特許 6549765 処理方法

(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】6549765

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190711BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20190711BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20190711BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20190711BHJP

   C23C 16/26 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   H01L21/302 101G

   H01L21/205

   H01L21/31 B

   H01L21/90 A

   H01L21/90 C

   C23C16/26

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-134178(P2018-134178)

(22)【出願日】2018年7月17日

(62)【分割の表示】特願2014-203619(P2014-203619)の分割

【原出願日】2014年10月2日

(65)【公開番号】特開2018-166223(P2018-166223A)

(43)【公開日】2018年10月25日

【審査請求日】2018年7月17日

(31)【優先権主張番号】特願2014-123164(P2014-123164)

(32)【優先日】2014年6月16日

(33)【優先権主張国】JP

(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】柿本 明修

(72)【発明者】

【氏名】早川 欣延

(72)【発明者】

【氏名】水永 覚

(72)【発明者】

【氏名】濱田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】岡田 充弘

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１７１３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３５５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１８９００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１２６３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２１１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３２２２６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１８０４９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ内でシリコン含有膜をプラズマエッチングして凹部を形成する第１のエッチング工程と、
前記チャンバ内で前記凹部にｉｎ−ｓｉｔｕで前記凹部の側壁を保護し、前記凹部の上部側よりも前記凹部の底部側で薄い保護膜をプラズマを生成して形成する成膜工程と、
前記チャンバ内で前記凹部をさらにプラズマエッチングする第２のエッチング工程と、
を含む処理方法。

【請求項2】

チャンバ内でシリコン含有膜をプラズマエッチングして凹部を形成する第１のエッチング工程と、
前記チャンバ内で前記凹部にｉｎ−ｓｉｔｕで前記凹部の側壁を保護する保護膜を、プラズマを用いずに形成する成膜工程と、
前記チャンバ内で前記凹部をさらにプラズマエッチングする第２のエッチング工程と、
を含む処理方法。

【請求項3】

前記保護膜は、カーボン含有膜又はシリコン含有膜である、
請求項１又は２に記載の処理方法。

【請求項4】

前記保護膜は、１ｎｍ〜２ｎｍである、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の処理方法。

【請求項5】

前記保護膜は均一な厚さを有する、
請求項２に記載の処理方法。

【請求項6】

前記保護膜としてのカーボン含有膜をアッシングする、
請求項３〜５のいずれか一項に記載の処理方法。

【請求項7】

前記成膜工程は、前記凹部にカーボン含有膜を形成し、その後前記凹部にシリコン含有膜を形成する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の処理方法。

【請求項8】

第１のチャンバ内でシリコン含有膜をプラズマエッチングして凹部を形成する第１のエッチング工程と、
前記第１のチャンバとは別の第２のチャンバ内で前記凹部に前記凹部の側壁を保護する保護膜を、プラズマを用いずに形成する成膜工程と、
前記第１のチャンバ内で前記凹部をさらにプラズマエッチングする第２のエッチング工程と、
を含む処理方法。

【請求項9】

前記成膜工程は、前記第２のチャンバ内で前記凹部にカーボン含有膜を形成し、その後前記凹部にシリコン含有膜を形成することを含み、ガス種を変更して連続して行われる、
請求項８に記載の処理方法。

【請求項10】

前記第２のエッチング工程と前記成膜工程とを一組として複数回繰り返す、
請求項８又は９に記載の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理システム及び基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高いアスペクト比を有するコンタクトホールのプラズマエッチングでは、ホールの底部が深くなるに従い、プラズマ中のイオンがホールの底部に到達し難くなり、コンタクトホールの底部だけでなく側部がエッチングされる。その結果、ホールの上側の直径（以下、「ＣＤ値（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）」という。）よりもホールの下側のＣＤ値が大きくなるボーイング形状が発生する。そこで、ホールのエッチングが完了した後、形成されたパターンの側壁等に所望の膜を成膜することで、パターンの形状を修復する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１７４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、エッチングが完了してから成膜する方法では、ホールの底部が深くなるに従い、ホールの底部まで到達するプラズマ中のイオンが減ることでエッチングレートが低下する。その結果、アスペクト比が低くなり、所望の半導体デバイス特性が得られなくなる可能性がある。

【0005】

上記課題に対して、一側面では、本発明は、ボーイング形状を抑制しながら良好なエッチング処理を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一の態様によれば、チャンバ内でシリコン含有膜をプラズマエッチングして凹部を形成する第１のエッチング工程と、前記チャンバ内で前記凹部にｉｎ−ｓｉｔｕで前記凹部の側壁を保護する保護膜を形成する成膜工程と、前記チャンバ内で前記凹部をさらにプラズマエッチングする第２のエッチング工程と、を含む処理方法が提供される。

【発明の効果】

【0007】

一の態様によれば、ボーイング形状を抑制しながら良好なエッチング処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態にかかる基板処理システムの構成例を示す図。

【図2】一実施形態にかかるＰＣ１及びＰＣ２の縦断面を示す図。

【図3】ボーイング形状を説明するための図。

【図4】一実施形態にかかる基板処理方法を示す図。

【図5】一実施形態にかかる成膜されたカーボン膜の一例を示す図。

【図6】一実施形態にかかる基板処理方法の効果の一例を示す図。

【図7】一実施形態の変形例１にかかる基板処理方法を示す図。

【図8】一実施形態の変形例１にかかる基板処理方法の効果の一例を示す図。

【図9】一実施形態の変形例２にかかる基板処理方法の効果の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

［基板処理システムの構成例］
まず、本発明の一実施形態にかかる基板処理システム１の構成例について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態にかかる基板処理システム１の構成例を示す。基板処理システム１は、ｉｎ−ｓｉｔｕで基板を処理するプロセスチャンバＰＣ（以下、単に「ＰＣ」という。）１と、ｅｘ−ｓｉｔｕで基板を処理するプロセスチャンバＰＣ２とを有する。ＰＣ１とＰＣ２とは、別体の異なるチャンバである。

【0011】

ＰＣ１とＰＣ２とは、トランスファーチャンバＴＣ（以下、「ＴＣ」という。）及び搬送機構２を介して連結されている。ＰＣ１とＴＣ、及びＴＣと搬送機構２とは、ゲートバルブＧを介して開閉可能に接続されている。ＰＣ１及びＴＣの内部は減圧状態であるため、各ゲートバルブＧの開閉により基板を搬入及び搬出することで、ＰＣ１の内部は大気から遮断され、所定の真空度に保持される。

【0012】

ＴＣには、基板を把持して搬入及び搬出する搬送装置５２が設けられている。搬送装置５２は、回転及び伸縮可能な回転・伸縮部５３と、回転・伸縮部５３の先端に基板を保持する２つのブレード５４ａ、５４ｂとを有している。ブレード５４ａ、５４ｂは、互いに反対方向を向くように回転・伸縮部５３に取り付けられている。

【0013】

搬送機構２は、ＴＣとＰＣ２との間で基板を搬送する。搬送機構２は、例えば、トレイ等に基板を載せてレール等を使用して走行可能な機構であってもよい。

【0014】

ＰＣ１は、プラズマを生成し、プラズマの作用により基板上の膜をエッチングするエッチング装置として機能する。ＰＣ１は、プラズマの作用により基板上の膜をアッシングするアッシング装置としても機能することができる。

【0015】

ＰＣ２は、プラズマを使用せずに基板を成膜する成膜装置である。本実施形態では、ＰＣ２は、熱により基板にカーボン膜を成膜する熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置として機能する。ただし、ＰＣ２は、熱ＣＶＤ装置に限らず、ＰＣ１においてエッチングされた基板上のパターンの内壁（少なくとも側壁）に均一に膜を形成できればどのような装置であってもよい。

【0016】

基板処理システム１は、基板のエッチング処理、成膜処理、アッシング処理及び基板の搬送処理を制御する制御部４０を有する。記憶部４２には、エッチング処理、成膜処理、アッシング処理、搬送処理等の処理を実行するための制御プログラムや各種処理条件が設定された処理レシピが格納されている。記憶部４２は、ハードディスクであってもよく、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性の記憶媒体であっても良い。また、他の装置から、例えば専用回線を介して処理レシピを適宜伝送させる構成であっても良い。

【0017】

制御部４０は、例えば、ユーザーインターフェース４１を介してユーザからの指示に応じて記憶部４２に記憶された処理レシピに従いエッチング処理、成膜処理、アッシング処理、搬送処理等の処理を実行する。

【0018】

［ＰＣ１／ＰＣ２の構成例］
（ＰＣ１：エッチング装置）
図２を参照しながら、一実施形態にかかるＰＣ１及びＰＣ２の構成例について簡単に説明する。図２は、一実施形態にかかる基板処理システム１（ＰＣ１及びＰＣ２を含む）の縦断面を示す。ただし、図２は、ＰＣ１及びＰＣ２の一構成例であり、これらの構成に限るものではない。例えば、ＰＣ１は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置の構成例であるが、かかる装置だけでなく、その他の基板処理装置に適用可能である。その他の基板処理装置としては、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）装置等が挙げられる。

【0019】

ＰＣ１及びＴＣは減圧下で基板の処理及び搬送を行い、搬送機構２及びＰＣ２は大気圧下で基板の処理及び搬送を行う。ＰＣ１は、表面を陽極酸化処理されたアルミニウム等の処理容器を有し、内部には基板Ｗを支持する載置台１２が設けられている。載置台１２には、高周波電源１４が接続され、高周波電源１４から所定周波数（例えば６０ＭＨｚ）のプラズマ生成用の高周波電力が供給される。

【0020】

ＰＣ１の天井面には、シャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６は、下部に形成された複数のガス孔１８からシャワー状にガスを供給する。本実施形態では、フッ化炭素を含むガスを供給し、生成したプラズマにより基板上のシリコン含有膜をエッチングする。

【0021】

エッチングガスは、フッ化炭素（ＣＦ）ガスの単一ガスでもよいし、フッ化炭素系ガスを含む混合ガスでもよい。エッチングガスは、フッ化炭素を含むガスとしてヘキサフルオロ１，３ブタジエンＣ_４Ｆ_６ガスを含有してもよい。

【0022】

ＰＣ１において基板Ｗ上のシリコン含有膜をエッチング後、基板ＷはＴＣの搬送装置５２及び搬送機構２を用いてＰＣ２に搬送される。

【0023】

（ＰＣ２：熱ＣＶＤ装置）
ＰＣ２は、有天井の円筒状の外壁２２と、外壁２２の内側に設けられた内壁２４とを有している。外壁２２及び内壁２４は、例えば石英から形成されている。内壁２４の内側の処理室３０には、複数の基板Ｗが収容されている。ＰＣ２は、複数の基板に対して一括して成膜処理を施す。外壁２２と内壁２４とは、環状空間２６を隔て、互いに離れており、各々の下端部においてベース材２８に接合されている。

【0024】

本実施形態では、成膜ガスとして炭素（Ｃ）を含むガスが供給される。供給された炭素を含むガスは、処理室３０の下方から上方へと流れて、環状空間２６に吸引され、外部に排気される。

【0025】

成膜ガスは、炭素を含むガスの単一ガスでもよいし、炭素を含むガスを含む混合ガスでもよい。成膜ガスは、炭素を含むガスとしてエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）ガスやその他の炭素（Ｃ_ｘＨ_ｙ）ガスを含有してもよい。成膜ガスは、熱分解温度降下ガスとして塩素（Ｃｌ_２）ガスを含有してもよい。また、成膜ガスは、窒素（Ｎ_２）ガス等の不活性ガスを含有してもよい。ＰＣ２は、上記成膜ガスを熱により分解して基板上のシリコン含有膜上にカーボン含有膜を成膜する。ＰＣ２は、枚葉式成膜装置であってもよい。

【0026】

以上、ＰＣ１及びＰＣ２の構成例について説明した。本実施形態にかかる基板処理システム１によれば、まず、基板ＷはＰＣ１に搬送され、ＰＣ１にてエッチング処理される。次に、基板ＷはＰＣ２に搬送され、ＰＣ２にてカーボン膜の成膜が施される。次いで、基板はＰＣ１に搬送され、ＰＣ１にて再びエッチング処理される。最後に、ＰＣ１にてカーボン膜が除去される。

【0027】

［ボーイング形状］
次に、図３を参照しながら、エッチングパターンに形成されるボーイング形状について説明する。図３（ａ）に示すように、シリコン基板１２５上には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）１２６、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）１２７及びポリシリコンマスク１２８が形成されている。

【0028】

本実施形態では、エッチング対象膜であるシリコン含有膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を例に挙げる。しかしながら、シリコン含有膜は、これに限らず、シリコン含有酸化膜（ＳｉＯ_ｘ）であってもよく、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）であってもよく、シリコン含有酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜であってもよい。マスク材料は、アモルファスカーボンマスクあるいは金属含有マスクであってもよい。

【0029】

ポリシリコンマスク１２８には、ホール状又はライン状の所望のパターンが形成されている。シリコン酸化膜１２６をホール等の所望のパターンにエッチングする場合、エッチングされたホール等の底部が深くなるに従い、プラズマのラジカルがホールの底部に到達する量が減少し、コンタクトホールの底部だけでなく側部がエッチングされる。その結果、図３（ｂ）に示すように、ホールの上部のトップＣＤ値（以下、「Ｔ」又は「Ｔｏｐ ＣＤ」とも表記する。）よりもホールの下方のＣＤ値（以下、ボーイングＣＤ値、「Ｂ」又は「Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ」とも表記する。）が大きくなるボーイング形状が発生する。エッチングパターンがボーイング形状になると、図３（ａ）に示したエッチングパターンが垂直形状の場合と比べて良好なデバイス特性を得ることが困難になる。

【0030】

そこで、本実施形態にかかる基板処理システム１では、ボーイング形状を抑制しながら良好なエッチング処理を行うことが可能な基板処理方法を実現する。以下、本実施形態にかかる基板処理システム１にて実行される基板処理方法について、図４を参照しながら説明する。

【0031】

［基板処理方法］
図４は、本実施形態にかかる基板処理方法を示す。図４の［ａ］は、シリコン基板１２５上のシリコン酸化膜１２６のエッチング前の状態を示す。シリコン基板１２５上に、シリコン酸化膜１２６、シリコン窒化膜１２７及びポリシリコンマスク１２８が形成されている。なお、ポリシリコンマスク１２８は、アモルファスシリコンマスク、金属含有マスクであってもよい。また、シリコン窒化膜１２７はなくてもよい。

【0032】

（ハーフエッチング）
本実施形態にかかる基板処理方法では、まず、シリコン基板１２５がＰＣ１に搬入される。ＰＣ１は、シリコン窒化膜１２７及びシリコン酸化膜１２６をエッチングする。その際、図４の［ｂ］に示すように、ＰＣ１は、シリコン酸化膜１２６を途中までエッチングする（第１のエッチング工程）。このとき「途中までエッチングする」とは、シリコン酸化膜１２６を概ね半分エッチングする場合に限らず、ボーイング形状が発生する前まで（ボーイングが発生しない間）、シリコン酸化膜１２６をエッチングすることができる。

【0033】

エッチングのプロセス条件の一例としては、圧力が２．６６Ｐａ、高周波電力ＨＦの周波数が６０ＭＨｚ、パワーが１２００Ｗ、ガス種がＣ_４Ｆ_６／Ｃ_４Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２の混合ガスが挙げられる。

【0034】

（カーボン膜形成）
次に、基板１２５はＰＣ１から搬出され、ＰＣ２に搬入される。図４の［ｃ］に示すように、ＰＣ２は、エッチングされたシリコン酸化膜１２６上にカーボン膜１３０を成膜する。これにより、シリコン酸化膜１２６に形成されたパターンの内壁に均一にカーボン膜１３０が成膜される（成膜工程）。なお、シリコン酸化膜１２６上に成膜される膜は、カーボン膜１３０に限らず、カーボン含有膜であってもよい。

【0035】

カーボン膜の成膜のプロセス条件の一例としては、圧力が９９７Ｐａ、温度が４００℃、ガス種がＣ_２Ｈ_４／Ｃｌ_２の混合ガスが挙げられる。

【0036】

図５は、ＰＣ２として本実施形態にかかる熱ＣＶＤ装置を用いて成膜されたカーボン膜の一例を示す。図５のグラフの[Ａ]では成膜時間が５０分のときにカーボン膜１３０の厚さが４．７ｎｍになり、図５のグラフの[Ｂ]では成膜時間が９０分のときにカーボン膜１３０の厚さが１０．３ｎｍになっている。図５のシリコン酸化膜１２６上に成膜されるカーボン膜１３０の[Ａ]及び[Ｂ]に示すいずれの場合にも、シリコン酸化膜１２６のエッチングパターンの側壁及び底壁に均一な厚さのカーボン膜１３０が形成されていることがわかる。

【0037】

また、図５のグラフの成膜時間とカーボン膜の厚さとの関係によれば、本実施形態にかかるカーボン膜１３０は、約１〜２ｎｍの厚さを有していればよいため、成膜時間は約３０分となる。

【0038】

なお、図４の［ｃ］の成膜工程をＰＣ１にてｉｎ−ｓｉｔｕで行うことも考えられる。しかし、約１〜２ｎｍの厚さのカーボン膜１３０を形成する場合、カーボン膜１３０が均一に成膜されることが重要になる。

【0039】

これに対して、ＰＣ１にてプラズマによりカーボン膜１３０を成膜すると、エッチングパターンの底部側にイオンが進入し難い等の理由により、エッチングパターンの上部側よりも底部側でカーボン膜が薄くなり、シリコン酸化膜１２６に均一なカーボン膜１３０を成膜することは難しい。よって、図４の［ｃ］の成膜工程は、ノンプラズマ（プラズマを使用しない）の環境でカーボン膜１３０を成膜することが好ましい。

【0040】

（フルエッチング）
図４に戻り、成膜後、基板１２５がＰＣ２から搬出され、ＰＣ１に搬入される。図４の［ｄ］に示すように、ＰＣ１は、シリコン酸化膜１２６を更にエッチングする（第２のエッチング工程）。フルエッチングでは、カーボン膜１３０がシリコン酸化膜１２６の側壁を保護膜し、エッチングパターンにボーイング形状が生じることを抑制する。

【0041】

図４の［ｄ］のエッチングのプロセス条件は、図４の［ｂ］のエッチングのプロセス条件と同じであってもよい。図４の［ｄ］のエッチングのプロセス条件は、フッ化炭素を含むガスをＰＣ１内に供給する条件であれば、図４の［ｂ］のエッチングのプロセス条件と異なってもよい。

【0042】

第２のエッチング工程では、ＰＣ１は、シリコン酸化膜１２６を貫通して下地層が露出するまでエッチングを行い、シリコン酸化膜１２６のエッチングを完了してもよい。ＰＣ１及びＰＣ２は、第２のエッチング工程［ｄ］と成膜工程［ｃ］とを一組としてこれらの工程を複数回繰り返すことにより、シリコン酸化膜１２６のエッチングを完了してもよい。

【0043】

（アッシング）
次に、図４の［ｅ］に示すように、ＰＣ１は、第２のエッチング工程後にアッシング処理を行い、カーボン膜１３０を除去する（第２のアッシング工程）。アッシングには、酸素ガスから生成される酸素プラズマが用いられてもよい。

【0044】

以上、本実施形態にかかる基板処理システム１を用いた基板処理方法について説明した。次に、本実施形態にかかる基板処理方法の効果の一例について、図６を参照して説明する。

【0045】

［効果の例］
図６には、一実施形態にかかる基板処理方法を実行したときの効果の一例を示す。図６の［ｂ］は、ハーフエッチング後（図４の［ｂ］）のパターンを示し、図６の［ｆ］は、カーボン膜を成膜していない場合のフルエッチング後のパターンを示し、図６の［ｅ］は、１ｎｍの厚さのカーボン膜を成膜した場合のフルエッチング後（図４の［ｄ］）のパターンを示す。図６の［ｈ］は、１ｎｍの厚さのカーボン膜を成膜し、さらにモノシラン（ＳｉＨ_４）によるトリートメントを行った後にフルエッチングした後のパターンを示す。なお、図６は、シリコン窒化膜１２７が積層されていない場合の例を示す。

【0046】

これによれば、図６の［ｂ］のハーフエッチング後のパターンでは、トップＣＤ値（Ｔｏｐ ＣＤ）が４３．８ｎｍ、ボーイングＣＤ値（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）が４６．９ｎｍであった。

【0047】

一方、図６の［ｆ］のカーボン膜を成膜していない場合のフルエッチング後のパターンでは、トップＣＤ値が４９．７ｎｍ、ボーイングＣＤ値が５６．２ｎｍであった。他方、図６の［ｅ］の１ｎｍの厚さのカーボン膜を成膜した場合のフルエッチング後のパターンでは、トップＣＤ値が４８．９ｎｍ、ボーイングＣＤ値が５２．８ｎｍであった。

【0048】

更に、図６の［ｈ］の１ｎｍの厚さのカーボン膜を成膜し、モノシラン（ＳｉＨ_４）によるトリートメントを行った場合のフルエッチング後のパターンでは、トップＣＤ値が４８．７ｎｍ、ボーイングＣＤ値が５１．４ｎｍであった。

【0049】

以上の結果から、カーボン膜を成膜した場合のボーイングＣＤ値は、カーボン膜を成膜していない場合のボーイングＣＤ値よりも改善されることがわかった。つまり、エッチングの途中でカーボン膜を成膜することでカーボン膜が保護膜となってエッチング時に形成されるボーイング形状を抑制できることがわかった。

【0050】

更に、カーボン膜の成膜後にＳｉＨ_４によるトリートメントを行った場合のボーイングＣＤ値は、カーボン膜を成膜していない場合のボーイングＣＤ値、及び１ｎｍの厚さのカーボン膜を成膜したときのボーイングＣＤ値よりも更に改善されることがわかった。これによれば、カーボン膜上に形成されたシリコン含有膜がカーボン膜とともに保護膜となってボーイング形状を抑制したと考えられる。

【0051】

なお、カーボン膜の成膜後のトリートメントは、モノシラン（ＳｉＨ_４）の単一ガスでもよいし、モノシラン及び希釈ガス（Ｎ_２ガスやＨ_２ガス等）を含む混合ガスであってもよい。

【0052】

以上に説明したように、本実施形態にかかる基板処理方法によれば、エッチング工程の途中にカーボン膜の成膜工程を挿入することで、その後のエッチング工程においてカーボン膜１３０がシリコン酸化膜１２６を保護し、ボーイング形状を抑制することができる。その結果、垂直なエッチング形状が形成され、良好なデバイス特性を得ることができる。

【0053】

［変形例１］
次に、本実施形態の変形例１にかかる基板処理方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の変形例１にかかる基板処理方法を示す。図８には、一実施形態の変形例１にかかる基板処理方法を実行したときの効果の一例を示す。

【0054】

図７の変形例１にかかる基板処理方法が、図４の本実施形態にかかる基板処理方法と異なる点は、図４の［ｂ］に示すハーフエッチング工程と、図４の［ｃ］に示す成膜工程との間に、図４の［ｇ］に示すアッシング工程がある点である。

【0055】

図７の［ｂ］に示すように、シリコン酸化膜１２６をハーフエッチングした後のポリシリコンマスク１２８には、エッチングにより生成されたポリマーの反応生成物１３１が付着している。よって、図４の［ｇ］に示すアッシング工程にて、付着した反応生成物１３１を除去した後、図７の［ｃ］に示すカーボン膜の成膜工程が実行されることが好ましい。［ｇ］及び［ｅ］に示すアッシングには、酸素ガスから生成される酸素プラズマが用いられてもよい。

【0056】

これによれば、成膜前にポリシリコンマスク１２８に付着した反応生成物１３１を除去することで、図４の［ｃ］においてカーボン膜をより均一に成膜することができる。

【0057】

［効果の例］
本実施形態の変形例１にかかる基板処理方法の効果及びカーボン膜の厚さによる効果の一例について図８を参照して説明する。なお、図８は、シリコン窒化膜１２７が積層されている場合の例を示す。

【0058】

図８の最左図の「ケース１」は、図７の［ｂ］のハーフエッチング（２００秒）後に図７の［ｇ］に示すアッシング（第１のアッシング工程）が行われた後のパターンを示す。

【0059】

「ケース２」は、ハーフエッチングを行うことなくフルエッチング（３５０秒）した後にアッシングが行われた後のパターンを示す。

【0060】

「ケース３」は、ハーフエッチング（２００秒）→アッシング→１ｎｍのカーボン膜成膜→フルエッチング（１５０秒）→アッシング後のパターンを示す。

【0061】

「ケース４」は、ハーフエッチング（２００秒）→アッシング→２ｎｍのカーボン膜成膜→フルエッチング（１５０秒）→アッシング後のパターンを示す。

【0062】

これによれば、トップＣＤ値（Ｔｏｐ ＣＤ）は、ケース２では５５．６ｎｍ、ケース３では５２．９ｎｍ、ケース４では５４．２ｎｍであった。これに対して、ボーイングＣＤ値（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）は、ケース２では６５．６ｎｍ、ケース３では５８．２ｎｍ、ケース４では５７．５ｎｍであった。

【0063】

これにより、１ｎｍ以上の厚さのカーボン膜１３０を成膜した場合には、カーボン膜を成膜しない場合と比較してボーイング形状を抑制することができることがわかった。

【0064】

また、カーボン膜１３０は、２ｎｍの厚さに成膜した場合、１ｎｍの厚さに成膜した場合よりもボーイング形状をより確実に抑制することができることがわかった。

【0065】

以上に説明したように、本実施形態の変形例１にかかる基板処理方法によれば、ハーフエッチング後にアッシングを行うことで、ポリシリコンマスク１２８に付着した反応生成物１３１を除去できる。これにより、アッシング後の成膜工程において、エッチングパターンの内壁により均一なカーボン膜を成膜することができる。この結果、その後のエッチング工程においてより効果的にボーイング形状を抑制することができる。

【0066】

［変形例２］
次に、本実施形態の変形例２にかかる基板処理方法について、図９を参照しながら説明する。図９は、本実施形態の変形例２にかかる基板処理方法を実行したときの効果の一例を示す。上記実施形態及びその変形例１にかかる基板処理方法は、保護膜としてカーボン膜を成膜したが、変形例２にかかる基板処理方法は、カーボン膜の代わりにシリコン膜を成膜する。

【0067】

具体的には、図７の［ｂ］に示すハーフエッチング工程、図７の［ｇ］に示すアッシング工程が順に実行された後、図７の［ｃ］に示すカーボン膜の成膜工程の代わりにシリコン膜の成膜工程が実行される。この工程により図７の［ｃ］に示すカーボン膜１３０に代えてシリコン膜の保護膜が形成される。その後、図７の［ｄ］に示すフルエッチング工程が実行される。

【0068】

変形例２にかかる基板処理方法を実行した結果を図９に示す。図９の表の最終行の一行前には、保護膜を形成しない場合のハーフエッチング後及びフルエッチング後のボーイングＣＤ値と、保護膜を形成した場合のフルエッチング後のボーイングＣＤ値が明記されている。保護膜を形成した場合として、「２ｎｍ」、「３ｎｍ」の厚さのカーボン膜を形成した場合及び「３ｎｍ」の厚さのシリコン膜を形成した場合の結果が示されている。また、図９の表の最終行には、保護膜を形成しない場合のフルエッチング後のボーイングＣＤ値と、保護膜を形成した場合のフルエッチング後のボーイングＣＤ値との差分が明記されている。

【0069】

なお、シリコン膜の成膜のプロセス条件の一例としては、圧力が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、温度が３８０℃、ガス種がＳｉ_２Ｈ_６／Ｎ_２の混合ガスが挙げられる。

【0070】

これによれば、ハーフエッチング後にカーボン膜又はシリコン膜を保護膜として形成し、その後にフルエッチングした場合には、保護膜を形成せずにフルエッチングした場合と比較してボーイングを抑制できることがわかる。

【0071】

また、図９の結果では、ハーフエッチング後に「３ｎｍ」の厚さのカーボン膜を保護膜として形成した場合、ボーイング形状はほとんど発生しなかった。また、図９の結果では、「２ｎｍ」の厚さのカーボン膜を保護膜として形成した場合と、「３ｎｍ」の厚さのシリコン膜を保護膜として形成した場合とのボーイングの抑制効果が同等であった。

【0072】

以上から、カーボン膜及びシリコン膜のいずれもボーイングを抑制できることがわかる。ただし、スループットを考慮すると、カーボン膜を保護膜として形成するとシリコン膜を保護膜として形成するよりも効果的にボーイングを抑制できることがわかる。

【0073】

なお、変形例２にかかる基板処理方法では、カーボン膜の代わりにシリコン膜を一層、保護膜として成膜したが、これに限らない。例えば、保護膜としてカーボン膜とシリコン膜との積層膜を２層以上成膜してもよい。この場合、カーボン膜を先に成膜し、シリコン膜を後に成膜してもよいし、シリコン膜を先に成膜し、カーボン膜を後に成膜してもよい。また、カーボン膜とシリコン膜との積層膜の成膜処理は、図１に示すＰＣ２の同一チャンバ内においてガス種等のプロセス条件を変えて連続して行うことができる。

【0074】

なお、変形例２においても、ＰＣ２は、シリコン膜又はシリコン膜とカーボン膜との混合膜を成膜する成膜工程後であってフルエッチング前にモノシラン（ＳｉＨ_４）の単一ガス又はモノシランを含む混合ガスによるトリートメントを行ってもよい。

【0075】

以上、基板処理システム及び基板処理方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる基板処理システム及び基板処理方法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。

【0076】

また、本発明にかかる基板処理システムにより処理される基板は、ウェハ、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】

【0077】

１：基板処理システム
２：搬送機構
１２：載置台
１４：高周波電源
１６：シャワーヘッド
２２：外壁
２４：内壁
３０：処理室
４０：制御部
４２：記憶部
５２：搬送装置
１２５：シリコン基板
１２６：シリコン酸化膜
１２７：シリコン窒化膜
１２８：ポリシリコンマスク
１３０：カーボン膜
１３１：反応生成物
ＰＣ１，ＰＣ２：プロセスチャンバ
ＴＣ：トランスファーチャンバ
Ｔ：トップＣＤ（Ｔｏｐ ＣＤ）
Ｂ：ボーイングＣＤ（Ｂｏｗｉｎｇ ＣＤ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】