプ８３は、高温対応可能な耐熱式のドライポンプであり、１００℃以上、例えば１００〜２００℃の温度の排気ガスでも吸引可能に構成されている。

トラップ装置８７は、排気ガス中に含まれる反応生成物を析出させて捕集する。このトラップ装置８７は、図６に示すように略円筒状をなし、その内部が排気ガスの流路となるケーシング１００内に、金属製の複数のバッフル板１０１，１０２，１０３，・・・が互いに間隔をあけて装着される構造になっている。図６では３枚のバッフル板を図示しているが、４枚以上としてもよい。各バッフル板１０１〜１０３には多数の貫通開口１０４が形成されており、ケーシング１００に装着された状態で、隣接するバッフル板１０１〜１０３の各貫通開口１０４が重ならないように配置されている。つまり、ケーシング１００内部の排気ガス流路は、排気ガスが直線的に流れることができないラビリンス構造になっている。このため、排気ガスはトラップ装置８７内を通過する際に各バッフル板１０１〜１０３に接触し、冷却される。排気ガス中の反応生成物は、排気ガスの温度低下によってバッフル板１０１〜１０３の表面やケーシング１００の内周面に析出し、捕集される。なお、ケーシング１００やバッフル板１０１〜１０３に対して、冷却等の温度調節を行なう温度調節手段（熱交換器など）を配備することも可能である。

トラップ装置８７の下流側には、除害装置８９が配備されている。この除害装置８９としては、例えば排気ガスを燃焼して無害化する燃焼式除害装置や、吸着材等により排気ガス中の物質を捕集して無害化する乾式除害装置を用いることができる。

また、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０から開閉バルブ８２を介してドライポンプ８３までを接続する排気路８５には、加熱手段として排気管を覆う電熱ヒーター９３が設けられている。この電熱ヒーター９３により、排気路８５を通過する排気ガスが加熱され、例えば６０〜７０℃程度まで温度調節される。

一般的な排気ガス処理機構の構成では、例えば、排気方向の上流側から下流側へ向けて、トラップ装置、ドライポンプの順に配置し、上流側のトラップ装置で固化しやすい反応生成物を除去しておくことにより、ドライポンプ内に反応生成物が析出して故障等を引き起こすことを防止している（例えば、ＰＨＴ処理装置４の排気ガス処理機構２８を参照）。このような配置では、トラップ装置による反応生成物の捕集は、減圧状態で行なわれる。しかし、例えばフッ化水素とアンモニアとの反応によって生成するフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）のように減圧条件でほとんど析出しない物質については、減圧状態のトラップ装置では捕集が困難となる。このため、従来の排気ガス処理機構の配置構成では、大気圧状態となるドライポンプのローターより下流側の部品（逆止弁）に大量の析出物が発生して故障や不良を引き起こす原因となっていた。

本実施形態に係るＣＯＲ処理装置５の排気ガス処理機構４４では、従来とは逆に、排気方向の上流側から下流側へ向けて、ドライポンプ８３、トラップ装置８７の順に配置し、トラップ装置８７内に大気圧状態の排気ガスを通過させて反応生成物（フッ化アンモニウム）を効率的に析出させるようにした。
また、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０からドライポンプ８３に至るまでの排気路８５に、加熱手段である電熱ヒーター９３を配備し、ここを通過する排気ガスを、例えば６０℃〜１００℃、好ましくは６０℃〜８０℃に加熱するとともに、ドライポンプとして１００℃〜２００℃程度の高温の排気ガスについても処理が可能な耐熱式のドライポンプ８３を採用し、電熱ヒーター９３により６０℃以上の温度に加熱された排気ガスを吸引・排気させることにより、ドライポンプ８３内における反応生成物の析出を防止するようにした。

さらに、ドライポンプ８３からトラップ装置８７に至る非減圧状態の排気路８５にも、加熱手段である電熱ヒーター９３を配備した。これにより、トラップ装置８７の直前（上流側）の排気路８５における排気ガスの温度を例えば１００℃〜２００℃、好ましくは１００℃〜１５０℃に維持し、この排気管部分で反応生成物が析出して目詰まりを引き起こすことを防止している。ここで、ドライポンプ８３よりも排気方向に上流側の排気路８５の加熱温度よりも、ドライポンプ８３からトラップ装置８７までの加熱温度を高く設定するのは、ドライポンプ８３のローター（不図示）以降は大気圧状態となって反応生成物が析出しやすくなるためである。

またさらに、本実施形態においては、トラップ装置８７および該トラップ装置８７から除害装置８９に至るまでの間の排気路８５には、加熱手段を設けておらず排気管を外気と熱交換させている。従って、トラップ装置８７のケーシング１００やバッフル板１０１〜１０３との熱交換によって冷却された排気ガスは、さらに除害装置８９に至る排気路８５内でも冷却され、除害装置８９に導入される際の排気ガスの温度は、略常温付近まで低下している。従って、排気ガス処理機構４４では、高温の排気ガスを処理することができない乾式除害装置についても使用可能であるという利点を有する。

図７は本発明の第２実施形態のＣＯＲ処理装置５における排気ガス処理機構の概略構成を示している。本実施形態における排気ガス処理機構４５は、トラップ部として、ドライポンプ８３より下流側の排気路８５の一部をなす排気管８８を用いる。ここでは、排気路８５における排気管８８をジョイント８８ａ，８８ｂを介して着脱自在に設け、排気管８８を交換可能にしている。

図７に示すように、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０からドライポンプ８３までの排気路８５には、電熱ヒーター９３が配備されていて、排気管内部を通過する排気ガスは、例えば６０℃〜１００℃、好ましくは６０℃〜８０℃まで加熱される。このため、ドライポンプ８３としては、１００℃〜２００℃程度の高温の排気ガスを吸引することが可能な耐熱型ドライポンプが用いられ、ドライポンプ８３の内部における反応生成物の析出が防止される。
また、ドライポンプ８３から排気管８８に至る非減圧状態の排気路８５にも、加熱手段である電熱ヒーター９３を配備した。これにより、トラップ部である排気管８８の直前（上流側）の排気路８５における排気ガスの温度を例えば１００℃〜２００℃、好ましくは１００℃〜１５０℃に維持し、この部分で反応生成物が析出して目詰まりを引き起こすことを防止している。ここで、ドライポンプ８３よりも排気方向に上流側の排気路８５の加熱温度よりも、ドライポンプ８３から排気管８８までの加熱温度を高く設定するのは、第１実施形態と同様の理由による。

一方、トラップ領域である着脱可能な排気管８８には加熱手段９３を設けていないため、排気管８８内部を通過する排気ガスは徐々に冷却され、その中に含まれる反応生成物が排気管８８の内面に析出し、トラップされる。従って、排気管８８を通過した排気ガス中からは、フッ化アンモニウムなどの反応生成物が除去される。析出物が捕集された排気管８８は、ジョイント８８ａ，８８ｂで取り外し、別の排気管８８と交換される。
このようにして、排気路８５を構成する排気管の一部をトラップ領域として第１実施形態（図５）のトラップ装置８７に代えて利用することが可能になる。

本実施形態では、排気管８８の目詰まり防止のため、その内径を排気路８５の他の部分の排気管よりも大きくしてもよいし、また、排気管８８内に図示しないバッフル板などを配備して析出物を発生させやすくする構成としてもよい。さらに、排気管８８に対して冷却等の温度調節を行なう温度調節手段（熱交換器など）を配備することも可能である。
第２実施形態における排気ガス処理機構４５の他の構成は、図５に示す第１実施形態の排気ガス処理機構４４と同様であるため、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図８は、本発明の第３実施形態のＣＯＲ処理装置における排気ガス処理機構の概略構成を示している。この排気ガス処理機構４６は、トラップ部を設けず、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０から開閉弁８２、ドライポンプ８３を介して除外装置８９に至るまでの排気路８５の全体に、加熱手段である電熱ヒーター９３を配備した。本実施形態では、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０からドライポンプ８３に至るまでの排気路８５を通過する排気ガスを、電熱ヒーター９３により、例えば６０℃〜１００℃、好ましくは６０℃〜８０℃に加熱するとともに、耐熱性のドライポンプ８３を使用することにより、高温の排気ガスを吸引・排気させる。また、ドライポンプ８３の下流側の排気路８５についても加熱手段としての電熱ヒーター９３を設けて、排気ガス温度を例えば１００℃〜２００℃、好ましくは１００℃〜１５０℃の高温に維持する。これにより、大気圧状態となるドライポンプ８３よりも下流側の排気路８５においても、途中で反応生成物を析出させることなく、排気ガスとともに除害装置８９まで運び、除害装置８９において燃焼させて除害させることが可能になる。
なお、第３実施形態における排気ガス処理機構４６の他の構成は、図５に示す第１実施形態の排気ガス処理機構４４と同様であるため、同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

以上のように構成された本発明の処理システム１におけるウエハＷの処理方法について説明する。なお、ここでは、第１実施形態のＣＯＲ処理装置５（排気ガス処理機構４４）を例に挙げて説明を行なう。
まず、処理システム１によって処理されるウエハＷの構造について図９および図１０を参照しつつ説明する。

図９は、ウエハＷの表面（デバイス形成面）の要部断面図である。このウエハＷの表面には、ウエハＷの基材であるＳｉ（シリコン）層３０１、層間絶縁膜として用いられる酸化層（二酸化シリコン；ＳｉＯ_２）３０２、ゲート電極として用いられるポリシリコン（多結晶シリコン）層３０３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（ＯＣ_２Ｈ_５）_４］−ＳｉＯ_２層３０４が形成されている。Ｓｉ層３０１の表面（上面）は略平坦面となっており、酸化層３０２はＳｉ層３０１の表面を覆うように積層されている。この酸化層３０２は、例えば拡散炉によって熱ＣＶＤ反応により成膜される。ポリシリコン層３０３は、酸化層３０２の表面上に形成されており、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３０２は一部分がポリシリコン層３０３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−ＳｉＯ_２層３０４は、ポリシリコン層３０３の側面を覆うように形成されている。ポリシリコン層３０３は、略角柱状の断面形状を有し、図９において手前側から奥側へ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−ＳｉＯ_２層３０４はポリシリコン層３０３の左右両側面において、それぞれ手前側から奥側へ向かう方向に沿って、ポリシリコン層３０３の下縁から上縁までを覆うように設けられている。そして、ポリシリコン層３０３とＴＥＯＳ−ＳｉＯ_２層３０４の左右両側において、酸化層３０２の表面が露出させられた状態になっている。

図１０は、図９の状態からエッチング処理をした後のウエハＷの状態を示している。エッチングにより、ウエハＷは、露出していた酸化層３０２および該酸化層３０２によって覆われていたＳｉ層３０１の一部が除去される。すなわち、ポリシリコン層３０３とＴＥＯＳ−ＳｉＯ_２層３０４の左右両側に、エッチングにより生じた凹部３０５がそれぞれ形成される。凹部３０５は、酸化層３０２の表面高さから、Ｓｉ層３０１まで陥没するように形成され、凹部３０５の内面においては、Ｓｉ層３０１が露出した状態になる。Ｓｉ層３０１は酸化されやすいので、凹部３０５において露出させられたＳｉの表面に大気中の酸素が接触して凹部３０５の内面にＳｉＯ_２の自然酸化膜３０６が形成されている。

上記のように、凹部３０５が形成され、その内部に露出したＳｉが酸化されて自然酸化膜３０６が形成された図１０に示す構造のウエハ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、図１に示すように、複数枚のウエハＷが収納されたキャリアＣが載置台１３上に載置され、ウエハ搬送機構１１によってキャリアＣから一枚のウエハＷが取出され、ロードロック室３内に搬入される。ロードロック室３にウエハＷが搬入されると、ロードロック室３が密閉され、減圧排気される。その後、ゲートバルブ２２，５４が開かれ、ロードロック室３と、大気圧に対してそれぞれ減圧されたＰＨＴ処理装置４の処理空間２１、ＣＯＲ処理装置５の処理空間４１が互いに連通させられる。ウエハＷは、ウエハ搬送機構１７によってロードロック室３から搬出され、チャンバー２０の搬入出口（図示せず）、処理空間２１、搬入出口５３内をこの順に通過するように直進移動させられ、ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０内に搬入される。

ＣＯＲ処理装置５のチャンバー４０において、ウエハＷは表面（デバイス形成面）を上面とした状態でウエハ搬送機構１７の搬送アーム１７ａから載置台４２に受渡される。ウエハＷが搬入されると搬入出口５３が閉じられ、チャンバー４０が密閉される。

チャンバー４０が密閉された後、処理空間４１にはアンモニアガス供給源７３、アルゴンガス供給源７５、窒素ガス供給源７７から、それぞれアンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４を介して、アンモニアガス、アルゴンガスおよび窒素ガスが供給される。また、温度調節器５５によってウエハＷの温度が所定の目標値（例えば約２５℃程度）に調節される。

その後、フッ化水素ガス供給路７１からフッ化水素ガス供給路６１を介して処理空間４１にフッ化水素ガスが供給される。ここで処理空間４１には、予めアンモニアガスが供給されているので、フッ化水素ガスを供給することにより処理空間４１の雰囲気はフッ化水素ガスとアンモニアガスとを含む処理雰囲気にされ、ウエハＷに対してＣＯＲ処理が開始される。

なお、フッ化水素ガスを供給する前に、処理空間４１の圧力を減圧して所定の圧力に安定させておくと、処理雰囲気の圧力を安定させやすく、また、処理雰囲気中のフッ化水素ガスやアンモニアガスの濃度の均一性を良好にすることができる。従って、ウエハＷの処理むらを防止できる。また、フッ化水素ガスは、液化しやすく、チャンバー４０の内面等に付着しやすいという性質があるが、ＣＯＲ処理の直前にフッ化水素ガスを供給することにより、そのような問題の発生を抑制できる。

処理空間４１内の減圧雰囲気によって、ウエハＷの凹部３０５の表面に存在する自然酸化膜３０６は、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、図１１に示すように反応生成物３０７に変質させられる。ＣＯＲ処理中は、チャンバー４０内（処理空間４１）が大気圧より減圧された一定の圧力［例えば、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）の真空状態］に維持されるようにする。

反応生成物３０７としては、フルオロケイ酸アンモニウムや水分等が生成される。生成された水分は、ウエハＷの表面から拡散せずに、反応生成物３０７の膜中に閉じこめられ、ウエハＷの表面に保持された状態になる。ＣＯＲ処理が終了すると、チャンバー４０内を強制排気する。これにより、フッ化水素ガスやアンモニアガスがチャンバー４０内の処理空間４１から強制的に排出される。この際、フッ化水素とアンモニアとの反応により反応生成物（副生成物）としてフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）も生成し、排気ガスとともにチャンバー４０内から排出される。

生成したフッ化アンモニウムは、電熱ヒーター９３により加熱された排気ガスとともに排気路８５を流通してトラップ装置８７まで運ばれ、そこで析出して捕集される。トラップ装置８７よりも排気方向上流側に配置されたドライポンプ８３内では、排ガスが例えば１００℃以上の高温で通過するため、ドライポンプ８３内の部品等におけるフッ化アンモニウムの析出はほとんど生じない。また、フッ化アンモニウムは、トラップ装置８７で大部分が捕集されてしまうので、燃焼式の除害装置８９でのノズルの閉塞や、乾式の除害装置での目詰まりを防止することができる。トラップ装置８７で大半のフッ化アンモニウムが除去された排気ガスは、さらに除害装置８９（燃焼式または乾式除害装置）へ送られ、燃焼もしくは吸着等の処理が施されて無害化され、可燃排気ガスとして別の排ガス処理装置で処理される。

強制排気が終了すると、搬入出口５３が開放され、ウエハＷはウエハ搬送機構１７によってチャンバー４０内から搬出され、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０に搬入される。

ＰＨＴ処理装置４において、ウエハＷは表面を上面とした状態でチャンバー２０内に載置される。ウエハＷが搬入されるとチャンバー２０が密閉され、ＰＨＴ処理が開始される。ＰＨＴ処理では、チャンバー２０内が排気されながら、高温の加熱ガスが処理空間２１に供給され、処理空間２１内が昇温される。これにより、上記ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物３０７が加熱されて気化し、凹部３０５の内面から除去され、図１２に示すようにＳｉ層３０１の表面が露出させられる。このように、ＣＯＲ処理の後、ＰＨＴ処理を行なうことにより、ウエハＷをドライ洗浄することができ、自然酸化膜３０６をドライエッチングするようにしてＳｉ層３０１から除去することができる。

ＰＨＴ処理が終了すると、加熱ガスの供給が停止され、ＰＨＴ処理装置４の搬入出口（図示せず）が開かれる。その後、ウエハＷは、ウエハ搬送機構１７によってチャンバー２０から搬出され、ロードロック室３に戻される。そして、ロードロック室３が密閉された後、ロードロック室３と搬送室１２とが連通させられ、ウエハ搬送機構１１によってウエハＷがロードロック室３から搬出させられ、載置台１３の上のキャリア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。なお、処理システム１においてＰＨＴ処理が終了したウエハＷは、他の処理システムにおいてＳｉ層３０１の表面に、例えばエピタキシャル成長によりＳｉＧｅ層等の成膜が行なわれる。この際、Ｓｉ層３０１表面の自然酸化膜３０６が除去されているので成膜が効率的に行なわれる。

以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではない。すなわち、上記実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにすることを意図するものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、種々に変更して実施することができるものである。

例えば、図５に示す実施形態では、１系統の排気路８５上にトラップ装置８７を介設したが、その変形例として、例えば図１３に示す第４実施形態のＣＯＲ処理装置５における排気ガス処理機構４７のように、分岐した２系統の排気路８５ａ，８５ｂの各々にトラップ装置８７ａ，８７ｂを配設する構成としてもよい。この場合、切替え弁９４，９５により２系統の排気路８５ａ，８５ｂへの排気ガスの導入切替えを行う。本実施形態では、片方のトラップ装置８７ａにおいて析出した反応生成物の洗浄等のメンテナンスを実施している間に、もう一方のトラップ装置８７ｂを使用して反応生成物の捕集を行なうことができるので、メンテナンスに伴うＣＯＲ処理装置５のダウンタイムを極力低減し、処理効率を向上させることが可能になる。

また、図５、図７、図８および図１３に示す実施形態において、ＰＨＴ処理装置４の排気ガス処理機構２８の排気路２７についても、適宜電熱ヒーター等の加熱手段を配備して排気ガスの加熱を行なうことが可能である。

さらに、上記各実施形態におけるＰＨＴ処理装置４の排ガス処理機構２８では、ドライポンプ３５の前段（排気方向上流側）にトラップ装置３３を設ける構成としたが、ＣＯＲ処理装置５の排気ガス処理機構４４〜４７と同様に、排気ガス処理機構２８についても、例えば図１４に示すようにドライポンプ３５の後段（排気方向下流側）にトラップ装置３３を設けてもよい。この場合、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０からトラップ装置３３までの排気路２７に加熱手段（電熱ヒーター９３）を設けて加熱することが好ましいが、ロードロック室３に接続する配管内での反応生成物の付着や、ロードロック室３への反応生成物の混入・付着を防止するために、ＰＨＴ処理装置４からの配管だけでなく、ロードロック室３からの配管についても加熱手段（電熱ヒーター９３）を設けて加熱することが望ましい。

また、図示は省略するが、上記各実施形態におけるＰＨＴ処理装置４の排気ガス処理機構２８についても、図１３に示すＣＯＲ処理装置５の排気ガス処理機構４７と同様に、排気路２７を例えば２系統に分岐して、それぞれの排気路にトラップ装置３３を配設する構成を採用することが可能である。

本発明は、各種半導体装置の製造過程における減圧処理に用いられる減圧処理装置として好適に利用できる。

処理システムの概略平面面。ＰＨＴ処理装置の構成を示した概略断面図。ＣＯＲ処理装置の構成を示した概略縦断面図。ＣＯＲ処理装置のチャンバーの構成を示した概略縦断面図。第１実施形態のＣＯＲ処理装置における排気ガス処理機構の概要を説明する図面。トラップ装置の概要を説明する分解斜視図。第２実施形態のＣＯＲ処理装置における排気ガス処理機構の概要を説明する図面。第３実施形態のＣＯＲ処理装置における排気ガス処理機構の概要を説明する図面。ウエハ表面付近の要部断面図。エッチング処理後のウエハ表面付近の要部断面図。ＣＯＲ処理後のウエハ表面付近の要部断面図。ＰＨＴ処理後のウエハ表面付近の要部断面図。第４実施形態のＣＯＲ処理装置における排気ガス処理機構の概要を説明する図面。ＰＨＴ処理装置における排気ガス処理機構の概要を説明する図面。

符号の説明

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
１２：搬送室
２８：排気ガス処理機構
３２：開閉バルブ
３３：トラップ装置
３５：ドライポンプ（ＤＰ）
４４：排気ガス処理機構
８２：開閉バルブ
８３：ドライポンプ（ＤＰ）
８５：排気路
８７：トラップ装置（ＴＲ）
８９：除害装置
９３：電熱ヒーター

Claims (16)

1. 処理ガスを導入することにより減圧雰囲気で被処理体の処理を行なう処理室と、
   前記処理室に接続する排気ガスの排気路に配設された真空ポンプと、
   前記真空ポンプよりも排気方向下流側の排気路に設けられ、前記処理室内から排出される反応生成物を析出させて捕集するトラップ部と、
   前記処理室から前記真空ポンプに至るまでの第１の排気路および前記真空ポンプから前記トラップ部に至るまでの第２の排気路に設けられ、前記排気ガスを、前記第１の排気路の加熱温度よりも前記第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段と、
   を具備する、減圧処理装置。
2. 前記トラップ部は、非減圧状態で前記反応生成物を析出させるものである、請求項１に記載の減圧処理装置。
3. 前記トラップ部は、前記排気ガスの流路を形成するケーシングと、該ケーシング内部の排気通路に設けられた、多数の開口を有する邪魔板と、を有するトラップ装置を備える、請求項１または請求項２に記載の減圧処理装置。
4. 前記トラップ部は、着脱可能に設けられた排気管を備える、請求項１または請求項２に記載の減圧処理装置。
5. 前記トラップ部よりも排気方向下流側に設けられた除害装置をさらに具備する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の減圧処理装置。
6. 前記反応生成物は、大気圧かつ常温の条件で固体状に析出するものである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の減圧処理装置。
7. 前記処理ガス中には、ＨＦとＮＨ_３が含まれ、前記反応生成物がＮＨ_４Ｆである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の減圧処理装置。
8. 前記処理室内において、前記処理ガス中のＨＦおよびＮＨ_３と、被処理体のＳｉＯ_２とからＳｉＦ_４を生成し、このＳｉＦ_４とＨＦおよびＮＨ_３とから、さらに（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を生成する主反応と、
   前記ＨＦとＮＨ_３とからＮＨ_４Ｆを生成する副反応とを生じさせるものである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の減圧処理装置。
9. 前記減圧処理装置は、化学的酸化物除去（Chemical Oxide Removal）処理装置である、請求項８に記載の減圧処理装置。
10. 前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜１００℃、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜２００℃となるように加熱する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の減圧処理装置。
11. 前記加熱手段は、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜１５０℃となるように加熱する、請求項１０に記載の減圧処理装置。
12. 前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜８０℃となるように加熱する、請求項１１に記載の減圧処理装置。
13. 処理ガスを導入することにより減圧雰囲気で被処理体の処理を行なう処理室と、
    前記処理室に接続する排気ガスの排気路に配設された真空ポンプと、
    前記真空ポンプよりも排気方向下流側に設けられ、前記処理室内から排出される反応生成物を燃焼させて除害する除害装置と、
    前記処理室から前記真空ポンプに至るまでの第１の排気路および前記真空ポンプから前記除害装置に至るまでの第２の排気路に設けられ、前記排気ガスを、前記第１の排気路の加熱温度よりも前記第２の排気路の加熱温度が高くなるように加熱する加熱手段と、
    を具備する、減圧処理装置。
14. 前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜１００℃、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜２００℃となるように加熱する、請求項１３に記載の減圧処理装置。
15. 前記加熱手段は、前記第２の排気路における加熱温度が１００〜１５０℃となるように加熱する、請求項１４に記載の減圧処理装置。
16. 前記加熱手段は、前記第１の排気路における加熱温度が６０〜８０℃となるように加熱する、請求項１５に記載の減圧処理装置。

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