本发明涉及一种基片处理方法。
背景技术：
专利文献1公开了一种技术，其使处理气体与晶片上的自然氧化膜反应而形成了反应层后，通过加热晶片使反应层升华来除去(蚀刻)自然氧化膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-165954号公报。
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
本发明提供一种能够将形成于基片的图案控制为所希望的状态的技术。
用于解决问题的技术手段
本发明的一方式的基片处理方包括：提供具有图案的处理对象的基片的步骤；在所述基片上形成膜的步骤；利用等离子体在基片的表层形成反应层的步骤；和对基片施加能量来除去反应层的步骤。
发明效果
依照本发明，能够将形成于基片的图案控制为所希望的状态。
附图说明
图1是表示实施方式的等离子体处理装置的概略结构的一例的图。
图2是表示实施方式的加热装置的概略结构的一例的图。
图3是表示形成有氧化膜的晶片的一例的图。
图4是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的一例的图。
图5是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的另一例的图。
图6是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的另一例的图。
图7是说明实施方式的cr处理的流程的一例的图。
图8是表示实施方式的由cr处理产生的蚀刻量的一例的图。
图9是表示实施方式的基片处理的流程的一例的流程图。
图10是表示实施方式的由晶片温度的变化而产生的蚀刻量的变化的一例的图。
图11是说明实施方式的线状的图案的lwr、ler的改善的图。
图12是表示实施方式的图案的形状的变化的一例的图。
图13是表示实施方式的图案的形状的变化的另一例的图。
图14是表示实施方式的图案的形状的变化的另一例的图。
图15是表示实施方式的将膜作为掩模使用的蚀刻的一例的图。
图16是表示实施方式的将膜作为保护膜使用的蚀刻的一例的图。
图17是表示实施方式的基片处理的流程的另一例的流程图。
图18a是表示实施方式的成为阻碍因素的膜的一例的图。
图18b是表示实施方式的成为阻碍因素的膜的另一例的图。
图19是说明实施方式的由cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。
图20是说明实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。
图21是表示实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的变化的一例的图。
图22是表示实施方式的图案的高度、宽度的变化的一例的图。
图23是说明实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。
图24是表示实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的变化的一例的图。
图25是表示实施方式的图案的高度、宽度的变化的一例的图。
图26是表示实施方式的载置台的载置面的区域分割的一例的图。
图27是用于说明实施方式的被处理体的温度与成膜量的关系的一例的图。
附图标记说明
10si层
11sio2膜
12sin膜
14自然氧化膜
51碳膜
52膜
100等离子体处理装置
200加热装置
p图案
w晶片。
具体实施方式
以下，参照附图，对本申请公开的基片处理方法的实施方式进行详细说明。此外，并不限于由本实施方式公开的基片处理方法。
[装置结构]
对本实施方式的基片处理中使用的装置的一例进行说明。以下，以使用等离子体处理装置和加热装置来执行本实施方式的基片处理的情况为例进行说明。
首先，对本实施方式的等离子体处理装置的结构的一例进行说明。图1是表示实施方式的等离子体处理装置的概略结构的一例的图。在本实施方式中，以等离子体处理装置100为感应耦合等离子体(icp)型的等离子体处理装置的情况为例进行说明。
等离子体处理装置100包括金属制(例如铝制)的形成为筒状的处理室(腔室)102。
在处理室102的底部设置有用于载置半导体晶片(以下也称为“晶片”)w的载置台110。载置台110由铝等形成为圆柱状。在载置台110设置有加热器111。加热器111与加热器电源112连接，利用从加热器电源112供给的电力来发热。载置台110通过加热器111来控制晶片w的温度。此外，虽然未图示，能够在载置台110设置利用静电力吸附保持晶片w的静电吸盘、制冷剂流路等温度调节机构等所需要的功能装置。等离子体处理装置100被用作蚀刻装置时，对载置台110施加用于将离子引入晶片w的高频偏置电力。
由例如石英玻璃、陶瓷等构成的板状的电介质104以与载置台110相对的方式设置于在处理室102的顶部。具体而言，电介质104形成为例如圆板状，以封闭形成于处理室102的顶部的开口的方式气密地安装。
处理室102与供给晶片w的处理中使用的各种气体的气体供给部120连接。在处理室102的侧壁部形成有气体导入口121。气体导入口121经由气体供给配管122与气体供给部120连接。
气体供给部120分别经由气体供给通路与晶片w的处理中使用的各种气体的气体供给源连接。各气体供给通路根据基片处理的处理步骤而适当分支，设置有开闭阀、流量控制器。气体供给部120通过控制设置于各气体供给通路的开闭阀、流量控制器，来控制各种气体的流量。气体供给部120根据基片处理的处理步骤将各种气体供给到气体导入口121。供给到气体导入口121的各种气体，从气体导入口121被供给到处理室102内。另外，在图1中，以气体供给部120构成为能够从处理室102的侧壁部供给气体的情况为例，不过并不限于此。例如也可以构成为从处理室102的顶部供给气体。在该情况下，例如也可以为在电介质104的中央部形成气体导入口，以从电介质104的中央部供给气体。
在处理室102的底部，经由排气管132连接有用于排出处理室102内的气氛的排气部130。排气部130例如由真空泵构成，将处理室102内减压至规定的压力。在处理室102的侧壁部形成有晶片送入送出口134。在晶片送入送出口134设置有闸阀136。例如，在送入晶片w时，打开闸阀136，利用未图示的输送臂等输送机构将晶片w载置到处理室102内的载置台110上，关闭闸阀136进行晶片w的处理。
在处理室102的顶部，在电介质104的上侧面(外侧面)配置有平面状的高频天线140和覆盖高频天线140的屏蔽部件160。高频天线140设置有天线元件142。天线元件142形成为由例如铜、铝、不锈钢等导体构成的螺旋线圈状。天线元件142与高频电源150连接。高频电源150对生成等离子体的天线元件142以规定的功率供给规定频率的高频(例如40mhz)。此外，从高频电源150输出的高频不限于上述的频率，也可以为例如13.56mhz、27mhz、40mhz、60mhz等各种频率的高频。
当高频电源150对天线元件142供给高频时，在处理室102内形成感应磁场。利用所形成的感应磁场，激发被导入到处理室102内的气体，在晶片w上生成等离子体。此外，也可以为高频天线140中设置有多个天线元件142，从高频电源150对各天线元件142施加相同频率或者不同频率的高频。例如，也可以为在等离子体处理装置100中，在高频天线140分别在电介质104的中央部和周边部分开地设置天线元件142，在电介质104的中央部和周边部分别控制等离子体。另外，也可以为在等离子体处理装置100中，除了在处理室102的顶部设置的高频天线140之外，还对构成载置台110的下部电极供给高频电力，来生成等离子体。
等离子体处理装置100能够利用所生成的等离子体，来对晶片w实施蚀刻、成膜等的等离子体处理。
上述结构的等离子体处理装置100由控制部190统一地控制动作。控制部190包括具有cpu而控制等离子体处理装置100的各部的处理控制器191、用户接口192和存储部193。
处理控制器191控制等离子体处理装置100的各种动作。例如，处理控制器191控制来自气体供给部120的各种气体的供给动作。此外，处理控制器191控制从高频电源150供给到天线元件142的高频的频率和功率。此外，处理控制器191控制从加热器电源112向加热器111供给的电力来控制加热器111的发热量，从而控制晶片w的温度。
用户接口192由为了操作者管理等离子体处理装置100而进行命令的输入操作的键盘、可视化显示等离子体处理装置100的工作状况的显示器等。
在存储部193保存有：用于通过处理控制器191的控制来实现由等离子体处理装置100执行的各种处理的控制程序(软件)；存储有处理条件数据等的方案。并且，根据需要，通过来自用户接口192的指示等从存储部193调取任意的方案来使处理控制器191执行，由此在处理控制器191的控制下，能够由等离子体处理装置100执行所希望的处理。另外，控制程序、处理条件数据等方案，可以利用保存于计算机可读取的计算机存储介质等中的状态的内容，或者也可以从其他装置例如经由专用线路实时传输而在线使用。作为计算机存储介质，可以举出例如硬盘、cd、软盘、半导体存储器等。
接着，对本实施方式的加热装置的结构的一例进行说明。图2是表示实施方式的加热装置的概略结构的一例的图。在本实施方式中，加热装置200与图1所示的等离子体处理装置100分体设置，由未图示的输送臂等的输送机构将晶片w输送到加热装置200和等离子体处理装置100。
加热装置200具有金属制(例如铝制)的形成为筒状(例如圆筒状)的处理室202。
在处理室202的底部设置有用于载置晶片w的载置台210。载置台210由铝等形成为圆柱状。在载置台210设置有加热器211。加热器211与加热器电源212连接，利用从加热器电源212供给的电力而发热。载置台210通过加热器211来控制晶片w的温度。此外，虽然没有图示，不过能够载置台210设置利用静电力吸附保持晶片w的静电吸盘等根据需要的功能装置。
在处理室202的底部，经由排气管232连接有用于排出处理室202内的气氛的排气部230。排气部230由例如真空泵构成，将处理室202内减压至规定的压力。在处理室202的侧壁部形成有晶片送入送出口234。在晶片送入送出口234设置有闸阀236。例如，在送入晶片w时，打开闸阀236，利用未图示的输送臂等输送机构，将晶片w载置到处理室202内的载置台210上，关闭闸阀236进行晶片w的处理。
加热装置200实施利用加热器211将载置于载置台210的晶片w加热至规定的温度的加热处理。
上述结构的加热装置200由控制部290统一地控制动作。控制部290为例如计算机，包括cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)、rom(readonlymemory，只读存储器)、辅助存储装置等。cpu基于保存于rom或者辅助存储装置的程序、等离子体处理的步骤条件进行动作，控制装置整体的动作。此外，控制部290可以设置于加热装置200的内部，也可以设置于外部。在控制部290设置于外部的情况下，控制部290能够通过有线或者无线等通信方式，来控制加热装置200。
接着，对本实施方式的基片处理方法进行说明。在制造半导体装置时，有可能会在晶片w形成自然氧化膜。有时需要除去该自然氧化膜。
图3是表示形成有氧化膜的晶片的一例的图。晶片w中，在作为基底的硅(si)层10上设置有sio2膜11。在sio2膜11形成有图案p。在图3中，作为图案p，到达si层10的开口形成于sio2膜11。晶片w中，sio2膜11的上表面和形成有图案p的侧面被sin膜12覆盖。此外，晶片w中，在形成有图案p的底部的si层10，形成有自然氧化膜14(sio2)。si层10因成为自然氧化膜14的下部的部分变化为硅锗等，而改变图案并将其示出。考虑利用例如专利文献1的技术在维持sin膜12的状态下除去该自然氧化膜14。
然而，存在sin膜12在之前步骤等中受到损伤的情况。在该情况下，例如，若使用专利文献1的技术，则会将sin膜12除去。
因此，在本实施方式中，进行如下所述的基片处理来除去自然氧化膜14等氧化膜。图4是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的一例的图。图4中的(a)与图3同样，示出了形成有自然氧化膜14的晶片w。
首先，在晶片w形成含硅膜。例如，如图4中的(b)所示，通过atomiclayerdeposition(ald，原子层沉积)，在晶片w形成sio2膜20。例如，等离子体处理装置100从气体供给部120将含有硅(si)的原料气体供给到处理室102，使晶片w表面吸附原料气体。吸附在晶片w的原料气体的吸附量随着供给时间而增加至饱和。此处所言的饱和，是指在最表面化学吸附有进展且此外化学吸附没有进展的状态，或者吸附侧被占据而吸附没有进展的状态。接着，等离子体处理装置100从气体供给部120将反应气体供给到处理室102，并且从高频电源150对天线元件142施加高频电力来生成等离子体。由此，反应气体活性化，反应气体的活性种将吸附到晶片w的原料气体改性而成膜。作为原料气体，例如可以使用三(二甲基氨基)硅烷(tdmas)、双(二乙基氨基)硅烷(bdeas)。作为反应气体，可以使用氧气(o2)气体等氧化气体。反应气体被等离子体化后供给到晶片w。使用ald进行成膜的情况下，等离子体处理装置100通过多次反复进行交替地供给原料气体和反应气体的循环，形成所希望的膜厚的薄膜。在ald中，使吸附在晶片w的原料气体的吸附量饱和，因此能够在图案p的上表面、侧面和底面均匀地形成膜。
接着，使用蚀刻气体例如碳氟化合物气体生成等离子体来对晶片w进行各向异性的蚀刻处理，以对ald膜(sio2膜20)进行回蚀刻。等离子体处理装置100从气体供给部120将c4f8气体等碳氟化合物气体(cxfy)供给到处理室102，并且从高频电源150对天线元件142施加高频电力而形成等离子体以进行蚀刻。当使用碳氟化合物气体进行蚀刻时，在晶片w的表面生成许多沉积物而形成膜21。另一方面，如图4中的(c)所示，在图案p的底部的sio2膜20和自然氧化膜14上进行蚀刻以将它们除去。
接着，进行除去ald膜(sio2膜20)的chemicalremoval(cr，化学除去)处理。cr处理是指通过化学反应除去(蚀刻)除去对象的处理。cr处理的详细内容在后面说明。由此，如图4中的(d)所示，在sin膜12存在损伤的情况下，也能够抑制sin膜12被除去并除去自然氧化膜14。
此外，在图4的例中，在晶片w的作为非蚀刻对象的、图案p的底部以外的区域，有选择地形成sio2膜20，因此在通过ald各向同性地形成sio2膜20后，通过各向异性蚀刻进行了回蚀刻。然而，成膜方法不限于ald，也可以为任意的方式。例如，成膜方法也可以为chemicalvapordeposition(cvd，化学气相沉积)、physicalvapordeposition(pvd，物理气相沉积)、directcurrentsuperposition(dcs，直流电叠加)、不饱和ald。不饱和ald是使原料气体的吸附不饱和的ald、或者使吸附到晶片w的原料气体的改性不饱和的ald、或者使原料气体的吸附和吸附到晶片w的原料气体的改性不饱和的ald。不饱和ald除了使原料气体不吸附到整个表面的情况之外，也存在完全不改性的情况。dcs是使电极材料溅射而在基片上成膜的成膜方法。例如，在dcs中，在等离子体处理装置中，对含有电极材料的上部电极施加负的直流电压来使电极材料溅射而在基片上成膜。例如在美国专利申请公开第2018/0151333号说明书中公开了dcs的详细内容。
图5是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的另一例的图。图5中的(a)与图3同样，示出了形成有自然氧化膜14的晶片wが。
首先，在晶片w形成含硅膜。例如，如图5中的(b)所示，通过cvd，在晶片w形成sio2膜20。例如，等离子体处理装置100从气体供给部120将例如sicl4气体、o2气体供给到处理室102，并且从高频电源150对天线元件142施加高频电力形成等离子体以在晶片w形成sio2膜20。
接着，使用例如碳氟化合物气体生成等离子体来对晶片w进行各向异性的蚀刻处理以对sio2膜20进行回蚀刻。由此，如图5中的(c)所示，主要对图案p的底部的sio2膜20和自然氧化膜14上进行蚀刻来将它们除去。
接着，进行除去sio2膜20的cr处理。cr处理的详细内容在后面说明。由此，如图5中的(d)所示，在sin膜12存在损伤的情况下，也能够抑制削除sin膜12并能够除去自然氧化膜14。
图6是说明实施方式的除去氧化膜的基片处理的流程的另一例的图。图6中的(a)与图3同样，示出了形成有自然氧化膜14的晶片w。
首先，在晶片w形成含硅膜。例如，如图6中的(b)所示，通过不饱和ald，在晶片w形成sio2膜20。在不饱和ald中，在作为晶片w的表面、图案p的侧面的部分形成sio2膜20。因此，能够不进行回蚀刻，而在晶片w的作为非蚀刻对象的、图案p底部以外的区域有选择地形成sio2膜20。
接着，进行除去sio2膜20的cr处理。cr处理的详细内容在后面说明。由此，如图6中的(c)所示，在sin膜12存在损伤的情况下，也能够抑制除去sin膜12并能够除去自然氧化膜14。
接着，对本实施方式的cr处理进行说明。图7是说明实施方式的cr处理的流程的一例的图。图7中的(a)所示的晶片w中，在成为基底的si层10上设置有sio2膜20。
首先，在设置有sio2膜20的晶片w的表层，利用等离子体形成反应层。等离子体处理装置100从气体供给部120将nf3气体、nh3气体、ar气体等气体导入，生成等离子体。由此，如图7中的(a)所示，生成nhxfy。例如，通过以下的那样的反应，生成nh4f，nh4·hf等的nhxfy。
nf3 nh3→nhxfy(nh4f nh4·hf等)
所生成的nh4f、nh4·hf如以下那样与sio2膜反应，如图7中的(b)所示，作为反应层形成(nh4)2sif6(氟硅酸铵(ammoniumfluorosilicate)。以下，也将(nh4)2sif6称为“afs”。此外，在cr处理中，也可以仅通过供给气体来形成afs。例如，通过供给hf气体和nh3气体，能够形成afs。在使用等离子体形成afs时，反应速度提高，而不使用等离子体形成afs时，能够无损伤地成膜。
nhxfy sio2→(nh4)2sif6 h2o↑
当高于100℃时，afs升华。因此，在形成反应层时，将晶片w控制为100℃以下的规定温度。等离子体处理装置100例如控制从加热器电源112向加热器111供给的电力来控制加热器111的发热量，从而将晶片w控制为100℃以下的规定温度。
接着，对晶片w施加能量来除去反应层。能够利用例如电子射线、等离子体、热、微波等对反应层施加能量，来除去反应层。例如，如图7中的(c)所示，对晶片w进行加热来除去反应层。在本实施方式中，将晶片w加到到100℃以上的规定温度(例如，300℃)。由此，发生如以下所示那样的反应而(nh4)2sif6升华。由此，能够从晶片w除去膜(例如，sio2膜20)。此外，也可以利用电子射线、等离子体、热、微波等对反应层施加能量来除去反应层。
(nh4)2sif6→sif4 2nh3 2hf
此处，利用等离子体处理装置100将晶片w加热到例如300℃时，载置台110的温度也变高，直至能够对下一晶片w实施基片处理，时间变长，生产能力降低。将afs形成后的晶片w输送到加热装置200，利用加热装置200将晶片w加热到100℃以上的规定温度(例如，300℃)。这样一来，通过利用等离子体处理装置100和加热装置200实施基片处理，能够削减处理之间的温度升降的时间，因此能够提高基片处理的生产能力。此外，在本实施方式中，以利用等离子体处理装置100和加热装置200实施基片处理的情况为例进行了说明，但并不限于此。例如，也可以为利用等离子体处理装置100对晶片w进行加热来除去反应层。由此，能够在一个等离子体处理腔室102中实施基片处理。
cr处理以比si或者sin的蚀刻速率高的蚀刻速率除去sio2。图8是表示实施方式的由cr处理产生的蚀刻量的一例的图。在图8中，示出了导入nf3气体、nh3气体等气体并生成等离子体的等离子体处理时间改变了的情况下的si、sin和sio2的蚀刻量的变化。如图8所示，cr处理中，与si和sin相比sio2的蚀刻量大，能够以比si或者sin的蚀刻速率高的蚀刻速率除去sio2。
此外，也可以为在cr处理中，为了调节颗粒的除去、晶片w的状态，实施加热、等离子体处理等前处理。
接着，对本实施方式的基片处理的流程进行简单说明。图9是表示实施方式的基片处理的流程的一例的流程图。晶片w在实施基片处理时，由输送机构输送而提供到加热装置200和等离子体处理装置100。在晶片w例如如图3所示形成有自然氧化膜14。
在晶片w形成含硅膜(步骤s10)。例如，等离子体处理装置100通过ald在晶片w形成sio2膜20。然后，等离子体处理装置100使用碳氟化合物气体生成等离子体来对晶片w进行各向异性的蚀刻处理以对sio2膜20进行回蚀刻。由此，图案p的底部的sio2膜20和自然氧化膜14被蚀刻。此外，例如，也可以为在能够通过图6所示的不饱和ald等在晶片w的表面、图案p的侧面形成sio2膜20的情况下，不进行回蚀刻。
接着，为了调节晶片w的状态，实施加热、等离子体处理、阻蚀剂吸附等前处理(步骤s11)。例如，等离子体处理装置100从加热器电源112向加热器111供给电力以利用加热器111对晶片w进行预热。
接着，将晶片w控制为100℃以下的规定温度，以使得反应层(例如afs)升华(步骤s12)。例如，等离子体处理装置100控制从加热器电源112向加热器111供给的电力以控制加热器111的发热量，从而将晶片w控制为100℃以下的规定温度。
接着，在晶片w的表层形成反应层(步骤s13)。例如，等离子体处理装置100从气体供给部120导入nf3气体、nh3气体、ar气体等cr处理中使用的各种气体并生成等离子体。由此，在晶片w形成作为反应层的afs的层。
接着，对晶片w进行加热以使反应层(例如afs)升华，来除去反应层(步骤s14)。例如，将晶片w输送至加热装置200，利用加热装置200将晶片w加热到100℃以上的规定温度(例如，300℃)。由此，从晶片w除去sio2膜20。
此外，在本实施方式的基片处理中，例示了实施一次步骤s10～s14的流程，不过也可以根据需要多次反复进行步骤s10～s14。
如上所述，在本实施方式的基片处理中，在具有图案p的处理对象的基片(晶片w)的第一区域(图案p的底部以外的区域)有选择地形成含硅膜(sio2)。接着，在基片处理中，利用等离子体在形成有含硅膜的基片的表层形成反应层(afs)。接着，在基片处理中，对基片进行加热来除去反应层，由此除去形成于基片的第一区域以外的第二区域(图案p的底部)的含硅膜。由此，本实施方式的基片处理能够除去形成于第二区域的含硅膜。
另外，基片(晶片w)在设置有硅层10的sio2膜11形成到达硅层10的图案p，sio2膜11的上表面和图案p的侧面被sin膜12覆盖，在图案p的底部的硅层10形成有自然氧化膜14。在基片处理中，至少在图案p的侧面形成sio2膜20。在基片处理中，供给nf3气体和nh3气体，并生成等离子体以与sio2膜20和自然氧化膜14反应来形成作为反应层的(nh4)2sif6。另外，在基片处理中，通过除去反应层来除去自然氧化膜14。由此，本实施方式的基片处理，即使在sin膜12存在损伤的情况下，也能够抑制削除sin膜12并能够除去自然氧化膜14。
另外，在基片处理中，使基片的温度为100℃以下来形成反应层。另外，在基片处理中，使基片的温度为100℃以上来使反应层升华。由此，本实施方式的基片处理能够控制除去含硅膜的蚀刻量。
以上，对实施方式进行了说明，应当认为本次公开的实施方式所有方面均是例示，并非是限制性的内容。实际上，上述的实施方式能够以各种各样方式来具体实现。另外，上述的实施方式在不超出权利要求及其主旨的情况下，能够以各种方式进行省略、置换、改变。
例如，在实施方式中，以将半导体晶片作为处理对象的基片的情况为例进行了说明，不过不限于此。处理对象的基片也可以为玻璃基片等其他基片。
另外，在实施方式中，以将icp型的等离子体处理装置作为等离子体处理装置100的情况为例进行了说明，不过不限于此。等离子体处理装置100也可以为任意形式的等离子体处理装置。例如，等离子体处理装置100也可以为电容耦合型平行平板的等离子体处理装置。此外，等离子体处理装置100也可以为微波等离子体型、磁化等离子体型、将由远程源生成的富含自由基的等离子经由配管等供给到处理室102的远程源型等的等离子体处理装置。
另外，在实施方式中，以利用加热器进行晶片w的加热的情况为例进行了说明，不过不限于此。例如，只要能够对晶片w进行加热即可，可以使用任意的加热方式。例如，可以使用等离子体、红外线灯、电子射线照射等对晶片w进行加热。
另外，在实施方式中，以利用等离子体处理装置100和加热装置200实施基片处理的情况为例进行了说明，不过不限于此。实施方式的基片处理也可以通过将等离子体处理装置100、加热装置200以外的装置组合来实施。
另外，本实施方式的在基片处理中，以生成与形成于晶片w的sio2等含硅膜同种的含硅膜(sio2)的情况为例进行了说明，不过不限于此。例如，也可以为在基片处理中，形成与sio2不同的sin等含硅膜。例如，图6所示的在基片处理中，形成了sio2膜20，不过代替sio2膜20，而在晶片w通过cvd或ald形成sin膜，由此能够在图案p的上表面、图案p的侧面形成sin膜。自然氧化膜14能够通过进行cr处理来除去。另外，sin膜12被新的sin膜覆盖。因此，在sin膜12存在损伤的情况下，也能够抑制由cr处理除去sin膜12的状况。
另外，在图9所示的基片处理的流程中，以在步骤s10后实施前处理(步骤s11)的情况为例进行了说明，不过不限于此。例如，前处理(步骤s11)可以在步骤s10前实施，也可以在步骤s12后实施。
另外，实施方式的基片处理包括：提供具有图案的处理对象的基片的步骤；在基片形成膜的步骤；利用等离子体在基片的表层形成反应层的步骤；和对基片施加能量来除去反应层的步骤。由此，还能够得到其他的多种效果。以下，使用一例对效果进行说明。
例如，在cr处理中形成的反应层的量取决于温度。因此，cr处理中，根据形成反应层时的晶片w的温度，除去sio2膜的量变化。图10是表示实施方式的由晶片的温度的变化而产生的蚀刻量的变化的一例的图。图10中示出了在使晶片w的温度为10℃、50℃、90℃的情况下，蚀刻量相对于生成反应层的处理时间的变化。在使晶片w的温度为10℃的情况下，处理时间越长，蚀刻量越增加。另一方面，在使晶片w的温度为90℃的情况下，基本不发生蚀刻，即使处理时间变长，蚀刻量也在零附近推移。另一方面，在使晶片w的温度为50℃的情况下，当处理时间较短时，蚀刻量随着处理时间而增加一些，不过当处理时间变长时，蚀刻量不增加，蚀刻量饱和。在图10的例中，当晶片w的温度为50℃时，处理时间为40秒以上，蚀刻量不增加，蚀刻量饱和。因此，在cr处理中，通过控制形成反应层时的晶片w的温度，能够控制除去sio2膜的量。通过反复进行将蚀刻量饱和的温度(例如，50℃)作为形成反应层时的晶片w的温度的cr处理，能够高精度地控制sio2膜的蚀刻量。另外，通过将成膜处理与cr处理组合地实施，能够高精度地控制sio2膜的膜厚。
另外，cr处理中，在晶片w的形成于sio2膜11的图案p有一定疏密的情况下，即使进行相同的处理，也存在根据图案p的疏密而图案p的蚀刻量变化的情况。另外，cr处理中，图案p的蚀刻量根据形成反应层时的晶片w的温度而变化量发生变化。例如，在cr处理中，在温度低的情况下，稀疏的图案p与紧密的图案p相比，宽度较大地变化，在温度高的情况下，紧密的图案p与稀疏的图案p相比，宽度较大地变化。因此，cr处理中，通过控制形成反应层时的晶片w的温度，能够控制图案p的宽度。
另外，通过实施成膜处理和cr处理，改善线状的图案p的linewidthroughness(lwr，线宽粗糙度)，lineedgeroughness(ler，线边缘粗糙度)。图11是说明实施方式的线状的图案的lwr、ler的改善的图。图11中的(a)示出了线状的图案p。在成膜处理中，形成于图案p同种的膜。例如，在sio2膜形成有图案p的情况下，在成膜处理中通过cvd形成sio2。在cvd中，在图案p之间的宽度宽时成膜较多，在图案p之间的宽度窄时成膜较少。由此，如图11中的(b)所示，能够减轻线状的图案p的侧面的凹凸。然而，图案p之间的宽度因成膜而变窄。因此，对线状的图案p实施cr处理。例如，使生成反应层时的晶片w的温度为50℃，实施cr处理。cr处理各向同性地进行蚀刻。由此，如图11中的(c)所示，能够使图案p之间的宽度恢复到与最初相当。通过反复实施该图11中的(a)～(c)所示的成膜处理和cr处理，改善线状的图案p的lwr、ler。
另外，通过实施成膜处理和cr处理，能够控制图案p的形状。成膜处理中，根据成膜方法而成膜的区域和成膜量是不同的。例如，cvd在图案p的上部成膜较多。ald以同样的方式成膜。cr处理在图案p的上部比下部多蚀刻一些。因此，通过反复实施cvd、ald等成膜处理和cr处理，能够控制图案p的形状。
图12是表示实施方式的图案的形状的变化的一例的图。在图12中的(a)示出了晶片w。晶片w中，在基底层30(例如硅层)上设置有图案p。图案p形成于例如sio2膜。在图12中的(a)中，图案p形成为上部的宽度小于下部的宽度的锥形的形状。例如，通过cvd，在晶片w形成与图案p同种的sio2膜31。在cvd中，越靠上部(top)，越厚地成膜。由此，如图12中的(b)所示，图案p成为上部的宽度与下部的宽度相同程度(截面为矩形)。之后，对sio2膜进行cr处理。cr处理各向同性地进行大致相同的蚀刻。由此，如图12中的(c)所示，能够使得在图案p中，上部的宽度与下部的宽度大致相等，侧面成为垂直的形状。之后，也可以蚀刻基底的蚀刻对象膜。
图13是表示实施方式的图案的形状的变化的另一例的图。在图13中的(a)示出了初始状态的图案p。初始状态的图案p中，上部的宽度与下部的宽度大致相等，侧面为垂直的形状。图13中的(b)示出了对初始状态的图案p实施了cvd的情况的图案p的一例。cvd中，成膜时间越长，上部成膜越厚。通过适当地控制cvd的成膜时间，图案p成为上部的宽度大于下部的宽度的逆锥形的形状。接着，对sio2膜32进行cr处理。cr处理各向同性地进行大致相同的蚀刻。由此，如图13中的(c)所示，能够使得在图案p中，下部的宽度比最初小，成为逆锥形的形状。也可以使用形状改变后的图案来对蚀刻对象膜进行蚀刻。
图14是表示实施方式的图案的形状的变化的另一例的图。图14中的(a)中，在基底层30上设置有图案p。另外，例如，通过进行cvd和cr处理，在图案p的上部形成有sio2膜31。图案p通过形成了sio2膜31而在上部的宽度和下部的宽度与初始状态大致相等的状态下，增加了高度。然后，当进行cr处理时，如图14中的(b)所示，能够减小图案p的宽度。也可以使用形状改变后的图案来对蚀刻对象膜进行蚀刻。
这样一来，通过实施成膜处理和cr处理，能够控制图案p的形状(掩模的形状)。
另外，通过成膜处理形成的含硅膜、有机膜等膜能够作为蚀刻的掩模来使用。此外，通过成膜处理形成的含硅膜、有机膜等膜也能够作为蚀刻的保护膜来使用。
图15是表示实施方式的将膜作为掩模使用的蚀刻的一例的图。如图15中的(a)所示，在晶片w设置有被蚀刻膜40。被蚀刻膜40为例如si膜或者sin膜。在被蚀刻膜40上设置有掩模41(例如，sio2膜)。在掩模41形成有图案p。例如，通过cvd或者ald，在晶片w形成与掩模41同种类的膜42(例如，sio2膜)。由此，能够使掩模41变厚。使用掩模41对被蚀刻膜40进行蚀刻。在被蚀刻膜40为si膜的情况下，利用卤族气体进行蚀刻。在被蚀刻膜40为sin膜的情况下，利用chf系气体进行蚀刻。此处，如图15中的(a)所示，能够使掩模41变厚，因此能够对被蚀刻膜40进行更长时间的蚀刻。如图15中的(b)所示，沿图案p对被蚀刻膜40进行蚀刻。然后，除去膜42。例如，进行除去sio2的cr处理。由此，如图15中的(c)所示，能够除去掩模41和膜42等sio2膜。
图16是表示实施方式的将膜作为保护膜使用的蚀刻的一例的图。如图16中的(a)所示，在晶片w设置有被蚀刻膜40。被蚀刻膜40为例如si膜或者sin膜。在被蚀刻膜40上设置有掩模41(例如，sio2膜)。在掩模41形成有图案p。被蚀刻膜40沿图案p被蚀刻而形成有孔h。例如，通过ald，在晶片w形成膜42(例如，sio2膜)。由此，如图16中的(a)所示，掩模41的表面和被蚀刻膜40的孔h的内面被膜42覆盖而被保护起来。然后，通过各向异性蚀刻来对晶片w进行蚀刻。由此，如图16中的(b)所示，能够利用膜42保护孔h的侧壁并更深地蚀刻孔h。然后，进行除去sio2膜的cr处理。由此，如图16中的(c)所示，能够除去掩模41和膜42。
接着，对上述那样的包含蚀刻处理的基片处理的流程进行说明。图17是表示实施方式的基片处理的流程的另一例的流程图。图17所示的基片处理在图9所示的s10后还包括对晶片w进行蚀刻的步骤(步骤s20)。由此，能够保护图案(掩模)，因此能够对被蚀刻膜40进行更长时间的蚀刻。另外，能够保护孔h的侧壁并更深地蚀刻孔h。此外，以在图17所示的基片处理的流程中在步骤s10后实施步骤s20的情况为例进行了说明，不过不限于此。例如，步骤s20也可以在步骤s14后实施。
另外，cr处理在sio2膜等含硅膜形成反应层(afs)，使反应层升华，从而对含硅膜进行蚀刻。然而，在含硅膜形成有成为阻碍反应层的形成或反应层的升华的阻碍因素的膜的情况下，cr处理阻碍含硅膜的蚀刻。图18a是表示实施方式的成为阻碍因素的膜的一例的图。例如，不能够在碳膜形成afs。因此，在含硅膜50中形成有碳的膜(以下也称为“碳膜”。)51的情况下，即使实施cr处理也不能形成afs，因此会阻碍含硅膜50的蚀刻。图18b是表示实施方式的成为阻碍因素的膜的另一例的图。例如，当供给sicl4、sibr4的气体时，在含硅膜50形成siclx、sibrx的膜52。在含硅膜50形成有siclx、sibrx的膜52的情况下，在afs的形成中供给nf3气体、nh3气体、ar气体时，膜52与afs一同被nh4f、nh4cl、nh4br等不易挥发的物质改性成膜53。因此，在含硅膜50形成有siclx、sibrx的膜52的情况下，即使实施cr处理，afs也难以挥发，因此能够阻碍含硅膜50的蚀刻。
图19是说明实施方式的由cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。在图19中的(a)示出了晶片w的一例。晶片w中，在成为基底的基底层30(例如硅层)上设置有sio2膜32。在sio2膜32形成有图案p。图19示出了在晶片w没有设置成为阻碍因素的膜的情况下由cr处理产生的图案p的形状的变化。在cr处理中，导入nf3气体、nh3气体、ar气体等各种气体并生成等离子体。由此，在sio2膜32，如图19中的(b)所示，形成afs的层33。然后，在cr处理中，对晶片w进行加热，除去afs的层33。由此，如图19中的(c)所示，sio2膜32被蚀刻而使各图案p整体变小，图案p之间的宽度变宽。
图20是说明实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。图20中的(a)与图19同样，示出了形成有图案p的晶片w。图20示出了形成有成为阻碍因素的膜的情况下由cr处理产生的图案的形状的变化。例如，供给ch4、ar的气体并生成等离子体，如图20中的(b)所示，在晶片w形成碳膜51作为成为阻碍因素的膜。此外，也可以通过ald形成碳膜51。对形成有该碳膜51的晶片w实施了cr处理的情况下，没有在碳膜51形成afs，因此如图20中的(c)所示，碳膜51没有被蚀刻。通过供给o2气体并生成等离子体，如图20中的(d)所示，能够除去碳膜51。
图21是表示实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的变化的一例的图。图21的“初始”示出了形成于晶片w的图案p的初始形状。此外，示出了图案p的高度(height)。另外，在图案p上部的图案p之间的宽度被表示为top－cd(criticaldimension，关键尺寸)。
图21的“cr”示出了不设置成为阻碍因素的膜，而实施cr处理时的图案p的形状的变化。“cr”是循环实施了五次cr处理的结构。“cr”中，图案p的高度从初始状态减少了。另外，“cr”中，图案p的宽度从初始状态减少了，因此图案p之间的宽度(top－cd)从初始状态增加了。
图21的“sicl4 cr”示出了形成作为成为阻碍因素的膜的siclx后实施cr处理时的图案p的形状的变化。“sicl4 cr”是将供给sicl4气体并生成等离子体而在sio2膜32形成siclx的膜后，实施cr处理，供给o2气体并生成等离子体来除去siclx作为一次循环，实施了五次循环实施的结果。在“sicl4 cr”中，在形成了sicl4膜的影响下图案p的高度从初始状态增加了一些。此外，在“sicl4 cr”中，形成了siclx膜的影响下图案p的宽度在横向也增加了一些，图案p之间的宽度(top－cd)从初始状态减少了一些。
图21的“carbon cr”示出了形成作为成为阻碍因素的膜的碳膜后实施cr处理时的图案p的形状的变化。“carbon cr”是将供给sicl4气体并生成等离子体以在sio2膜32形成碳膜后，实施cr处理，供给o2气体并生成等离子体以除去碳膜作为一次循环，实施了五次循环的结构。“carbon cr”中，图案p的高度和图案p之间的宽度成为与初始状态相同的程度。
图22是表示实施方式的图案的高度、宽度的变化的一例的图。在
图22的下部，示出了关于图21所示的“cr”、“sicl4 cr”、“carbon cr”的从“初始”的图案p的高度(height)变化量、图案p的宽度(cd/2)变化量。此外，图案p的两侧面分别被蚀刻，因此图案p的宽度的变化量为从“初始”的图案p之间的宽度(top－cd)的变化量的1/2的值。另外，在图22的上部，将关于“cr”、“sicl4 cr”、“carbon cr”的从“初始”的图案p的高度(height)的变化量、图案p的宽度(cd/2)的变化量作为蚀刻量，表示成了图表。例如，“cr”中，图案p的高度(height)的变化量为9nm，图案p的宽度(cd/2)的变化量为8.4nm，图案p在纵向和横向都被蚀刻了。“sicl4 cr”中，图案p的高度(height)的变化量为－4.2nm，图案p的宽度(cd/2)的变化量为－0.6nm，在形成了siclx的膜的影响下图案p在纵向增加了。“carbon cr”中，图案p的高度(height)的变化量为0.905nm，图案p的宽度(cd/2)的变化量为－1.3nm，图案p的高度和图案p之间的宽度的变化小，因此阻碍了图案p的蚀刻。
在实施方式的基片处理中，形成了这样的成为阻碍因素的膜后，通过实施cr处理，能够控制图案p的形状。图23是说明实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的形状的变化的一例的图。图23中的(a)与图19同样，示出了形成有图案p的晶片w。例如，供给ch4、ar气体并生成等离子体，如图23中的(b)所示，在晶片w形成碳膜51作为成为阻碍因素的膜。此外，碳膜51也可以通过ald形成。然后，通过导入o2气体来生成等离子体，如图23中的(c)所示，除去图案p的上部的碳膜51。o2气体的等离子体从图案p的上部侧蚀刻碳膜51。因此，通过调节等离子体的处理时间等条件，能够除去图案p的上部的碳膜51。这样一来，对除去了图案p的上部的碳膜51的晶片w实施cr处理。在cr处理中，如图23中的(d)所示，关于sio2膜11，在除去了碳膜51的图案p的上部形成afs的层33。因此，图案p的上部侧被蚀刻。然后，供给o2气体并生成等离子体来除去碳膜51。由此，如图23的(e)所示，不使图案p的宽度变大，而能够降低图案p的高度。
图24是表示实施方式的由成膜处理和cr处理产生的图案的变化的一例的图。图24示出了图21所示的“初始”、“cr”、“carbon cr”的图案p的形状的变化。
图24的“carbon mod. cr”如图23所示，示出了形成碳膜51作为成为阻碍因素的膜，除去图案p的上部的碳膜51后实施cr处理时的图案p的形状的变化。“carbon mod. cr”中，图案p的高度从初始状态减少了。另外，“carbon mod. cr”中，图案p的宽度从初始状态减少了一些，图案p之间的宽度从初始状态增加了一些。其理由是因为除去图案p的上侧的碳膜51而图案p的上侧的侧面也会被蚀刻。如图23所示，“carbon mod. cr”中，在图案p的上侧，宽度减少了。
图25是表示实施方式的图案的高度、宽度的变化的一例的图。在图25的下部，示出了关于图24所示的“cr”、“carbon cr”、“carbon mod. cr”的从“初始”的图案p的高度(height)的变化量、图案p的宽度(cd/2)的变化量。“cr”和“carbon cr”表示与图22相同的情况。另外，在图24的上部，将关于“cr”、“carbon cr”、“carbon mod. cr”的从“初始”的图案p的高度(height)的变化量、图案p的宽度(cd/2)的变化量作为蚀刻量，表示成图表。“carbon mod. cr”中，图案p的高度(height)的变化量为11.6nm，图案p的宽度(cd/2)的变化量为3.565nm，与图案p的横向相比，纵向被蚀刻更多。这样一来，通过实施成为阻碍因素的膜的成膜处理和cr处理，能够对图案p以在纵向比横向更多的方式进行蚀刻，能够控制图案p的形状(掩模的形状)。
另外，上述的实施方式的等离子体处理装置100中，以在载置晶片w的载置台110的整个载置面设置一个加热器111来控制晶片w的温度的情况为例进行了说明，不过不限于此。也可以将载置台110的载置面分割为多个区域，在各区域设置加热器111，对每个区域控制晶片w的温度。载置台110的载置面可以被分割为同心圆状，还可以在周向进行分割。图26是表示实施方式的载置台的载置面的区域分割的一例的图。图26示出了载置台110的载置面115。在载置面115载置晶片w。载置面115被分割为多个区域116。在图26的例中，载置面115被分割为同心圆状，还在周向进行了分割。成膜处理和cr处理因温度而使成膜量、蚀刻量发生变化。因此，这样一来，将载置面115分割为多个区域116，在每个区域116控制晶片w的温度，由此能够在每个与各区域116对应晶片w的区域控制图案p的形状。例如，在成膜处理中，在晶片w的中心和边缘，图案p的cd有偏差的情况较多。因此，对载置台110的载置面115的各区域116的温度进行温度控制，以使得cd的偏差变小，由此能够使形成的图案p的cd一致。此外，温度控制不限于使图案p的cd均匀的控制，也可以为控制为图案p的cd不一定均匀。例如，也可以为在后步骤中图案p的cd在晶片w的中心和边缘变得不均匀的情况下，由于在后步骤之后使图案p的cd均匀，因此对各区域116的温度进行控制，以使得在晶片w的中心和边缘，图案p的cd不均匀。
图27是用于说明实施方式的被处理体的温度与成膜量的关系的一例的图。在基片处理装置中处理的晶片w例如为直径大约300mm的圆盘形状。已知对晶片w进行成膜处理时，成膜量根据晶片w的温度而变动。图27中的(a)表示晶片w的温度与成膜量的关系。如(a)所示，当晶片w温度变高时成膜量增加，当晶片w温度变低时成膜量减少。
另一方面，已知在蚀刻等处理时，具有在晶片w的中心部分形状异常(例如侧弯(bowing))小且在晶片w的边缘部分形状异常大的倾向。
因此，对载置台110的各区域116的温度进行控制，以使得存在形状异常小的倾向的中心部的温度低于存在形状异常大的倾向的边缘部的温度。这样一来，当进行控制时，能够根据晶片w的半径方向位置来调节形成的膜的膜厚，能够提高形成的膜的面内均匀性。
另外，为了控制膜厚，如27中的(b)所示设置有在径向和周向分割出的多个区域，使之能够各自分别独立地进行温度控制，由此除了能提高面内均匀性之外，还能够利用温度控制。例如，也能够实现按晶片w的位置使形成的膜的厚度变化等的处理。
1.一种基片处理方法，其特征在于，包括：
提供具有图案的处理对象的基片的步骤；
在所述基片上形成膜的步骤；
利用等离子体在所述基片的表层形成反应层的步骤；和
对所述基片施加能量来除去所述反应层的步骤。
2.如权利要求1所述的基片处理方法，其特征在于：
在所述形成膜的步骤中，在所述基片上形成含硅膜。
3.如权利要求1或2所述的基片处理方法，其特征在于：
在所述形成膜的步骤中，在所述基片的第一区域有选择地形成含硅膜，
在除去所述反应层的所述步骤中，通过除去所述反应层来除去形成于所述基片的第一区域以外的第二区域中的含硅膜。
4.如权利要求1～3中任一项所述的基片处理方法，其特征在于：
所述基片在设置于硅层上的sio2膜形成有到达该硅层的图案，sio2膜的上表面和图案的侧面由sin膜覆盖，在图案的底部的硅层形成有自然氧化膜，
在所述形成膜的步骤中，至少在图案的侧面形成sio2膜，
在所述形成反应层的步骤中，供给nf3气体和nh3气体并生成等离子体，以使sio2膜和自然氧化膜反应来生成(nh4)2sif6作为反应层，
在除去所述反应层的所述步骤中，通过除去所述反应层来除去所述自然氧化膜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的基片处理方法，其特征在于：
在所述形成反应层的步骤中，使所述基片的温度为100℃以下来形成所述反应层，
在除去所述反应层的所述步骤中，使所述基片的温度为100℃以上来使所述反应层升华。
6.如权利要求1～3中任一项所述的基片处理方法，其特征在于：
在所述形成膜的步骤中，形成与在所述基片上形成的含硅膜同种类的含硅膜。
7.如权利要求1～3中任一项所述的基片处理方法，其特征在于：
在所述形成膜的步骤中，形成与在所述基片上形成的含硅膜不同种类的含硅膜。
8.如权利要求1～7中任一项所述的基片处理方法，其特征在于：
还包括进行蚀刻的步骤。
技术总结