JP6692202B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法及び基板処理装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6692202B2
JP6692202B2 JP2016078421A JP2016078421A JP6692202B2 JP 6692202 B2 JP6692202 B2 JP 6692202B2 JP 2016078421 A JP2016078421 A JP 2016078421A JP 2016078421 A JP2016078421 A JP 2016078421A JP 6692202 B2 JP6692202 B2 JP 6692202B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
processing chamber
chamber
inert gas
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016078421A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017188632A (ja
Inventor
智明 荻原
智明 荻原
宏幸 ▲高▼橋
宏幸 ▲高▼橋
阿部　拓也
拓也 阿部
正彦 冨田
正彦 冨田
伸也 岩下
伸也 岩下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2016078421A priority Critical patent/JP6692202B2/ja
Priority to TW106110342A priority patent/TWI727023B/zh
Priority to CN201710209577.7A priority patent/CN107275184B/zh
Priority to US15/480,707 priority patent/US20170294319A1/en
Priority to KR1020170044829A priority patent/KR102030232B1/ko
Publication of JP2017188632A publication Critical patent/JP2017188632A/ja
Priority to US16/275,674 priority patent/US20190181015A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6692202B2 publication Critical patent/JP6692202B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/67034—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for drying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Description

本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関し、特に、酸化膜を除去する基板処理方法及び基板処理装置に関する。
シリコンウエハ（以下「ウエハ」という）を用いた電子デバイスの製造方法では、例えば、ウエハの表面に導電膜や絶縁膜を成膜する成膜工程、成膜された導電膜や絶縁膜上に所定のパターンのフォトレジスト層を形成するリソグラフィ工程、フォトレジスト層をマスクとして用い、処理ガスから生成されたプラズマによって導電膜をゲート電極に成形し、或いは絶縁膜に配線溝やコンタクトホールを成形するエッチング工程等が、繰り返して実行される。
一例として、或る電子デバイスの製造方法では、ウエハの表面に形成されたポリシリコン膜に所定のパターンで溝を形成した後に、この溝を埋める酸化膜としてのシリコン酸化膜を形成し、続いて、このシリコン酸化膜を所定の厚さとなるようにエッチング等によって除去することがある。
このとき、シリコン酸化膜の除去方法として、ウエハにＣＯＲ（Chemical Oxide Removal）処理及びＰＨＴ（Post Heat Treatment）処理を施す基板処理方法が知られる。ＣＯＲ処理は、シリコン酸化膜とガス分子を化学反応させて反応生成物を反応生成する処理である。ＰＨＴ処理は、ＣＯＲ処理が施されたウエハを加熱して、ＣＯＲ処理の化学反応によってウエハに生成された反応生成物を昇華させて、ウエハから除去する処理である。
これらのＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理からなる基板処理方法を実行する基板処理装置として、化学反応処理室（ＣＯＲ処理室）と、化学反応処理室に接続された熱処理室（ＰＨＴ処理室）とを備える基板処理装置が知られる（例えば、特許文献１参照）。また、同じ処理室の内部において、ウエハに対して低温でＣＯＲ処理を行った後に、ウエハを加熱して所定温度に昇温することでＰＨＴ処理を行う基板処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８−１６００００号公報 特開２００７−２６６４５５号公報
しかしながら、ＰＨＴ処理では昇華した生成物がウエハの近傍に留まり、ウエハからのさらなる反応生成物の昇華を阻害することがある。その結果、ＰＨＴ処理に時間を要し、酸化膜除去のスループットを向上することができないという問題がある。
本発明の目的は、酸化膜除去のスループットを向上することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の基板処理方法は、窒化ケイ素膜が表面に形成された基板の前記表面に形成されたシリコン酸化膜を、前記窒化ケイ素膜に対して選択的に除去する基板処理方法であって、処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガス及び塩基性ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、前記処理室の内部への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程と、を有し、前記処理室の内部へ不活性ガスを供給することによって前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を、前記反応工程における前記処理室の内部の圧力よりも高くし、前記昇華工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量を、前記反応工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量の３倍以上とすることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の基板処理装置は、基板を収容する処理室と、ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記処理室の内部へ供給するガス供給ユニットと、を備え、前記ガス供給ユニットは、前記処理室の内部へ前記ハロゲン元素含有ガス及び前記塩基性ガスを供給することにより、前記処理室に収容された、窒化ケイ素膜が形成された基板に形成されたシリコン酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程を実行し、さらに、前記処理室の内部への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程を実行し、前記ガス供給ユニットは、さらに、前記処理室の内部へ不活性ガスを供給することによって前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を、前記反応工程における前記処理室の内部の圧力よりも高くし、前記ガス供給ユニットによる前記昇華工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量を、前記反応工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量の３倍以上とし、前記シリコン酸化膜を前記窒化ケイ素膜に対して選択的に除去することを特徴とする。
本発明によれば、処理室の内部へ不活性ガスを供給することによって昇華工程における処理室の内部の圧力を、反応工程における処理室の内部の圧力よりも高くし、昇華工程における処理室の内部への不活性ガスの供給量を、反応工程における処理室の内部への不活性ガスの供給量の３倍以上とするので、昇華工程において処理室の内部に不活性ガスの流れが生じ、該不活性ガスの流れによって基板から昇華した反応生成物のガスが基板の近傍から除去される。その結果、基板からの反応生成物の昇華が促進され、結果としてシリコン酸化膜除去のスループットを向上することができる。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。 図１におけるエッチング装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る基板処理方法としての酸化膜除去処理を示す工程図である。 ウエハからの反応生成物の昇華の停滞を説明するための断面図である。 図３の酸化膜除去処理のＰＨＴ工程における昇華ガスの除去方法を説明するための工程図である。 ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量を変化させたときの図３の酸化膜除去処理におけるエッチング量を示すグラフである。 図２のエッチング装置の変形例の構成を概略的に示す断面図であり、図７（Ａ）は第１の変形例を示し、図７（Ｂ）は第２の変形例を示す。 図３の酸化膜除去処理のＣＯＲ工程及びＰＨＴ工程における各種ガスの供給開始や供給停止を示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置を備える基板処理システムの構成を概略的に示す平面図である。図１では、理解を容易にするために一部の構成要素が透けて見えるように描画される。
図１において、基板処理システム１０は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）を搬出入する搬出入部１１と、搬出入部１１に隣接して設けられた２つのロードロック室１２と、各ロードロック室１２にそれぞれ隣接して設けられ、ウエハＷに対して熱処理を施す熱処理装置１３と、各熱処理装置１３にそれぞれ隣接して設けられ、ウエハＷに対してＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理からなる酸化膜除去処理を施すエッチング装置１４と、制御ユニット１５とを備える。
搬出入部１１は、ウエハＷを搬送するウエハ搬送機構１６が内部に設けられたローダーモジュール室１７を有する。ウエハ搬送機構１６は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１６ａ，１６ｂを有する。ローダーモジュール室１７の長手方向の側部には、ロードポート１８が設けられ、ロードポート１８には、複数のウエハＷを収容可能なキャリアＣが、例えば３つ、載置、接続可能である。また、ローダーモジュール室１７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、さらに位置合わせを行うオリエンタ１９が設置される。
搬出入部１１において、ウエハＷは、搬送アーム１６ａ，１６ｂによって保持され、ウエハ搬送機構１６によって略水平面内で直進移動、昇降されることにより、所望の位置に搬送される。さらに、ロードポート１８上のキャリアＣ、オリエンタ１９、ロードロック室１２に対してそれぞれ搬送アーム１６ａ，１６ｂが進退することにより、ウエハＷがこれらの間で搬出入される。
各ロードロック室１２は、ローダーモジュール室１７との間にゲートバルブ２０が介在された状態で、ローダーモジュール室１７にそれぞれ連結される。各ロードロック室１２の内部には、ウエハＷを搬送するウエハ搬送機構２１が設けられる。また、ロードロック室１２は、所定の真空度まで真空引き可能に構成される。
ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷを略水平に保持するピックを有する多関節アーム構造を備え、多関節アーム構造を縮めた状態でピックがロードロック室１２の内部に位置し、多関節アーム構造を伸ばすことにより、ピックが熱処理装置１３に到達し、さらに多関節アーム構造を伸ばすことにより、ピックがエッチング装置１４に到達する。これにより、ウエハ搬送機構２１は、ウエハＷをロードロック室１２、熱処理装置１３及びエッチング装置１４の間で搬送する。
熱処理装置１３は真空引き可能なチャンバ２２を有する。チャンバ２２の内部には、ウエハＷを載置する載置台（図示しない）が設けられ、載置台にはヒータ（図示しない）が埋設される。熱処理装置１３では、エッチング装置１４においてＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理を繰り返して施されたウエハＷが、載置台に載置され、さらにヒータによって加熱されることにより、酸化膜除去処理後にウエハＷに存在する残渣物を気化させて除去する。
チャンバ２２のロードロック室１２側には、ロードロック室１２との間でウエハＷを搬送するための搬出入口（図示しない）が設けられ、この搬出入口はゲートバルブ２３によって開閉される。また、チャンバ２２のエッチング装置１４側にはエッチング装置１４との間でウエハＷを搬送するための搬出入口（図示しない）が設けられ、この搬出入口はゲートバルブ２４によって開閉される。
チャンバ２２の側壁上部には、不図示のガス供給路が接続され、このガス供給路は、不図示のガス供給ユニットに接続される。また、チャンバ２２の底壁には不図示の排気路が接続され、この排気路は不図示の真空ポンプに接続される。なお、ガス供給ユニットからチャンバ２２へのガス供給路には流量調節弁が設けられ、一方、排気路には圧力調整弁が設けられ、これら弁を調整することにより、チャンバ２２の内部を所定圧力に保持しながら熱処理をウエハＷに施すことができる。
図２は、図１におけるエッチング装置の構成を概略的に示す断面図である。
図２において、エッチング装置１４は、処理室であるチャンバ２５と、チャンバ２５の内部に配置された載置台２６と、チャンバ２５の上部に載置台２６と対向するように配置されたシャワーヘッド２７とを有する。また、エッチング装置１４は、チャンバ２５の内部のガス等を排気する排気ユニットとして、ＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）２２８と、ＴＭＰ２８及びチャンバ２５から延伸する排気ダクト２９との間に配置され、チャンバ２５の内部の圧力を制御する可変式バルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ３０とを有する。
シャワーヘッド２７は下層部３１及び上層部３２からなる２層構造を有し、下層部３１及び上層部３２のそれぞれに下層バッファ室３３及び上層バッファ室３４を有する。下層バッファ室３３及び上層バッファ室３４はそれぞれガス通気孔３５，３６を介してチャンバ２５の内部に連通する。すなわち、シャワーヘッド２７は、下層バッファ室３３及び上層バッファ室３４にそれぞれ供給されるガスのチャンバ２５の内部への内部通路を有する、階層状に積み重ねられた２つの板状体（下層部３１、上層部３２）からなる。
チャンバ２５は、アンモニア（ＮＨ３）ガス供給系３７及び弗化水素（ＨＦ）ガス供給系３８に接続される。アンモニアガス供給系３７は、下層部３１の下層バッファ室３３に連通するアンモニアガス供給管３９と、アンモニアガス供給管３９に配されたアンモニアガスバルブ４０と、アンモニアガス供給管３９に接続されたアンモニアガス供給部４１とを備える。アンモニアガス供給部４１は、アンモニアガス供給管３９を介して下層バッファ室３３へアンモニアガスを供給し、その際に供給するアンモニアガスの流量を調節する。アンモニアガスバルブ４０は、アンモニアガス供給管３９の遮断・連通を自在に行う。
また、アンモニアガス供給系３７は、窒素（Ｎ２）ガス供給部４２と、窒素ガス供給部４２に接続された窒素ガス供給管４３と、窒素ガス供給管４３に配された窒素ガスバルブ４４とを有する。窒素ガス供給管４３は、下層バッファ室３３及びアンモニアガスバルブ４０の間においてアンモニアガス供給管３９に接続される。窒素ガス供給部４２は、窒素ガス供給管４３及びアンモニアガス供給管３９を介して、下層バッファ室３３へ窒素ガスを供給する。また、窒素ガス供給部４２は、供給する窒素ガスの流量を調節する。窒素ガスバルブ４４は、窒素ガス供給管４３の遮断・連通を自在に行う。
エッチング装置１４では、アンモニアガスバルブ４０及び窒素ガスバルブ４４の開閉を切り替えることによって下層バッファ室３３、ひいてはチャンバ２５の内部へ供給するガス種を選択的に切り替える。
弗化水素ガス供給系３８は、上層部３２の上層バッファ室３４に連通する弗化水素ガス供給管４５と、弗化水素ガス供給管４５に配された弗化水素ガスバルブ４６と、弗化水素ガス供給管４５に接続された弗化水素ガス供給部４７とを備える。弗化水素ガス供給部４７は、弗化水素ガス供給管４５を介して上層バッファ室３４へ弗化水素ガスを供給する。また、弗化水素ガス供給部４７は、供給する弗化水素ガスの流量を調節する。弗化水素ガスバルブ４６は、弗化水素ガス供給管４５の遮断・連通を自在に行う。シャワーヘッド２７の上層部３２は不図示のヒータを内蔵し、このヒータにより、上層バッファ室３４の内部の弗化水素ガスを加熱する。
また、弗化水素ガス供給系３８は、アルゴン（Ａｒ）ガス供給部４８と、アルゴンガス供給部４８に接続されたアルゴンガス供給管４９と、アルゴンガス供給管４９に配されたアルゴンガスバルブ５０とを有する。アルゴンガス供給管４９は、上層バッファ室３４及び弗化水素ガスバルブ４６の間において弗化水素ガス供給管４５に接続される。アルゴンガス供給部４８は、アルゴンガス供給管４９及び弗化水素ガス供給管４５を介して上層バッファ室３４へアルゴンガスを供給する。また、アルゴンガス供給部４８は、供給するアルゴンガスの流量を調節する。アルゴンガスバルブ５０は、アルゴンガス供給管４９の遮断・連通を自在に行う。
エッチング装置１４では、アンモニアガス供給系３７のアンモニアガス供給部４１と弗化水素ガス供給系３８の弗化水素ガス供給部４７とが協働して、シャワーヘッド２７からチャンバ２５の内部へ供給されるアンモニアガスと弗化水素ガスの流量比を調整する。なお、上述したように、エッチング装置１４は、チャンバ２５の内部において初めてアンモニアガス及び弗化水素ガスが混合するように設計（ポストミックス設計）されている。これにより、アンモニアガスと弗化水素ガスがチャンバ２５の内部に導入される前に混合されて反応するのを防止する。また、エッチング装置１４は、チャンバ２５の側壁に不図示のヒータを内蔵し、これにより、チャンバ２５の内部の雰囲気温度の低下を防止し、ひいては、酸化膜除去処理の再現性を向上させる。なお、側壁の温度を制御することによって、酸化膜除去処理の際にチャンバ２５の内部において生成した反応生成物や副生成物が側壁の内側に付着することを抑制することができる。
載置台２６はチャンバ２５の底部に固定される。載置台２６の内部には、載置台２６の温度を調節する温度調節器５１が設けられる。温度調節器５１は、例えば、水等の温度調節用媒体が循環する管路を備え、当該管路を流れる温度調節用媒体と熱交換が行われることにより、載置台２６の温度が調節され、載置台２６上のウエハＷの温度が制御される。
載置台２６は、ウエハ搬送機構２１との間でウエハＷの受け渡しを行うために、ウエハＷを載置台２６の上面上で昇降させる不図示のリフトピンを備える。なお、エッチング装置１４で実行される酸化膜除去処理の詳細については、後に図３を参照して説明する。
図１に戻り、制御ユニット１５は、基板処理システム１０の各構成要素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５２を有する。プロセスコントローラ５２には、オペレータが基板処理システム１０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基板処理システム１０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インタフェース５３が接続される。また、プロセスコントローラ５２には記憶部５４が接続される。記憶部５４は、基板処理システム１０で実行される各種処理、例えば、エッチング装置１４で行われる酸化膜除去処理に用いられる処理ガスの供給やチャンバ２５の内部の排気等をプロセスコントローラ５２の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理システム１０の各構成要素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、各種データベース等を格納する。制御ユニット１５は、処理レシピ等を記憶部５４から呼び出してプロセスコントローラ５２に実行させることにより、所望の処理を実行する。
上述した基板処理システム１０では、ゲートバルブ２０を開いた状態で搬出入部１１のキャリアＣからウエハ搬送機構１６の搬送アーム１６ａ，１６ｂのいずれかによってウエハＷを１枚、ロードロック室１２に搬送し、ロードロック室１２内のウエハ搬送機構２１のピックに受け渡す。その後、ゲートバルブ２０を閉じてロードロック室１２の内部を真空排気し、次いで、ゲートバルブ２４を開き、ウエハ搬送機構２１のピックをエッチング装置１４まで伸ばし、ウエハＷをエッチング装置１４へ搬送する。
その後、ウエハ搬送機構２１のピックをロードロック室１２に戻し、ゲートバルブ２４を閉じ、エッチング装置１４において後述するように酸化膜除去処理をウエハＷに施す。酸化膜除去処理が終了した後、ゲートバルブ２３，２４を開き、ウエハ搬送機構２１のピックによって酸化膜除去処理が施されたウエハＷを熱処理装置１３に搬送し、熱処理装置１３に設けられた載置台に載置する。その後、チャンバ２２の内部に不活性ガス等を導入しつつ、ヒータにより載置台上のウエハＷを加熱して、ウエハＷの残渣等を気化させて除去する。
次いで、熱処理装置１３での残渣除去が終了した後、ゲートバルブ２３を開き、ウエハ搬送機構２１のピックによって熱処理装置１３の載置台上のウエハＷをロードロック室１２に退避させ、ウエハ搬送機構１６の搬送アーム１６ａ，１６ｂのいずれかによって当該ウエハＷをキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハＷの処理が完了する。
なお、基板処理システム１０において、熱処理装置１３は必須ではない。熱処理装置１３を設けない場合には、酸化膜除去処理が終了した後のウエハＷをウエハ搬送機構２１のピックによりロードロック室１２に退避させ、ウエハ搬送機構１６の搬送アーム１６ａ，１６ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。
次に、エッチング装置１４で実行される酸化膜除去処理について説明する。図３は、本実施の形態に係る基板処理方法としての酸化膜除去処理を示す工程図である。図３では、ウエハＷの表面近傍の拡大断面図を用いて酸化膜除去処理の各工程が説明される。また、図３（Ａ）に示すように、ウエハＷは、基材であるシリコン（Ｓｉ）層５５の表面に形成されたポリシリコン膜５６に所定のパターンで溝が形成され、この溝にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）５７が形成された構造を有する。以下、ウエハＷからシリコン酸化膜５７を完全に除去する処理について説明するが、シリコン酸化膜５７を部分的に除去する処理にも本発明を適用することができる。なお、ウエハＷは、概略、シリコン層５５の表面にポリシリコン膜５６を形成する工程、ポリシリコン膜５６上に所定パターンのレジスト膜を形成する工程、レジスト膜をエッチングマスクとしてポリシリコン膜５６をエッチングして溝を形成する工程、レジスト膜を除去する工程、シリコン酸化膜５７を形成する工程、表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理工程を経て作製されている。よって、図３（Ａ）に示すように、酸化膜除去処理の実行前では、シリコン酸化膜５７とポリシリコン膜５６とが同じ高さとなっている。シリコン酸化膜５７が形成される溝は、例えば、メモリデバイスにおける素子分離領域である。
まず、ウエハＷが載置台２６上に載置され、チャンバ２５が密閉されると、窒素ガス供給部４２とアルゴンガス供給部４８からチャンバ２５の内部へ、アルゴンガスが、例えば、１５０ｓｃｃｍの流量で、窒素ガスが、例えば、３００ｓｃｃｍの流量で供給される。また、ＴＭＰ２８の稼動により、チャンバ２５の内部の圧力が大気圧よりも低い所定の真空度、例えば、２０００ｍＴｏｒｒ（＝２６６．６３Ｐａ）に減圧された状態に維持される。さらに、温度調節器５１により、ウエハＷの温度が８０℃〜１２０℃の範囲の一定温度、例えば１２０℃に保持される。なお、ウエハＷは、酸化膜除去処理が終了するまでの間、載置台２６上で一定温度に保持される。
次いで、シリコン酸化膜５７の表面側の一部をアンモニアガス及び弗化水素ガスと反応させて反応生成物に変化させる反応工程（以下、「ＣＯＲ工程」という。）の処理をウエハＷに施す。ＣＯＲ工程では、まず、アンモニアガス供給部４１からチャンバ２５の内部へアンモニアガスが供給される。このとき、アンモニアガスの流量は、例えば、３００ｓｃｃｍとされる。チャンバ２５の内部には、アルゴンガスが、例えば、１５０ｓｃｃｍの流量で、窒素ガスが、例えば、３００ｓｃｃｍの流量で供給され続ける。なお、窒素ガスとアルゴンガスの各流量はこれらに限られず、さらに、窒素ガス及びアルゴンガスのいずれかの供給を停止してもよい。このとき、ＴＭＰ２８の稼動により、チャンバ２５の内部の圧力は、例えば、２０００ｍＴｏｒｒのまま維持される。
その後、チャンバ２５の内部にアンモニアガスを、例えば、３００ｓｃｃｍの流量で供給し続けながら、弗化水素ガス供給部４７からチャンバ２５の内部へ弗化水素ガスを、例えば、４５０ｓｃｃｍの流量で供給する。アンモニアガスと弗化水素ガスの供給時間は、例えば、３秒とされる。このときも、ＴＭＰ２８の稼動により、チャンバ２５の内部の圧力は、例えば、２０００ｍＴｏｒｒのまま維持される。ここで、チャンバ２５の内部には、予め、アンモニアガスが供給されているので、弗化水素ガスが供給されることにより、チャンバ２５の内部の雰囲気は弗化水素ガスとアンモニアガスとを含む混合ガスとなり、シリコン酸化膜５７が混合ガスに暴露されることで、フルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６：Ammonium hexa-fluorosilicate）（以下、「ＡＦＳ」という。）や水分等の反応生成物が下記反応式に従って生成される。
ＳｉＯ２＋６ＨＦ＋２ＮＨ３ → （ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ↑
図３（Ｂ）は、上記反応式にしたがって弗化水素ガスとアンモニアガスとがシリコン酸化膜５７を変質させるＣＯＲ工程を模式的に示し、図３（Ｃ）は、主な反応生成物であるＡＦＳがシリコン酸化膜５７上に形成された状態を模式的に示す。なお、反応生成物の１つである水分は蒸発して気化する。
次いで、エッチング装置１４では、ＣＯＲ工程において生成した反応生成物（主にＡＦＳ）を昇華させることによってウエハＷから除去するための昇華工程（以下、「ＰＨＴ工程」という。）の処理をウエハＷに施す。ＰＨＴ工程では、チャンバ２５の内部への弗化水素ガスとアンモニアガスの供給を停止すると共に、アルゴンガス及び／又は窒素ガスを供給する。また、ウエハＷの温度は、温度調節器５１により、ＣＯＲ工程と同じ温度、８０℃〜１２０℃の範囲の一定温度、例えば、１２０℃に保持される。図３（Ｄ）は、主な反応生成物であるＡＦＳが昇華している状態を模式的に示す。
１回目のＣＯＲ工程とこれに続く１回目のＰＨＴ工程が終了した後（図３（Ｅ））は、シリコン酸化膜５７が完全に除去されるまで、複数回、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程を繰り返し実行する。図３（Ｆ）は２回目のＣＯＲ工程を、図３（Ｇ）は２回目のＰＨＴ工程を、図３（Ｈ）は３回目のＣＯＲ工程を、図３（Ｉ）は３回目のＰＨＴ工程をそれぞれ模式的に示す。ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程は、必要に応じて４回以上行われることもあれば、２回で終了する場合もある。なお、２回目及び３回目のＣＯＲ工程の処理条件は、１回目のＣＯＲ工程の処理条件と同じであり、２回目及び３回目のＰＨＴ工程の処理条件は、１回目のＰＨＴ工程の処理条件と同じであるため、これらの工程についての説明は省略する。
図３（Ｊ）は、最終的にシリコン酸化膜５７が完全に除去された状態を模式的に示す。酸化膜除去処理が施されてシリコン酸化膜５７が完全に除去されたウエハＷは、熱処理装置１３へ搬送され、ウエハＷを所定温度に加熱した状態で窒素ガス（又はアルゴンガス）を所定時間（例えば、５秒）、チャンバ２２内へ供給することにより、ウエハＷに存在する残渣を気化して除去する。なお、この残渣除去処理は、エッチング装置１４において、最後のＰＨＴ工程と連続して行うこともできる。
ところで、酸化膜除去処理のスループットを向上させるためには、ＣＯＲ工程の処理時間だけでなくＰＨＴ工程の処理時間も短くする必要がある。したがって、ＰＨＴ工程の処理時間は、ＣＯＲ工程で生成された反応生成物を完全に除去することができる時間であって、且つ可能な限り短い時間に設定される。しかしながら、ＰＨＴ工程では下記反応式に従ってウエハＷから反応生成物（主にＡＦＳ）が昇華する。
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（固体） → （ＮＨ４）２ＳｉＦ６↑
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（固体） → ２ＮＨ３↑＋ＳｉＦ４↑＋２ＨＦ↑
したがって、図４に示すように、チャンバ２５の内部のウエハＷの近傍に、昇華によって気化したＡＦＳ、ＮＨ３、ＳｉＦ４やＨＦのガス（以下、これらを纏めて「昇華ガス」という。）５８が留まり、昇華ガス５８の濃度が高まることがある。昇華ガス５８の濃度が高まると、上記各式における左辺から右辺への反応が滞り、ウエハＷからの反応生成物の昇華が停滞する。その結果、ＣＯＲ工程で生成された反応生成物の除去に時間を要し、酸化膜除去処理のスループットが低下するというおそれがある。本実施の形態では、これに対応して、ＰＨＴ工程においてウエハＷの近傍から昇華ガス５８を除去し、ウエハＷからの反応生成物の昇華を促進する。
図５は、図３の酸化膜除去処理のＰＨＴ工程における昇華ガスの除去方法を説明するための工程図である。
図３の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程において不活性ガスであるアルゴンガス及び窒素ガスを、例えば、合計４５０ｓｃｃｍの流量でチャンバ２５の内部へ供給しているが、ＰＨＴ工程では、不活性ガスを、ＣＯＲ工程における不活性ガスの流量の３倍以上の流量、例えば、１３５０ｓｃｃｃｍ以上の流量でチャンバ２５の内部へ供給する。このとき、不活性ガスの供給量の増加に伴い、結果として、チャンバ２５の内部の圧力がＣＯＲ工程におけるチャンバ２５の内部の圧力よりも高くなる。不活性ガスの供給量が増加すると、チャンバ２５の内部に不活性ガスの流れ５９が生じ、ウエハＷの近傍に留まる昇華ガス５８がウエハＷの近傍から除去される（図５（Ａ））。その結果、上記各式における左辺から右辺への反応が進行し、ウエハＷからの反応生成物の昇華が促進され（図５（Ｂ））、酸化膜除去のスループットを向上することができる。
上述したように、図３の酸化膜除去処理では、ウエハＷからの反応生成物の昇華が促進されるため、ＰＨＴ工程の処理時間を短くすることができ、例えば、ＰＨＴ工程の処理時間は５秒、好ましくは、３秒に設定される。
また、ＰＨＴ工程において増加される不活性ガスの供給量が、窒素ガス供給部４２やアルゴンガス供給部４８からの窒素ガスやアルゴンガスの最大供給量を超える場合がある。これに対応して、エッチング装置１４は、不活性ガスを追加して供給するための不活性ガス貯蔵タンク６０（ガス貯蔵ユニット、ガス供給ユニット）を有する。不活性ガス貯蔵タンク６０は、所定量の不活性ガス、例えば、窒素ガスやアルゴンガスを予め貯蔵し、ＰＨＴ工程においてチャンバ２５の内部へ貯蔵された不活性ガスを供給する。これにより、ＰＨＴ工程において不活性ガスの供給が不足し、チャンバ２５の内部において不活性ガスの流れ５９が発生しない事態が生じるのを回避することができる。ここで、不活性ガス貯蔵タンク６０が貯蔵する不活性ガスの所定量は、ＰＨＴ工程において所定の時間に亘り、ＣＯＲ工程において供給される不活性ガスの流量の３倍以上の流量で供給可能な量である。なお、不活性ガス貯蔵タンク６０から供給される不活性ガスは、窒素ガス及びアルゴンガスのいずれかであってもよく、もしくはこれらの混合ガスであってもよい。
ところで、ＰＨＴ工程において大流量の不活性ガスが、比較的容量の大きいチャンバ２５の内部へ急速に供給されると、断熱膨張によって供給される不活性ガスの温度が低下するおそれがある。供給される不活性ガスの温度が低下すると、載置台２６に載置されたウエハＷが冷却され、反応生成物の昇華が停滞する。これに対応して、エッチング装置１４は、不活性ガス貯蔵タンク６０に貯蔵される不活性ガスを加熱するヒータ６１（ガス加熱ユニット）を有する。通常、ウエハＷの温度が８０℃を下回ると反応生成物の昇華が極端に停滞するが、ヒータ６１は、不活性ガス貯蔵タンク６０から供給されてチャンバ２５の内部で膨張した不活性ガスの温度が８０℃以上、好ましくは１２０℃以上となるように、不活性ガス貯蔵タンク６０に貯蔵される不活性ガスを加熱する。これにより、ＰＨＴ工程におけるウエハＷの温度低下を抑制することができ、ウエハＷからの反応生成物の昇華効率が低下するのを防止することができる。
上述したように、ＰＨＴ工程において大流量の不活性ガスをチャンバ２５の内部へ供給した場合、生じた不活性ガスの流れ５９により、チャンバ２５の内部でパーティクルが巻き上げられてウエハＷに付着し、ひいては、ウエハＷに形成された電子デバイスにおいてパーティクルに起因する不具合が生じるおそれがある。これに対応して、図３の酸化膜除去処理では、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量が、ＣＯＲ工程におけるチャンバ２５の内部の圧力と、ＰＨＴ工程におけるチャンバ２５の内部の圧力と差が４Ｔｏｒｒ以内となるように制限される。パーティクルはチャンバ２５の内部の圧力変化がさほど大きくないと巻き上げられないので、これにより、チャンバ２５の内部においてパーティクルが巻き上がるのを抑制することができ、パーティクルがウエハＷに付着するのを防止することができる。
また、図３の酸化膜除去処理では、ＣＯＲ工程とＰＨＴ工程が、複数回、繰り返し実行されるので、１回のＣＯＲ工程におけるシリコン酸化膜５７の反応生成物への変質量を減らすことができる。これにより、ＰＨＴ工程において除去すべき反応生成物の量を減少させることができ、反応生成物を確実に除去することができる。その結果、残存する反応生成物がシリコン酸化膜５７を覆い、続くＣＯＲ工程においてシリコン酸化膜５７と混合ガスの反応を阻害するのを抑制することができる。これにより、反応生成物への変質効率を高い水準に維持することができ、酸化膜除去のスループットを確実に向上することができる。
図６は、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量を変化させたときの図３の酸化膜除去処理におけるエッチング量を示すグラフである。不活性ガスの供給量として、３水準の供給量、具体的には、２４００ｓｃｃｍ、１２００ｓｃｃｍ及び４５０ｓｃｃｍが設定された。また、ウエハＷにシリコン酸化膜５７だけでなく窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜が形成される場合があり、窒化ケイ素もＣＯＲ工程において弗化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスと反応して反応生成物を生成することから、ここでは、シリコン酸化膜５７のエッチング量だけでなく窒化ケイ素膜のエッチング量も測定された。さらに、ＣＯＲ工程は３秒間継続され、当該ＣＯＲ工程では、アンモニアガスが３００ｓｃｃｍの流量で供給され、弗化水素ガスが４５０ｓｃｃｍの流量で供給され、不活性ガスが４５０ｓｃｃｍの流量で供給され、チャンバ２５の内部の圧力が２０００ｍＴｏｒｒに維持された。また、ＰＨＴ工程は５秒間継続され、ＣＯＲ工程及びＰＨＴ工程が５０回繰り返された。
図６に示すように、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量がＣＯＲ工程における不活性ガスの供給量の３倍未満の場合（１２００ｓｃｃｍや４５０ｓｃｃｍ）に比べ、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量がＣＯＲ工程における不活性ガスの供給量の３倍以上の場合（２４００ｓｃｃｍ）のシリコン酸化膜５７のエッチング量が大幅に増加した。具体的には、供給量が４５０ｓｃｃｍの場合はエッチング量が４６７．７Åであり、供給量が１２００ｓｃｃｍの場合はエッチング量が４５０．３Åであったのに対し、供給量が２４００ｓｃｃｍの場合はエッチング量が９８８．８Åとなった。これは、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量が増加したことにより、より強い不活性ガスの流れ５９がチャンバ２５の内部で生じ、ウエハＷからの反応生成物の昇華が促進され、残存するシリコン酸化膜５７が除去しきれなかった反応生成物によって覆われることがなく、続くＣＯＲ工程においてシリコン酸化膜５７と混合ガスの反応が順調に進み、シリコン酸化膜５７の反応生成物への変質が停滞することがなかったためと推察された。
また、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量がＣＯＲ工程における不活性ガスの供給量の３倍未満の場合（１２００ｓｃｃｍや４５０ｓｃｃｍ）に比べ、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量がＣＯＲ工程における不活性ガスの供給量の３倍以上の場合（２４００ｓｃｃｍ）の窒化ケイ素膜のエッチング量が減少した。具体的には、供給量が４５０ｓｃｃｍの場合はエッチング量が２．２Åであり、供給量が１２００ｓｃｃｍの場合はエッチング量が２．１Åであったのに対し、供給量が２４００ｓｃｃｍの場合はエッチング量が０．３Åとなった。これは、供給量が２４００ｓｃｃｍの場合、ＣＯＲ工程においてシリコン酸化膜５７と混合ガスの反応が順調に進み、窒化ケイ素膜と反応する混合ガスが少なくなり、結果として窒化ケイ素膜の反応生成物への変質が進行しなかったためと推察された。なお、窒化ケイ素膜に対するシリコン酸化膜５７の選択比は、ＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量が４５０ｓｃｃｍの場合、２０９．３であり、供給量が１２００ｓｃｃｍの場合、２１０．６であったのに対し、供給量が２４０ｓｃｃｍの場合、３６７６．０であった。すなわち、窒化ケイ素膜をエッチングストップ膜として用いる場合等、窒化ケイ素膜を積極的に除去したくない場合にＰＨＴ工程における不活性ガスの供給量を増加するのが好ましいことが分かった。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、酸化膜除去処理において除去されるシリコン酸化膜の種類は特に限られず、自然酸化膜やＢＰＳＧ膜、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜等の種々のシリコン酸化膜であってもよい。また、上記実施の形態では、ＰＨＴ工程における不活性ガスとして窒素ガスとアルゴンガスを用いたが、いずれか一方のみを用いてもよいし、ヘリウムガスやキセノンガス等の他の不活性ガスを単独で又は混合して用いてもよい。
また、ＡＰＣバルブ３０の開口面積は限られるため、ＰＨＴ工程において大流量の不活性ガスをチャンバ２５の内部に供給した場合、排気ガスのコンダクタンスが低下して昇華ガス５８がチャンバ２５の内部に留まり、不活性ガスの流れ５９が発生しにくくなるおそれがある。これに対応して、図７（Ａ）に示すように、エッチング装置１４の排気ユニットに排気ダクト２９からＡＰＣバルブ３０を迂回してＴＭＰ２８へ接続されるバイパスライン６２を設け、バイパスライン６２に当該バイパスライン６２を開閉するバイパスバルブ６３を設けてもよい。このとき、ＰＨＴ工程では、バイパスバルブ６３を開弁してバイパスライン６２を開通させ、チャンバ２５の内部からの排気ガスを、ＡＰＣバルブ３０だけでなくバイパスライン６２も経由してＴＭＰ２８へ流す。これにより、排気ガスをのコンダクタンスを向上させて昇華ガス５８がチャンバ２５の内部に留まるのを防止し、チャンバ２５の内部において確実に不活性ガスの流れ５９を生じさせることができる。
さらに、バイパスライン６２へバッファタンク６４を設け、排気ダクト２９及びバッファタンク６４を仕切るタンクバルブ６５や、バッファタンク６４及びＴＭＰ２８を仕切るタンクバルブ６６を設けてもよい。このとき、ＰＨＴ工程では、タンクバルブ６５を開弁して排気ダクト２９及びバッファタンク６４を連通させ、ＡＰＣバルブ３０を通過しきれない昇華ガス５８を含む排気ガスをバッファタンク６４に導入して貯蔵する。これにより、昇華ガス５８がチャンバ２５の内部に留まるのを防止する。なお、続くＣＯＲ工程において、タンクバルブ６６を開弁してバッファタンク６４及びＴＭＰ２８を連通させ、バッファタンク６４に貯蔵された排気ガスをＴＭＰ２８によって排出する。
また、ＣＯＲ工程におけるアンモニアガス、弗化水素ガスや不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス）の供給タイミングをより細かく制御してもよい。図８（Ａ）は、ＣＯＲ工程及びＰＨＴ工程における各種ガスの供給開始や供給停止を示すタイミングチャートである。なお、アンモニアガス及び弗化水素ガスのそれぞれについて、「ＯＮ」はガスが供給されていることを示し、「ＯＦＦ」はガスの供給が停止されたことを示す。また、不活性ガスは供給が途切れることがないが、不活性ガスに関して「大」は供給量が大であり、「小」は供給量が小であることを示す。
図８（Ａ）のタイミングチャートでは、時刻ｔ０でＣＯＲ工程が開始され、アンモニアガスと不活性ガスがチャンバ２５の内部に供給される。さらに、時刻ｔ１において、弗化水素ガスがチャンバ２５の内部へ供給される。続く時刻ｔ２においてＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ移行するために、弗化水素ガスとアンモニアガスの供給が停止されると共に不活性ガスの供給量が増加されてチャンバ２５の内部の圧力が高まり、その後、時刻ｔ３でＰＨＴ工程が終了する。
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のタイミングチャートが実行されたときの実際のチャンバ２５の内部の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。図２を参照して説明したように、アンモニアガス供給部４１とチャンバ２５を結ぶアンモニアガス供給管３９の途中にアンモニアガスバルブ４０が設けられ、アンモニアガス供給管３９においてアンモニアガスバルブ４０からチャンバ２５までには一定の配管長さが存在する。同様に、弗化水素ガス供給部４７とチャンバ２５を結ぶ弗化水素ガス供給管４５の途中に弗化水素ガスバルブ４６が設けられ、弗化水素ガス供給管４５において弗化水素ガスバルブ４６からチャンバ２５までにも一定の配管長さが存在する。
そのため、時刻ｔ０でアンモニアガスバルブ４０を、時刻ｔ１で弗化水素ガスバルブ４６をそれぞれ開弁しても、図８（Ｂ）に示すように、実際にはアンモニアガスと弗化水素ガスがチャンバ２５の内部に供給されるまでに時間Δの遅延が生じる。ここでは、説明を簡単にするために、アンモニアガスの遅延時間と弗化水素ガスの遅延時間を同じΔとしている。そして、アンモニアガスと弗化水素ガスの供給を停止する場合は、時刻ｔ２でアンモニアガスバルブ４０と弗化水素ガスバルブ４６をそれぞれ閉弁しても、しばらくアンモニアガスと弗化水素ガスがチャンバ２５の内部に供給され続ける。
ここで、図３の酸化膜除去処理では、１回のＣＯＲ工程の処理時間（３秒）が短いため、予定量の弗化水素ガスがチャンバ２５の内部に供給される前に不活性ガスの供給量が増加されると、不活性ガスの供給量の増加に起因して生じる不活性ガスの流れ５９により、弗化水素ガスの一部がシリコン酸化膜５７との反応に関与せずにウエハＷの近傍から除去され、さらに、弗化水素ガスのチャンバ２５の内部での分布の均一性が低下する。その結果、シリコン酸化膜５７の反応生成物へ変質量が減少するとともに、反応生成物の生成に関して面内均一性が低下するおそれがある。なお、アンモニアガスの供給時間は、弗化水素ガスの供給時間よりも長いために、アンモニアガスの供給遅延は、さほど問題とならない。
そこで、弗化水素ガス供給管４５の長さに起因する供給遅延に応じて、不活性ガスの供給量を増加させるタイミングを調整し、弗化水素ガスのチャンバ２５の内部への供給が終了するタイミングと、ＣＯＲ工程からＰＨＴ工程へ移行の際に不活性ガスの供給量を増加させるタイミングとを合わせてもよい。
図８（Ｃ）は、酸化膜除去処理の変形例のタイミングチャートである。図８（Ｃ）に示されるアンモニアガス、弗化水素ガス及び不活性ガスのタイミングチャートでは、時刻ｔ２から時間Δだけ遅い時刻ｔ４で、不活性ガスの供給量を増加させる。また、ＰＨＴ工程の終了タイミングを時刻ｔ３から時間Δだけ遅い時刻ｔ５へ延長することで、ＰＨＴ工程の処理時間を確保している。ここで、時間Δは、弗化水素ガス供給管４５における弗化水素ガスバルブ４６からチャンバ２５までの配管長さにも依存するが、概ね、１秒〜３秒、好ましくは２秒で十分である。一方、スループットを低下させてしまうため、不要に長い時間を設定してしまうことは好ましくない。
図８（Ｄ）は、図８（Ｃ）のタイミングチャートが実行されたときの実際のチャンバ２５の内部の圧力変化とガス供給／停止の状態を示すチャートである。図８（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２から時間Δだけ遅い時刻ｔ４で不活性ガスの供給量を増加させることにより、弗化水素ガスのチャンバ２５の内部への供給が終了するタイミングと、不活性ガスの供給量を増加させるタイミングとが一致する。これにより、予定量の弗化水素ガスの全てがシリコン酸化膜５７との反応に関与した後に、不活性ガスの流れ５９が生じるため、一部の弗化水素ガスがシリコン酸化膜５７との反応に関与せずにウエハＷの近傍から除去されることも無く、さらに、弗化水素ガスのチャンバ２５の内部での分布の均一性が低下することも無い。その結果、所定量のシリコン酸化膜５７を反応生成物へ確実に変質させることができるとともに、反応生成物の生成に関して面内均一性を改善することができる。
また、本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶部５４を、制御ユニット１５が備えるプロセスコントローラ５２に供給し、プロセスコントローラ５２のＣＰＵが記憶部５４に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶部５４から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶部５４は本発明を構成することになる。
また、記憶部５４としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによってプロセスコントローラ５２に供給されてもよい。
また、プロセスコントローラ５２が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
さらに、記憶部５４から読み出されたプログラムコードが、プロセスコントローラ５２に挿入された機能拡張ボードやプロセスコントローラ５２に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理システム
１４ エッチング装置
２５ チャンバ
５８ 昇華ガス
５９ 不活性ガスの流れ
６０ 不活性ガス貯蔵タンク
６１ ヒータ

Claims (9)

  1. 窒化ケイ素膜が表面に形成された基板の前記表面に形成されたシリコン酸化膜を、前記窒化ケイ素膜に対して選択的に除去する基板処理方法であって、
    処理室の内部に収容された前記基板に対してハロゲン元素含有ガス及び塩基性ガスを供給することにより、前記シリコン酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程と、
    前記処理室の内部への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程と、を有し、
    前記処理室の内部へ不活性ガスを供給することによって前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を、前記反応工程における前記処理室の内部の圧力よりも高くし、
    前記昇華工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量を、前記反応工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量の３倍以上とすることを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記反応工程と前記昇華工程が、複数回、繰り返し実行されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
  3. 前記昇華工程において前記処理室の内部へ供給される前記不活性ガスの温度を８０℃以上に保つことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記昇華工程において前記処理室の内部へ供給される前記不活性ガスの温度を１２０℃以上に保つことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
  5. 前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力と、前記反応工程における前記処理室の内部の圧力との差は４Ｔｏｒｒ以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 前記不活性ガスを予め貯蔵し、前記昇華工程において前記貯蔵された不活性ガスを前記処理室の内部へ供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 基板を収容する処理室と、
    ハロゲン元素含有ガス、塩基性ガス及び不活性ガスを選択的に前記処理室の内部へ供給するガス供給ユニットと、を備え、
    前記ガス供給ユニットは、前記処理室の内部へ前記ハロゲン元素含有ガス及び前記塩基性ガスを供給することにより、前記処理室に収容された、窒化ケイ素膜が形成された基板に形成されたシリコン酸化膜を反応生成物に変質させる反応工程を実行し、さらに、前記処理室の内部への前記ハロゲン元素含有ガスの供給を停止することにより、前記反応生成物を昇華させて前記基板から除去する昇華工程を実行し、
    前記ガス供給ユニットは、さらに、前記処理室の内部へ不活性ガスを供給することによって前記昇華工程における前記処理室の内部の圧力を、前記反応工程における前記処理室の内部の圧力よりも高くし、
    前記ガス供給ユニットによる前記昇華工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量を、前記反応工程における前記処理室の内部への前記不活性ガスの供給量の３倍以上とし、前記シリコン酸化膜を前記窒化ケイ素膜に対して選択的に除去することを特徴とする基板処理装置。
  8. 前記不活性ガスを加熱するガス加熱ユニットをさらに備え、
    前記ガス加熱ユニットは、前記昇華工程において前記処理室の内部へ供給される前記不活性ガスの温度を８０℃以上に保つことを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
  9. 前記不活性ガスを予め貯蔵するガス貯蔵ユニットをさらに備え、
    前記ガス貯蔵ユニットは、前記昇華工程において前記貯蔵された不活性ガスを前記処理室の内部へ供給することを特徴とする請求項７又は８に記載の基板処理装置。
JP2016078421A 2016-04-08 2016-04-08 基板処理方法及び基板処理装置 Active JP6692202B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078421A JP6692202B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 基板処理方法及び基板処理装置
TW106110342A TWI727023B (zh) 2016-04-08 2017-03-28 基板處理方法及基板處理裝置
CN201710209577.7A CN107275184B (zh) 2016-04-08 2017-03-31 基板处理方法和基板处理装置
US15/480,707 US20170294319A1 (en) 2016-04-08 2017-04-06 Substrate processing method and substrate processing apparatus
KR1020170044829A KR102030232B1 (ko) 2016-04-08 2017-04-06 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
US16/275,674 US20190181015A1 (en) 2016-04-08 2019-02-14 Substrate Processing Method and Substrate Processing Apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078421A JP6692202B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 基板処理方法及び基板処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017188632A JP2017188632A (ja) 2017-10-12
JP6692202B2 true JP6692202B2 (ja) 2020-05-13

Family

ID=59998799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016078421A Active JP6692202B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 基板処理方法及び基板処理装置

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20170294319A1 (ja)
JP (1) JP6692202B2 (ja)
KR (1) KR102030232B1 (ja)
CN (1) CN107275184B (ja)
TW (1) TWI727023B (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019235196A1 (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 株式会社アルバック 酸化膜除去方法、および、酸化膜除去装置
JP7224160B2 (ja) * 2018-12-04 2023-02-17 東京エレクトロン株式会社 発光モニタ方法、基板処理方法、および基板処理装置
US10937659B2 (en) * 2019-04-09 2021-03-02 Tokyo Electron Limited Method of anisotropically etching adjacent lines with multi-color selectivity
JP7415594B2 (ja) * 2020-01-24 2024-01-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理装置
US20220020615A1 (en) * 2020-07-19 2022-01-20 Applied Materials, Inc. Multiple process semiconductor processing system
JP7459720B2 (ja) * 2020-08-11 2024-04-02 東京エレクトロン株式会社 シリコン酸化膜をエッチングする方法、装置及びシステム
TW202310038A (zh) * 2021-05-31 2023-03-01 日商東京威力科創股份有限公司 基板處理方法及基板處理裝置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0883774A (ja) * 1994-09-13 1996-03-26 Toshiba Corp 薄膜形成装置およびその運転停止方法
US6015734A (en) * 1998-09-04 2000-01-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for improving the yield on dynamic random access memory (DRAM) with cylindrical capacitor structures
GB0214273D0 (en) * 2002-06-20 2002-07-31 Boc Group Plc Apparatus for controlling the pressure in a process chamber and method of operating same
US20050218114A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-06 Tokyo Electron Limited Method and system for performing a chemical oxide removal process
US7402523B2 (en) * 2005-03-31 2008-07-22 Tokyo Electron Limited Etching method
JP4976002B2 (ja) * 2005-11-08 2012-07-18 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置，基板処理方法及び記録媒体
JP4890025B2 (ja) * 2005-12-28 2012-03-07 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及び記録媒体
JP2007266455A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置、基板処理方法及び記憶媒体
JP2007311182A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Tokyo Electron Ltd 誘導結合プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP5084250B2 (ja) 2006-12-26 2012-11-28 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置およびガス処理方法ならびに記憶媒体
US7786016B2 (en) * 2007-01-11 2010-08-31 Micron Technology, Inc. Methods of uniformly removing silicon oxide and a method of removing a sacrificial oxide
JP4949091B2 (ja) * 2007-03-16 2012-06-06 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置、基板処理方法および記録媒体
US8026180B2 (en) * 2007-07-12 2011-09-27 Micron Technology, Inc. Methods of modifying oxide spacers
JP2009094307A (ja) 2007-10-10 2009-04-30 Tokyo Electron Ltd エッチング方法及び記録媒体
JP4553049B2 (ja) * 2008-02-29 2010-09-29 エルピーダメモリ株式会社 半導体装置の製造方法
JP5809144B2 (ja) * 2010-08-03 2015-11-10 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法および基板処理装置
KR101379701B1 (ko) * 2012-11-28 2014-04-01 한국표준과학연구원 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP6161972B2 (ja) 2013-06-25 2017-07-12 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法及び記録媒体
JP2015056519A (ja) * 2013-09-12 2015-03-23 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法、エッチング装置及び記憶媒体
JP6418794B2 (ja) * 2014-06-09 2018-11-07 東京エレクトロン株式会社 改質処理方法及び半導体装置の製造方法
US9520302B2 (en) * 2014-11-07 2016-12-13 Applied Materials, Inc. Methods for controlling Fin recess loading
JP2017152531A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法
TWI625785B (zh) * 2016-03-02 2018-06-01 東京威力科創股份有限公司 具有可調節選擇性之等向性矽與矽化鍺蝕刻

Also Published As

Publication number Publication date
US20170294319A1 (en) 2017-10-12
CN107275184A (zh) 2017-10-20
US20190181015A1 (en) 2019-06-13
KR20170115962A (ko) 2017-10-18
KR102030232B1 (ko) 2019-10-08
TWI727023B (zh) 2021-05-11
JP2017188632A (ja) 2017-10-12
TW201804526A (zh) 2018-02-01
CN107275184B (zh) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6692202B2 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
JP6568769B2 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
US6869500B2 (en) Method for processing a wafer and apparatus for performing the same
JP5084250B2 (ja) ガス処理装置およびガス処理方法ならびに記憶媒体
JP4890025B2 (ja) エッチング方法及び記録媒体
JP6643045B2 (ja) 基板処理方法及び基板処理装置
KR101882531B1 (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
JP2009094307A (ja) エッチング方法及び記録媒体
JP5881612B2 (ja) 半導体装置の製造方法および製造装置
TWI727085B (zh) 基板處理方法
US10622205B2 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP2008166513A (ja) キャパシタ電極の製造方法、エッチング方法およびエッチングシステム、ならびに記憶媒体
KR101150268B1 (ko) 열처리 장치 및 처리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181102

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190917

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200317

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200414

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6692202

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250