特許 6408903 エッチング処理方法及びエッチング処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6408903

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】エッチング処理方法及びエッチング処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20181004BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20181004BHJP

   H01L 21/3213 20060101ALI20181004BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   H01L21/302 101B

   H05H1/46 M

   H01L21/88 D

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-262859(P2014-262859)

(22)【出願日】2014年12月25日

(65)【公開番号】特開2016-122774(P2016-122774A)

(43)【公開日】2016年7月7日

【審査請求日】2017年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】竹田 諒平

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼島 隆一

(72)【発明者】

【氏名】大矢 欣伸

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１７７０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４８４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２４０６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７５３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２６０４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５９６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２９８１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１９４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２３３７２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３２１３

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

載置台を冷却するチラーの温度を−２０℃以下に制御し、
第１高周波電源から印加する第１高周波電力により、ガス供給源が供給する水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、
生成した前記プラズマにより前記載置台の上の基板のシリコン酸化膜に高アスペクト比のエッチング処理を施し、
前記エッチング処理の後の除電処理において、第１高周波電力を印加した後に第２高周波電源から前記第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力を前記載置台に印加する、
エッチング処理方法。

【請求項2】

前記除電処理において前記第２高周波電力を印加している間の前記第１高周波電力を、前記第２高周波電力を印加していない間の前記第１高周波電力よりも高くする、
請求項１に記載のエッチング処理方法。

【請求項3】

前記水素含有ガスは、水素（Ｈ_２）ガスであり、
前記フッ素含有ガスは、四フッ化炭素（ＣＦ_４）ガスである、
請求項１又は２に記載のエッチング処理方法。

【請求項4】

前記水素含有ガスは、水素（Ｈ_２）ガスであり、
前記フッ素含有ガスは、三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスである、
請求項１又は２に記載のエッチング処理方法。

【請求項5】

前記載置台に設けられた静電チャックに基板を保持し、
前記静電チャックは、チタンにより形成される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。

【請求項6】

前記載置台の上の基板の裏面に供給する伝熱ガスの圧力を２０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）以上に制御する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。

【請求項7】

前記チラーの温度を−６０℃以下に制御する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。

【請求項8】

前記フッ素含有ガス及び前記水素含有ガスのうちの前記フッ素含有ガスの分圧は、前記水素含有ガスの分圧よりも低い、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。

【請求項9】

前記高アスペクト比のエッチング処理は、アスペクト比が４０以上のエッチング処理である、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。

【請求項10】

載置台を冷却するために冷却媒体の温度を−２０℃以下に制御するチラーと、
水素含有ガス及びフッ素含有ガスを供給するガス供給源と、
第１高周波電力を印加する第１高周波電源と、
前記第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力を印加する第２高周波電源と、
チタンで形成され、前記載置台の上にて基板を保持する静電チャックと、
を有し、
前記第１高周波電力により、前記水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、該プラズマにより前記載置台の上の基板のシリコン酸化膜に高アスペクト比のエッチング処理を施し、
前記エッチング処理の後の除電処理において、前記第１高周波電力を印加した後に前記第２高周波電源から前記第２高周波電力を前記載置台に印加する、
エッチング処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エッチング処理方法及びエッチング処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン酸化膜の高アスペクト比のホールをエッチングする方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、特許文献１では、高アスペクト比の開口を形成することが可能で、かつ、エッチング装置の洗浄工程にかかる時間を短縮するために、チャンバの内壁に膜が堆積しないようなドライエッチング方法を提供する。

【0003】

また、シリコン酸化膜の高アスペクト比のホールをエッチングする方法の一例としては、Ｃ_４Ｆ_８／Ｃ_４Ｆ_６／Ａｒ／Ｏ_２のガス系を使用し、かつウェハの温度を高温にしてホールの開口に極力反応生成物を付着させないようにしてホールをエッチングする技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−２２３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、高アスペクト比のホールや溝のエッチングでは、エッチングが進むに従いデプスローディング（Depth Loading）、つまり、ホールや溝の底部にてエッチングが進まない現象が生じる。デプスローディングは、アスペクト比が高くなるほど発生し易くなる。

【0006】

上記課題に対して、一側面では、本発明は、デプスローディングを抑え、シリコン酸化膜のエッチングレートを上げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、一の態様によれば、載置台を冷却するチラーの温度を−２０℃以下に制御し、第１高周波電源から印加する第１高周波電力により、ガス供給源が供給する水素含有ガス及びフッ素含有ガスからプラズマを生成し、生成した前記プラズマにより前記載置台上の基板のシリコン酸化膜をエッチング処理し、前記エッチング処理後の除電処理において、第２高周波電源から第１高周波電力の周波数よりも低い周波数の第２高周波電力を前記載置台に印加する、エッチング処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

一の側面によれば、デプスローディングを抑え、シリコン酸化膜のエッチングレートを上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るエッチング処理装置の縦断面を示す図。

【図2】一実施形態に係る極低温時の水素ガス量とエッチングレートとの関係の一例を示す図。

【図3】蒸気圧曲線を示す図。

【図4】一実施形態に係る極低温時のアスペクト比とエッチングレートとの関係の一例を示す図。

【図5】一実施形態に係るエッチング処理結果の一例を示す図。

【図6】一実施形態に係るエッチング処理と除電処理の一例を示す図。

【図7】高温で行われるエッチング処理結果の一例を示す図。

【図8】一実施形態に係る極低温時のエッチング処理結果の一例を示す図。

【図9】一実施形態に係る静電チャックの材質（Ａｌ，Ｔｉ）とウェハ温度との関係の一例を示す図。

【図10】一実施形態に係る伝熱ガスの圧力とウェハ温度との関係の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

【0011】

［エッチング処理装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるエッチング処理装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるエッチング処理装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるエッチング処理装置１は、チャンバ１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は下部電極としても機能し、ガスシャワーヘッド２５は上部電極としても機能する。

【0012】

エッチング処理装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形のチャンバ１０を有している。チャンバ１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、チャンバ１０の底部に設置され、半導体ウェハ（以下、単に「ウェハＷ」という。）を載置する。ウェハＷは、エッチング対象である基板の一例であり、ウェハＷには、シリコン酸化膜上にマスク膜が形成されている。

【0013】

載置台２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、ウェハを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。

【0014】

載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。これにより、載置台２０及び静電チャック１０６は冷却される。

【0015】

伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウエハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷却媒体と、ウエハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。

【0016】

載置台２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、４０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、０．３ＭＨｚの第２高周波電力を載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力は載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加してもよい。

【0017】

第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１整合器３３は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

【0018】

ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５は、図１に示すように電気的に接地してもよい。また、可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド２５に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるようにしてもよい。

【0019】

ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンタ側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。

【0020】

チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によってチャンバ１０内が排気される。これにより、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、チャンバ１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。

【0021】

エッチング処理装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるエッチング処理及び除電処理等の所望の処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、静電チャック温度など）、チラー１０７の温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようにしてもよい。

【0022】

エッチング処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。

【0023】

次いで、エッチング用のガス、高周波電力がチャンバ１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマエッチング処理が施される。

【0024】

エッチング処理後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０から搬出される。

【0025】

［エッチング処理］
次に、かかる構成の本実施形態のエッチング処理装置１において実行されるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）のエッチング処理について説明する。シリコン酸化膜に高アスペクト比のホールや溝を形成する場合、例えば、Ｃ_４Ｆ_８／Ｃ_４Ｆ_６／Ａｒ／Ｏ_２のガス系を使用し、かつウェハの温度を高温にしてホールの開口に極力反応生成物を付着させないでホールをエッチングする方法がある。

【0026】

しかしながら、高アスペクト比のホールや溝では、エッチングが進むに従いデプスローディングが生じる。また、デプスローディングは、アスペクト比が高くなるほど発生し易い。このため、今後、よりアスペクト比の高いホールをエッチングする場合には前記方法ではエッチングが進まない状況が生じ得る。

【0027】

そこで、本実施形態にかかるエッチング処理装置１は、デプスローディングを抑え、シリコン酸化膜のエッチングレートを上げるエッチング処理方法を提案する。

【0028】

［実験１］
本実施形態にかかるエッチング処理では、水素含有ガス及びフッ素含有ガスをチャンバ１０内に供給し、チラー１０７の制御温度が−２０℃以下の極低温プロセスにてシリコン酸化膜をエッチングする。実験１では、フッ素含有ガスの一例としてＣＦ_４ガス、水素含有ガスの一例としてＨ_２ガスが用いられた。

【0029】

図２は、本実施形態にかかるエッチング処理による実験１の結果を示す。図２には、チラー１０７から供給される冷却媒体の温度を−２０℃に設定する極低温プロセスと、−６０℃に設定する極低温プロセスと、チラーの温度を２０℃に設定する常温プロセスの結果が示されている。いずれの場合も、ＣＦ_４ガス及びＨ_２ガスがチャンバ１０内に供給される。ＣＦ_４ガスに対するＨ_２ガスの分圧を高めていったときのシリコン酸化膜のエッチングレートを測定するために、実験１では、ＣＦ_４ガスの流量を一定にした状態でＨ_２ガスの流量を増やしたときのエッチングレートが示される。

【0030】

実験１の結果によれば、チラーの温度を−２０℃と−６０℃に設定した極低温プロセスの場合、ＣＦ_４ガスに対するＨ_２ガスの分圧を上げると所定の分圧まではエッチングレートが上がる。他方、静電チャック１０６の温度を２０℃に設定した常温プロセスの場合、ＣＦ_４ガスに対するＨ_２ガスの分圧を上げる程エッチングレートは下がる。

【0031】

よって、本実施形態にかかるエッチング処理では、Ｈ_２ガス及びＣＦ_４ガスを使用し、ＣＦ_４ガスに対して適正なＨ_２ガスの分圧を設定し、かつ、チラーの温度を−２０℃以下の極低温にてエッチングを行う。これにより、エッチングレートを高めることができる。特に、変曲点が−６０℃付近でよりエッチングレートが高くなり、−６０℃より低い温度付近においては更にエッチングレートが高くなると推測される。

【0032】

なお、極低温プロセスの場合、Ｈ_２ガスの分圧を上げるとエッチングレートは途中までは上昇し、途中から下降する。これは、Ｈ_２ガスの量に対するＣＦ_４ガスのＦの量が減少するためエッチングが進行しにくい状態となりエッチングレートが下がると考えられる。

【0033】

（現象の分析）
本実施形態にかかるエッチング処理では、水素含有ガスの一例としてＨ_２ガスが供給され、フッ素含有ガスの一例としてＣＦ_４ガスが供給される。ガスに含まれるＨ_２ガスによるシリコン酸化膜のエッチングの結果、Ｈ_２Ｏが反応生成物として発生する。図３の蒸気圧曲線に示すように、Ｈ_２Ｏは飽和蒸気圧が低い。図３の実線は飽和蒸気圧の実験値であり、破線は計算値である。蒸気圧曲線上は液体と気体とが混在した状態である。

【0034】

エッチング時の圧力を８．０Ｐａ（６０ｍＴｏｒｒ）に保持し、チラーの温度を−２０℃の低温、好ましくは−６０℃程度の極低温にすると、飽和してシリコン酸化膜の表面のＨ_２Ｏは、液体の状態で存在していると考えられる。

【0035】

シリコン酸化膜の表面に存在する液体には、反応生成物の水の他に、ＣＦ_４ガスから反応して生成されたＨＦ系ラジカルも含有されている。このため、ＨＦ系ラジカルと水とによってフッ化水素酸（ＨＦ）が発生する。これにより、シリコン酸化膜の表面で水に溶けているフッ化水素酸によって主に化学反応によるエッチングが促進され、エッチングレートが特異的に上昇する。本実施形態にかかるエッチング処理では、静電チャック１０６の温度以外のプラズマ条件は変えていない。よって、シリコン酸化膜の表面に存在するフッ化水素酸の液体の作用により主に化学反応によってエッチングレートが向上していると考えられる。

【0036】

［実験２］
図４には、本実施形態にかかるエッチング処理の実験２の結果として、アスペクト比とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係が示されている。実験２では、本実施形態にかかるエッチング処理における極低温プロセス条件は、チラーの温度が−６０℃でガス種がＣＦ_４ガス／Ｈ_２ガスである。比較例の常温プロセスの条件は、チラーの温度が２０℃でガス種がＣ_４Ｆ_８／Ｃ_４Ｆ_６／Ａｒ／Ｏ_２である。

【0037】

これによれば、アスペクト比が高くなっても本実施形態にかかる極低温プロセスでは、常温プロセスに比べてエッチングレートが２倍以上となることがわかる。この理由としては、本実施形態にかかるエッチング処理に使用されるＣＦ_４ガスは低分子ガスであり、比較例に使用されるＣ_４Ｆ_８ガスやＣ_４Ｆ_６ガス等の高分子ガスよりもホールの奥までラジカルが到達し易いことが挙げられる。

【0038】

また、前述したように本実施形態にかかるエッチング処理では、シリコン酸化膜の表面での化学反応により、ホールの開口に反応生成物が堆積し難く、ホールの開口が閉塞されにくい状態でエッチングが進行することが挙げられる。これらの理由から、本実施形態にかかるエッチング処理では、高アスペクト比のホールを形成することができる。

【0039】

図５は、実験２のエッチング処理の結果形成されたホールのエッチング形状の縦断面の一例である。

【0040】

ここでは、アモルファスカーボンレイヤー（ＡＣＬ）をマスク膜としてシリコン酸化膜がエッチングされる。エッチングの結果、チラーの温度を−６０℃に設定した極低温プロセスの場合、常温プロセスと比較してエッチングレート（Ｅ／Ｒ）が高くなり、マスク選択比（Ｓｅｌ）も顕著によくなっている。よって、本実施形態に係るエッチング処理方法によれば、デプスローディングを抑えつつ、エッチングレートを向上させることがわかる。

【0041】

以上に説明したように、本実施形態に係るエッチング処理によれば、ガス種にＣＦ_４ガス／Ｈ_２ガスを用い、チラーの温度が−２０℃以下（より好ましくは−６０℃以下）の極低温プロセスを実行することで、デプスローディングが改善され、エッチングレートを上げることができ、マスク選択比を向上させることができる。

【0042】

なお、本実施形態に係るエッチング処理は、３Ｄ ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリの製造において、シリコン酸化膜のエッチングに適用できる。この場合にも、デプスローディングを抑えつつエッチングレートを高めて、シリコン酸化膜やシリコン酸化膜を含む積層膜に高アスペクト比のホールや溝を形成することができる。その他、本実施形態に係るエッチング処理は、酸化膜と窒化膜との積層構造や、酸化膜とポリシリコン膜との積層構造にも適用することができる。

【0043】

なお、水素含有ガスの一例としてＨ_２ガスを供給し、フッ素含有ガスの一例として三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを供給し、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）による極低温プロセスのエッチング処理が実行されるようにしてもよい。

【0044】

［除電処理］
次に、本実施形態にかかるエッチング処理が実行された後、処理済のウェハＷを搬出する際の除電処理について、図６を参照して説明する。

【0045】

本実施形態にかかるエッチング処理では、チラー１０７の温度を−２０℃〜−６０℃の極低温にしてシリコン酸化膜をエッチングする。このため、処理済のウェハＷは低温になっており、エッチング処理装置１から搬出され、フープまで搬送されるまでの間に大気に暴露され、この間に表面に結露が生じる。

【0046】

ウェハＷに結露が発生することを防止する方法としては、ウェハＷをロードロック室（ＬＬＭ）に数分間放置した後に搬出する、又は別途ヒータを設けて昇温させてからフープまで搬出する等が考えられる。

【0047】

しかしながら、ウェハＷを数分間放置する場合、処理全体のスループットが低下する。また、ヒータを設けてウェハＷを昇温させる場合、スループットの低下に加えてヒータの設置が必要になりコストが高くなる。

【0048】

そこで、本実施形態にかかるエッチング処理装置１では、エッチング処理終了後の除電処理においてチャンバ１０内で高速にウェハＷを昇温させる。

【0049】

図６の（ａ）は、除電処理の比較例を示す。図６の（ｂ）は、本実施形態にかかるエッチング処理装置１において実行される除電処理の一例を示す。

【0050】

図６の（ａ）及び（ｂ）において、エッチング処理（Process）が終了すると、除電処理（Ｔ１，Ｔ２）が行われる。

【0051】

図６の（ａ）に示す除電処理では、エッチング処理終了時に第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦの供給が停止される。次に、図６の（ａ）の除電処理では、Ｔ１の経過後のＴ２において３００Ｗ等の比較的パワーの弱い第１高周波電力ＨＦ（周波数は例えば１３．５６ＭＨｚ）を供給して弱いプラズマを発生させ、この弱いプラズマをウェハＷに作用させる。これにより、ウェハＷの表面の電荷をプラズマ側に放電させることができる。

【0052】

その後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆のマイナスの直流電圧ＨＶ（−３０００Ｖ）を印加して除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。除電処理Ｔ２の経過後、第１高周波電力ＨＦ及び直流電圧ＨＶの印加を停止し、除電処理を終了する。

【0053】

図６の（ｂ）に示す本実施形態にかかる除電処理においても、エッチング処理終了時に第１高周波電力ＨＦ及び第２高周波電力ＬＦの供給が停止される。次に、図６の（ｂ）の除電処理では、Ｔ１経過後のＴ２において３００Ｗ等の比較的パワーの弱い第１高周波電力ＨＦを載置台２に印加して弱いプラズマを発生させ、ウェハＷに作用させてウェハＷの表面の電荷をプラズマ側に放電させる。ここまでの処理は、図６の（ａ）の除電処理と同じである。

【0054】

この後、図６の（ｂ）の除電処理では、５００Ｗの第２高周波電力ＬＦを載置台２０に印加する。これにより、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がすことと同時にウェハＷを昇温することができる。つまり、本実施形態では、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がすときに第１高周波電力ＨＦの印加のみならず第２高周波電力ＬＦを印加することでウェハＷへのイオンの入射量を高めて高速にウェハＷを昇温する。

【0055】

更に、図６の（ｂ）に示すように、第２高周波電力ＬＦの印加時、イオン入射量の増加だけでなく、第１高周波電力ＨＦを３００Ｗから５００Ｗに増加させることで、イオンエネルギーを増加させる。つまり、本実施形態では、第２高周波電力ＬＦの印加によりウェハＷへのダメージが大きくなることを考慮して、第２高周波電力ＬＦの印加時に第１高周波電力ＨＦを増加させる。これによりイオンエネルギーを高めることで、ウェハＷへのイオン入射量を必要以上に大きくしないようにすることで、ウェハＷへのダメージを最小限にすることができる。なお、第２高周波電力ＬＦの印加時、第１高周波電力ＨＦは３００Ｗのままでもよい。

【0056】

これによれば、特別に新しいパーツや新しい機能を搭載することなく、スループットを維持したままウェハＷを高速に昇温させることが可能である。これに加えて、搬送中のウェハＷの結露を防止するためには、チャンバ内の空隙（大気にさらされている部分）にドライエアーを吹き付けることが好ましい。

【0057】

［静電チャックの材質］
次に、本実施形態にかかるエッチング処理装置１に用いられる静電チャックについて、図７〜図１０を参照して説明する。図７及び図８は、装置Ａ（図１のエッチング処理装置１と同一構成）及び装置Ｂ（図１のエッチング処理装置１のチャンバ外に磁石が設けられ、プラズマを制御する構成）を用いてエッチング処理が実行された結果の一例を示す。図７及び図８においてエッチング対象膜は、マスク膜（ポリシリコン膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）の積層膜である。本実施形態にかかるエッチング処理により、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜に高アスペクト比のホールが形成される。

【0058】

図７の装置Ａ及び装置Ｂでは、静電チャック１０６はアルミニウムで形成されている。図７は、比較例に係る高温プロセスのエッチング処理の結果の一例であり、例えば、装置Ａ及び装置Ｂのプロセス条件は以下である。
・エッチング処理のプロセス条件
＜装置Ａ＞
ガス種 Ｃ_４Ｆ_８／ＣＨ_２Ｆ_２／Ｏ_２
チラーの温度 ６０℃
圧力 １５ｍＴｏｒｒ（２．０Ｐａ）
＜装置Ｂ＞
ガス種 Ｃ_４Ｆ_６／ＣＨ_２Ｆ_２／Ｏ_２
チラーの温度 ６０℃
圧力 １５ｍＴｏｒｒ（２．０Ｐａ）
図８の装置Ａ及び装置Ｂでは、静電チャック１０６はアルミニウム又はチタンで形成されている。図８は本実施形態にかかる極低温プロセスのエッチング処理の結果の一例を示す。例えば、装置Ａ及び装置Ｂのプロセス条件は以下である。
・エッチング処理のプロセス条件
＜装置Ａ＞
ガス種 ＣＦ_４／Ｈ_２
チラーの温度 −６０℃
圧力 ６０ｍＴｏｒｒ（８．０Ｐａ）
なお、装置Ａの右側のエッチング結果は、チタンの静電チャックであり、ヘリウムＨｅの伝熱ガス４０Ｔｏｒｒ（５３３２Ｐａ）が供給されている。装置Ａの左側のエッチング結果は、チタンの静電チャックであり、伝熱ガスが供給されていない。
＜装置Ｂ＞
ガス種 ＣＦ_４／Ｈ_２
チラーの温度 −６０℃
圧力 ６０ｍＴｏｒｒ（８．０Ｐａ）
なお、装置Ｂの右側のエッチング結果はチタンの静電チャックであり、装置Ｂの左側のエッチング結果はアルミニウムの静電チャックである。いずれも伝熱ガスは供給されていない。

【0059】

この結果、図８に示す本実施形態にかかる極低温プロセスのエッチング処理では、図７に示す高温プロセスのエッチング処理よりも、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜のエッチングの深さ（SiN + Ox Depth）が深くなっていることがわかる。よって、本実施形態にかかる極低温プロセスのエッチング処理では、図７に示す高温プロセスのエッチング処理よりもデプスローディングを抑え、高アスペクト比のエッチングが可能である。

【0060】

また、図８に示すように、アルミニウムの静電チャックの場合、チタンの静電チャックよりもエッチングレートが高い。この結果に関して更に分析するために、チタンの静電チャックとアルミニウムの静電チャックとを用いて、本実施形態の極低温プロセスのエッチング処理を行ったときのウェハＷの温度を測定した。その結果を図９に示す。このときのエッチング処理のプロセス条件は以下である。
ガス種 ＣＦ_４／Ｈ_２
チラーの温度 ２５℃
圧力 ６０ｍＴｏｒｒ（８．０Ｐａ）
図９には、エッチング処理中のウェハＷの温度を複数点測定した結果を示す。図９のアルミニウムの静電チャックの場合、エッチング処理時のウェハＷの温度は概ね４０℃であった。チラーの温度が２５℃であるからウェハＷの温度は約１５℃高くなっている。この結果から、チラーの温度が−６０℃の場合、ウェハＷの温度は、−４５℃程度になると推定される。

【0061】

同様にして、図９のチタンの静電チャックの場合、エッチング処理時のウェハＷの温度は概ね８０℃であった。チラーの温度が２５℃であるからウェハＷの温度は約５５℃高くなっている。この結果から、チラーの温度が−６０℃の場合、ウェハＷの温度は、−５℃程度になると推定される。

【0062】

以上の結果から、図８に示すアルミニウムの静電チャックの場合、チタンの静電チャックよりもエッチングレートが高くなったのは、アルミニウムの静電チャックの場合のウェハＷの温度は−４５℃程度に制御できたためである。つまり、アルミニウムの静電チャックの場合、チラーの温度が−６０℃であれば本実施形態の極低温プロセスが実行され、デプスローディングを抑制し、エッチングレートを上げる効果が得られる。

【0063】

一方、チタンの静電チャックの場合、チラーの温度が−６０℃でもウェハＷの温度は−５℃程度になるため、本実施形態の極低温プロセスが実行されず、エッチングレートは上がらなかったと考えられる。よって、チタンの静電チャックを用いて本実施形態にかかるエッチング処理を行う場合には、チラーの温度を−１００℃程度に制御することが好ましい。その場合、チラーの冷却媒体（ブライン）の限界値は約−８０℃であるため、チタンの静電チャックを用いて本実施形態にかかるエッチング処理を行うためには、冷却媒体に液体窒素を使用することが好ましい。本実施形態にかかるエッチング処理を−１００℃程度の極低温にて行う場合、静電チャックにチタンを使用することが好ましい。

【0064】

［伝熱ガスの圧力依存性］
更に、図８には、チタンを静電チャックに使用した場合であって伝熱ガスを供給すると伝熱ガスを供給しない場合よりエッチングレートが高くなる結果となった。これは、伝熱ガスの作用によりウェハＷの熱を静電チャック側に伝える効果が高まり、ウェハＷの温度が下がったためである。

【0065】

最後に、本実施形態にかかる極低温のシリコン酸化膜をエッチング処理において、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスの圧力依存を分析するための実験を行った。チラーの温度は２５℃に設定した。その結果を図１０に示す。図１０の左図は、チタンの静電チャックを使用した場合であって伝熱ガス（Ｈｅ）を２０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した場合のウェハＷの温度を示す。各線はウェハの複数の位置におけるエッチング時間の経過に伴う温度変化を示す。

【0066】

これによれば、伝熱ガスを２０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した場合、及び５３３２Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した場合においてウェハＷの温度の面内均一性を改善できることがわかる。また、伝熱ガスを５３３２Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した場合、伝熱ガスを２０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）の圧力で供給した場合よりもウェハＷの温度が低くかつウェハＷの温度の面内均一性がよいことがわかる。

【0067】

よって、本実施形態にかかる極低温プロセスのエッチング処理では、チタンの静電チャックを用いた場合、シリコン酸化膜をエッチング処理する間にウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスの圧力を２０００Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）以上に制御することが好ましい。

【0068】

以上、エッチング処理方法及びエッチング処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるエッチング処理方法及びエッチング処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0069】

例えば、本発明に係るエッチング処理及び除電処理は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のエッチング処理装置に適用可能である。その他のエッチング処理装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。

【0070】

また、本発明にかかる半導体製造装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。

【符号の説明】

【0071】

１：エッチング処理装置
１０：チャンバ
１５：ガス供給源
２０：載置台
２５：ガスシャワーヘッド
３２：第１高周波電源
３４：第２高周波電源
８５：伝熱ガス供給源
１００：制御部
１０４ａ：冷媒流路
１０６：静電チャック
１０６ａ：チャック電極
１０７：チラー
１１２：直流電圧源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】