CN107924833B - 基板处理方法及基板处理装置 - Google Patents

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Abstract

基板处理装置(10)具备：收容基板(S)的收容部(11)；供给等离子生成用气体的气体供给部(13)；以及由等离子生成用气体生成等离子，并供给等离子至收容部(11)的等离子供给部(12)。等离子生成用气体包含氮原子及氧原子的至少一方。气体供给部(13)将等离子生成用气体供给至等离子供给部(12)，使添加气体的流量与氢气的流量之比为1/500以上。

Description

基板处理方法及基板处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于将形成于基板表面的氧化膜还原的基板处理方法及基板处理装置。
背景技术
作为将从接触孔等露出的金属膜表面上所形成的氧化膜还原的方法，已知有使用包含含氢气体和氦气的混合气体的等离子的方法。在该方法中，通过氧化膜中所含的氧与等离子中所含的氢离子或氢自由基反应而还原氧化膜(例如，参照专利文献1)。
【现有技术文献】
【专利文献】
[专利文献1]日本特开2001-203194号公报
发明内容
(发明所要解决的课题)
然而，在上述方法中，希望提高生成等离子所需的每单位耗电的氧化膜的还原速度。
本发明的目的为提供一种能提高每单位耗电的氧化膜还原速度的基板处理方法及基板处理装置。
(解决课题的手段)
根据一种方式的基板处理方法，具备如下工序：通过将氢气与添加气体混合而生成混合气体；由所述混合气体或所述混合气体与稀有气体的组合气体生成等离子；以及将形成于基板上的氧化膜通过所述等离子还原。所述添加气体包含氮原子及氧原子的至少一方。生成所述混合气体的工序包括如下工序：将所述添加气体和所述氢气混合为所述添加气体的流量与所述氢气的流量之比的流量比为1/500以上。
根据一种方式的基板处理装置具备：收容部，其收容基板；气体供给部，其供给等离子生成用气体；以及等离子供给部，其由从所述气体供给部所供给的所述等离子生成用气体生成等离子，将所述等离子供给至所述收容部。所述等离子生成用气体为氢气与添加气体的混合气体、或者所述混合气体与稀有气体的组合气体。所述添加气体包含氮原子及氧原子的至少一方。所述气体供给部以如下方式构成：以使所述添加气体的流量与所述氢气的流量之比的流量比为1/500以上的方式将所述等离子生成用气体供给至所述等离子供给部。
根据上述方法及装置时，与从氢气单体或氢气与稀有气体的混合气体生成等离子时比较，通过从氢气与添加气体的混合气体生成等离子，可通过添加气体良好地抑制由氢气所生成的活性种的活性丧失。因而，由氢气所生成的活性种中，到达氧化膜的活性种的比率高，其结果，每单位耗电的氧化膜的还原速度提高。
在一种实施方式中，所述添加气体可采用氧气。所述流量比优选为1/10以下。
根据该方法时，可抑制活性种的活性丧失，并且可抑制等离子中的氧残留于基板。
在一种实施方式中，所述添加气体可采用氮气。所述流量比优选为1/10以下。
根据该方法时，可抑制活性种的活性丧失，并且可抑制等离子中的氮残留于基板。
在一种实施方式，在上述基板处理方法中，还原所述氧化膜的工序包括使用所述等离子作为第一等离子来还原所述氧化膜的工序，所述基板处理方法进一步具备如下工序：通过所述第一等离子还原所述氧化膜后，停止供给所述添加气体，从而由所述氢气或所述氢气与所述稀有气体的组合气体生成第二等离子；以及将所述第二等离子应用于所述基板。
此外，在一种实施方式，在上述基板处理装置中，所述气体供给部可供给所述等离子生成用气体作为第一等离子生成用气体，并且可供给所述氢气或所述氢气与所述稀有气体的组合气体，作为第二等离子生成用气体。装置进一步具备控制部。此时，所述控制部构成为控制所述等离子供给部及所述气体供给部而执行以下的处理，该处理包含：从所述气体供给部供给所述第一等离子生成用气体至所述等离子供给部；通过所述等离子供给部由所述第一等离子生成用气体生成第一等离子，向所述收容部供给所述第一等离子；向所述收容部供给所述第一等离子后，停止供给所述添加气体，从而从所述气体供给部供给所述第二等离子生成用气体至所述等离子供给部；通过所述等离子供给部由所述第二等离子生成用气体生成第二等离子，向所述收容部供给所述第二等离子。
根据上述方法及装置时，可通过使用第二等离子的基板处理消除通过第一等离子还原氧化膜后，残留于基板的氧原子及氮原子的至少一方。
附图说明
图1是示出本发明一种实施方式的基板处理装置的概要方块图。
图2是示出使用氢气还原铜膜表面的氧化膜时的铜膜的反射率的变化和还原率的图。
图3是示出使用包含以氮气作为添加气体的第一等离子生成用气体还原铜膜表面的氧化膜时的铜膜的反射率的变化和还原率的图。
图4是示出使用包含以氧气作为添加气体的第一等离子生成用气体还原铜膜表面的氧化膜时的铜膜的反射率的变化和铜膜的还原率的图。
图5是示出氢等离子的发光光谱与发光强度之间的关系的图。
图6是示出试验例4的分析用基板的通过SIMS进行的表面分析的结果的图。
图7是示出试验例5的分析用基板的通过SIMS进行的表面分析的结果的图。
图8是示出试验例6的分析用基板的通过SIMS进行的表面分析的结果的图。
图9是示出试验例7的分析用基板的通过SIMS进行的表面分析的结果的图。
图10是示出试验例8的分析用基板的通过SIMS进行的表面分析的结果的图。
具体实施方式
参照图1至图10，说明基板处理方法及基板处理装置的一种实施方式。以下，依次说明基板处理装置的构成、基板处理方法、实施例。
[基板处理装置的构成]
参照图1说明基板处理装置的构成。
如图1所示，基板处理装置10具备：收容基板S的收容部11；供给等离子至收容部11的等离子供给部12；及供给气体至等离子供给部12的气体供给部13。
气体供给部13将等离子生成用气体供给至等离子供给部12。等离子生成用气体为混合气体或混合气体与稀有气体的组合气体，且混合气体是将氢气与添加气体混合而得到的气体。添加气体包含氮原子及氧原子的至少一方。气体供给部13供给等离子生成用气体至等离子供给部12时，调节混合气体中的氢气流量和添加气体流量，使添加气体的流量与氢气的流量之比的流量比为1/500以上。等离子供给部12由从气体供给部13所供给的等离子生成用气体生成等离子，并供给等离子至收容部11。
气体供给部13例如包含氢气用质量流量控制器和添加气体用质量流量控制器。各质量流量控制器与位于基板处理装置10外部的各气体的高压气瓶连接。气体供给部13供给的添加气体是例如选自由氮气、氧气、一氧化氮气、二氧化氮气、氨、及水(H2O气体)构成的组中的至少一个。添加气体优选为氮气或氧气。
气体供给部13除了混合气体(氢气和添加气体)之外，亦可供给氦气或氩气等稀有气体至等离子供给部12。稀有气体作为辅助从混合气体生成等离子及混合气体流动的辅助气体发挥作用。此时，气体供给部13包含辅助气体用质量流量控制器即可。
等离子供给部12具备等离子生成室21、等离子源22及高频电源23。等离子生成室21连接于收容部11。在等离子生成室21所形成的气体供给口21a连接有气体供给部13。
等离子源22配置于等离子生成室21周围。在等离子源22连接有对等离子源22施加高频电压的高频电源23。等离子源22只要能够由混合气体生成等离子，亦可为感应耦合方式的等离子源，或者磁控管方式的等离子源。
等离子供给部12通过在等离子生成室21被供给等离子生成用气体的状态下，从高频电源23施加高频电压至等离子源22，从而由等离子生成用气体生成等离子。而后，等离子供给部12从等离子生成室21供给等离子至收容部11。
由等离子生成用气体所生成的等离子中包含由氢气所生成的活性种，活性种为例如具有还原性的氢离子及氢自由基等。
收容部11包含连接于等离子生成室21的等离子供给口。在收容部11内的与该等离子供给口相对的位置配置有扩散部14。从等离子生成室21供给至收容部11的等离子通过与扩散部14碰撞而在收容部11中沿等离子供给口的径向扩散。
在收容部11内部配置有对基板S进行支承的支承部15。支承部15例如亦可是承载基板S的载台，或者把持基板S周围的夹持件。支承部15具有将基板S加热的未图示的加热机构，例如加热机构可以采用电阻加热等公知的机构。由等离子生成用气体所生成的等离子被供给至基板S。基板S例如包含：硅层；由铜等所形成的金属层等导电层；及形成于导电层表面的氧化膜。
收容部11包含形成于位于等离子供给口相反侧的壁的排气口11a。在排气口11a连接有排气部16。排气部16例如包含调节收容部11内部压力的压力调节阀或各种泵，而将收容部11内部压力减压至预定的压力。
基板处理装置10具备控制部30，控制部30控制等离子供给部12的驱动和气体供给部13的驱动。
控制部30例如通过控制高频电源23的驱动来控制等离子供给部12的驱动。例如，控制部30控制从高频电源23供给高频电力至等离子源22的定时、及高频电源23所供给的电力大小等。
控制部30例如通过控制各质量流量控制器的驱动来控制气体供给部13的驱动。例如控制部30控制各质量流量控制器向等离子生成室21供给气体的定时、及供给至等离子生成室21的气体的流量等。
例如，控制部30控制气体供给部13的驱动，使得在收容部11中收容了基板S的状态下，从气体供给部13开始对等离子供给部12供给等离子生成用气体。此外，控制部30控制等离子供给部12的驱动，使得由供给至等离子供给部12的等离子生成用气体持续预定时间生成等离子。
另外，优选控制部30控制等离子供给部12使得在等离子生成用气体的流量稳定后(例如从供给等离子生成用气体起经过预定时间后)开始生成等离子。
在本实施方式中，上述等离子生成用气体相当于第一等离子生成用气体。此外，氢气、或氢气与稀有气体的组合气体(换言之，从第一等离子生成用气体除去添加气体的气体)相当于第二等离子生成用气体。而后，从第一等离子生成用气体所生成的等离子相当于第一等离子，从第二等离子生成用气体所生成的等离子相当于第二等离子。
控制部30亦可控制气体供给部13的驱动，使得在将第一等离子供给至收容部11后，开始供给第二等离子生成用气体。例如，控制部30亦可控制气体供给部13的驱动，逐渐降低第一等离子生成用气体的添加气体的流量，从而使气体供给状态从供给包含添加气体的气体(即，第一等离子生成用气体)的状态向供给不含添加气体的气体(即，第二等离子生成用气体)的状态转移。或者，控制部30亦可控制气体供给部13的驱动，通过暂先降低第一等离子生成用气体的添加气体的流量，从而使气体供给状态从供给包含添加气体的气体(第一等离子生成用气体)的状态向供给不含添加气体的气体(第二等离子生成用气体)的状态转移。此外，控制部30控制等离子供给部12的驱动，从第二等离子生成用气体持续预定时间生成第二等离子。
另外，在生成第二等离子时，控制部30亦可控制气体供给部13及高频电源23，使得在生成第一等离子后仍继续供给气体和供给高频电力，从而开始生成第二等离子。亦即，亦可连续进行第一等离子的生成和第二等离子的生成。或者，控制部30亦可控制气体供给部13及高频电源23，使得在生成第一等离子后，继续供给气体并暂先停止供给高频电力，之后再次开始供给高频电力，从而开始生成第二等离子。或者，控制部30亦可控制气体供给部13及高频电源23，使得在生成第一等离子后，将高频电力的供给和气体的供给都暂先停止，之后再次开始供给气体和供给高频电力，从而开始生成第二等离子。
[基板处理方法]
以下说明通过上述基板处理装置实施的基板处理方法。
在基板处理方法中，首先通过使添加气体流量与氢气流量之比的流量比为1/500以上的方式混合添加气体和氢气，从而生成混合气体。然后，由混合气体、或混合气体与稀有气体的组合气体生成等离子。而后，通过应用等离子于形成于基板S上的氧化膜，从而还原氧化膜。用等离子处理基板S时，亦可将基板S加热。例如，用等离子处理基板S时的基板S的温度为50℃以上，优选为150℃以上。用等离子处理基板S时的基板S的温度上限值并无特别限制，不过上限值只要能保护基板S的温度即可，例如350℃以下即可。
在本例中，控制部30控制气体供给部13的驱动，使通过气体供给部13所供给的混合气体中的流量比为1/500以上。而后，控制部30控制高频电源23的驱动，从高频电源23施加高频电压至等离子源22，而在等离子生成室21内部由等离子生成用气体生成等离子。
由此，与通过排气部16在收容部11内所形成的气体的流动相应地，应用等离子于基板S，从而还原基板S的氧化膜。
采用此种方法及装置时，与由氢气单体、或氢气与稀有气体的混合气体生成等离子的情况比较，混合气体中所含的添加气体能够良好地抑制由氢气所生成的活性种的活性丧失。因而，由氢气所生成的活性种中，到达氧化膜的活性种的比率提高，其结果，每单位耗电的氧化膜的还原速度提高。
此外，在基板处理方法中，在还原氧化膜的处理中，亦可在通过由第一等离子生成用气体所生成的第一等离子将氧化膜还原后，将由第二等离子生成用气体所生成的第二等离子应用于基板S。
此时，例如控制部30亦可控制气体供给部13及等离子供给部12，以执行以下处理。首先，从气体供给部13供给第一等离子生成用气体至等离子供给部12，通过等离子供给部12由第一等离子生成用气体生成第一等离子。而后，向收容部11供给第一等离子，通过第一等离子还原氧化膜。之后，通过停止从气体供给部13往等离子供给部12供给添加气体，从而供给第二等离子生成用气体至等离子供给部12，并通过等离子供给部12从第二等离子生成用气体生成第二等离子。而后供给第二等离子往收容部11。
根据此种方法及装置，在使用第一等离子进行了氧化膜还原后，对基板S供给第二等离子。因而，将在使用第一等离子进行了氧化膜还原后残留于基板S的氧原子及氮原子的至少一方，利用第二等离子从基板S消除。
[试验例]
参照图2至图10说明试验例。
[混合气体中的流量比]
图2是示出仅使用氢气还原氧化膜时的还原率的图，图3是示出使用包含氮气作为添加气体的第一等离子生成用气体还原氧化膜时的还原率的图，图4是示出使用包含氧气作为添加气体的第一等离子生成用气体还原氧化膜时的还原率的图。
另外，氧化膜的还原率利用以下方法算出。首先，在基板S的面形成铜膜，使用波长436nm的光测定铜膜的反射率。而后，通过热氧化而将铜膜强制氧化，测定强制氧化后的铜膜的反射率。其次，使用由各气体所生成的等离子还原形成于铜膜表面的氧化膜，并测定还原后的铜膜的反射率。算出还原后在铜膜上的反射率与强制氧化后在铜膜上的反射率之比作为还原率。
此外，氢气流量、氩气流量、收容部11内部的压力、处理时间、及基板S的温度，不论是否含有添加气体皆设定成相同条件。在本例中，将氢气流量设定为1000sccm，氩气流量设定为200sccm，收容部11内部的压力设定为70Pa，处理时间设定为70秒，基板S的温度设定为150℃。而后，使用微波作为等离子源22，在使用包含混合气体(氢气和添加气体)的第一等离子生成用气体还原氧化膜时，不论添加气体的种类，供给至等离子源22的高频电力皆设定成500W。
如图2所示，确认到如下：在对等离子源22供给500W的高频电力而生成氢等离子时，还原率为1.04，在对等离子源22供给1000W的高频电力而生成氢等离子时，还原率为1.10。
如图3所示，确认到如下：在氮气流量为1sccm且流量比为1/1000时，还原率为1.05，在氮气流量为2sccm且流量比为1/500时，还原率为1.40。此外，确认到如下：在氮气流量为5sccm且流量比为1/200时，还原率为1.50，在氮气流量为10sccm且流量比为1/100时，还原率为1.45，在氮气流量为50sccm且流量比为1/20时，还原率为1.38。
如图4所示，确认到如下：氧气流量为0.5sccm且流量比为1/2000时，还原率为1.03，在氧气流量为1sccm且流量比为1/1000时，还原率为1.18。此外，确认到如下：氧气流量为2sccm且流量比为1/500时，还原率为1.57，在氧气流量为5sccm且流量比为1/200时，还原率为1.52。此外，在氧气流量为10sccm且流量比为1/100时，发现还原率为1.66，在氧气流量为50sccm且流量比为1/20时，发现还原率为1.72。
如此，确认到如下：不仅在添加气体为氮气时，即使添加气体是氧气，只要流量比为1/500以上，则与通过仅从氢气所生成的等离子还原氧化膜时比较，还原率大幅提高。亦即，确认到每单位耗电的氧化膜的还原速度提高。
此外，流量比为1/500以上时，即使供给至等离子源22的高频电力为500W，还原率仍比仅使用氢气并对等离子源22供给1000W的高频电力而生成等离子时还高。因此，通过在氢气中混合添加气体，从而要比单纯增大供给至等离子源22的高频电力，可增加提高氧化膜的还原率的效果。
添加气体为氮气时，为了提高每单位耗电的氧化膜的还原速度，且适当地抑制氮原子残留于还原后的基板，流量比优选为1/500以上且1/10以下，更优选为1/500以上且1/20以下，进一步优选为1/500以上且1/100以下。
添加气体为氧气时，为了提高每单位耗电的氧化膜的还原速度，且适当地抑制氧原子残留于还原后的基板，流量比优选为1/500以上且1/10以下，更优选为1/500以上且1/20以下。
[氢等离子的发光强度]
参照图5说明氢等离子的发光强度。图5是示出在以下的试验例1～3中，通过等离子发光监视器测定氢等离子的发光强度的结果的图。另外，试验例1～3分别使用微波作为等离子源22。
[试验例1]
在试验例1中，使用氢气作为等离子生成用气体来产生等离子。在该试验例1中，将氢气流量设定为1000sccm，将氩气流量设定为200sccm，将供给至等离子源22的高频电力设定为500W。
[试验例2]
在试验例2中，使用包含氮气作为添加气体的第一等离子生成用气体来产生等离子。在该试验例2中，通过将氢气流量设定为1000sccm且将氮气流量设定为2sccm，从而将流量比设定为1/500。此外，将氩气流量设定为200sccm，将供给至等离子源22的高频电力设定为500W。
[试验例3]
在试验例3中，使用氢气作为等离子生成用气体来产生等离子。在该试验例3中，将氢气流量设定为1000sccm，将氩气流量设定为200sccm，将供给至等离子源22的高频电力设定为1000W。
如图5所示，发现试验例2的发光强度比试验例1的发光强度大，且试验例3的发光强度比试验例2的发光强度大。此外，发现试验例2的发光强度与试验例3的发光强度之差，比试验例1的发光强度与试验例2的发光强度之差大。
此时，如上述说明的图2所示，试验例1的条件下的还原率为1.04，试验例3的条件下的还原率为1.10，另外，如上述说明的图3所示，试验例2的条件下的还原率为1.40。为此，试验例2中的还原率并非因为由氢气生成的等离子中所含的活性种量比试验例1大而提高。而是因为在试验例2中通过添加气体(氮气)抑制例如氢自由基的再结合而抑制活性种的活性丧失。由此，到达基板S的氧化膜的活性种的量增大，其结果，试验例2的还原率比试验例1(及试验例3)的还原率高。
[通过SIMS进行的表面分析]
参照图6至图10，说明通过SIMS对以下试验例4～8的各分析用基板进行的表面分析的结果。
[试验例4]
在基板面上形成具有厚度5nm的钽层，在钽层的面上形成具有厚度150nm的第一铜层，从而形成层积体。而后，将层积体静置在大气中10天后，在第一铜层的面上形成具有厚度50nm的第二铜层，而获得试验例4的分析用基板。
[试验例5]
将层积体静置于大气中后，在形成第二铜层之前，对层积体进行还原处理，除此之外，通过与试验例4同样的方法获得试验例5的分析用基板。在试验例5的还原处理中，将氢气流量设定为1000sccm，将氩气流量设定为200sccm，将添加气体的氧气流量设定为2sccm，将收容部11内部的压力设定为70Pa，将高频电力设定为500W，将处理时间设定为10秒，并将基板S的温度设定为150℃。另外，使用微波作为等离子源22。
[试验例6]
在还原处理中将处理时间设定为60秒，除此之外，通过与试验例5同样的方法获得试验例6的分析用基板。
[试验例7]
在还原处理中使用氮气作为添加气体，除此之外，通过与试验例6同样的方法获得试验例7的分析用基板。
[试验例8]
在与试验例5同样条件下还原第一铜层的表面后，在形成第二铜层之前使用第二等离子生成用气体处理第一铜层表面，除此之外，通过与试验例5同样的方法获得试验例8的分析用基板。在使用第二等离子生成用气体处理第一铜层表面的工序中，将氢气流量设定为1000sccm，将氩气流量设定为200sccm，将收容部11内部的压力设定为70Pa，将高频电力设定为500W，将处理时间设定为60秒。
[分析结果]
如图6所示，在试验例4的分析用基板中，确认到第一铜层表面的氧原子浓度为1.5×1022原子/cm3，氮原子浓度为1.0×1019原子/cm3，碳原子浓度为2.0×1019原子/cm3，氢原子浓度为5.0×1020原子/cm3。
如图7所示，在试验例5的分析用基板中，确认到在第一铜层表面的氧原子浓度为8.0×1019原子/cm3，且氮原子浓度、碳原子浓度、及氢原子浓度皆与检测下限值相同程度。即，确认到在第一铜层表面几乎未残留氮原子、碳原子、及氢原子的任何原子。
亦即，确认到：试验例5中通过还原处理，虽可还原形成于第一铜层表面的氧化膜，但是在第一铜层表面有氧原子残留。此外，还确认到：试验例5中通过还原处理，除了氧化膜还原之外，还从第一铜层表面消除了氮原子、碳原子、及氢原子。
如图8所示，确认到：在试验例6的分析用基板中，在第一铜层表面的氧原子浓度为9.0×1019原子/cm3，且氮原子浓度、碳原子浓度、及氢原子浓度皆与检测下限值相同程度。即，确认到在第一铜层表面几乎未残留氮原子、碳原子、及氢原子的任何原子。
亦即，确认到：试验例6中通过还原处理，虽可将形成于第一铜层表面的氧化膜还原成与试验例5相同程度，但是在第一铜层表面有氧原子残留。此外，确认到：试验例6中通过还原处理，除了氧化膜还原之外，还从第一铜层表面消除氮原子、碳原子、及氢原子。
如图9所示，确认到：在试验例7的分析用基板中，在第一铜层表面的氧原子浓度与检测下限值相同程度，且氮原子浓度为6.0×1019原子/cm3，碳原子浓度为2.0×1019原子/cm3，氢原子浓度与检测下限值相同程度。即，确认到：在第一铜层表面几乎未残留氧原子及氢原子。
亦即，确认到：试验例7中通过还原处理，虽可还原形成于第一铜层表面的氧化膜，但是在第一铜层表面有氮原子残留。此外，确认到：通过试验例7中的还原处理，除了氧化膜还原之外，还从第一铜层表面消除氢原子。
如图10所示，确认到：在试验例8的分析用基板中，在第一铜层表面的氧原子浓度、氮原子浓度、碳原子浓度、及氢原子浓度全部与检测下限值相同程度。即，确认到：在第一铜层表面皆未残留氧原子、氮原子、碳原子及氢原子。
亦即，确认到：试验例8中通过还原处理，使用由第一等离子生成用气体所生成的等离子还原氧化膜后残留于第一铜层表面的氧原子，通过使用由第二等离子生成用气体所生成的等离子的第一铜层的处理而被消除。
如此，通过使用从包含氧气作为添加气体的第一等离子生成用气体所生成的等离子还原氧化膜时，氧化膜被还原。而后，使用第一等离子生成用气体的等离子还原氧化膜后，使用第二等离子生成用气体的等离子处理基板时，可从基板表面消除添加气体中所含的氧原子。另外，使用包含氮原子作为添加气体的第一等离子生成用气体的等离子进行氧化膜还原后，使用第二等离子生成用气体的等离子处理基板情况下，可从基板表面消除添加气体中所含的氮原子，不过此处省略说明。
采用本实施方式的基板处理方法及基板处理装置时，可获得以下列举的效果。
(1)与仅从氢气生成等离子时比较，通过从氢气与添加气体的混合气体生成等离子，从而通过添加气体适切抑制由氢气所生成的活性种的活性丧失。因而，由氢气所生成的活性种中到达氧化膜的活性种比率提高，其结果，每单位耗电的氧化膜的还原速度提高。
(2)添加气体为氧气，且流量比为1/10以下时，可抑制活性种的活性丧失，并且可抑制等离子中的氧原子残留于基板。
(3)添加气体为氮气，且流量比为1/10以下时，可抑制活性种的活性丧失，并且可抑制等离子中的氮原子残留于基板。
(4)通过第一等离子进行氧化膜的还原后，使用第二等离子处理基板S，从而可消除通过使用第一等离子而残留于基板S的氧原子及氮原子的至少一方。
上述实施方式亦可如以下方式适当变更来实施。
·添加气体为氮气时，如能还原基板S上的氧化膜，其流量比亦可比1/10大。此时，可从残留于基板S表面的氮原子不影响后工序的处理结果的范围内适当选择混合气体中的流量比的上限值。
·添加气体为氧气时，如能还原基板S上的氧化膜，其流量比亦可比1/10大。此时，可从残留于基板S表面的氧原子不影响后工序的处理结果的范围内适当选择混合气体中的流量比的上限值。
·流量比为1/500以上时，氢气亦可为1000sccm以外的流量。此时，可从残留于基板S表面的氮原子及/或氧原子不影响后工序的处理结果的范围内适当选择混合气体中的流量比的上限值。
·等离子供给部12不限于在收容部11外部生成等离子而供给等离子至收容部11的构成，亦可为在收容部11内部生成等离子的构成。如此构成时，等离子供给部12例如具备：收容部11；配置于收容部11周围的感应耦合等离子(ICP)线圈；及施加高频电压至ICP线圈的电源即可。
附图标记说明
10 基板处理装置、11 收容部、11a 排气口、12 等离子供给部、13 气体供给部、14扩散部、15 支承部、16 排气部、21等离子生成室、21a 气体供给口、22 等离子源、23 高频电源、30 控制部、S 基板

Claims (5)

1.一种基板处理方法，其具备如下工序：
通过将氢气与添加气体混合而生成混合气体；
由所述混合气体或所述混合气体与稀有气体的组合气体生成等离子；以及
将形成于基板上的氧化膜通过所述等离子还原；
所述添加气体包含氮原子及氧原子的至少一方，
生成所述混合气体的工序包括如下工序：将所述添加气体和所述氢气混合为所述添加气体的流量与所述氢气的流量之比的流量比为1/500以上且1/20以下。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其中，所述添加气体为氮气，且所述流量比设定成1/100以下。
3.根据权利要求1或2所述的基板处理方法，其中，还原所述氧化膜的工序包括使用所述等离子作为第一等离子来还原所述氧化膜的工序，
所述基板处理方法进一步具备如下工序：
通过所述第一等离子还原所述氧化膜后，停止供给所述添加气体，从而由所述氢气或所述氢气与所述稀有气体的组合气体生成第二等离子；以及
将所述第二等离子应用于所述基板。
4.一种基板处理装置，其具备：
收容部，其收容基板；
气体供给部，其供给等离子生成用气体；以及
等离子供给部，其由从所述气体供给部所供给的所述等离子生成用气体生成等离子，将所述等离子供给至所述收容部，
所述等离子生成用气体为氢气与添加气体的混合气体、或者所述混合气体与稀有气体的组合气体，
所述添加气体包含氮原子及氧原子的至少一方，
所述气体供给部以如下方式构成：以使所述添加气体的流量与所述氢气的流量之比的流量比为1/500以上且1/20以下的方式将所述等离子生成用气体供给至所述等离子供给部。
5.根据权利要求4所述的基板处理装置，其中，所述气体供给部能将所述等离子生成用气体作为第一等离子生成用气体供给，并且能将所述氢气或所述氢气与所述稀有气体的组合气体作为第二等离子生成用气体供给；
所述基板处理装置进一步具备控制部，所述控制部构成为控制所述等离子供给部及所述气体供给部而执行以下的处理，该处理包含：
从所述气体供给部供给所述第一等离子生成用气体至所述等离子供给部；
通过所述等离子供给部由所述第一等离子生成用气体生成第一等离子，向所述收容部供给所述第一等离子；
向所述收容部供给所述第一等离子后，停止供给所述添加气体，从而从所述气体供给部供给所述第二等离子生成用气体至所述等离子供给部；
通过所述等离子供给部由所述第二等离子生成用气体生成第二等离子，向所述收容部供给所述第二等离子。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110945620B (zh) * 2017-05-25 2022-11-22 微-X有限公司 产生射频调制的x射线放射的器件
JP6906490B2 (ja) * 2018-09-14 2021-07-21 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
KR102251801B1 (ko) * 2019-09-02 2021-05-12 포항공과대학교 산학협력단 레이저 가열과 플라즈마를 이용한 산화환원 처리방법
WO2021113304A1 (en) 2019-12-02 2021-06-10 Applied Materials, Inc. Methods for in-situ chamber monitoring
KR20210088318A (ko) * 2020-01-06 2021-07-14 삼성전자주식회사 플라즈마를 이용하는 박막 형성 장치 및 박막 형성 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5403436A (en) * 1990-06-26 1995-04-04 Fujitsu Limited Plasma treating method using hydrogen gas
US20070071900A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Philippe Soussan Methods for protecting metal surfaces
CN101065833A (zh) * 2004-09-01 2007-10-31 芝浦机械电子装置股份有限公司 灰化方法与灰化装置
US20100105192A1 (en) * 2008-10-29 2010-04-29 Naonori Akae Method of Manufacturing Semiconductor Device and Substrate Processing Apparatus
CN101819930A (zh) * 2009-02-26 2010-09-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 降低沟槽内残留物的方法
CN102396054A (zh) * 2009-07-27 2012-03-28 东京毅力科创株式会社 选择氧化处理方法、选择氧化处理装置和计算机可读取的存储介质
JP2012146749A (ja) * 2011-01-07 2012-08-02 Fuji Electric Co Ltd 半導体基板への有機膜パターンの直接描画プロセスにおける前処理方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0775229B2 (ja) * 1990-06-26 1995-08-09 富士通株式会社 プラズマ処理方法
US6346489B1 (en) 1999-09-02 2002-02-12 Applied Materials, Inc. Precleaning process for metal plug that minimizes damage to low-κ dielectric
JPWO2005055305A1 (ja) * 2003-12-04 2007-06-28 東京エレクトロン株式会社 半導体基板導電層表面の清浄化方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5403436A (en) * 1990-06-26 1995-04-04 Fujitsu Limited Plasma treating method using hydrogen gas
CN101065833A (zh) * 2004-09-01 2007-10-31 芝浦机械电子装置股份有限公司 灰化方法与灰化装置
US20070071900A1 (en) * 2005-09-29 2007-03-29 Philippe Soussan Methods for protecting metal surfaces
US20100105192A1 (en) * 2008-10-29 2010-04-29 Naonori Akae Method of Manufacturing Semiconductor Device and Substrate Processing Apparatus
CN101819930A (zh) * 2009-02-26 2010-09-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 降低沟槽内残留物的方法
CN102396054A (zh) * 2009-07-27 2012-03-28 东京毅力科创株式会社 选择氧化处理方法、选择氧化处理装置和计算机可读取的存储介质
JP2012146749A (ja) * 2011-01-07 2012-08-02 Fuji Electric Co Ltd 半導体基板への有機膜パターンの直接描画プロセスにおける前処理方法

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