CN108695133B - 基板处理装置和基板处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板处理装置和基板处理方法。在向被载置于处理容器内的晶圆供给气体时能够调整气体的浓度的面内分布。在向被载置于处理容器(20)内的晶圆(W)供给气体来进行处理的等离子体处理装置中，通过分隔部(5)将处理容器(20)内划分为激发NF3气体、O2气体以及H2气体的等离子体空间(P)和对晶圆(W)进行自由基处理的处理空间(S)。而且，构成为在等离子体空间(P)中激发的NF3气体、O2气体以及H2气体经由形成于分隔部(5)的狭缝(42)而以自由基进行供给，并且从分隔部(5)的下表面的载置台(3)的中央侧的中央侧气体供给部和载置台(3)的周缘侧的周缘侧气体供给部供给Ar气体。

Description

基板处理装置和基板处理方法
技术领域
本发明涉及一种对载置于处理容器内的基板供给气体来进行处理的技术。
背景技术
作为半导体制造工艺之一，有将反应气体等离子体化来进行蚀刻、成膜处理等的等离子体处理。作为这种等离子体处理装置，已知有专利文献1记载那样的等离子体处理装置，该等离子体处理装置在处理容器内在处理容器的上部侧将处理气体激发来将处理气体等离子体化，将使其通过离子阱部而得到的自由基供给到基板。
在等离子体处理中，也有如下方法：当在处理容器内激发处理气体时，例如向天线供给高频电力使得在处理容器内产生感应电场，将供给到处理容器内的处理气体激发并供给到半导体晶圆(以下称为“晶圆”)。然而，用于在空间内激发处理气体的感应电场不均匀，因此等离子体的分布也容易变得不均匀。并且等离子体的分布容易受磁场、电场的影响，存在其密度的调整困难的问题。因此，供给到晶圆的自由基的面内分布难以获得良好的均匀性。近年来，伴随着形成于晶圆的电路图案的微细化，对晶圆的处理的面内均匀性也要求更高的精度，因此，要求在处理组件中调整对基板的处理的面内分布的技术。
专利文献2记载了如下技术：向晶圆W的周缘部供给附加气体来调整气体的浓度，从而调整晶圆W的面内均匀性，但是，存在无法向晶圆W的中心侧供给附加气体的问题。另外，没有考虑将处理气体等离子体化来供给到晶圆的例子。
专利文献1：日本特开2006-324023号公报
专利文献2：日本特许第5192214号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是基于这种情况而作出的，其目的在于提供一种在向载置于处理容器内的基板供给气体时能够调整气体浓度的面内分布的技术。
用于解决问题的方案
本发明的基板处理装置在处理容器内的载置台上载置基板，并供给气体来对基板进行处理，该基板处理装置具备：
分隔部，其与所述载置台相向地设置，设置于配置基板的处理空间与第一气体扩散的扩散空间之间；
第一气体供给部，其用于向所述扩散空间供给所述第一气体；
多个第一气体喷出孔，其以在厚度方向上贯通所述分隔部的方式形成，用于将扩散到所述扩散空间的第一气体喷出到所述处理空间；以及
第二气体供给部，其包含多个第二气体喷出孔，该多个第二气体喷出孔在所述分隔部中的所述处理空间侧的气体喷出面开口，该第二气体供给部与所述第一气体独立地向处理空间供给第二气体，
其中，所述第二气体供给部对处理空间中的在水平方向上进行分割而得到的多个区域中的每个区域分别独立地供给第二气体。
本发明的基板处理方法使用上述的基板处理装置，该基板处理方法的特征在于，包括以下工序：
蚀刻工序，将供给到所述扩散空间的所述第一气体活化来供给到所述处理空间，对形成于所述基板的表面的氮化硅膜进行蚀刻；
分布调整工序，向在该处理空间中横向并排的多个区域分别供给第二气体以调整所述活化的所述第一气体在所述处理空间中的分布；以及
在所述蚀刻工序和所述分布调整工序之后进行的工序，在该工序中，将用于去除所述氮化硅膜的表面的氧化膜的氧化膜去除气体从所述第一气体供给部经由所述扩散空间供给到所述处理空间或从所述第二气体供给部供给到所述处理空间。
发明的效果
本发明在向载置于处理容器内的被处理基板供给气体的基板处理装置中，通过分隔部将处理容器内划分为使气体扩散的扩散区域和对基板进行气体处理的处理区域，并向扩散空间供给第一气体。将供给到扩散空间的第一气体经由形成于分隔部的第一气体供给孔来供给、并且从设置于分隔部的下表面的第二气体供给孔来与第一气体独立地向处理空间供给第二气体。并且将在供给第二气体时向包含基板的中心轴的中央区域供给第二气体的中央侧气体供给部、从包围中央区域的周缘区域供给第二气体的周缘侧气体供给部相互独立地设置。因此，能够在载置台的中心侧和载置台的周缘侧独立地改变第二气体的供给量，能够调整对基板的气体处理的面内分布。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的多腔系统的俯视图。
图2是第一实施方式所涉及的等离子体处理装置的纵截面图。
图3是从上方侧观察喷淋板的俯视图。
图4是从下方观察喷淋板的俯视图。
图5是上述喷淋板的纵截面图。
图6是上述喷淋板的横截面图。
图7是上述喷淋板的截面立体图。
图8是离子阱部的截面图。
图9是表示离子阱部的俯视图。
图10是表示等离子体处理装置的作用的说明图。
图11是表示等离子体处理装置的作用的说明图。
图12是表示本发明的实施方式的其它例子中的喷淋板的说明图。
图13是表示进行本发明的基板处理的晶圆的截面图。
图14是表示本发明的实施方式的其它例子的作用的说明图。
图15是表示本发明的实施方式的其它例子的作用的说明图。
图16是表示蚀刻处理后的晶圆的截面图。
图17是表示第二实施方式所涉及的喷淋板的上表面侧的俯视图。
图18是表示第二实施方式所涉及的喷淋板的下表面侧的俯视图。
图19是表示第二实施方式所涉及的喷淋板的纵截面图。
图20是表示第二实施方式所涉及的喷淋板的纵截面图。
图21是表示第三实施方式所涉及的基板处理装置的纵截面图。
图22是表示第三实施方式所涉及的喷头的俯视图。
图23是表示第三实施方式所涉及的喷头的俯视图。
附图标记说明
2：等离子体处理装置；3：载置台；4、8：喷淋板；5：分隔部；7：喷头；20：处理容器；41A：中央侧气体喷出孔；41B：周缘侧气体喷出孔；42：狭缝；51：离子阱部；D：扩散空间；P：等离子体空间；S：处理空间；W：晶圆。
具体实施方式
[第一实施方式]
说明将第一实施方式所涉及的基板处理装置应用于等离子体处理装置的例子。图1表示具备等离子体处理装置的多腔系统的真空处理装置。真空处理装置具备其内部环境通过干燥气体例如干燥的氮气而被设为常压环境的横长的常压搬送室12，在常压搬送室12的前侧并排设置有用于载置搬送容器C的三台装载埠11。
在常压搬送室12的正面壁安装有与上述搬送容器C的盖一起开闭的门17。在常压搬送室12内设置有搬送机构15，该搬送机构15用于搬送晶圆W，由关节臂构成。在常压搬送室12中的装载埠11的相反侧并排配置有例如两个装载互锁室13。在装载互锁室13与常压搬送室12之间设置有闸阀18，从装载互锁室13的常压搬送室12侧观察时在里侧隔着闸阀19配置有真空搬送室10。
在真空搬送室10中连接有例如进行成膜处理、PHT(Post Heat Treatment：后热处理)处理以及等离子体处理的工艺模块1。在真空搬送室10中设置有搬送机构16，该搬送机构16具备由关节臂构成的两根搬送臂，利用搬送机构16来在各装载互锁室13和各工艺模块1之间进行晶圆W的交接。另外，在真空处理装置中的常压搬送室12连接有用于冷却晶圆W的冷却装置14。例如，成膜装置例如在晶圆W上形成氮化硅(SiN)膜，并且PHT装置对等离子体处理后的晶圆W进行加热来使在等离子体处理中生成的反应生成物升华。
接着，还参照图2来说明设置于真空处理装置的工艺模块1内的等离子体处理装置2。在此，以如下的等离子体处理装置为例进行说明：例如激发三氟化氮(NF3)气体、氧气体(O2)以及氢气体(H2)，使用激发所得到的自由基来对形成于晶圆W上的SiN膜进行蚀刻。等离子体处理装置2具备有由铝等金属制的真空容器构成的处理容器20。如图2所示，等离子体处理装置具备左右并排连结的两个处理容器20，在被连结的两个处理容器20的前后方向的一面侧形成两个处理容器20共用的搬送口22，该搬送口22用于在处理容器20与图1所示的真空搬送室10之间进行晶圆W的搬入搬出，且该搬送口22构成为通过闸阀21而自由开闭。
在如图2所示那样连结的处理容器20内，通过设置于上部侧的隔壁23和设置于隔壁23的下方的划分壁24来划分为各处理容器20。划分壁24构成为例如通过升降机构25而自由升降，当使划分壁24下降时两个处理容器20中放置载置台3的处理空间彼此连通，从而能够向各处理容器20内搬入晶圆W，通过使划分壁24上升，被相互划分为两个处理空间。此外，等离子体处理装置2中的两个处理容器20内大致相同地构成，因此以下说明一个处理容器20。
如图1、图2所示，在处理容器2中配置有用于水平地保持晶圆W的载置台3。另外，在载置台3的内部形成有温度调整流路33，在温度调整流路中流过例如水等温度调整用的介质，在后述的自由基处理中将晶圆W的温度调整为例如10℃～120℃。另外，在载置台3上沿周向等间隔地设置有三根未图示的升降销，该升降销被设置为从载置台的表面突出和退回。
在各处理容器20中的顶板部分设置有例如由石英板等构成的电介质窗26。在各电介质窗26的上表面侧载置有由螺旋状的平面线圈构成的高频天线27。在线圈状的高频天线27的端部经由匹配器28连接有用于输出例如200W～1200W的高频的高频电源29。高频天线27、匹配器28以及高频电源29相当于等离子体产生部。
另外，在各处理容器20的每个处理容器20中形成用于供给第一气体的气体供给口34，在气体供给口34连接有气体供给管35的一端侧。气体供给管35的另一端侧分支为三根，在各端部分别连接有NF3气体供给源36、H2气体供给源37以及O2气体供给源38。此外，图2中的V1～V3是阀，M1～M3是流量调整部。由此，构成为能够将NF3气体、H2气体以及O2气体分别以规定的流量供给到处理容器20内。从气体供给口34供给的这些气体相当于第一气体。
在处理容器20中的载置台3的上方设置有分隔部5，该分隔部5将处理容器20内分隔为扩散NF3气体、O2气体以及H2气体的扩散空间和对载置于载置台3的晶圆W进行自由基处理的处理空间S，其中，扩散空间同时是激发等离子体的等离子体空间P。
分隔部5具备喷淋板4和离子阱部51，被从下方侧起按该顺序配置。担心喷淋板4和离子阱部51由于相互的热膨胀率之差导致摩擦从而产生微粒，因此，例如使用隔板等以隔着间隙的方式配置以避免相互接触。
还参照图3～图7来说明喷淋板4。图3表示从上方侧观察设置于各处理容器20的喷淋板4的图，图4表示从载置台3侧观察一个处理容器20内的喷淋板4的俯视图。另外，图5是喷淋板4的纵截面图，图6是从载置台3侧观察喷淋板4的横截面的截面图，图7表示将喷淋板4的一部分设为截面的立体图。此外，在图7中，形成于凸缘400的气体扩散流路45和气体导入路403的顶面被板状的部件封住，但是为了说明的方便而以开放气体扩散流路45和气体导入路403的顶面的方式示出。如后所述，在喷淋板4内形成有用于向处理空间S侧供给作为第二气体的非活性气体、例如氩(Ar)气体的流路，但是在图2中，从制图的难度考虑，以斜线表示喷淋板4的截面，没有表示出后述的内部的流路。喷淋板4例如由铝板构成，如图3所示那样对各处理容器20内进行分隔的喷淋板4以相互连接的一张板状体40构成。
在板状体40中的喷淋板4的周围形成凸缘400，喷淋板4构成为，在处理容器20的周壁内插入凸缘400来固定，喷淋板4的热经由该凸缘400传递到处理容器20的内壁进行扩散。另外也可以构成为，在凸缘400的内部形成制冷剂流路来冷却喷淋板4。
当如图3、图4所示那样将处理容器20的排列方向设为左右时，在将喷淋板4分为前后的两个半圆状的区域中，在左右方向上并排地形成有狭缝42，各狭缝42分别以在前后方向上延伸、在厚度方向贯通喷淋板4的方式形成。如图5所示，狭缝42构成为，例如宽度比后述的形成于离子阱部51中的狭缝42的宽度大、并且朝向下表面侧的开口部扩径。另外构成为，狭缝42的开口部的端部被倒角，从而抑制通过狭缝42的气体的传导率(Conductance)的下降。
另外如图4、图6所示，在喷淋板4的内部形成有气体供给路43，该气体供给路43以在形成有狭缝42的半圆状的区域之间在左右方向(处理容器20并排的方向)上延伸的方式形成。在气体供给路43中的靠近喷淋板4的中央的部位，向与气体供给路43正交的方向(前后方向)上分支出的多个中央侧气体供给路44遍及喷淋板4的靠近中央的圆形区域(中央区域)地形成于各狭缝42的间隙。另外如图4、图6以及图7所示，气体供给路43中的靠喷淋板4的周缘侧的端部与形成于凸缘400内部的中央侧气体导入端口402连接。在中央侧气体导入端口402经由中央侧气体供给管47而与Ar气供给源48连接，在中央侧气体供给管47，从上游侧起设置有流量调整部M4和阀V4。另外如图4、图5以及图7所示，在中央侧气体供给路44分散地形成有中央侧气体喷出孔41A，该中央侧气体喷出孔41A在作为喷淋板4的靠载置台3侧的面的气体喷出面开口。该气体供给路43、中央侧气体供给路44、中央侧气体导入路402、中央侧气体供给管47、Ar气供给源48、流量调整部M4、阀V4以及中央侧气体喷出孔41A相当于中央侧气体供给部。
另外如图4、图6以及图7所示，在喷淋板4的前后的周围处的凸缘400的内部形成有沿着该喷淋板4的周缘以圆弧状延伸的气体扩散流路45，在喷淋板4的中央区域的周围的周缘区域的内部，从气体扩散流路45分支出并在前后方向延伸的周缘侧气体供给路46形成于各狭缝42的间隙。在各气体扩散流路45，分别从在长度方向上将气体扩散流路45二等分的位置朝向板状体40的周缘侧引出连接流路404且该连接流路404以在前后方向延伸的方式形成。当更具体地叙述时，如上所述地气体扩散流路45是圆弧状，但是连接流路404沿着该圆弧的法线方向形成。而且，该连接流路404的上游侧被弯曲而形成有周缘侧气体导入路405。该周缘侧气体导入路405以朝向板状体40的左右的中央部、并与连接流路404的伸展方向正交的方式延伸，该周缘侧气体导入路405的上游端与周缘部侧气体导入端口403连接。
另外，在图6中箭头所指的虚线框内放大地示出了连接流路404和气体扩散流路45。如该图6所示，连接流路404的宽度d比周缘侧气体导入路405的流路的宽度D形成得细(D>d)。例如周缘侧气体导入路405的流路的宽度D是4mm～10mm，连接流路404的流路的宽度d是2mm～6mm。另外，连接流路404的长度L是连接流路404的流路的宽度d的2倍以上的长度(L≥2d)，连接流路404的长度L例如形成为4mm～12mm。
在周缘侧气体导入端口403经由周缘侧气体供给管49连接有Ar气供给源48。在周缘侧气体供给管49，从上游侧起设置有流量调整部M5和阀V5。另外如图4、图5以及图7所示，在周缘侧气体供给路46分散地形成有在喷淋板4的靠载置台3侧的面开口的周缘侧气体喷出孔41B。该气体扩散流路45、周缘侧气体供给路46、周缘侧气体导入端口403、连接流路404、周缘侧气体导入路405、周缘侧气体供给管49、Ar气供给源48、流量调整部M5、阀V5以及周缘侧气体喷出孔41B相当于周缘侧气体供给部。在图4中，以黑点来表示中央侧气体喷出孔41A，以白点来表示周缘侧气体喷出孔41B。
离子阱部51如图8所示那样，例如由上下配置的两张石英板51a、51b构成。在两张石英板51a、51b之间，沿着周缘部设置例如石英制的隔板52，从而两张石英板51a、51b被隔着间隙相向地配置。在各石英板51a、51b，如图8、图9所示那样形成有多个狭缝53、54，各狭缝53、54在厚度方向上贯通石英板，且在左右方向上延伸，形成于各石英板51a、51b的狭缝53、54以从上方侧观察时其位置相互不重叠的方式相互不同地形成。此外，图3～图9中的狭缝42、53、54以及中央侧气体喷出孔41A、周缘侧气体喷出孔41B是示意性示出的，没有准确地记载狭缝和喷出孔的配置间隔、数量。
此外，在第一实施方式中，形成于喷淋板4和离子阱板51的狭缝42、53、54相当于第一气体供给孔。
另外，回到图2，排气口61在处理容器20的底面开口，在排气口61连接有排气路62。在该排气路62经由例如由摆阀构成的压力调整阀等来连接真空泵等的真空排气部6，构成为能够将处理容器20内减压至规定的真空压力。
另外，如图1所示，真空处理装置具备有控制部9，该控制部9具备有程序、存储器以及CPU。这些程序被收纳于计算机存储介质、例如光盘、硬盘、磁光盘等来安装到控制部9。程序被组入步骤组使得实施包括晶圆W的搬送、等离子体处理装置2中的各气体的供断的处理的一序列动作。
说明上述的实施方式的作用。例如当收纳了晶圆W的搬送容器C被搬入真空处理装置的装载埠11时，晶圆W被从搬送容器C取出，经由常压搬送室12、装载互锁室13而被搬送到真空搬送室10。接着，晶圆W通过搬送机构16被搬送到成膜装置来形成SiN膜。之后，晶圆W通过搬送机构16被从成膜装置取出，搬送到等离子体处理装置2。在等离子体处理装置2中，例如通过各载置台3的升降销和搬送机构16的协作作用来转交晶圆W，载置到各载置台3。在搬入设为蚀刻对象的晶圆W之后，使搬送装置退避到真空搬送室后关闭闸阀21，并且使划分壁24上升来划分为各处理容器20。
接着，将各处理容器20内的压力设定为例如13.3Pa～133.3Pa，将NF3气体以10sccm～500sccm、O2气体以10sccm～1000sccm、H2气体以5sccm～130sccm的流量来供给。另外，从中央侧气体喷出孔41A以50sccm～1000sccm的流量、从周缘侧气体喷出孔41B以50sccm～1000sccm的流量来供给Ar气体。由此，在处理容器20中的等离子体空间P中，在离子阱部51与电介质窗26之间混合地充满了NF3气体、O2气体以及H2气体。
之后，当从高频电源29向高频天线27施加200W～1200W的高频电力时，在等离子体空间P产生感应电场，从而NF3气体、O2气体以及H2气体被激发。由此，如图10所示那样在等离子体空间P生成NF3气体、O2气体以及H2气体的等离子体100，但是感应电场以环状形成，因此在等离子体空间P生成的等离子体100的密度分布成为等离子体的浓度以环状变高的分布。
接着，等离子体100通过离子阱部51的狭缝53、54，但是等离子体100中的离子各向异性地移动，因此无法通过离子阱部51的两个狭缝53、54而被捕获。另外，等离子体中的自由基各向同性地移动，因此通过离子阱部51而通过到喷淋板4侧。因此，通过使等离子体化后的NF3气体、O2气体以及H2气体通过离子阱部51，例如F、NF2、O以及H等的自由基的浓度变高。
而且，通过了离子阱部51的F、NF2、O以及H等的自由基通过喷淋板4的狭缝42来进入到处理空间S。等离子体100在等离子体空间P中具有浓度分布成环状的倾向。而且，通过使等离子体100通过离子阱部51和喷淋板4，自由基被某种程度上整流，密度被均匀化后侵入到处理空间S内来供给到晶圆W。然而，通过离子阱部51和喷淋板4难以完全地均匀化，并且由于处理空间S中的排气，自由基的密度分布也受到影响。
而且，调整从中央侧气体供给孔41A供给的Ar气体的流量和从周缘侧气体喷出孔41B供给的Ar气体的流量，以使向处理空间S中的中央侧区域和周缘侧区域中的想要将蚀刻量抑制得低的一侧的区域供给的Ar气体的流量相对多。例如，在想要将处理空间S中的周缘侧区域的蚀刻量抑制得低的情况下，在晶圆W的周缘区域侧增多Ar气体的流量，在晶圆W的中央区域侧减少Ar气体的流量。由此，在处理空间S中，F、NF2、O以及H等的自由基在晶圆W的周缘区域侧的区域被Ar气体稀释的比率与中央区域侧相比变高，因此晶圆W的中心侧的自由基的浓度相对地上升。由此，如图11所示那样晶圆W的中心侧的自由基的浓度和晶圆W的周缘侧的自由基的浓度一致。因而，处理空间S中的自由基101变得均匀，晶圆W的蚀刻的面内均匀性变得良好。通过从中央侧气体喷出孔41A和周缘侧气体喷出孔41B喷出的Ar气体来对激发从第一气体供给部供给的气体所得到的F、NF2、O以及H等的自由基在处理空间S内的分布进行调整，因此，作为第二气体的Ar气体可以说是调整第一气体的分布的分布调整用气体。
在处理空间S中，利用F、NF2、O以及H等的自由基来蚀刻SiN膜。之后，晶圆W通过搬送机构16被搬送到PHT装置来进行加热处理。由此，使通过蚀刻处理产生的残渣升华来将其去除。接着，晶圆W被搬送到真空环境的装载互锁室13，接着将装载互锁室13切换为大气环境之后将晶圆W通过搬送机构15取出，在通过冷却装置14调整晶圆W的温度之后返还到例如原来的搬送容器C。
根据上述的实施方式，在向载置于处理容器20内的晶圆W供给气体来进行处理的等离子体处理装置中，通过分隔部5将处理容器20内划分为激发NF3气体、O2气体以及H2气体的等离子体空间P和对晶圆W进行自由基处理的处理空间S。而且构成为，在等离子体空间P内激发的NF3气体、O2气体以及H2气体经由形成于离子阱部51的狭缝53、54和形成于喷淋板4的狭缝42而以自由基供给到处理空间S，并且从喷淋板4的下表面与NF3气体、O2气体以及H2气体独立地供给Ar气体。并且，设置有在供给Ar气体时从载置台3的中央区域侧供给Ar气体的中央侧气体供给部和从载置台3的周缘区域侧供给Ar气体的周缘侧气体供给部。因此，能够在载置台3的中心侧和载置台3的周缘侧独立地调整Ar气体的供给量，能够调整供给到晶圆W的自由基的面内分布，因此能够调整晶圆W的等离子体处理的面内分布。
另外，根据例如处理容器20内的NF3气体、O2气体以及H2气体的供给位置等，有时导致在处理空间S的中央区域侧NF3气体、O2气体以及H2气体的自由基的浓度变高。在想要将这种晶圆W的中心侧的蚀刻量抑制得低的情况下，通过以使从中央侧气体供给部供给的Ar气体的量相对变多的方式进行调整，能够使晶圆W的中心侧的蚀刻量与晶圆W的周缘侧的蚀刻量相比被抑制得相对低。
并且能够由板状体40来构成喷淋板4，因此厚度变薄，在与离子阱部51进行组合来使用的情况下也能够避免装置的大型化。
并且，也可以是如下的等离子体处理装置：例如向等离子体空间P侧供给NF3气体等要等离子体化的处理气体，从喷淋板4的下表面不使NH3气体等发生等离子体化而供给到晶圆W。作为这种例子，可举出例如通过COR(chemical Oxide Removal：化学氧化物去除)法来去除SiO2膜的等离子体处理装置。在该等离子体处理装置中，生成作为蚀刻剂的NH4F来吸附到晶圆W的表面，使NH4F和SiO2发生反应来生成AFS(氟硅酸铵)，但是当NH3气体等离子体化时不生成NH4F。因此，向等离子体空间P供给NF3气体来等离子体化、并且不通过等离子体空间P而从喷淋板4的下表面供给NH3气体。在这种例子中，通过调整从中央侧气体喷出孔41A供给的NH3气体的供给量和从周缘侧气体喷出孔41B供给的NH3气体的供给量，也能够调整NH3气体的面内分布，调整晶圆W的表面中的NH4F的供给量的面内分布，因此能够获得相同的效果。
另外，当等离子体与离子阱部51冲撞时，有时离子阱部51蓄积热。通过离子阱部51的自由基等根据热分布不同，其分布有时产生偏差，有时由于离子阱部51的热分布而处理空间S的自由基的分布受到影响。在上述的实施方式中，以铝板来构成喷淋板4。通过在离子阱部51的下方设置铝板等隔热部件，能够隔断离子阱部51的热向处理空间S的辐射。因此，能够抑制离子阱部51的热影响所导致的处理空间S的自由基分布的偏差，能够高精度地调整处理空间S中的自由基的浓度分布。
并且，通过由隔热部件来构成设置有凸缘400的喷淋板4并设置为使凸缘400与处理容器20接触，喷淋板4的热经由处理容器20来扩散，因此隔热的效果得到提高。并且，通过将供给第二气体的中央侧气体供给路44和周缘侧气体供给路46穿设在喷淋板4的内部，并使气体在中央侧气体供给路44和周缘侧气体供给路46流通，能够促进喷淋板4的热扩散，因此效果变得更好。另外，在离子阱部51，等离子体的分布引起的热分布也不同，辐射到处理空间S侧的热分布也不同。因此，通过构成为能够向穿设于喷淋板4的中心侧的内部的中央侧气体供给路44和穿设于周缘侧的内部的周缘侧气体供给路46分别独立地供给气体，能够结合离子阱部51的热分布来变更喷淋板4中的流通气体的区域，因此能够使喷淋板4的热更有效地扩散。
另外，如图6中说明的那样，周缘侧气体导入路405连接于在长度方向上将气体扩散流路45二等分的位置处，因此能够在气体扩散流路45的左右方向使气体的流量均匀性高地分散。这样通过气体扩散流路45来分散的气体流入到各周缘侧气体供给路46，因此能够从设置于周缘侧气体供给路46的下游侧的各周缘侧气体喷出孔41均匀性高地喷出气体。
在此，在周缘侧气体导入路405中气体向左右方向的一个方向流过。因此，与将该周缘侧气体导入路405的下游端直接连接到气体扩散流路45的长度方向的中央部、即不经由已述的连接流路404地将气体导入到气体扩散流路45的结构相比，通过向该扩散流路45供给气体、并使气体在气体扩散流路45流通来整流为圆弧的法线方向之后导入到气体扩散流路45的图6中说明的结构，能够在气体扩散流路45的左右方向使气体均匀性更高地扩散，因此是优选的。
另外，为了消除气体在连接流路404中流动的偏差而使该气体的直线度良好来提高气体在气体扩散流路45中的分布的均匀性，优选的是，连接流路404的宽度d比周缘侧气体导入路405的宽度D细。另外，为了这样消除气体在连接流路404中流动的偏差，优选的是，连接流路404的长度L相对于宽度d为如已述那样是2倍以上(L≥2d)。
另外，也可以设为使周缘侧气体导入路405的下游侧端部相对于上游侧鼓出的结构，使得要流入连接流路404的气体暂时滞留在气体导入路405的下游侧端部之后流入到连接流路404。通过这样构成，能够使减缓了流速的气体流入到连接流路404，因此气体在连接流路404中的直线度变得良好。
另外，本发明也可以构成为，从构成第二气体供给部的中央侧气体喷出口41A和周缘侧气体喷出口41B供给的气体在多种气体间切换。例如图12所示那样设为如下结构：能够向构成第二气体供给部的中心侧气体导入端口402和周缘侧气体导入端口403分别独立地供给Ar气体和作为氧化膜去除用的气体的氟化氢(HF)气体。将能够这样供给Ar气体和HF气体的装置设为基板处理装置1A。除了能够向各端口402、403供给Ar气体和HF气体之外，该基板处理装置1A的结构与等离子体处理装置2相同。此外，图12中的480是HF气体供给源。另外V7、V8是阀，M7、M8是流量调整部。
图13表示作为由基板处理装置1A进行处理的被处理基板的晶圆W。该晶圆W例如在形成具备3D NAND构造的器件时使用，将氮化硅膜(SiN膜)200和氧化硅膜(SiO2膜)201交互地分别层叠多层，以贯通这些膜的方式形成有存储器孔202。在基板处理装置1A的处理前，在构成存储器孔202的侧壁的SiN膜200的表面形成薄的自然氧化膜203。当说明该基板处理装置1A的处理的概要时，是在去除上述自然氧化膜203之后对构成存储器孔202的侧壁的SiN膜200的表层进行蚀刻。但是，有时在该蚀刻处理后在SiN膜200的表面形成有氧化膜。当这样形成有氧化膜时，担心在后续工序中无法正常地向存储器孔202内嵌入膜。因此，该基板处理装置1A在蚀刻后去除氧化膜，防止产生上述的对正常嵌入膜的阻碍。
更详细地说明使用该基板处理装置1A的基板处理的一个例子。首先，当图13所示的晶圆W被载置于基板处理装置1A内时，进行存储器孔202的侧面的自然氧化膜203的去除处理。在这种情况下，对处理容器2内进行真空排气，在将高频电源29设为关闭的状态下，如图14所示那样从形成于喷淋板4的中央侧气体喷出孔41A、周缘侧气体喷出孔41B向处理空间S供给HF气体。此外，在图14、图15中，将打开的阀以空心来表示，关闭的阀以涂黑来表示。此时供给到向各中央侧气体喷出孔41A导入气体的中央侧气体导入端口402的HF气体的流量和供给到向周缘侧气体喷出孔41B导入气体的两个周缘侧气体导入端口403的HF气体的流量例如可以相互相同。通过如上述那样供给到处理空间S的HF气体的作用来去除形成于存储器孔202的内表面的自然氧化膜203。
接着如图15所示那样，从H2气体供给源37向等离子体空间P供给作为用于将SiN膜204改性的改性气体的H2气体，并且停止向处理空间S供给HF气体。并且将高频电源29接通来激发等离子体。由此，在等离子体空间P中H2气体活化，从而H自由基被供给到晶圆W。通过该H自由基的作用，SiN膜200中的SiN的键被切断，SiN膜200变得容易被蚀刻(SiN膜200被改性)。
之后，作为等离子体处理装置2的处理，如图10、11中说明那样进行SiN膜200的蚀刻处理。由此，各个形成存储器孔202的侧壁的SiN膜200在晶圆W的面内以高的均匀性被蚀刻。
而且，当暴露在存储器孔202内的SiN膜200被蚀刻几nm的厚度时，蚀刻结束。该SiN膜200的蚀刻是为了使嵌入到各存储器孔202的膜的嵌入性良好而进行的。另外，蚀刻结束时在形成存储器孔202的侧壁的SiN膜200的表面，例如由于在蚀刻中使用的O2气体的作用而如图16所示那样形成有氧化膜204。
因此，作为后处理，与自然氧化膜203的去除处理工序同样地，如图14所示那样停止向等离子体空间P供给各气体，并且在将高频电源29关闭的状态下从喷淋板4的气体喷出孔41A、41B供给HF气体。由此，能够去除在SiN膜200的表面形成的氧化膜204。
在去除氧化膜204之后，例如如已述的实施方式中说明的那样，进行晶圆W的加热处理来去除附着于晶圆W的残渣。此外，晶圆W的加热处理既可以如已述那样搬送到PHT装置来进行，也可以在基板处理装置1A的载置台3设置加热部并由基板处理装置1A来进行。
根据该基板处理装置1A，能够以高的均匀性对晶圆W的面内的SiN膜200进行蚀刻。另外，在蚀刻后去除SiN膜200表面的氧化膜204，因此能够防止对膜向存储器孔202的嵌入产生阻碍。
并且，根据该基板处理装置1A，能够在同一处理容器20内进行自然氧化膜203的去除处理、切断SiN的键来使蚀刻变得容易的预处理以及蚀刻处理后的氧化膜204的去除处理这一序列的基板处理。因而，当进行上述的一序列的基板处理时，不需要在多个处理容器20间进行晶圆W的搬送，因此能够实现吞吐量的提高。此外，既可以是在基板处理装置1A中只进行自然氧化膜203的去除处理和蚀刻，也可以是在基板处理装置1A中只进行蚀刻处理和氧化膜204的去除处理。
另外也可以构成为，在作为蚀刻处理的预处理的自然氧化膜203的去除处理、作为蚀刻处理的后处理的氧化膜204的去除处理中，与HF气体一起供给NH3气体。并且，气体供给口34、用于向气体供给口34供给气体的气体供给管35、各阀V1～V3、流量调整部M1～M3以及各气体供给源36～38构成第一气体供给部，中央侧气体喷出口41A和周缘侧气体喷出口41B以及用于向这些中央侧气体喷出口41A和周缘侧气体喷出口41B供给气体的各阀V4、V5、流量调整部M4、M5以及Ar气体供给源48构成第二气体供给部，但是HF气体和NH3气体也可以从第一气体供给部和第二气体供给部中的任一方进行供给。另外，改性气体也可以是NH3或者H2O。
[第二实施方式]
说明第二实施方式所涉及的基板处理装置。该基板处理装置与图2所示的等离子体处理装置2相比，除了构成分隔部5的一部分的喷淋板8的结构不同之外同样地构成。参照图17～图20来说明第二实施方式所涉及的基板处理装置的喷淋板8。此外，为了避免记载变得繁杂，以黑线来表示贯通喷淋板8的狭缝42。图17、图18分别表示从上表面侧和下表面侧观察的喷淋板8的俯视图。另外图19、图20分别是图17、图18中所示的I线和II线的喷淋板8的纵截面图。
如图17和图19、图20所示，在喷淋板8的上表面侧(等离子体空间P侧)的、喷淋板8的前方和后方的凸缘400的内部形成有周缘侧气体扩散流路91，周缘侧气体扩散流路91使从喷淋板8的下表面周缘侧喷出的Ar气体向左右方向分别扩散。另外如图18和图19、图20所示，在喷淋板8的下表面侧的、喷淋板8的前方和后方的凸缘400的内部形成有中央侧气体扩散流路92，该中央侧气体扩散流路92使从喷淋板8的下表面中心部侧喷出的Ar气体向左右方向分别扩散。另外，在喷淋板8的内部，在左右方向上并排地形成有气体流路93，各气体流路93形成为从喷淋板8的前方侧贯通至后方侧，各端部位于凸缘400内的形成有中央侧气体扩散流路92的高度位置的上方且周缘侧气体扩散流路91的下方。此外，在图17、18中以将周缘侧气体扩散流路91的顶面和中央侧气体扩散流路92的下表面开放的方式示出，但是如图19、20所示那样，周缘侧气体扩散流路91的顶面和中央侧气体扩散流路92的下表面都被板状部件封住。
在左右并排的气体流路93中的靠内的流路(横切中央区域的气体流路93)中，交互地排列有气体流路93a和气体流路93b，该气体流路93a的前后的端部的上表面侧被连通路96穿设而与周缘侧气体扩散流路91连接，该气体流路93b的前后的端部的下表面侧被连通路97穿设而与中央侧气体扩散流路92连接。另外，气体流路93中的靠外的流路(不横切中央区域的气体流路93)只成为前后的端部的上表面侧被连通路96穿设而与周缘侧气体扩散流路91连接的气体流路93a。
并且，如图18、图19所示，在与周缘侧气体扩散流路91连接的气体流路93a中，在喷淋板8的下表面的周缘侧的区域形成有喷出孔95。另外，如图18、图20所示，在与中央侧气体扩散流路92连接的气体流路93b中，在喷淋板8的下表面的中央区域形成有多个喷出孔94。
而且，各周缘侧气体扩散流路91与图6所示的喷淋板4中的周缘侧气体扩散流路45同样地经由连接流路404和周缘侧气体导入路405来与周缘侧气体供给端口403连接。并且，在周缘侧气体供给端口403连接有例如图6所示的周缘侧气体供给管49，构成为将Ar气体经由周缘侧气体扩散流路91供给到气体流路93a。另外，各中央侧气体扩散流路92也经由连接流路406、中央侧气体导入路407来与中央侧气体导入端口402连接。连接流路406与连接流路404同样地，被设置成与中央侧气体导入路407和中央侧气体扩散流路92正交，并且连接流路406的流路的宽度比中央侧气体导入路407的流路的宽度窄，连接流路406的长度是连接流路406的流路的宽度的2倍以上的长度。
构成为在中央侧气体导入端口402连接例如图6所示的中央侧气体供给管47，将Ar气体经由中央侧气体扩散流路92来供给到气体流路93b。并且，在喷淋板8中的相邻的气体流路93(93a、93b)的间隙形成有用于将在等离子体空间P侧被激发的第一气体、例如自由基供给到处理空间S侧的狭缝42。
在这种喷淋板8中，与第一实施方式中所示的喷淋板4同样地，从周缘侧气体供给管49供给的气体通过周缘侧气体扩散流路91在气体流路93a的排列方向上流量均匀地扩散之后供给到各气体流路93a。并且，从中央侧气体供给管47供给的气体通过中央侧气体扩散流路92在气体流路93b的排列方向上流量均匀地扩散之后供给到各气体流路93b。因此，不仅是供给到喷淋板8的周缘区域的气体，供给到中央区域的气体的流量在气体流路93b的排列方向(左右方向)上也变得均匀。
因而，能够使从喷淋板8的中央区域侧供给的第二气体和从周缘侧供给的第二气体分别均匀地喷出。因此，能够使供给到晶圆W的中心侧和周缘侧的第二气体的面内分布分别均匀，在调整供给到晶圆W的第二气体的面内均匀性时，能够高精度地进行调整。
[第三实施方式]
另外，本发明也可以是具备将气体进行预混的扩散空间来代替将气体等离子体化的等离子体空间的基板处理装置。例如说明如下的基板处理装置：将NF3气体、Ar气体、O2气体以及H2气体等气体进行预混来供给到处理空间，并且向处理空间直接供给例如HF气体、NH3气体等后混合用的气体来进行处理。对晶圆W进行气体处理的气体处理部也可以是与已述的等离子体处理装置的处理容器20同样地连结两个的结构，但是这里说明具备一个处理容器210的例子。如图21所示，在圆筒形的处理容器210和处理容器210的顶板部分设置喷头7来构成。此外，图中的21、22是闸阀和搬送口，61、62以及6是与等离子体处理装置2同样地构成的排气口、排气管以及真空排气部。并且，在处理容器内与等离子体处理装置2同样地设置有载置台3。
参照图21～图23来说明喷头7的结构。喷头7具备：扩散部件71，其构成使第一气体扩散的扩散空间D；以及喷射部件72，其向处理空间S喷出气体，如图21所示那样，从载置台3侧起按顺序重叠地形成有喷射部件72和扩散部件71。扩散部件71的底板71a和喷射部件72相当于划分为进行晶圆W的处理的处理空间S和扩散气体的扩散空间D的分隔部。此外，图21～图23示意性的示出，没有准确地记载喷出孔的配置、数量。
如图21、图22所示，扩散部件71构成为在内部形成有用于扩散气体的扩散室的扁平的圆筒形状。在扩散部件71的顶板连接有用于将例如NF3气体、Ar气体、O2气体以及H2气体等第一气体供给到扩散部件71内的第一气体供给管73的下游侧端部，在扩散部件71的底板71a，以贯通底板的方式设置有将在扩散部件71内扩散的气体喷出的孔部74。在第一气体供给管73的上游侧连接有用于将NF3气体、Ar气体、O2气体以及H2气体等气体进行混合后供给到第一气体供给管73的第一气体供给源85。此外，图21中的V6、M6分别是阀和流量调整部。在该例子中，以从一个位置向扩散部件71内供给第一气体的方式构成，但是也可以是例如将多个气体从分别单独设置的气体导入部导入到扩散空间D。而且，也可以将多种气体在扩散空间D中混合。
另外，如图21、图22所示，构成为在俯视观察扩散部件71时，在扩散部件71的内部中靠近中心的位置设置中央侧气体供给管75，不使后混合用的第二气体扩散到扩散室而供给到后述的喷射部件72的中央侧的区域，后混合用的第二气体是经由与扩散部件71的顶板连接的第二气体供给管76供给的例如HF气体、NH3气体等。另外，构成为在扩散部件71的内部中的靠近周缘的位置设置周缘侧气体供给管77，不使经由与顶板连接的第二气体供给管78供给的第二气体扩散到扩散室而供给到后述的喷射部件72的周缘侧的区域。此外，图中的86是HF气体、NH3气体等后混合用的第二气体的供给源，图21中的V4、V5分别是设置于第二气体供给管76、78的阀，M4、M5分别是设置于第二气体供给管76、78的流量调整部。
如图21、图23所示，喷射部件72由扁平的有底圆筒形状的部件构成，通过被扩散部件的底板71a封住上方来在内部形成喷射室。喷射室内被划分壁81划分为中央区域和周缘侧区域。而且，经由扩散部件71的中央侧气体供给管75供给到喷射室的第二气体如图21中虚线的箭头所示那样，流入到喷射室内的被划分壁81包围的中央区域，从形成于被划分壁81包围的中央区域的底面的中央侧气体喷出孔82流入到处理空间S，向被载置于载置台3的晶圆W喷出。
另外，经由扩散部件71的周缘侧气体供给管77供给到喷射室的第二气体如图21中短划线的箭头所示那样，流入到喷射室内的划分壁81外侧的周缘区域，从形成于划分壁81外侧的周缘区域的底面的周缘侧气体喷出孔83流入到处理空间S，向被载置于载置台3的晶圆W喷出。
另外，构成为在喷射室内与形成于扩散部件71的底板71a的孔部74分别对应地设置气体供给管84，如图21中实心线的箭头所示那样，不使从扩散部件71的孔部74喷出的第一气体扩散到喷射室内而向喷射部件72的下方喷出。该孔部74和气体供给管84相当于第一气体喷出孔。在这种基板处理装置中，也能够将第一气体在扩散空间D中扩散后喷出到处理空间S，并且能够使第二气体不通过扩散室而从喷射部件72内的中央区域和周缘区域分别独立地供给到处理空间S。因此，能够调整处理容器20内的第二气体的浓度分布，能够获得相同的效果。

Claims (17)

1.一种基板处理装置，其在处理容器内的载置台上载置基板，并供给气体来对基板进行处理，该基板处理装置的特征在于，具备：
分隔部，其与所述载置台相向地设置，设置于配置基板的处理空间与第一气体扩散的扩散空间之间；
第一气体供给部，其用于向所述扩散空间供给所述第一气体；
多个第一气体喷出孔，其以在厚度方向上贯通所述分隔部的方式形成，用于将扩散到所述扩散空间的第一气体喷出到所述处理空间；以及
第二气体供给部，其包含多个第二气体喷出孔，该多个第二气体喷出孔在所述分隔部中的所述处理空间侧的气体喷出面开口，该第二气体供给部与所述第一气体独立地将第二气体分别独立地供给到在该处理空间中横向并排的多个区域，
其中，该第二气体供给部能够分别独立地控制供给到所述多个区域的第二气体的流量。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
所述多个区域包含以所述基板的中心轴为中心的中央区域和包围所述中央区域的周缘区域，
所述第二气体供给部具备：
中央侧气体供给部，其向所述中央区域供给第二气体；以及
周缘侧气体供给部，其向所述周缘区域供给第二气体。
3.根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于，
所述分隔部由板状体构成，
所述中央侧气体供给部具备：
中央区域用的气体导入路，其形成于所述板状体的周围；以及
中央区域用的气体流路，其以一端侧与所述气体导入路连通的方式形成于所述板状体的内部，另一端侧沿着所述气体喷出面被引出到所述板状体的中央区域，并且所述第二气体喷出孔在中央区域用的气体流路开口，
所述周缘侧气体供给部具备：
周缘区域用的气体导入路，其形成于所述板状体的周围；以及
周缘区域用的气体流路，其以一端侧与该气体导入路连通的方式形成于所述板状体的内部，另一端侧沿着所述气体喷出面被引出到所述板状体的周缘区域，并且所述第二气体喷出孔在周缘区域用的气体流路开口。
4.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述中央区域用的气体流路的另一端侧被引出到所述板状体的中央区域并进行分支。
5.根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于，
所述中央区域用的气体流路和所述周缘区域用的气体流路分别被设置多个，
当将所述分隔部的厚度方向设为高度方向时，以高度方向的位置相互不同的方式设置有：
中央区域用的扩散流路，其使气体扩散以向多个所述中央区域用的气体流路的各个流路供给气体；以及
周缘区域用的扩散流路，其使气体扩散以向多个所述周缘区域用的气体流路的各个流路供给气体。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一气体是对基板进行处理的处理气体，所述第二气体是非活性气体。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的基板处理装置，其特征在于，
具备等离子体产生部，该等离子体产生部用于将供给到所述扩散空间的第一气体活化。
8.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
具备离子阱部，该离子阱部被设置成在比所述第一气体喷出孔更靠近所述扩散空间侧的位置，其内部的气体流路与所述第一气体喷出孔连通，该离子阱部捕捉被活化的第一气体中的离子。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
所述分隔部包含用于抑制离子阱部的热传导到处理空间侧的隔热部件。
10.根据权利要求9所述的基板处理装置，其特征在于，
所述隔热部件和所述处理容器由金属构成，
所述隔热部件和所述处理容器被配置成相互接触。
11.根据权利要求9或10所述的基板处理装置，其特征在于，
供第二气体流通的流路穿设于所述分隔部的所述隔热部件的内部。
12.根据权利要求7所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一气体是蚀刻气体，其用于对形成于所述基板的表面的氮化硅膜进行蚀刻，
所述第二气体是分布调整用气体，其用于对所述第一气体在所述处理空间中的分布进行调整。
13.根据权利要求12所述的基板处理装置，其特征在于，
在所述蚀刻之前或者所述蚀刻之后，用于去除所述氮化硅膜的表面的氧化膜的氧化膜去除气体被所述第一气体供给部经由所述扩散空间供给到所述处理空间或者被所述第二气体供给部供给到所述处理空间。
14.根据权利要求12或13所述的基板处理装置，其特征在于，
所述第一气体供给部在将所述蚀刻气体供给到所述扩散空间之前向该扩散空间供给用于将所述氮化硅膜改性的改性气体，
所述等离子体产生部将该改性气体活化。
15.一种基板处理方法，其使用根据权利要求1～14中的任一项所述的基板处理装置，该基板处理方法的特征在于，包括以下工序：
蚀刻工序，将供给到所述扩散空间的所述第一气体活化来供给到所述处理空间，对形成于所述基板的表面的氮化硅膜进行蚀刻；
分布调整工序，向在该处理空间中横向并排的多个区域分别供给第二气体以调整所述活化的所述第一气体在所述处理空间中的分布；以及
在所述蚀刻工序和所述分布调整工序之后进行的工序，在该工序中，将用于去除所述氮化硅膜的表面的氧化膜的氧化膜去除气体从所述第一气体供给部经由所述扩散空间供给到所述处理空间或从所述第二气体供给部供给到所述处理空间。
16.根据权利要求15所述的基板处理方法，其特征在于，
包括在所述蚀刻工序和所述分布调整工序之前进行的工序，在该工序中，将用于去除所述基板的表面的氧化膜的氧化膜去除气体从所述第一气体供给部经由所述扩散空间供给到所述处理空间或从所述第二气体供给部供给到所述处理空间。
17.根据权利要求15或16所述的基板处理方法，其特征在于，
在所述蚀刻工序和所述分布调整工序之前包括以下工序：
从所述第一气体供给部向所述扩散空间供给用于将所述氮化硅膜改性的改性气体；以及
将该改性气体活化来供给到所述基板。
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