基板处理方法以及基板处理装置与流程
本发明涉及一种基板处理方法以及基板处理装置。
背景技术：
在制造半导体装置时，有时对在作为基板的半导体晶圆(下面记载为晶圆)的表面形成的sio2膜(氧化硅膜)等含硅膜进行蚀刻。在专利文献1、2中，作为对sio2膜进行蚀刻的方法，示出了被称作cor(chemicaloxideremoval：化学氧化物去除)的处理。更具体地说，在专利文献1、2中，记载了进行以下处理作为该cor处理：通过hf(氟化氢)气体和nh3(氨)气体使sio2膜改性，以及通过使晶圆周围的环境减压，来使由于sio2膜的改性而产生的反应生成物升华。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5809144号公报
专利文献2：日本特许第6568769号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
本公开提供以下一种技术：在去除形成于基板的表面的含硅膜时，能够在基板的面内的各部进行均匀性高的去除处理。
用于解决问题的方案
本公开的基板处理方法包括以下工序：将表面形成有含硅膜的基板保存在处理容器内；
第一工序，在使所述处理容器内为第一压力的状态下，向所述基板供给包含含卤素气体和碱性气体的处理气体，以使所述含硅膜改性并生成反应生成物；
第二工序，使所述处理容器内为低于所述第一压力的第二压力，以使所述反应生成物气化；
重复工序，交替重复进行所述第一工序和所述第二工序，
其中，所述重复工序中的第2次以后的所述第一工序为向残留有所述反应生成物的基板供给所述处理气体的工序。
发明的效果
根据本公开，在去除形成于基板的表面的含硅膜时，能够在基板的面内的各部进行均匀性高的去除处理。
附图说明
图1是用于进行一个实施方式所涉及的基板处理的基板处理装置的纵剖侧视图。
图2是示出所述基板处理装置中进行的各气体的供给以及阀的开度的变化的时序图。
图3a是示出所述基板处理装置中处理的晶圆的表面的示意图。
图3b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图3c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图4a是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图4b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图4c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图5a是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图5b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图5c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图6是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图7a是示出所述基板处理装置中处理的晶圆的表面的示意图。
图7b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图7c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图8a是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图8b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图8c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图9a是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图9b是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图9c是示出晶圆的表面的纵剖侧视图。
图10是示出评价试验结果的图表。
附图标记说明
w：晶圆；11：处理容器；43：处理气体；44：afs层。
具体实施方式
(第一实施方式)
参照图1的纵剖侧视图对本公开的一个实施方式所涉及的基板处理装置1进行说明。该基板处理装置1是在形成真空环境的处理容器11内保存表面形成有sio2膜的晶圆w、并且通过在背景技术的项目中描述的cor处理对该sio2膜进行蚀刻的装置。更具体地说，基板处理装置1进行以下处理：将hf气体和nh3气体作为处理气体供给到上述的晶圆w，以使sio2膜改性并生成反应生成物，以及停止处理气体的供给，并使反应生成物升华，基板处理装置1通过以上处理来去除sio2膜。上述的反应生成物为氟硅酸氨(afs)。
为了便于说明，将供给处理气体的期间设为第一期间，将停止处理气体的供给并使afs升华的期间设为第二期间。在处理1片晶圆w时，交替重复第一期间和第二期间。为了进行上述的afs的升华，在第二期间，处理容器11内的压力低于第一期间中的压力。
图中的12是在处理容器11的侧壁开口的晶圆w的搬送口，通过闸阀13被进行开闭。处理容器11内设置有载置晶圆w的载置台21。通过未图示的搬送机构，经由搬送口12对处理容器11搬入搬出晶圆w。另外，在载置台21设置有未图示的升降销，以在进入处理容器11内的该搬送机构与载置台21之间进行晶圆w的交接。
在载置台21嵌入设置有加热部22，对载置于载置台21的晶圆w进行加热使其达到例如80度以上，更具体地说达到例如100度。该加热部22构成为形成供例如水等用于调整温度的流体流通的循环通路的一部分的流路，圆晶w通过与该流体的热交换来被加热。但是，作为加热部22，并不限定于是这样的流体的流路，也可以例如由是电阻加热体的加热器构成。此外，例如在第一期间和第二期间中对晶圆w进行加热使其成为相同的温度，上述的afs的升华与晶圆w的温度变化无关，而是如前所述地由处理容器11内的压力变化引起。
另外，排气管23的一端在处理容器11内开口，该排气管23的另一端经由作为压力变更机构的阀24连接于例如由真空泵构成的排气机构25。通过变更阀24的开度来调整处理容器11内的排气量，其结果为，该处理容器11内的压力被调整。因此，在上述的第二期间，相较于第一期间，阀24的开度变大。
在处理容器11内的上部侧，以与载置台21相向的方式设置有作为处理气体供给机构的气体喷淋头26。气体喷淋头26连接于气体供给通路31～34的下游侧，气体供给通路31～34的上游侧经由各个流量调整部35连接于气体供给源36～39。各流量调整部35具备阀和质量流量控制器。对于从气体供给源36～39供给的气体，通过该流量调整部35中包括的阀的开闭，来进行向下游侧的供给切断。
从气体供给源36、37、38、39分别供给作为含卤素气体的hf气体、作为碱性气体的nh3气体、ar(氩)气体、n2(氮)气体。因此，能够从气体喷淋头26向处理容器11内分别供给这些hf气体、nh3气体、ar气体、n2气体。在第一期间中将ar气体和n2气体作为载气与hf气体和nh3气体一起供给至处理容器11内。另外，在第二期间中也将n2气体作为吹扫处理容器11内的吹扫气体而供给到该处理容器11内。
基板处理装置1具备作为计算机的控制部10，该控制部10具备程序。该程序收容在例如光盘、硬盘、磁光盘、dvd等存储介质中，被安装到控制部10。控制部10通过该程序向基板处理装置1的各部输出控制信号来控制动作。具体地说，排气管23的阀24的开度、构成流量调整部35的阀的开闭等被程序控制。针对上述的程序组装了步骤组，以能够如上所述地控制各部的动作来进行后述的处理。
图2是示出在基板处理装置1中处理晶圆w时进行各气体向处理容器11内供给的状态与停止该供给的状态之间的切换定时、变更阀24的开度的定时的时序图。如上所述，在该基板处理装置1中以交替重复第一期间和第二期间的方式来进行处理，其中，第一期间为向晶圆w供给处理气体的期间，第二期间与第一期间相比，使处理容器11内的压力降低来使afs升华。第一期间中的处理为第一工序，第二期间中的处理为第二工序，进行重复这些第一工序、第二工序的重复工序。在各第二期间中阀24不全开，因此，在该第二期间中，处理容器11内被设为较低的排气量和较高的压力。下面对这样限制阀24的开度的理由与对晶圆w进行的一系列处理一起进行说明。此外，时序图中示出的时刻t1～t2、t3～t4为第一期间，时刻t2～t3、t4～t5为第二期间。
参照上述的图2和图3a～图6来说明对晶圆w进行的处理。图3a～图6是晶圆w的表面的纵剖侧视图，在这些各图中，分别在左侧示出晶圆w的中央部，在右侧示出晶圆w的周缘部。图3a示出了被基板处理装置1进行处理之前的晶圆w，沿横方向排列有例如由多晶硅膜41构成的多个凸部，以嵌入各凸部间的方式形成sio2膜42。基板处理装置1对该sio2膜42以保留其下端部的方式进行蚀刻。此外，各图中将处理气体(hf气体和nh3气体)示出为43。例如设为由于装置的特性，在供给处理气体43时，该处理气体43的浓度在晶圆w的中心部和周缘部之间具有偏差，中心部的处理气体43的浓度高。
上述的图3a中示出的晶圆w被搬入处理容器11内，载置于载置台21上并被加热到上述的温度。并且，阀24被设为第一开度以使处理容器11内成为第一压力例如2.6pa～533pa的真空环境，同时向处理容器11内分别供给处理气体43以及ar气体和n2气体(图3b、图2中时刻t1)。
sio2膜42的表面与处理气体43反应而生成afs，形成afs层44(图3c)。接着，停止向处理容器11内供给处理气体43和ar气体，同时上升阀24的开度使其成为第二开度(时刻t2)，降低处理容器11内的压力使其成为第二压力例如0pa～200pa。此外，第二开度是如上所述的不全开的开度。
由于上述的处理气体43的浓度的偏差，在时刻t2，晶圆w的中心部与周缘部相比，与处理气体43的反应量大，形成较厚的afs层44。并且，在时刻t2以后，由于处于如上所述那样阀24不全开而排气量被抑制的状态，因此，不是从处理容器11中一口气地吹扫出处理气体43，而是缓慢地吹扫出处理气体43。另外，由于阀24不全开而抑制了压力的降低，因此对于afs层44，避免其整体迅速升华，从该afs层44的上部侧逐渐地进行升华。一方面这样进行升华，另一方面上述的处理容器11内残留的处理气体43透过afs层44作用于未反应的sio2膜42的上部。因此，在晶圆w的中心部和周缘部的各部，afs层44的上端和下端的位置向下侧(晶圆w的底面侧)移动(图4a)。当处理气体43的吹扫完成时，新afs的生成停止，另一方面进一步进行升华(图4b)
接着，降低阀24的开度使其返回到第一开度，处理容器11内的压力上升至上述的第一压力，afs层44的升华停止。在变更该阀24的开度的同时再次开始向处理容器11内供给处理气体43和ar气体(时刻t3，图4c)。在时刻t2的时点，晶圆w的中心部与周缘部相比afs层44的厚度大，因此，在该时刻t3的时点也是，晶圆w的中心部与周缘部相比afs层44的厚度大。然后，在该时刻t3之后，通过新供给的处理气体43，在晶圆w的中心部和周缘部的各部进行反应而afs层44变厚，但是当afs层44的厚度超过一定大小时，处理气体无法透过afs层44，反应无法进行。也就是说afs的生成饱和。这样，在晶圆w的中心部反应的进行停止，afs层44的厚度上升停止，但是另一方面，在afs层44的厚度较小的晶圆w的周缘部反应继续进行，该afs层44的厚度上升。因此，在晶圆w的中心部和周缘部afs层44的厚度以及该afs层44的下端的高度位置对齐(图5a)。
之后，再次停止处理气体43和ar气体向处理容器11内的供给，同时使阀24的开度上升而再次成为第二开度(时刻t4)，从而降低处理容器11内的压力使其成为上述的第二压力。然后，与时刻t2～t3间同样地，进行afs的升华以及使用残留的处理气体43进行afs的生成，afs层44的上端和下端向下侧移动(图5b)。当处理气体43的吹扫完成时，新afs的生成停止，升华进行(图5c)。
然后，降低阀24的开度使其成为第一开度，同时再次开始处理气体43和ar气体向处理容器11内的供给(时刻t5)。在时刻t4～t5，在晶圆w的中心部和周缘部升华进行，afs层44的厚度变小，由此在晶圆w的中心部和周缘部进行与处理气体43的反应，afs层44的厚度上升。
之后，也通过重复进行处理气体43和ar气体的供给切断的切换以及阀24的开度的变更，来重复进行第一期间的处理即处理气体的供给以及第二期间的处理即升华，进行sio2膜42的蚀刻。在此过程中，即使由于上述的装置的特性而晶圆w的中心部的afs层44的厚度大于周缘部的afs层44的厚度，也能够通过该厚度增大的afs层44，来抑制供给处理气体43时晶圆w的中心部的反应。由于这样反应被抑制，在晶圆w的中心部和周缘部之间，一边对齐afs层44的厚度、高度位置，一边进行sio2膜42的蚀刻。然后，当分别进行了预先设定的次数的第一期间的处理和第二期间的处理而sio2膜42成为期望的厚度时(图6)，将晶圆w从处理容器11中搬出并结束处理。
例如上述的第一期间中的hf气体的流量为10sccm～550sccm，nh3气体的流量为10sccm～660sccm，n2气体的流量为0sccm～1000sccm，ar气体的流量为例如0sccm～1000sccm。例如第二期间中的n2气体的流量为0sccm～1000sccm。此外，例如图6所示，为了完全去除afs层44，也可以将重复的第二期间之中的最后的第二期间设定得长于其它第二期间。也就是说，可以设为例如最后以外的各第二期间的长度相同，仅最后的第二期间的长度不同。此外，各第一期间的长度例如为相同的长度。另外，为了完全去除afs层44，也可以使最后的第二期间的阀24的开度大于其它第二期间的阀24的开度。
顺便提及，在如上所述地重复第一期间和第二期间时，考虑在第二期间中使阀24全开，在处理容器11内提高排气量且降低压力以在第一期间结束后迅速开始下个第一期间。也就是说，考虑以缩短不供给处理气体43的期间的方式对处理容器11内进行排气。但是，在进行这样的处理时，处理气体43和afs层44在第二期间开始时被迅速去除，因此无法消除如上所述那样地在第一期间中可能发生的晶圆w面内的afs量的偏差。因此，在蚀刻结束后的晶圆w的面内，sio2膜42的蚀刻量会有偏差。
但是，根据图3a～图6中说明的基板处理装置1的处理，制限第二期间的阀24的开度，在第2次以后的第一期间中，在sio2膜42上残留有afs层44的状态下向晶圆w供给处理气体43。此时，新生成的afs的量根据晶圆w的表面上残留的afs层44的厚度被调整。由此，在晶圆w的处理结束时，如图6所示，为晶圆w的面内的各部均匀性高地蚀刻了sio2膜42的状态，在面内的各部残留的该sio2膜42的高度对齐。
此外，在说明本处理时，例举了在第一期间中以使在晶圆w的中心部和周缘部之间周缘部的afs的生成量少的方式供给处理气体的情况来进行了描述。但是，如上所述，新的afs的生成量根据晶圆w上残留的afs层44的厚度而被调整，因此以使中心部的afs的生成量少于周缘部的afs的生成量的方式供给处理气体的情况下，也能够通过本处理来抑制sio2膜42的蚀刻量的偏差。进一步地，不限于中心部和周缘部之间，能够在晶圆w的面内各部实现蚀刻量的均匀化。
另外，若假设第二期间中阀24全开，则由于多个基板处理装置1之间的性能的偏差，排气量产生差异，可能因此使基板处理装置1之间的afs的升华量产生偏差。但是，如上所述那样，在各基板处理装置1中第二期间的阀24不全开，以在基板处理装置1内进行的第二期间中残留afs层44。也就是说，通过针对每个基板处理装置1将第二期间的阀24的开度设定为适当的开度，能够提高装置间的处理的均匀性。并且，根据上述的处理，在停止供给处理气体的第二期间中，处理气体43也较长时间地残留，也生成afs。因此，能够实现吞吐量的提高。
此外，在上述的处理例中，为便于说明，以在第2次的第一期间中afs层44的厚度的上升停止来进行了说明，但是也可以以在第3次以后的第一期间中afs层44的厚度的上升停止的方式来进行处理。另外，说明了第2次以后的每个第一期间中晶圆w上都残留afs的例子，但是也可以不像这样每次都残留afs。例如在处理1片晶圆w时，若第一期间设定为10次，也可以控制各第二期间的阀24的开度，使得在前5次的第一期间中以在晶圆w上不残留afs的状态进行处理，在后5次的第一期间中以在晶圆w上残留afs的状态进行处理。
(第二实施方式)
接着，以第二实施方式与第一实施方式的差异点为中心，对第二实施方式进行说明。在该第二实施方式中，以使上述的各第二期间的长度较短的方式进行处理。设为在该第二实施方式中处理的晶圆w的sio2膜42如图7a所示，从其表面向下方侧(晶圆w的底面侧)裂开而形成有缝隙46。
如上所述在第二实施方式中将第二期间设定得较短，但是为明确地描述该第二实施方式的作用效果，先对第二期间设定得较长的比较例进行说明。另外，在该比较例中，设为第二期间中的阀24的开度较大。
另外，在图7a～图9c中示出在第二实施方式及其比较例中处理的晶圆w的表面。在这些各图中，与表示第一实施方式中的晶圆w的表面的各图不同，以47示出固体afs(相当于第一实施方式的说明中的afs层44)以及存在于该固体afs的周围的较高浓度的气体状afs。也就是说，在图7a～图9c中以不与固体afs区别的方式也示出第一实施方式中未显示的气体afs。
下面，当对比较例的处理进行说明时，图7a中示出的晶圆w与第一实施方式同样地被载置于处理容器11内的载置台21并被加热，向处理容器11内供给处理气体43(hf气体和nh3气体)、ar气体以及n2气体(图7b)。也就是说，开始前述的第一期间，利用处理气体43使sio2膜42改性并生成afs47。该处理气体43进入缝隙46内，缝隙46的周壁的表面也变成afs47。
这样生成了afs47之后，阀24的开度被从第一开度变更为第二开度，同时停止供给hf气体、nh3气体以及ar气体。也就是说开始第二期间，进行afs47的升华(图7c)。如前所述由于在比较例中第二期间较长，因此到第二期间结束为止，afs47被从晶圆w上去除。因此变成afs47的缝隙46的周壁也被去除，该缝隙46的宽度扩大。
之后，再次开始第一期间，利用处理气体43进行sio2膜42向afs47的改性。此时，与第1次的第一期间同样，处理气体43进入缝隙46(图8a)，缝隙46的周壁的表面变成afs47(图8b)。之后再次开始第二期间，与第1次的第二期间同样，去除afs47。因此，与第1次的第二期间同样，缝隙46的宽度进一步扩大。之后也重复进行第一期间和第二期间，但是每次这样经过第一期间和第二期间时，缝隙46的宽度都扩大。图8c示出了蚀刻结束时的晶圆w。如该图8c所示，作为缝隙46扩大的结果，处理之前形成有缝隙46的位置和没有形成缝隙46的位置之间，残留的sio2膜42的厚度产生差别。也就是说，在该比较例的处理中，晶圆w的面内的处理的均匀性降低。
接着，参照图9a～图9c对第二实施方式的处理进行说明。首先，与比较例同样地开始第一期间，如图7a、图7b所示那样向晶圆w供给包括处理气体43的各气体，使sio2膜42的表面改性成为afs47。之后，开始第二期间，如图7c所示那样进行afs47的升华。该第二期间的时间较短，第1次的第一期间结束后迅速再次开始第一期间，因此再次开始该第一期间时晶圆w的表面残留有afs47。更详细地说，成为第二期间中未气化的固体afs47、气化但未被从sio2膜42表面去除、通过再次开始第一期间时处理容器11内的压力上升而返回到固体的afs47残留在sio2膜42的表面的状态。此时，成为通过如上所述那样气化之后变为固体的afs47来嵌入缝隙46内的状态。
并且，通过在第2次的第一期间中供给的处理气体43，sio2膜42的表面变化为afs47(图9a)，但是由于缝隙46内已存在afs47，因此抑制了处理气体43进入该缝隙46内(图9b)。之后重复第一期间和第二期间，在各第一期间中与第2次的第一期间同样，阻止了处理气体43进入缝隙46内。因此，在缝隙46的扩大被抑制的同时进行sio2膜42的蚀刻。图9c示出了蚀刻结束时的晶圆w，作为如上所述那样抑制了缝隙46的扩大的结果，如该图9c所示，在处理之前形成有缝隙46的位置和没有形成缝隙46的位置之间，抑制了残留的sio2膜42的厚度之差。也就是说，在晶圆w的面内均匀性高地进行了处理。
在该第二实施方式中，第二期间中的阀24可以全开，也可以与第一实施方式同样不全开，只要使得在第2次以后的第一期间中成为有afs47残留于晶圆w表面的状态即可。另外，也可以是，代替延长第二期间，通过使阀24的开度较小，以使在第2次以后的第一期间中有afs47残留在晶圆w表面。另外，说明了在第2次以后的每次第一期间中都残留afs47。也就是说，说明了在多次的第一期间中残留afs47，但是也可以控制第二期间的长度或阀24的开度，使得仅在第2次以后的第一期间中的第1次第一期间中残留afs47。但是，为了防止缝隙46的扩大，优选的是在第2次以后的每次第一期间中都残留afs47。
另外，在上述的第一实施方式中，说明了控制阀24的开度以在第2次以后的第一期间成为afs残留于晶圆w的状态，但是也可以像该第二实施方式这样通过使第二期间较短来使afs残留。另外，在第一和第二实施方式中，作为要蚀刻的含硅膜不限于sio2膜，例如也可以是sion膜(氮氧化硅膜)。在这样对sion膜进行蚀刻的情况下也能够通过使用前述的处理气体，来从sion膜生成作为反应生成物的afs，因此与对sio2膜进行蚀刻的情况同样地，能够在晶圆w的面内进行均匀性高的蚀刻。另外，作为含硅膜，也可以是sin膜(氮化硅膜)。在对该sin膜进行蚀刻的情况下，通过供给nf3气体、nh3气体、o2气体作为处理气体，来从sin膜生成afs。据此，能够与前述的对sio2膜进行蚀刻的情况同样地在晶圆w的面内进行均匀性高的蚀刻。
此外，本次公开的实施方式的所有点均应被理解为例示性的而不是限制性的。上述的实施方式在不脱离所附权利要求的范围及其宗旨的情况下，能够通过各种方式的省略、置换、变更以及组合来实现。
(评价试验)
对与本公开的技术关联进行的评价试验进行说明。对表面形成有sio2膜的多个晶圆w进行了第一实施方式中说明的蚀刻处理。按每个晶圆w变更第二期间中的阀24的开度、即变更第二期间中的处理容器11内的压力来进行该蚀刻处理。然后，对处理后的各晶圆w测定了面内各部的sio2膜的蚀刻量的平均值(单位：
图10是示出该评价试验的结果的图表。该图表的纵轴表示蚀刻量的平均值(单位：
因此，根据上述的试验结果，估计为通过控制第二期间中的处理容器11内的压力，如图3a～图6中说明的那样在残留有afs层的状态下供给处理气体，蚀刻的均匀性提高。另外，估计为该第二期间中的相对压力越高，通过该第二期间中残留的处理气体进行了越多蚀刻。这样，根据评价试验，确认了通过使用本技术，能够在晶圆w的面内均匀性高地进行蚀刻，以及能够提高蚀刻率来提高吞吐量。
另外，在设定为该评价试验之中最低的相对压力500mtorr的情况下也能够得到足够的均匀度和足够的蚀刻量的平均值。即，在第二期间的压力相对于第一期间中的压力为500mtorr/3000mtorr×100＝16.7％的情况下也能够得到足够的效果。考虑设定为比500mtorr略低的相对压力的情况下，均匀度、蚀刻量的平均值也分别不会发生太大变动，因此考虑优选的是将第二期间的压力设定为第一期间中的压力的15％以上。
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