KR102628618B1 - 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 에칭 후의 실리콘막의 표면의 러프니스를 억제하는 것.
[해결 수단] 표면에 실리콘막이 형성되어 제 1 온도로 된 기판에, 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 실리콘막의 표면을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후에 상기 기판을 제 2 온도로 해서 상기 반응 생성물을 제거하는 제 2 공정을 실시한다.

Description

기판 처리 방법 및 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는, 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조함에 있어, 기판인 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 기재한다)의 표면에 형성된 Si막 및 SiGe막 중 Si막을 선택적으로 에칭하는 경우가 있다. 예를 들면 특허 문헌 1에서는 F2 가스 및 NH3 가스를 에칭 가스로서 이용하고, 에칭 가스에 대한 NH3 가스의 비율을 소정의 값으로 설정하는 것으로, 상기의 선택적인 에칭을 행하는 것이 기재되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 제 6426489호 공보
본 개시는, 에칭 후의 실리콘막의 표면의 러프니스(roughness)를 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시의 기판 처리 방법은, 표면에 실리콘막이 형성되어 제 1 온도로 된 기판에, 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 실리콘막의 표면을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정 후에 상기 기판을 제 2 온도로 해서 상기 반응 생성물을 제거하는 제 2 공정을 포함한다.
본 개시에 의하면, 에칭 후의 실리콘막의 표면의 러프니스를 억제할 수 있다.
도 1a는 본 개시의 제 1 실시 형태에 따른 처리가 이루어지는 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 1b는 상기 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 1c는 상기 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 2a는 상기 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 2b는 상기 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 2c는 상기 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 3a는 웨이퍼의 표면을 나타내는 종단 측면도이다.
도 3b는 웨이퍼의 표면을 나타내는 종단 측면도이다.
도 4는 상기 처리를 행하기 위한 기판 처리 장치의 일 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 상기 기판 처리 장치에 마련되는 처리 모듈의 일례를 나타내는 종단 측면도이다.
도 6은 본 개시의 제 2 실시 형태에 따른 처리가 이루어지는 웨이퍼의 종단 측면도이다.
도 7은 상기 웨이퍼에 형성되는 오목부의 종단 측면도이다.
도 8은 상기 오목부의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 9는 상기 오목부의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 10은 상기 오목부의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 11은 상기 오목부의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 12는 평가 시험의 결과를 나타내는 평면도이다.
도 13은 평가 시험의 결과를 나타내는 평면도이다.
도 14는 평가 시험의 결과를 나타내는 웨이퍼의 오목부의 모식도이다.
도 15는 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프도이다.
〔제 1 실시 형태〕
본 개시의 기판 처리 방법의 제 1 실시 형태인 처리에 대해, 그 개요를 설명한다. 도 1a는 처리 전의 기판인 웨이퍼 W의 표면의 종단 측면도이며, 해당 웨이퍼 W의 표면에는 Si(실리콘)막(11), 및 실리콘 함유막인 SiGe(실리콘 게르마늄)막(12)이 노출되어 있다. 이들 Si막(11) 및 SiGe막(12) 중, Si막(11)을 선택적으로 그 일부만을 에칭한다. 즉 처리 후, Si막(11)이 웨이퍼 W에 남도록 에칭을 행한다.
상기의 선택적인 에칭이 이루어지도록, 이 에칭으로서는, 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 처리 가스로서 웨이퍼 W에 공급하고, Si막(11)의 표면 및 SiGe막(12)의 표면 중, Si막(11)의 표면을 선택적으로 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키는 스텝 S1을 행한다. 본 실시 형태에서, 할로겐 함유 가스로서는 F2(불소) 가스이며, 염기성 가스로서는 NH3(암모니아) 가스이다. 이 스텝 S1(제 1 공정)의 실시 후, 가열 처리에 의해 해당 반응 생성물을 승화시키는 스텝 S2(제 2 공정)를 행하는 것으로, Si막(11)의 표면이 선택적으로 에칭된다. 상기의 반응 생성물은, 암모니아 플루오르 실리게이트(AFS)이다.
상기의 반응 생성물의 생성과 승화가 반복된다. 즉, 제 1 공정과 제 2 공정이 차례로 반복되는 반복 공정이 행해지고, Si막(11)의 에칭량이 제어된다. 이 반복 공정의 종료 시(즉 에칭의 종료 시)에 Si막(11)은 웨이퍼 W의 표면에 잔류되도록 하지만, 후에 평가 시험에서 나타내는 바와 같이 처리 가스를 공급할 때의 처리 조건에 따라서는, 처리 후에 잔류되는 Si막(11)의 표면에 요철이 형성되고, 해당 표면의 러프니스(표면 거칠기)가 비교적 커져 버린다. 본 실시 형태의 처리는, 이 표면의 러프니스가 억제되도록 행해진다.
계속하여 도 1~도 3을 참조하여, 웨이퍼 W에 대해서 행해지는 처리에 대해, 차례대로 설명한다. 각 도면 중의 화살표는 처리 가스를 나타내고 있고, 각 도면에서 나타내는 처리는 웨이퍼 W가 처리 용기에 반입되고, 해당 처리 용기 내가 배기되어 소정의 압력의 진공 분위기로 된 상태에서 행해진다. 처리 중의 웨이퍼 W는 소망하는 온도가 되도록 조정된다. 또한, 본 실시 형태에서는 스텝 S1과, 스텝 S2는 다른 처리 용기 내에서 행해진다.
먼저, 예를 들면 처리 용기 내가 배기되어 예를 들면 100mTorr(13.3Pa)~10Torr(1333Pa)가 되고, 웨이퍼 W의 온도가 제 1 온도인 예를 들면 -20℃~6℃가 되도록 조정된다. 이러한 온도 범위로 하는 것은, 상기한 처리 가스에 의한 AFS를 생성시키는 반응이 일어나지만, 해당 AFS가 승화되지 않게 하기 위해서이다. 승화시키지 않는 이유로서는 후술한다. 실온 내지는 실온에 가까운 온도로 처리하는 것으로, 처리에 사용하는 에너지의 양을 억제하는데 있어서 유리하기 때문에, 이 웨이퍼 W의 온도에 대해서는 예를 들면 20℃~30℃으로 하는 것이 보다 바람직하다.
그와 같이 웨이퍼 W가 온도 조정된 상태에서, 처리 가스인 F2 가스 및 NH3 가스가 처리 용기 내에 공급되고, 상기한 바와 같이 Si막(11)의 표면이 변질되고, 해당 Si막(11)의 표면에 AFS층(13)이 형성된다. 예를 들면 처리 용기 내에서의 가스의 농도 분포나 흐름 등의 편차에 의해, 이 AFS층(13)의 두께에 편차가 생겼다고 한다(도 1b). 그러나, 이 AFS층(13)이 승화되지 않고 잔류되도록 웨이퍼 W의 온도가 조정되어 있기 때문에, 해당 AFS층(13)이 Si막(11)을 피복한 상태에서, 처리 가스가 웨이퍼 W에 더 공급된다.
그 처리 가스에 대해, AFS층(13)이 비교적 얇은 부위에 대해서는 해당 AFS층(13)을 침투하여 아래쪽의 Si막(11)에 도달하고, 해당 Si막(11)을 변질시킨다. 그러나, AFS층(13)이 비교적 두꺼운 부위에 대해서는 처리 가스의 아래쪽으로의 침투를 막아, 해당 비교적 두꺼운 부위의 아래쪽에서는 Si막의 변질이 일어나기 어렵다. 따라서, AFS층(13)의 두께는, 균일화된다(도 1c). 그와 같이 AFS층(13)의 두께가 균일화되면, 처리 가스의 공급이 정지되고 스텝 S1이 종료한다.
계속하여 스텝 S2(제 2 스텝)이 행해지고, 웨이퍼 W는 스텝 S1(제 1 스텝)에서의 온도보다 높은 온도인 제 2 온도, 예를 들면 80℃~300℃로 가열된다. 이 가열에 의해 AFS층(13)이 승화되어 제거되고, 해당 AFS층(13)에 피복되어 있던 Si막(11)이 노출된다(도 2a). 이와 같이 일련의 스텝 S1 및 스텝 S2에서, Si막(11)의 표면이 에칭되지만, 기술(旣述)한 바와 같이 스텝 S1에서 AFS층(13)의 두께가 같게 되어 있기 때문에, Si막(11)의 각부는 균일성 높게 에칭된다. 따라서, 에칭 후의 Si막(11)의 표면에서는 요철의 형성이 억제되어 있다.
그 후, 스텝 S1이 재차 행해진다. 따라서, 기술한 온도로 조정된 웨이퍼 W에 처리 가스가 공급되어 Si막(11)의 표면이 선택적으로 AFS층(13)으로 된다(도 2b). 그리고, 해당 AFS층(13)이 잔류된 상태에서 처리 가스의 공급이 더 계속되는 것으로 AFS층(3)의 각부의 두께가 균일화된다(도 2c). 계속하여, 스텝 S2가 재차 행해진다. 따라서, 2번째의 스텝 S1에서 형성된 AFS층(13)이 승화된다(도 3a). 이와 같이 처리가 진행되는 것으로, 2번째의 에칭 후(2번째의 스텝 S1 및 스텝 S2의 실시 후)의 Si막(11)의 표면에 대해서도 요철의 형성이 억제되고 있다.
이 이후도 스텝 S1 및 스텝 S2로 이루어지는 사이클이 반복하여 행해지고, Si막(11)의 선택적인 에칭이 진행된다. 그리고, 잔류하는 Si막(11)이 소망하는 두께가 되면, 이 스텝 S1 및 스텝 S2의 반복 처리가 정지된다. 즉, Si막(11)이 웨이퍼 W에 잔류하도록 에칭 처리가 정지된다(도 3b). 3번째 이후의 사이클에서도, 1, 2번째의 사이클과 마찬가지로 Si막(11)의 표면의 요철의 형성이 억제되므로, 이 처리 정지 후의 Si막(11)의 표면에 대해서도 요철의 형성이 억제되어 있다. 즉, Si막(11)의 표면의 러프니스가 억제된 상태에서 처리가 종료한다.
계속하여, 도 1~도 3에서 설명한 일련의 처리를 행하는 기판 처리 장치의 일 실시 형태인 기판 처리 장치(2)에 대해, 도 4의 평면도를 참조하여 설명한다. 기판 처리 장치(2)는, 웨이퍼 W를 반입출하기 위한 반입출부(21)와, 반입출부(21)에 인접하여 마련된 2개의 로드 록실(31)과, 2개의 로드 록실(31)에 각각 인접하여 마련된 2개의 열처리 모듈(30)과, 2개의 열처리 모듈(30)에 각각 인접하여 마련된 2개의 처리 모듈(4)을 구비하고 있다.
반입출부(21)는, 제 1 기판 반송 기구(22)가 마련됨과 아울러 상압 분위기로 되는 상압 반송실(23)과, 해당 상압 반송실(23)의 측부에 마련된, 웨이퍼 W를 수납하는 캐리어(24)가 탑재되는 캐리어용 탑재대(25)를 구비하고 있다. 도면 중 (26)은 상압 반송실(23)에 인접하는 오리엔터실이며, 웨이퍼 W를 회전시켜서 편심량을 광학적으로 구하고, 제 1 기판 반송 기구(22)에 대한 웨이퍼 W의 위치 맞춤을 행하기 위해 마련된다. 제 1 기판 반송 기구(22)는, 캐리어용 탑재대(25) 상의 캐리어(24)와 오리엔터실(26)과 로드 록실(31) 사이에서 웨이퍼 W를 반송한다.
각 로드 록실(31) 내에는, 예를 들면 다관절 암 구조를 갖는 제 2 기판 반송 기구(32)가 마련되어 있고, 해당 제 2 기판 반송 기구(32)는, 웨이퍼 W를 로드 록실(31)과 열처리 모듈(30)과 처리 모듈(4) 사이에서 반송한다. 열처리 모듈(30)을 구성하는 처리 용기 내 및 처리 모듈(4)을 구성하는 처리 용기 내는, 진공 분위기로 되어 있고, 로드 록실(31) 내는, 이들 진공 분위기의 처리 용기 내와 상압 반송실(23) 사이에서 웨이퍼 W의 수수를 행할 수 있도록, 상압 분위기와 진공 분위기가 전환된다.
도면 중 (33)은 개폐 자재인 게이트 밸브이며, 상압 반송실(23)과 로드 록실(31) 사이, 로드 록실(31)과 열처리 모듈(30) 사이, 열처리 모듈(30)과 처리 모듈(4) 사이에 각각 마련되어 있다. 열처리 모듈(30)에 대해서는, 상기의 처리 용기, 해당 처리 용기 내를 배기하여 진공 분위기를 형성하기 위한 배기 기구 및 처리 용기 내에 마련됨과 아울러 탑재된 웨이퍼 W를 가열 가능한 스테이지 등을 포함하고, 기술의 스텝 S2를 실행할 수 있도록 구성되어 있다.
처리 모듈(4)에 대해, 도 5의 종단 측면도를 참조하여 설명한다. 이 처리 모듈(4)은, 기술의 스텝 S1을 실행한다. 도면 중 (41)은 처리 모듈(4)를 구성하는 처리 용기이다. 도면 중 (42)는, 처리 용기(41)의 측벽에 개구하는 웨이퍼 W의 반송구이며, 상기의 게이트 밸브(33)에 의해 개폐된다. 처리 용기(41) 내에는 웨이퍼 W를 탑재하는 스테이지(51)가 마련되어 있고, 해당 스테이지(51)에는 도시하지 않은 승강 핀이 마련된다. 그 승강 핀을 통하여 상기의 제 2 기판 반송 기구(32)와 스테이지(51)의 웨이퍼 W의 수수가 행해진다.
스테이지(51)에는 온도 조정부(52)가 매설되어 있고, 스테이지(51)에 탑재된 웨이퍼 W가 기술한 온도로 된다. 이 온도 조정부(52)는, 예를 들면 물 등의 온도 조정용의 유체가 유통하는 순환로의 일부를 이루는 유로로서 구성되어 있고, 해당 유체와의 열교환에 의해 웨이퍼 W의 온도가 조정된다. 다만 온도 조정부(52)로서는, 그러한 유체의 유로인 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 저항 가열을 행하기 위한 히터에 의해 구성되어 있어도 좋다.
또, 처리 용기(41) 내에는 배기관(53)의 일단이 개구되어 있고, 해당 배기관(53)의 타단은 압력 변경 기구인 밸브(54)를 통하여, 예를 들면 진공 펌프에 의해 구성되는 배기 기구(55)에 접속되어 있다. 밸브(54)의 개방도가 조정되는 것에 의해 처리 용기(41) 내의 압력이 기술한 범위의 압력으로 되어 처리가 행해진다.
처리 용기(41) 내의 상부 측에는, 스테이지(51)에 대향하도록, 처리 가스 공급 기구인 가스 샤워 헤드(56)가 마련되어 있다. 가스 샤워 헤드(56)에는, 가스 공급로(61)~(64)의 하류 측이 접속되어 있고, 가스 공급로(61)~(64)의 상류 측은 유량 조정부(65)를 각각 통하여, 가스 공급원(66)~(69)에 접속되어 있다. 각각의 유량 조정부(65)는, 밸브 및 매스 플로우 콘트롤러를 구비하고 있다. 가스 공급원(66)~(69)으로부터 공급되는 가스에 대해서는, 해당 유량 조정부(65)에 포함되는 밸브의 개폐에 의해, 하류 측으로 급단(給斷)된다.
가스 공급원(66), (67), (68), (69)으로부터는, F2 가스, NH3 가스, Ar(아르곤) 가스, N2 (질소) 가스가 각각 공급된다. 따라서 가스 샤워 헤드(56)로부터는, 처리 용기(41) 내에, 이들 F2 가스, NH3 가스, Ar 가스, N2 가스를 각각 공급할 수 있다. Ar 가스 및 N2 가스는 캐리어 가스로서, F2 가스 및 NH3 가스와 함께 처리 용기(41) 내에 공급된다. 그와 같이 처리 용기(41) 내에 공급되는 F2 가스의 유량, NH3 가스의 유량에 대해, F2 가스의 유량이 예를 들면 100sccm~1000sccm, NH3 가스의 유량이 예를 들면 4sccm~80sccm이다.
그런데, 도 4에 나타내는 바와 같이 기판 처리 장치(2)는 컴퓨터인 제어부(20)를 구비하고 있고, 이 제어부(20)는, 프로그램, 메모리, CPU를 구비하고 있다. 프로그램에는, 기술한 웨이퍼 W의 처리 및 웨이퍼 W의 반송이 행해지도록 명령(각 스텝)이 짜 넣어져 있고, 이 프로그램은, 기억 매체, 예를 들면 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크, DVD 등에 저장되고, 제어부(20)에 인스톨된다. 제어부(20)는 해당 프로그램에 의해 기판 처리 장치(2)의 각부에 제어 신호를 출력하고, 각 부의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 처리 모듈(4)의 동작, 열처리 모듈(30)의 동작, 제 1 기판 반송 기구(22), 제 2 기판 반송 기구(32)의 동작, 오리엔터실(26)의 동작이 제어 신호에 의해 제어된다. 상기의 처리 모듈(4)의 동작으로서는, 예를 들면 스테이지(51)에 공급되는 유체의 온도, 가스 샤워 헤드(56)로부터의 각 가스의 급단, 밸브(54)에 의한 배기 유량의 조정 등의 각 동작이 포함된다.
기판 처리 장치(2)에서의 웨이퍼 W의 반송 경로를 설명한다. 도 1a에서 설명한 바와 같이 각 막이 형성된 웨이퍼 W를 저장한 캐리어(24)가 캐리어용 탑재대(25)에 탑재된다. 그리고, 이 웨이퍼 W는, 상압 반송실(23)→오리엔터실(26)→상압 반송실(23)→로드 록실(31)의 순서로 반송되고, 열처리 모듈(30)을 통하여 처리 모듈(4)에 반송된다. 그리고, 기술한 바와 같이 스텝 S1로서 서술한 처리가 행해져, AFS층(13)의 형성이 행해진다. 계속하여, 웨이퍼 W는 열처리 모듈(30)에 반송되어, 스텝 S2의 AFS층(13)의 승화가 행해진다.
그 후, 웨이퍼 W는 처리 모듈(4)과, 열처리 모듈(30) 사이를 왕복하도록 반송되는 것으로 소정의 횟수, 스텝 S1, S2가 반복하여 행해진다. 그 후, 웨이퍼 W는 열처리 모듈(30)로부터, 로드 록실(31)→상압 반송실(23)의 순서로 반송되어, 캐리어(24)에 되돌려진다.
본 실시 형태에서 나타낸 처리 수법에 의하면, 상기한 바와 같이 Si막(11) 및 SiGe막(12) 중 Si막(11)을 선택적으로 에칭할 수 있고, 또한 에칭 처리 후의 Si막(11)의 표면에서의 러프니스를 억제할 수 있다. 따라서, 에칭 처리 후의 웨이퍼 W로부터 제조되는 반도체 제품의 수율을 높게 할 수 있다.
상기한 처리예에서는, Si막(11)을 에칭함에 있어, 스텝 S1, S2를 3회 이상 반복하도록 나타냈지만, 반복의 횟수는 상기의 예에 한정되지 않고, 예를 들면 2회이어도 좋다. 그리고, 반복을 행하지 않고, 스텝 S1~S2를 1회만 행해도 좋다. 또, 상기의 기판 처리 장치(2)에서는, 처리 모듈(4)과 열처리 모듈(30) 사이에서 웨이퍼 W를 반송하고, 스텝 S1, S2가 서로 다른 처리 용기 내에서 행해진다. 그와 같이 처리를 행하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 처리 모듈(4)의 스테이지(51)의 온도를 변경하는 것으로, 스텝 S1, S2가 행해지도록 해도 좋다. 즉 스텝 S1, S2가 같은 처리 용기 내에서 행해지도록 해도 좋다. 다만 그 경우는 스텝 S1, S2를 반복하여 행함에 있어, 스텝 S2 실행 후에 재차 스텝 S1를 행하기 위해 스테이지(51)를 강온시키는 시간이 필요하게 된다. 그 때문에, 스텝 S1, S2를 반복함에 있어 높은 스루풋(throughput)을 얻기 위해서는, 기술한 바와 같이 스텝 S1, S2에서 웨이퍼 W를 서로 다른 처리 용기 내의 스테이지에 탑재하여 처리를 행하는 것이 바람직하다.
또한, 실리콘 함유막으로서 기술한 예에서는 SiGe막(12)이 웨이퍼 W의 표면에 노출되어 있지만, SiGe막(12)대신에 예를 들면 SiN막, SiO2막이 웨이퍼 W의 표면에 노출되어 있어도 좋다. 이들 SiN막 및 SiO2막은 Si막에 비하면 Si의 함유율이 적다. 그 때문에 Si막(11)에 비하면 NH3 가스 및 F2 가스에 의해, AFS를 발생시키기 어렵다. 따라서 SiGe막(12) 대신에 SiN막 및 SiO2막이 웨이퍼 W의 표면에 노출되어 있어도, Si막(11)을 선택적으로 에칭할 수 있다. 또, 할로겐 가스로서는 F2 가스를 이용하는 것으로 한정되지 않고, 예를 들면 IF7 가스, IF5 가스, ClF3 가스, SF6 가스를 이용해도, AFS층(13)을 생성하여 같은 처리를 행할 수 있다.
그리고 상기의 예에서는 F2 가스 및 NH3 가스를 동시에 웨이퍼 W에 공급하여 처리를 행하고 있는, 즉 F2 가스를 공급하는 기간과, NH3 가스를 공급하는 기간이 일치하고 있지만, 그와 같이 각 가스를 공급하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면 F2 가스와 NH3 가스를 교대로 반복하여 공급하고, Si막(11)에 흡착된 F2 가스 및 NH3 가스 중 한쪽의 가스에 대해서 다른 쪽의 가스가 반응하는 것으로, AFS가 생성되도록 해도 좋다. 즉 F2 가스를 공급하는 기간과 NH3 가스를 공급하는 기간이 서로 겹치지 않도록, 이들 각 가스를 공급해도 좋다. 또, F2 가스를 공급하는 기간과, NH3 가스를 공급하는 기간에 대해서 일부만이 겹치도록 각 가스를 공급해도 좋다. 다만 도 1~도 3의 처리와 같이 F2 가스 및 NH3 가스를 동시에 공급하는 것으로, 기술한 AFS층(13)의 형성과 AFS층(13)의 두께의 균일화를 신속하게 행할 수 있고, 스루풋을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
AFS층(13)을 승화시킴에 있어, 상기의 예에서는 스텝 S1보다 스텝 S2에서의 웨이퍼 W의 온도를 높게 하는 것으로 행하고 있지만, 그와 같이 웨이퍼 W의 온도를 변화시키는 것으로 행하는 것으로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 스텝 S2에서도 스텝 S1과 마찬가지로 처리 모듈(4)에서 행하는 것으로 한다. 그리고, 스텝 S2의 실행 시에는 스텝 S1의 실행 시보다 배기관(53)의 밸브(54)의 개방도를 크게 한다. 그것에 의해, 스텝 S1의 실행 시보다 스텝 S2의 실행 시에서의 처리 용기(41) 내의 압력을 저하시킨다. 그 압력 변화에 의해, AFS층(13)을 승화시켜도 좋다.
〔제 2 실시 형태〕
제 2 실시 형태에 대해, 도 6에 나타내는 구조체(71)가 표면에 형성된 웨이퍼 W에 대해서 처리가 행해지는 것으로 하여 설명한다. 도 6은 해당 구조체(71)의 종단 측면도이다. 구조체(71)는 Si막을 구비하고 있고, 해당 Si막을 종 방향(웨이퍼 W의 두께 방향)으로 관통하는 오목부(72)와, 그 오목부(72)의 좌측의 측벽, 우측의 측벽으로부터 각각 왼쪽 방향, 오른쪽 방향으로 향하도록 해당 Si막에 관통된 오목부(73)를 포함한다 오목부(72)는 웨이퍼 W의 표면에 개구되어 있고, 웨이퍼 W에 공급된 각 가스는, 해당 오목부(72)를 통하여 오목부(73) 내에 도입된다. 오목부(73)에 대해서는, 오목부(72)에 대한 좌측 및 우측의 각각에 있어서, 세로 방향의 서로 다른 높이로 다수 형성되어 있으므로, 오목부(72)의 좌우의 옆 방향에는 오목부(73)와 Si막이 종 방향으로 교대로 늘어서 있다.
오목부(73)의 1개를 확대하여 모식적으로 나타낸 도 7의 종단 측면도를 참조하여, 구조체(71)에 대해 더 설명한다. 기술한 바와 같은 구성이기 때문에, 오목부(73)를 형성하는 상벽 및 하벽은 Si막에 의해 형성되어 있고, 도면 중에서 Si막(74)으로서 나타내고 있다. 또, 오목부(73)를 형성하는 측벽에 대해서는, SiGe막(75)에 의해 구성되어 있다. 이 제 2 실시 형태에서는, SiGe막(75)에 대해서 오목부(73)의 상벽 및 하벽을 이루는 Si막(74)을 선택적으로 에칭하고, Si막(74)의 종 방향의 두께를 축소화한다. 즉, 오목부(73)의 개구 폭을 넓힌다. 이 에칭에 대해, 에칭 후의 Si막(74)의 표면의 러프니스가 억제되도록 행해진다.
이하, 제 2 실시 형태에서의 에칭 처리에 대해, 제 1 실시 형태의 에칭 처리와의 차이점을 중심으로, 도 8~도 11을 참조하여 설명한다. 도 8~도 11은, 처리 중에 발생하고 있다고 추정되는 Si막(74)의 변화의 모습을 나타내는 모식도이다. 이 처리에서는 NH3 가스 외에, 불소 함유 가스로서 F2 가스 및 HF(불화수소) 가스를 사용한다. 도면 중, F2 가스를 (81), NH3 가스를 (82), HF 가스를 (83)으로서 나타내고 있다.
먼저, 웨이퍼 W가 저장되는 처리 용기(41) 내의 압력 및 해당 처리 용기(41) 내의 웨이퍼 W의 온도에 대해, 예를 들면 제 1 실시 형태의 스텝 S1과 같은 압력 및 온도로 조정된 상태에서, 해당 스텝 S1과 마찬가지로 F2 가스(81) 및 NH3 가스(82)의 공급이 동시에 행해진다(도 8, 스텝 T1). 그것에 의해 오목부(73)를 이루는 Si막(74)의 표층이 변질되고, AFS층(13)이 생긴다. 이 AFS층(13)이 형성될 때에 각 가스의 작용에 의해 Si막(74)의 표층에는 미세한 요철이 형성되고, 그와 같이 요철이 형성된 Si막(74)를 피복하도록 AFS층(13)이 형성된다(도 9).
처리 용기(41) 내로의 F2 가스(81) 및 NH3 가스(82)가 정지된 후, 처리 용기(41) 내에 N2 가스가 공급됨과 아울러 배기가 행해지는 상태가 되고, 잔류하고 있던 F2 가스(81) 및 NH3 가스(82)가 퍼지되어, 처리 용기(41) 내로부터 제거된다(스텝 T2). 그 후, 처리 용기(41) 내에 HF 가스(83)가 공급되고(도 10：스텝 T3), 해당 HF 가스(83)와, AFS층(13)과, AFS((NH4)2SiF6) 층(13)에 접하는 Si막(74) 사이에서 하기의 식 1에 의해 나타나는 반응이 일어난다고 생각된다.
2Si+((NH4)2SiF6)+4HF→SiF6+SiH4+(NH4)2SiF6 …식 1
상기의 반응에 대해 자세하게 진술하면, 스텝 T1에서 형성된 AFS층(13)에는, 비교적 많은 불소가 포함되어 있다. 스텝 T3에서 동일하게 불소를 함유하는 HF 가스(83)가 공급되는 것에 의해, 이 AFS층(13)의 불소는 더 과잉인 상태가 되어, AFS층(13)에 접한 Si막(74)의 극표면을 불화시켜서, 변질층(75)으로 한다. 이와 같이, 불소 함유 가스의 공급을 트리거로 해서, AFS층(13)에 포함되는 불소가 이용되는 것으로, Si막(74)의 극표면의 변질층(75)으로의 변화가 일어난다고 고찰된다.
그 후, 처리 용기(41) 내로의 HF 가스(83)의 공급이 정지되고, 처리 용기(41) 내에 N2 가스가 공급됨과 아울러 배기가 행해지는 상태가 되고, 잔류하고 있던 HF가 퍼지되어 처리 용기(41) 내에서 제거된다(스텝 T4). 그러고 나서, 제 1 실시 형태의 스텝 S2와 마찬가지로, 웨이퍼 W는 스텝 T1~T4에서의 온도보다 높은 온도, 예를 들면 80℃~300℃로 가열된다. 이 가열에 의해 AFS층(13) 및 변질층(75)이 승화되어 제거되고, 이들 층에 피복되어 있던 Si막(74)이 노출된다(도 11：스텝 T5).
이상과 같이, 스텝 T1 종료 후에 요철이 형성되어 있던 Si막(74)의 극표면이 제거되는 것으로, 스텝 T5에서 노출되는 Si막(74)의 표면의 러프니스는 억제되어 있다. 또한, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 이상의 처리에 의해 Si막(74) 및 SiGe막(75) 중, Si막(74)이 선택적으로 에칭된다. 그리고, 이 이후도 스텝 T1~T5로 이루지는 사이클이 반복하여 행해지고, Si막(11)의 선택적인 에칭이 진행되고, Si막(74)의 박층화가 진행되어, Si막(74)이 소망하는 두께가 되면, 이 스텝 T1~T5의 반복의 처리가 정지한다.
이상에 서술한 제 2 실시 형태의 에칭 처리에 의하면, 후의 평가 시험에서도 나타내는 바와 같이, 에칭 후의 Si막의 러프니스를, 보다 확실히 억제할 수 있다. 이 제 2 실시 형태의 에칭 처리에 대해서도 예를 들면 도 4에서 설명한 기판 처리 장치(2)를 이용할 수 있고, 스텝 T1~T4는 처리 모듈(4)에서 행해지고, 스텝 T5는 열처리 모듈(30)에서 행해진다. 또한, 처리 모듈(4)에서 행하는 스텝 T1~T4는, Si막(74)을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키는 제 1 공정에 상당한다. 그리고, 그 중의 스텝 T1은, 제 1 불소 함유 가스인 F2 가스의 웨이퍼 W로의 공급과, 염기성 가스인 NH3 가스의 웨이퍼 W로의 공급을 병행하여 행하는 제 1 공급 공정에 상당한다. 또, 스텝 T3은 제 2 공급 공정에 상당하고, 상기와 같이 본 예에서는 제 1 불소 함유 가스와는 종류가 다른 제 2 불소 함유 가스인 HF 가스를 웨이퍼 W에 공급하도록 행해진다.
그와 같이 스텝 T1~T4를 행하는 처리 모듈(4)에 대해서는, 예를 들면 기술한 각 가스 공급원(66)~(69) 외에, HF 가스의 공급원이 마련되고, 해당 HF 가스 공급원과 가스 샤워 헤드(56)가 유로를 통하여 접속된 구성으로 된다. 그리고, 해당 HF 가스의 유로에는 다른 가스의 유로와 마찬가지로 유량 조정부(65)가 개설되고, 소망하는 유량으로 가스 샤워 헤드(56)을 통하여 처리 용기(41) 내에 HF 가스가 공급된다. 또한, 이 HF 가스를 처리 용기(41) 내에 공급할 때에도, 예를 들면 Ar 가스 및 N2 가스가, 캐리어 가스로서 처리 용기(41) 내에 공급된다.
그런데, 스텝 T3에서는 AFS층(13)에 작용하는 것으로, AFS층(13)에 포함되는 불소와 Si막(74)의 반응을 일으킬 수 있는 가스를 이용하면 좋고, HF 가스 대신에 다른 불소 함유 가스, 예를 들면 F2 가스, NF3(삼불화질소) 가스 등을 이용하는 것이 생각된다. F2 가스를 이용하는 경우에는, 스텝 T1과 스텝 T3에서 같은 종류의 불소 함유 가스를 이용하게 된다. 상기한 처리예에서는, 스텝 T3의 처리가 스텝 T1에서 이용되는 가스의 영향을 받는 것이 억제되도록, 스텝 T2에서 불활성 가스인 N2 가스에 의한 퍼지를 행하지만, 그와 같이 스텝 T1, T3에서 모두 F2 가스를 이용하는 경우는 해당 스텝 T2를 생략해도 좋다. 구체적으로는, 먼저 스텝 T1에서 F2 가스 및 NH3 가스를 모두 처리 용기(41) 내에 공급하고, 그 후, F2 가스 및 NH3 중 NH3 가스의 공급을 정지하는 것으로 F2 가스만이 처리 용기(41) 내에 공급되는 상태로 하는 것으로, 스텝 T2를 생략하여 스텝 T3의 처리가 행해지도록 할 수 있다.
또, 스텝 T3에서는 불소 함유 가스 대신에 NH3 가스를 공급해도 좋다. 상기한 바와 같이 AFS층(13)에는 많은 불소가 포함되지만, NH3 가스를 공급하는 것에 의해, 그 AFS층(13)의 불소와 NH3와 Si막(74)의 극표면이 반응하는 것으로, 해당 Si막(74)의 극표면이 변질하여 반응 생성물이 되고, 스텝 T5에서 AFS층(13)과 함께 승화되어, 제거된다. 그것에 의해, 스텝 T5의 실시 후의 Si막(74)의 표면에서의 러프니스가 억제된다. 이와 같이 스텝 T3에서 NH3 가스를 공급하는 경우도, 스텝 T3에서 F2 가스를 이용하는 경우와 마찬가지로 스텝 T2를 생략해도 좋다.
이상으로 서술한 한 바와 같이, F2 가스(제 1 불소 함유 가스)의 웨이퍼 W로의 공급과, NH3 가스의 웨이퍼 W로의 공급을 병행하여 행하는 제 1 공급 공정을 행한 후의 제 2 공급 공정에서 웨이퍼 W에 공급하는 가스로서는, 제 1 불소 함유 가스와는 종류가 다른 제 2 불소 함유 가스인 것으로 한정되지 않는다. 그런데 제 1 실시 형태에서, 본 명세서에서는 F2 가스 및 NH3 가스의 공급 기간이 일치하는 것(공급 개시의 타이밍이 각 가스에서 동일하고 또한 공급 종료의 타이밍이 각 가스에서 동일한 것)이, 동시에 공급되는 것으로 하여 서술했다. 제 2 실시 형태에서, F2 가스의 공급과 NH3 가스의 공급을 병행하여 행함에 있어, 이들 각 가스의 공급 개시의 타이밍을 동일하게 하는 것으로 한정되지 않는다. 즉, F2 가스 및 NH3 가스의 공급에 대해서는 본 명세서에서 말하는 동시인 것으로 한정되지 않는다.
또, 스텝 T1~T5는 반복하여 복수 회 행하는 것으로 한정되지 않고, 1회만 행해져도 좋다. 또한, 구조체(71)의 횡 방향을 향해 형성되는 오목부(73)의 벽면을 에칭하는 예를 나타냈지만, 에칭하는 개소로서는 임의이며, 해당 벽면의 에칭을 행하는 것으로 한정되지 않는다.
또한, 이번 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 하는 것이다. 상기의 실시 형태는, 첨부의 특허 청구의 범위 및 그 취지를 일탈하는 일 없이, 여러 가지 형태로 생략, 치환, 변경, 조합이 되어도 좋다.
〔평가 시험〕
·평가 시험 1
본 개시의 기술(技術)에 관련하여 행해진 평가 시험에 대해 설명한다. 평가 시험 1로서, 웨이퍼 W에 대해서, 실시 형태에서 설명한 바와 같이 스텝 S1, S2를 복수 회 반복하는 에칭 처리를 행했다. 이 처리에 이용한 웨이퍼 W에 대해서는, 실시 형태에서 나타낸 바와 같이Si막(11) 및 SiGe막(12)가 표면에 노출되어 있다. 이 평가 시험 1의 스텝 S1에서는, 웨이퍼 W를 저장하는 처리 용기 내에 공급하는 F2 가스의 유량 및 NH3 가스의 유량에 대해서는, 각각 기술한 범위 내의 값으로 설정했다. 또한, 실시 형태에서 서술한 바와 같이, 이들 F2 가스 및 NH3 가스와 함께, Ar 가스 및 N2 가스에 대해서도 처리 용기 내에 공급했다. 또, 처리 용기 내의 압력 및 스텝 S1에서의 웨이퍼 W의 온도에 대해서도, 실시 형태에서 서술한 범위 내의 값으로 설정했다.
이 평가 시험 1에서는, 1회의 스텝 S1에서의 처리 가스(F2 가스 및 NH3 가스)의 공급 시간과, 스텝 S1, S2의 반복 회수를, 웨이퍼 W마다 변경해 처리를 행했다. 그리고 처리 후의 각 웨이퍼 W에 대해, Si막(11)의 표면의 화상을 취득함과 아울러, 에칭 선택비(=Si막(11)의 에칭량/SiGe막(12)의 에칭량)의 산출을 행했다. 평가 시험 1-1로서, 처리 가스의 공급 시간을 30초, 상기의 반복 회수를 6회로 했다. 평가 시험 1-2로서, 처리 가스의 공급 시간을 45초, 상기의 반복 회수를 4회로 했다. 평가 시험 1-3으로서, 처리 가스의 공급 시간을 60초, 상기의 반복 회수를 3회로 했다. 따라서, 평가 시험 1-1~1-3의 각각에서, 웨이퍼 W로의 처리 가스의 공급 시간의 합계로서는 180초이다.
평가 시험 1-1~1-3에서 에칭 선택비는 30 이상이며, 따라서, Si막(11)은 SiGe막(12)에 대해서 선택적으로 에칭되어 있었다. 그리고 도 12는, 평가 시험 1-1~1-3에서 취득된 화상, 및 처리를 행하기 전의 Si막(11)으로부터 얻어진 화상을 모식적으로 나타내고 있다. 취득된 화상은, Si막(11)의 표면의 요철이 흑백의 콘트라스트로서 나타나고 있다. 도 12에서 나타낸 화상은, 그 요철의 오목부의 부분을 둘러싸고, 도트를 부여하여 나타낸 것이고, 밀집되어 있는 볼록부에 대해서는 도시의 편의상, 통합하여 둘러싸는 것으로 하나의 볼록부로서 나타내고 있다. 이 도 12에 나타내는 바와 같이, 평가 시험 1-1의 화상에서는 요철의 형성이 확인되었다. 그러나, 평가 시험 1-2, 1-3에서는 약간의 요철 밖에 형성되고 있지 않았다.
이와 같이 1회의 스텝 S1에서 처리 가스의 공급 시간이 비교적 긴 평가 시험 1-2, 1-3에서는 Si막(11)의 표면의 러프니스가 억제되고 있다. 이것은 평가 시험 1-1에서는, 처리 가스와 Si막(11)의 표층의 반응이 불충분하고, AFS층(13)의 두께의 균일성이 낮은 상태에서 스텝 S2의 승화가 행해진다. 다른 한편으로 평가 시험 1-2, 1-3에서는 Si막(11)의 표층이 충분히 처리 가스와 반응하여, 실시 형태에서 진술한 바와 같이 균일성이 높은 두께로 AFS층(13)이 형성된 것에 의한 것이라고 생각된다.
그리고 공급 시간이 45초인 평가 시험 1-2에서는 표면의 러프니스가 충분히 억제되어 있고, 45초보다 약간 짧은 공급 시간이어도 이 러프니스가 억제된다고 생각된다. 다만, 처리 가스의 공급 시간이 30초인 평가 시험 1-1에서는 러프니스가 약간 보여진다. 이상으로부터, 처리 가스의 공급 시간으로서는 40초 이상이 바람직하다고 생각된다. 다만 처리 가스의 공급 시간이 너무 길면, 처리 가스는 형성된 AFS층(13)에 저지되고, Si막(11)에 작용할 수 없게 되므로, 처리 가스를 쓸데없이 소비해 버리게 된다. 처리 가스의 공급 시간이 60초에서 Si막(11)의 러프니스가 적절히 억제되고 있는 것을 생각하면, 그 공급 시간보다 긴 공급 시간 이하, 예를 들면 120초 이하로 하는 것이 바람직하다고 생각된다.
·평가 시험 2
계속하여 평가 시험 2에 대해 설명한다. 이 평가 시험 2에서는 평가 시험 1과 마찬가지로, 복수의 웨이퍼 W에 대해서 스텝 S1, S2를 반복하여 행하는 것으로 Si막(11)을 에칭했다. 그리고, Si막(11)의 표면의 화상의 취득과, 에칭 선택비의 산출을 행했다. 이 평가 시험 2에서는 1회의 스텝 S1에서의 처리 가스의 공급 시간은, 각 웨이퍼 W 간에서 같은 30초, 스텝 S1, S2의 반복 횟수는 각 웨이퍼 W 간에서 같은 6회로 하여 처리를 행했다. 따라서, 1회의 처리 가스의 공급 시간 및 S1, S2의 반복의 횟수에 대해서는 상기의 평가 시험 1-1과 같다. 다만 NH3 가스의 유량에 대해서는 평가 시험 1-1과는 다르다. 이 평가 시험 2(2-1, 2-2)의 NH3 가스의 유량에 대해, 평가 시험 2-1＜평가 시험 1-1＜평가 시험 2-2라고 하는 관계로 되어 있다. 또한, 평가 시험 2에서, NH3 가스의 유량 이외의 처리 조건은, 평가 시험 1의 처리 조건과 같게 설정했다.
평가 시험 2-1, 2-2의 에칭 선택비는 30 이상이며, 따라서 Si막(11)은 SiGe막(12)에 대해서 선택적으로 에칭되어 있었다. 도 13은, 평가 시험 2-1~2-2에서 취득된 화상을, 평가 시험 1과 마찬가지로 모식적으로 나타낸 것이다. 시험 결과의 파악을 용이하게 하기 위해서, 도 12에 나타낸 평가 시험 1-1의 화상의 모식도도 도 13 내에 나타내고 있다. 이 도 13에 나타내는 바와 같이 평가 시험 2-1에서는 평가 시험 1-1에 비해 러프니스가 크고, 평가 시험 2-2에서는 러프니스가 억제되어 있다. 따라서, NH3 가스의 유량이 클수록 러프니스가 억제되어 있다. 이것은, F2 가스에 대해서는 비교적 큰 유량으로 공급하고 있기 때문에, NH3 가스의 유량이 클수록 Si막(11)의 표층에서 AFS층(13)으로 변질되는 양도 많아지고, 기술한 바와 같이 AFS층(13)의 두께의 균일성이 높아진 것에 의한다고 생각된다.
또한, 평가 시험 1-1에서, F2 가스의 유량에 대한 NH3 가스의 유량의 비율(NH3 가스의 유량/F2 가스의 유량)은 0.026이다. 상기한 바와 같이 평가 시험 1-1에서는 약간 요철이 보여지므로, 해당 비율에 대해 0.026보다 크게 하는 것이 바람직한 것이 확인되었다. 또, 평가 시험 2-2에서는 NH3 가스를 실시 형태에서 서술한 범위 내의 값으로 설정하고 있고, NH3 가스의 유량/F2 가스의 유량은 0.036이다. 따라서, 해당 비율을 0.036 이상으로 하면, 보다 바람직한 것이 확인되었다.
·평가 시험 3
다음에 평가 시험 3에 대해 설명한다. 도 6, 도 7에서 설명한 구조체(71)가 형성된 복수의 웨이퍼 W에 대해서, 제 2 실시 형태에서 설명한 스텝 T1~T5로 이루어지는 사이클을 10회 반복하여 처리를 행했다. 스텝 T3에서 처리 용기(41) 내에 공급하는 HF 가스의 유량에 대해서는, 처리를 행하는 웨이퍼 W마다 변경했다. 그리고, 처리 완료의 웨이퍼 W에 대해 SEM에 의해 화상을 취득하고, 구조체(71)에서의 Si막(74)의 표면 상태를 관찰했다. HF 가스의 유량을 100sccm, 200sccm, 450sccm로 설정하여 행한 시험을, 각각 평가 시험 3-1, 3-2, 3-3으로 한다.
또한, 처리 용기(41) 내의 압력에 대해서는 실시 형태에서 서술한 범위 내의 값으로 설정하고, HF 가스의 공급 시간으로서는 30초로 설정했다. 또, HF 가스와 함께 처리 용기(41) 내에 공급하는 Ar 가스의 유량, N2 가스의 유량에 대해서는 각각 275sccm로 설정했다. 또 평가 시험 3-4로서, 스텝 T3 및 스텝 T4(HF 가스 공급 후의 N2 가스에 의한 퍼지)를 행하지 않는 것을 제외하고 평가 시험 3-1~3-3과 같은 조건으로 처리를 행하고, SEM에 의해 화상을 취득했다. 따라서, 이 평가 시험 3-4에서의 처리는, 제 1 실시 형태에서 서술한 스텝 S1, S2를 반복하여 행하는 처리이다.
도 14의 상단, 중단, 하단에, 평가 시험 3-1, 3-2, 3-4에서 각각 취득된 화상의 모식도를 나타내고 있다. 평가 시험 3-4에 비하면, 평가 시험 3-1~3-3에서는 Si막(74) 표면의 러프니스가 억제되어 있었다. 따라서, 제 2 실시 형태에서 설명한 바와 같이, HF 가스를 공급하는 것이 바람직한 것이 나타났다. 평가 시험 3-1~3-3 중에서는, 평가 시험 3-1보다 평가 시험 3-2, 3-3이 상기의 러프니스에 대해 억제되어 있고, 실용상 바람직한 레벨이 되어 있었다. 또한, 평가 시험 3-2, 3-3에서 러프니스 상태는 같았기 때문에, 도 14에는 이들의 평가 시험 3-2, 3-3 중 3-2의 모식도만을 나타내고 있다.
이상의 결과로부터, 스텝 T3에서 웨이퍼 W에 공급하는 HF 가스의 유량에 대해서는, 100sccm보다 크게 하는 것이 바람직하고, 200sccm 이상으로 하는 것이 보다 바람직한 것이 확인되었다. 상기한 바와 같이 HF 가스의 공급 중에 불활성 가스인 Ar 가스 및 N2 가스를 250sccm씩 공급하고 있다. 그 때문에, 처리 용기(41) 내에 공급하는 모든 가스의 유량에 대한 HF 가스의 유량의 비율은, 하기의 식 2로 나타내진다. 또한, 식 2 중의 X는, HF 가스의 유량이다.
Xsccm/(X＋250＋250) sccm···식 2
X=100sccm일 때에 식 2로부터 0.1667이며, X=200sccm일 때에 식 2로부터 0.2857이다. 따라서 이 평가 시험 3으로부터, 처리 용기(41) 내에 공급하는 모든 가스의 유량에 대한 HF 가스의 유량의 비율로서는 0.1667보다 크게 하는 것이 바람직하고, 0.2857 이상으로 하는 것이 보다 바람직함을 알 수 있다. 또한 평가 시험 3-2, 3-3 간에서 러프니스 상태가 동일했던 것은, 기술한 바와 같이 AFS층(13) 중의 불소의 작용으로 Si막(74)가 변질되는 것으로 러프니스가 개선되지만, HF 가스의 유량을 많이 해도, AFS층(13) 중에서의 Si막(74)의 변질로 기여할 수 있는 불소의 양이 한정되는 것에 의하기 때문이라고 생각된다.
·평가 시험 4
다음에 평가 시험 4에 대해 설명한다. 평가 시험 4에서는, 구조체(71)가 형성된 웨이퍼 W에 대해서, 제 2 실시 형태에서의 스텝 T1, T2, T5로 이루어지는 사이클을 9회 반복하여 처리를 행했다. 그리고, 상기와 같이 처리를 행한 후는 구조체(71)의 SEM 화상을 취득하고, 오목부(73)에서의 개구부 부근의 에칭량과 안쪽 부근(개구부와는 반대측의 단부 부근)의 에칭량을 측정했다. 또한, 이들의 에칭량의 차가 작을수록 바람직하다. 스텝 S1에서의, 처리 용기(41) 내에 공급하는 NH3 가스의 유량에 대해, 웨이퍼 W마다 변경하여 설정해 두고, 5sccm, 8sccm, 10sccm, 12sccm, 14sccm 중 어느 하나로 설정했다.
스텝 S1의 다른 처리 조건에 대해 설명하면, 처리 용기(41) 내에 공급하는 F2 가스의 유량, Ar 가스의 유량은 각각 500sccm, 200sccm로 했다. N2 가스의 유량에 대해서는 NH3 가스의 유량에 따라 변경하고 있고, N2 가스의 유량과 NH3 가스의 유량과의 합계가 700sccm가 되도록, 해당 N2 가스의 유량을 설정했다. 그리고, 1 사이클에서의 F2 가스 및 NH3 가스의 공급 시간은 15초로 했다. 또, 웨이퍼 W의 온도로서는, 실시 형태에서 서술 범위내의 값으로 설정했다.
도 15는 평가 시험 4의 결과를 정리한 그래프이며, 종축, 횡축에 에칭량(단위: nm), NH3 가스의 유량(단위：sccm)을 각각 나타내고 있다. 종축의 눈금은 A에 대해서 2nm 증가할 때마다 부여하고 있지만, 이 A는 실수이다. 그래프에 나타내는 바와 같이, NH3 가스의 유량이 5sccm에서는 개구부 부근의 에칭량에 비해 안쪽 부근의 에칭량이 작고, 이들 에칭량의 차는 비교적 크다. NH3 가스의 유량이 8sccm의 경우는, 개구부 부근의 에칭량에 비해 안쪽 부근의 에칭량이 작고, 5sccm의 경우에 비하면 이들 에칭량의 차는 작지만, 실용상, 해당 에칭량의 차에 대해서는 더 작은 것이 바람직하다.
그리고 NH3 가스의 유량이 10sccm 이상의 경우는, 해당 에칭량의 차에 대해서는 충분히 작은 것이 되었다. 이러한 결과가 된 것은, NH3 가스의 유량이 10sccm 이상의 경우는, 오목부(73) 내의 개구부로부터 안쪽에 이를 때까지 충분히 해당 NH3 가스가 공급된 것으로, 오목부(73)를 이루는 Si막(74)으로 이루어지는 상벽 및 하벽의 표면에, AFS층(13)이 충분히 형성되었기 때문이라고 생각된다.
상기와 같이 평가 시험 4에서는 처리 용기(41) 내로의 F2 가스, NH3 가스의 공급을 서로 병행하여 행해서 오목부(73)에서의 각부를 균일성 높게 에칭함에 있어, NH3 가스의 유량을 8sccm보다 크게 하는 것이 바람직하고, 10sccm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다고 하는 결과가 되었다. 상기와 같이 F2 가스를 500sccm로 공급하고 있다. 따라서 이 평가 시험 4에서는, F2 가스의 유량에 대한 NH3 가스의 유량의 비율로서는, 8sccm/500sccm=0.016보다 큰 것이 바람직하고, 10sccm/500sccm=0.02 이상인 것이 보다 바람직하다고 하는 결과가 되었다.
W 웨이퍼
11 Si막
13 AFS층

Claims (16)

  1. 표면에 실리콘막이 형성되어 제 1 온도로 된 기판에, 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 실리콘막의 표면을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키고, 상기 반응 생성물이 상기 실리콘막 상에 잔류하는 상태에서 상기 반응 생성물의 두께가 균일화되는 소정 시간 이상 동안 상기 처리 가스를 공급하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에 상기 기판을 제 2 온도로 해서 상기 반응 생성물을 제거하는 제 2 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공정, 제 2 공정을 차례로 반복하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반복하는 공정의 종료 시에 상기 기판에 상기 실리콘막이 잔류하는 기판 처리 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 온도는 상기 제 1 온도보다 높은 온도인 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 실리콘막과는 다른 실리콘 함유막이 표면에 형성되고,
    상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정은, 상기 실리콘막을 상기 실리콘 함유막에 대해서 선택적으로 변질시켜서 제거하는 공정인 기판 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유막은 SiGe막인 기판 처리 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 -20℃~60℃인 기판 처리 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에 있어서, 상기 할로겐 함유 가스 및 상기 염기성 가스는 동시에 상기 기판에 공급되는 기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서, 상기 할로겐 함유 가스 및 상기 염기성 가스는 동시에 상기 기판에 40초 이상 공급되는 기판 처리 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 가스는 불소 가스이며, 상기 염기성 가스는 암모니아 가스인 기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 공정에서,
    상기 기판을 저장하는 처리 용기 내로의 상기 불소 가스의 공급과, 해당 처리 용기 내로의 상기 암모니아 가스의 공급이 병행하여 행해지고,
    상기 처리 용기 내에 공급되는 불소 가스의 유량에 대한 상기 처리 용기 내에 공급되는 암모니아 가스의 유량의 비율은, 0.16보다 큰 기판 처리 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 공정은, 상기 할로겐 함유 가스의 상기 기판으로의 공급과, 상기 염기성 가스의 상기 기판으로의 공급을 병행하여 행하는 제 1 공급 공정과,
    상기 제 1 공급 공정 후에, 상기 할로겐 함유 가스 및 상기 염기성 가스 중 어느 한쪽만을 상기 기판에 공급하는 제 2 공급 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 할로겐 함유 가스는,
    상기 제 1 공급 공정에서 상기 기판에 공급되는 제 1 불소 함유 가스와,
    상기 제 2 공급 공정에서 상기 기판에 공급되는 제 2 불소 함유 가스로 이루어지고,
    상기 제 1 불소 함유 가스와, 상기 제 2 불소 함유 가스는, 서로 종류가 다른 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 불소 함유 가스는 불소 가스이며, 상기 제 2 불소 함유 가스는 불화 수소 가스인 기판 처리 방법.
  15. 표면에 실리콘막이 형성된 기판에, 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 실리콘막의 표면을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키는 공정과,
    뒤이어, 상기 반응 생성물이 상기 실리콘막 상에 잔류하는 상태에서 상기 반응 생성물의 두께가 균일화되는 소정 시간 이상 동안 상기 처리 가스를 상기 기판에 공급하는 공정과,
    계속하여 상기 반응 생성물을 제거하는 공정
    을 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 표면에 실리콘막이 형성된 기판을 저장하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에 할로겐 함유 가스 및 염기성 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 처리 가스에 의해 상기 실리콘막의 표면을 변질시켜서 반응 생성물을 생성시키고, 해당 반응 생성물이 상기 실리콘막 상에 잔류하는 상태에서 상기 반응 생성물의 두께가 균일화되는 소정 시간 이상 동안 해당 처리 가스를 공급하는 제 1 스텝과, 상기 제 1 스텝 후에, 상기 반응 생성물을 제거하는 제 2 스텝이 실시되도록 제어 신호를 출력하는 제어부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
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