特許 6971823 シリコン含有膜のエッチング方法、コンピュータ記憶媒体、及びシリコン含有膜のエッチング装置

(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】6971823

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】シリコン含有膜のエッチング方法、コンピュータ記憶媒体、及びシリコン含有膜のエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-238355(P2017-238355)

(22)【出願日】2017年12月13日

(65)【公開番号】特開2019-106464(P2019-106464A)

(43)【公開日】2019年6月27日

【審査請求日】2020年6月19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】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(72)【発明者】

【氏名】高橋 信博

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 考司

(72)【発明者】

【氏名】田内 啓士

【審査官】 田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０６７９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１４３７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１８３４３７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上のシリコン含有膜をエッチングする方法であって、
前記基板に対向する面が平面形状を有し、且つ、前記基板の径より大きい径を有するシャワーヘッドから前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを、前記シリコン含有膜の中心部と外周部に同一流量で、且つ、当該シリコン含有膜の表面全面に均一に供給し、
前記エッチングガスの流速を制御することで、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴とする、シリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項2】

エッチング条件設定用の基板上の前記シリコン含有膜に対して、前記エッチングガスを供給して当該シリコン含有膜をエッチングし、
その後、エッチングされた前記シリコン含有膜のエッチング量の面内分布を測定し、
その後、測定された前記エッチング量の面内分布に基づいて、前記エッチングガスの流速を設定することを特徴とする、請求項１に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項3】

前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われる他の工程の後の、当該シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速を制御することを特徴とする、請求項１に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項4】

前記他の工程は、エッチングの前に行われる工程であって、
前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードフォワード制御することを特徴とする、請求項３に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項5】

基板上のシリコン含有膜をエッチングする方法であって、
前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給し、
前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われ、且つ、エッチングの後に行われる他の工程の後の、前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードバック制御することで、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴とする、シリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項6】

前記エッチングガスの流速の制御は、前記エッチングガスの流量又はエッチングが行われる処理空間の圧力を制御して行うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項7】

前記フッ素含有ガスの分子量は３８以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項8】

前記シリコン含有膜はシリコンゲルマニウム膜であり、
前記エッチングガスは、前記シリコンゲルマニウム膜をエッチングするＦ_２ガスを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項9】

前記シリコン含有膜はシリコン膜であり、
前記エッチングガスは、前記シリコン膜をエッチングするＦ_２ガスと塩基性ガスを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項10】

前記基板の上方から前記前記シリコン含有膜に対して前記エッチングガスを供給すると共に、前記基板の側方且つ下方から前記エッチングガスを排出することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシリコン含有膜のエッチング方法。

【請求項11】

請求項１〜１０のいずれか一項に記載のエッチング方法をエッチング装置によって実行させるように、当該エッチング装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。

【請求項12】

基板上のシリコン含有膜をエッチングする装置であって、
前記基板を収容するチャンバと、
前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給する給気部と、
前記チャンバ内の前記エッチングガスを排出する排気部と、
前記給気部と前記排気部を制御する制御部と、を有し、
前記給気部は、前記基板に対向する面が平面形状を有し、且つ、前記基板の径より大きい径を有するシャワーヘッドを有し、
前記シャワーヘッドは、前記シリコン含有膜の中心部と外周部に同一流量で、且つ、当該シリコン含有膜の表面全面に均一に前記エッチングガスを供給し、
前記制御部は、前記エッチングガスの流速を制御して、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴とする、シリコン含有膜のエッチング装置。

【請求項13】

基板上のシリコン含有膜をエッチングする装置であって、
前記基板を収容するチャンバと、
前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給する給気部と、
前記チャンバ内の前記エッチングガスを排出する排気部と、
前記給気部と前記排気部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われ、且つ、エッチングの後に行われる他の工程の後の、前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードバック制御して、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴とする、シリコン含有膜のエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板上のシリコン含有膜のエッチング方法、コンピュータ記録媒体、及びシリコン含有膜のエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスにおいて、シリコンを含有する膜は、広範で様々な用途に適用される。例えばシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜やシリコン（Ｓｉ）膜は、ゲート電極やシード層などに用いられている。そして、半導体デバイスの製造工程では、これらＳｉＧｅ膜やＳｉ膜を基板上に形成した後、所定のパターンにエッチングすることが行われている。

【0003】

ＳｉＧｅ膜やＳｉ膜などのシリコン含有膜のエッチングは、従来、種々の方法で行われている。例えば特許文献１には、Ｆ_２、ＨＦ、ＣｌＦ_３又はＨＣｌを含むエッチングガスに、ＳｉＧｅ膜又はＳｉ膜を曝露することで、当該ＳｉＧｅ膜又はＳｉ膜をエッチングすることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５３６１１９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、エッチングの前の工程を行った後のシリコン含有膜の状態によっては、当該シリコン含有膜をエッチングする際に、エッチング量の面内分布の制御が必要な場合がある。例えば前の工程を行った後のシリコン含有膜の膜厚に偏りがある場合、例えばシリコン含有膜の中心部のエッチング量を、外周部のエッチング量に比べて増減させるなど、エッチング量の面内分布を制御することで、エッチングの面内均一性の向上が図れる。

【0006】

また、エッチングの後の工程を行った後にも同様に、シリコン含有膜の状態に応じて、エッチング量の面内分布の制御が必要な場合がある。特に、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、パターンも微細化しており、このようなエッチング量の制御は有用である。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載されたエッチング方法では、エッチングと別工程（前の工程や後の工程）を行った後の、シリコン含有膜の状態は考慮されていない。したがって、従来のシリコン含有膜のエッチング方法には改善の余地がある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板上のシリコン含有膜をエッチングする際に、当該シリコン含有膜のエッチング量の面内分布を適切に制御することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の目的を達成するため、本発明者が鋭意検討した結果、シリコン含有膜をエッチングするに際し、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを用い、当該エッチングガスの流速を制御してシリコン含有膜に供給すると、シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御できることが分かった。すなわち、シリコン含有膜のエッチングガスとしてＣｌＦ_３ガスを用いた場合、シリコン含有膜のエッチング量の面内分布の制御はできなかった。なお、上述したフッ素含有ガスを含むエッチングガスの流速を制御して、エッチング量の面内分布を制御できることは、後述の実施形態において詳細に説明する。

【0010】

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、本発明は、基板上のシリコン含有膜をエッチングする方法であって、前記基板に対向する面が平面形状を有し、且つ、前記基板の径より大きい径を有するシャワーヘッドから前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを、前記シリコン含有膜の中心部と外周部に同一流量で、且つ、当該シリコン含有膜の表面全面に均一に供給し、前記エッチングガスの流速を制御することで、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴としている。
別な観点による本発明は、基板上のシリコン含有膜をエッチングする方法であって、前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給し、前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われ、且つ、エッチングの後に行われる他の工程の後の、前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードバック制御することで、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴としている。

【0011】

本発明によれば、上述したフッ素含有ガスを含むエッチングガスの流速を制御してシリコン含有膜に供給することで、シリコン含有膜のエッチング量を制御することができる。その結果、例えばエッチングと別工程（前の工程や後の工程）を行った後の、シリコン含有膜の状態に基づいて、シリコン含有膜のエッチング量を面内で適切に制御することができる。そして、エッチングの面内均一性を向上させることも可能となる。

【0012】

エッチング条件設定用の基板上の前記シリコン含有膜に対して、前記エッチングガスを供給して当該シリコン含有膜をエッチングし、その後、エッチングされた前記シリコン含有膜のエッチング量の面内分布を測定し、その後、測定された前記エッチング量の面内分布に基づいて、前記エッチングガスの流速を設定してもよい。

【0013】

前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われる他の工程の後の、当該シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速を制御してもよい。

【0014】

前記他の工程は、エッチングの前に行われる工程であって、前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードフォワード制御してもよい。

【0016】

前記エッチングガスの流速の制御は、前記エッチングガスの流量又はエッチングが行われる処理空間の圧力を制御して行ってもよい。

【0017】

前記フッ素含有ガスの分子量は３８以下であってもよい。

【0018】

前前記シリコン含有膜はシリコンゲルマニウム膜であり、前記エッチングガスは、前記シリコンゲルマニウム膜をエッチングするＦ_２ガスを含んでいてもよい。

【0019】

前記シリコン含有膜はシリコン膜であり、前記エッチングガスは、前記シリコン膜をエッチングするＦ_２ガスと塩基性ガスを含んでいてもよい。

【0020】

前記基板の上方から前記前記シリコン含有膜に対して前記エッチングガスを供給すると共に、前記基板の側方且つ下方から前記エッチングガスを排出してもよい。

【0021】

別な観点による本発明によれば、前記エッチング方法をエッチング装置によって実行させるように、当該エッチング装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

【0022】

別な観点による本発明は、基板上のシリコン含有膜をエッチングする装置であって、前記基板を収容するチャンバと、前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給する給気部と、前記チャンバ内の前記エッチングガスを排出する排気部と、前記給気部と前記排気部を制御する制御部と、を有し、前記給気部は、前記基板に対向する面が平面形状を有し、且つ、前記基板の径より大きい径を有するシャワーヘッドを有し、前記シャワーヘッドは、前記シリコン含有膜の中心部と外周部に同一流量で、且つ、当該シリコン含有膜の表面全面に均一に前記エッチングガスを供給し、前記制御部は、前記エッチングガスの流速を制御して、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴としている。
別な観点による本発明は、基板上のシリコン含有膜をエッチングする装置であって、前記基板を収容するチャンバと、前記シリコン含有膜に対して、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスを供給する給気部と、前記チャンバ内の前記エッチングガスを排出する排気部と、前記給気部と前記排気部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記シリコン含有膜のエッチングとは別で行われ、且つ、エッチングの後に行われる他の工程の後の、前記シリコン含有膜の状態に基づいて、前記エッチングガスの流速をフィードバック制御して、前記シリコン含有膜の中心部と外周部のエッチング量を制御することを特徴としている。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、基板上のシリコン含有膜をエッチングする際に、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素含有ガスを含むエッチングガスの流速を制御することで、シリコン含有膜のエッチング量の面内分布を適切に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本実施形態に係るエッチング装置の構成の概略を示す縦断面図である。

【図2】ＣｌＦ_３ガスとＡｒガスを含むエッチングガスの流量を変化させた場合の、エッチング量の面内分布の検証結果を示す説明図である。

【図3】Ｆ_２ガスとＡｒガスを含むエッチングガスの流量を変化させた場合の、エッチング量の面内分布の検証結果を示す説明図である。

【図4】Ｆ_２ガスを含むエッチングガスの流量を変化させた場合の、エッチング量の面内分布の検証結果を示す説明図である。

【図5】Ｆ_２ガスとＡｒガスを含むエッチングガスを用い、チャンバ内の圧力を変化させた場合の、エッチング量の面内分布の検証結果を示す説明図である。

【図6】エッチングガスとしてＦ_２ガスを含むエッチングガスを用いた場合のエッチング状態を示す説明図である。

【図7】Ｆ_２とＣｌＦ_３のインキュベーション時間の違いを示すグラフである。

【図8】Ｆ_２とＣｌＦ_３の反応性の違いを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0026】

＜エッチング装置＞
先ず、本発明の実施形態に係るエッチング装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るエッチング装置１の構成の概略を示す縦断面図である。本実施形態においては、エッチング装置１において、基板としてのウェハＷ上に形成された、シリコン含有膜としてのシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）膜をエッチングする場合について説明する。また、エッチング装置１で行われるエッチングは、プラズマを用いないガスエッチングである。

【0027】

図１に示すようにエッチング装置１は、ウェハＷを収容するチャンバ１０と、チャンバ１０内でウェハＷを載置する載置台１１と、載置台１１の上方から載置台１１に向けて処理ガスを供給する給気部１２と、チャンバ１０内の処理ガスを排出する排気部１３と、を有している。

【0028】

チャンバ１０は、チャンバ本体２０と蓋体２１を有している。チャンバ本体２０の上部は開口し、この開口が蓋体２１で閉止される。そして、チャンバ本体２０の側壁上面と蓋体２１の下面とは、シール材（図示せず）により密閉されて、チャンバ１０内の気密性が確保されている。そして、チャンバ１０内に気密なエッチング処理空間が形成される。なお、チャンバ本体２０の側壁には、ウェハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）が設けられ、この搬入出口はゲートバルブ（図示せず）により開閉自在になっている。

【0029】

載置台１１は、ウェハＷを載置する上部台３０と、チャンバ本体２０の底面に固定され、上部台３０を支持する下部台３１とを有している。上部台３０の内部には、ウェハＷの温度を調節する温度調節器３２が設けられている。温度調整器２３は、例えば水などの温度調節媒体を循環させることにより載置台１１の温度を調整し、載置台１１上のウェハＷの温度を所定温度に制御する。

【0030】

給気部１２は、載置台１１に載置されたウェハＷに処理ガスを供給するシャワーヘッド４０を有している。シャワーヘッド４０は、チャンバ１０の蓋体２１の下面において、載置台１１に対向して設けられている。シャワーヘッド４０の下面（シャワープレート）には、処理ガスを供給する供給口４１が複数設けられている。なお、シャワーヘッド４０は、載置台１１に載置されたウェハＷの表面全体に均一に処理ガスを供給するため、少なくともウェハＷの径よりも大きい径を有していることが好ましい。

【0031】

また、給気部１２は、Ｆ_２ガスを供給するＦ_２ガス供給源５０と、ＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源５１と、ＨＦガスを供給するＨＦガス供給源５２と、Ａｒガスを供給するＡｒガス供給源５３とを有している。Ｆ_２ガス供給源５０にはＦ_２ガス供給配管５４が接続され、ＮＨ_３ガス供給源５１にはＮＨ_３ガス供給配管５５が接続され、ＨＦガス供給源５２にはＨＦガス供給配管５６が接続され、Ａｒガス供給源５３にはＡｒガス供給配管５７が接続されている。これら供給配管５４〜５７は集合配管５８に接続され、集合配管５８は上述したシャワーヘッド４０に接続されている。そして、Ｆ_２ガス、ＮＨ_３ガス、ＨＦガス、Ａｒガスはそれぞれ、供給配管５４〜５７及び集合配管５８を経てシャワーヘッド４０からチャンバ１０へ供給されるようになっている。

【0032】

Ｆ_２ガス供給配管５４、ＮＨ_３ガス供給配管５５、ＨＦガス供給配管５６及びＡｒガス供給配管５７には、それぞれ当該供給配管５４〜５７の開閉動作、及び処理ガスの流量を調節する流量調節器５９が設けられている。流量調節器５９は、例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。

【0033】

この給気部１２から供給される処理ガスのうち、Ｆ_２ガスはメインのエッチングに用いられるエッチングガスである。また、ＮＨ_３ガスとＨＦガスは自然酸化膜除去やエッチング処理後の膜の終端処理に用いられる。また、Ａｒガスは、希釈ガスやパージガスとして用いられる。Ａｒガスの代わりにＮ_２ガス等の他の不活性ガスを用いてもよく、２種以上の不活性ガスを用いてもよい。

【0034】

なお、本実施形態の給気部１２では、シャワーヘッド４０からウェハＷに処理ガスを供給するようにしたが、処理ガスの供給方法はこれに限定されない。例えばチャンバ１０の蓋体２１の中央部にガス供給ノズル（図示せず）を設け、当該ガス供給ノズルから処理ガスを供給するようにしてもよい。

【0035】

排気部１３は、載置台１１の外側方において、チャンバ１０のチャンバ本体２０の底部に設けられた排気管６０を有している。排気管６０には、チャンバ１０内を真空引きして排気する排気機構６１が接続されている。また、排気管６０には、自動圧力制御弁（ＡＰＣ）６２が設けられている。これら排気機構６１と自動圧力制御弁６２により、チャンバ１０内の圧力が制御される。

【0036】

エッチング装置１には、制御部７０が設けられている。制御部７０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、エッチング装置１におけるエッチング処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されたものであって、その記憶媒体から制御部７０にインストールされたものであってもよい。

【0037】

＜エッチング方法＞
次に、以上のように構成されたエッチング装置１におけるエッチング方法について説明する。上述したように本実施形態のエッチング装置１では、ウェハＷ上に形成されたＳｉＧｅ膜をエッチングする。

【0038】

先ず、ゲートバルブを開放した状態で、チャンバ１０内にウェハＷを搬入し、載置台１１に載置する。載置台１１は温度調節器３２で温調されており、載置台１１に載置されたウェハＷの温度が所定温度に制御される。また、ウェハＷが載置台１１に載置されると、ゲートバルブを閉じてチャンバ１０内を密閉状態にし、当該チャンバ１０内にエッチング処理空間を形成する。

【0039】

その後、チャンバ１０内の圧力を調節しつつ、ＮＨ_３ガス及びＨＦガスをチャンバ１０内へ供給し、ウェハＷに形成された自然酸化膜を除去する。このとき、ＮＨ_３ガス及びＨＦガスの他、希釈ガスとしてＡｒガスを供給してもよい。また、ＮＨ_３ガスを先にチャンバ１０内に供給して圧力を安定させた後にＨＦガスを導入することが好ましい。

【0040】

その後、チャンバ１０内にパージガスとしてＡｒガスを供給しつつ真空排気してチャンバ１０内のパージを行う。

【0041】

その後、チャンバ１０内にエッチングガスとしてＦ_２ガスを供給する。このとき、希釈ガスとしてＡｒガスを加えてもよい。そして、エッチングガスによって、ウェハＷ上のＳｉＧｅ膜がエッチングされる。

【0042】

＜エッチング制御＞
エッチング装置１では、以上のようにウェハＷ上のＳｉＧｅ膜がエッチングされる。次に、このＳｉＧｅ膜のエッチングに際し、エッチング量の面内分布の制御方法について説明する。

【0043】

本発明者は、様々なエッチング条件で検証を行った結果、ＳｉＧｅ膜をエッチングするに際し、Ｆ_２ガスを含むエッチングガスの流速を制御すると、ＳｉＧｅ膜の中心部と外周部のエッチング量を制御できるという知見を得るに至った。ここでいうエッチングガスの流速は、チャンバ１０内のＳｉＧｅ膜に供給されるエッチングガスの流速である。そして、エッチングガスの流速の制御は、チャンバ１０内のＳｉＧｅ膜に供給されるエッチングガスの流量、又はチャンバ１０内の圧力を制御することで行われる。以下、検証結果に基づいて、上記知見について説明する。

【0044】

ＳｉＧｅ膜のエッチングガスには通常、Ｆ_２ガス又はＣｌＦ_３ガスを用いることが多い。そこで、本発明者は、これらＦ_２ガス又はＣｌＦ_３ガスを用いたそれぞれの場合に、エッチングガスの流量を変化させ、エッチング量の面内分布の比較を行った。エッチングガスの流量の制御は、例えば流量調節器５９によって行われる。また、エッチングガスには希釈ガスとしてＡｒガスが含まれており、本検証においてはＡｒガスの流量を変化させて、エッチングガス全体の流量を変化させた。なお、Ｆ_２ガス又はＣｌＦ_３ガスを用いたそれぞれの検証において、チャンバ１０内の圧力は１５０〜２５０ｍＴで一定である。

【0045】

本検証結果を図２及び図３に示す。図２は、ＣｌＦ_３ガスを用いた場合の検証結果であり、図３は、Ｆ_２ガスを用いた場合の検証結果を示している。

【0046】

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＣｌＦ_３ガスの流量を１〜５０ｓｃｃｍで一定とし、Ａｒガスの流量を１５０〜２５０ｓｃｃｍ、４００〜６００ｓｃｃｍ、７００〜１０００ｓｃｃｍに変化させた。かかる場合、エッチングガスの流量をいずれに変化させても、中心部のエッチング量が外周部のエッチング量に比べて大きくなり、エッチング量の面内分布の傾向に変化はなかった。換言すれば、エッチングガスにＣｌＦ_３ガスを用いた場合には、エッチング量の面内分布を制御することができなかった。

【0047】

一方、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｆ_２ガスの流量を５０〜１００ｓｃｃｍで一定とし、Ａｒガスの流量を５０〜１００ｓｃｃｍ、２００〜３００ｓｃｃｍ、３００〜５００ｓｃｃｍに変化させた。かかる場合、図３（ａ）に示すようにエッチングガスの流量が少ない場合、外周部のエッチング量が中心部のエッチング量よりも大きかった。一方、図３（ｃ）に示すようにエッチングガスの流量が多い場合、中心部のエッチング量が外周部のエッチング量よりも大きかった。なお、図３（ｂ）に示すようにエッチングガスの流量が中間の場合、エッチング量を面内でほぼ均一にすることもできた。このように、エッチングガスにＦ_２ガスを用いた場合、エッチングガスの流量を制御することで、エッチング量の面内分布を制御することができた。そして、エッチングの面内均一性を向上させることも可能となる。

【0048】

なお、上記図３に示した検証においては、エッチングガスに希釈ガスであるＡｒガスを混合していたが、図４に示すようにエッチングガスとしてＦ_２ガス単独で用いた場合でも、同様の傾向が得られた。図４に示す検証においては（ａ）〜（ｄ）に示すように、Ｆ_２ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍ、５０〜１００ｓｃｃｍ、１００〜２００ｓｃｃｍ、２００〜３００ｓｃｃｍに変化させた。なお、チャンバ１０内の圧力は５０〜２００ｍＴで一定である。

【0049】

図４（ａ）、（ｂ）に示すようにエッチングガスの流量が少ない場合、外周部のエッチング量が中心部のエッチング量よりも大きかった。一方、図４（ｄ）に示すようにエッチングガスの流量が多い場合、中心部のエッチング量が外周部のエッチング量よりも大きかった。なお、図４（ｃ）に示すようにエッチングガスの流量が中間の場合、エッチング量を面内でほぼ均一にすることもできた。このようにエッチングガスとしてＦ_２ガス単独で用いた場合でも、当該Ｆ_２ガスの流量を制御することで、エッチング量の面内分布を制御することができた。

【0050】

また、上記図３に示した検証においては、エッチングガスの流量を制御してエッチング量の面内分布を制御したが、図５に示すようにチャンバ１０内の圧力を制御してもエッチング量の面内分布を制御することができた。図５に示す検証においては、例えば排気部１３の排気機構６１と自動圧力制御弁６２により、チャンバ１０内の圧力が制御される。そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、チャンバ１０内の圧力を５０〜１００ｍＴ、１５０〜２５０ｍＴ、３００〜５００ｍＴに変化させた。なお、エッチングガスであるＦ_２ガスの流量は５０〜１００ｓｃｃｍで一定であり、Ａｒガスの流量は２００〜４００ｓｃｃｍで一定である。

【0051】

図５（ａ）に示すようにチャンバ１０内の圧力が小さい場合、中心部のエッチング量が外周部のエッチング量よりも大きかった。一方、図５（ｃ）に示すようにチャンバ１０内の圧力が大きい場合、外周部のエッチング量が中心部のエッチング量よりも大きかった。なお、図５（ｂ）に示すようにチャンバ１０内の圧力が中間の場合、エッチング量を面内でほぼ均一にすることもできた。このように、エッチングガスにＦ_２ガスを用いた場合、チャンバ１０内の圧力を制御することで、エッチング量の面内分布を制御することができた。

【0052】

以上のとおり、図２〜図５に示した検証結果によれば、ＳｉＧｅ膜をエッチングするに際し、Ｆ_２ガスを含むエッチングガスの流速（エッチングガスの流量又はチャンバ１０内の圧力）を制御すると、ＳｉＧｅ膜の中心部と外周部のエッチング量を制御できる。

【0053】

＜エッチング制御のメカニズム＞
次に、以上のように、Ｆ_２ガスを含むエッチングガスの流速を制御することで、ＳｉＧｅ膜の中心部と外周部のエッチング量を制御できることのメカニズムについて説明する。図６は、エッチングガスとしてＦ_２ガスを用いた場合のエッチング状態を示す説明図である。

【0054】

図６（ａ）は、エッチングガスの流速が低速の場合であり、エッチングガスの流量が少ない、及び／又は、チャンバ１０内の圧力が大きい場合である。かかる場合、エッチングガスはその流速が遅いため、排気部１３の方に引っ張られる傾向がある。このため、Ｆ_２ガスはＳｉＧｅ膜の外周部（図中の点線箇所）に供給されやすくなるが、中心部には供給されにくくなる。その結果、ＳｉＧｅ膜の外周部のエッチング量が中心部のエッチング量よりも大きくなる。

【0055】

一方、図６（ｃ）は、エッチングガスの流速が高速の場合であり、エッチングガスの流量が多い、及び／又は、チャンバ１０内の圧力が小さい場合である。かかる場合、エッチングガスはその流速が速いため、排気部１３に排気される前に、ＳｉＧｅ膜に供給される傾向がある。このため、Ｆ_２ガスはＳｉＧｅ膜の中心部（図中の点線箇所）に供給されやすくなるが、外周部には供給されにくくなる。その結果、ＳｉＧｅ膜の中心部のエッチング量が外周部のエッチング量よりも大きくなる。

【0056】

なお、図６（ｂ）は、エッチングガスの流速が中速の場合である。かかる場合、エッチングガスはＳｉＧｅ膜に対し、ほぼ面内均一に供給される。その結果、ＳｉＧｅ膜のエッチング量を中心部と外周部でほぼ均一にすることができる。

【0057】

以上のように、エッチングガスの流速の高低によって、ＳｉＧｅ膜の中心部と外周部のエッチング量が変化するのは、当該エッチングガスに含まれるＦ_２の分子量が３８と小さいためである。すなわち、後述するようにＦ_２は、その分子量が小さく、インキュベーション時間も長く、また反応性も適度であるため、エッチングガスの流速に応じて、エッチング量の面内分布が変化する。

【0058】

これに対して、ＣｌＦ_３のように分子量が９２．４５と大きい場合、エッチングガスの流速に関わらず、ＳｉＧｅ膜の中心部に供給されやすくなる。このため、ＣｌＦ_３ガスを含むエッチングガスでは、中心部のエッチング量が外周部のエッチング量に比べて大きくなり、エッチング量の面内分布を制御することができない。

【0059】

また、図７に示すように、ＣｌＦ_３はＦ_２に比べてインキュベーション時間が短い。インキュベーション時間は、エッチングガスが供給されてからエッチングが始まるまでの時間である。図７は、Ｆ_２とＣｌＦ_３のインキュベーション時間の違いを示すグラフであって、横軸は分子量であり、縦軸はインキュベーション時間である。Ｆ_２とＣｌＦ_３を比較すると、分子量の大きいＣｌＦ_３の方が分子量の小さいＦ_２に比べて、インキュベーション時間が短い。しかも、この傾向は分圧に依存せず、高分圧であっても低分圧であっても同じ傾向になる。このため、ＣｌＦ_３ガスを含むエッチングガスでは、エッチングガスの流速を変化させても、ＣｌＦ_３がＳｉＧｅとすぐに反応し、エッチング量の面内分布を制御することが難しい。

【0060】

さらに、図８に示すように、ＣｌＦ_３はＦ_２に比べて反応性が高い。図８は、Ｆ_２とＣｌＦ_３の反応性の違いを示すグラフであって、横軸はエッチング時間であり、縦軸はエッチング量である。Ｆ_２とＣｌＦ_３を比較すると、ＣｌＦ_３の方がＦ_２に比べてグラフの傾きが大きく、すなわち反応が早い。このため、ＣｌＦ_３ガスを含むエッチングガスでは、エッチングガスの流速を変化させても、ＣｌＦ_３がＳｉＧｅと反応しやすく、エッチング量の面内分布を制御することが難しい。

【0061】

以上のとおり、ＣｌＦ_３はＦ_２に比べて分子量が大きく、この分子量の違いに伴いインキュベーション時間も短い。しかも、ＣｌＦ_３はＦ_２に比べて反応性が高い。したがって、ＣｌＦ_３ガスを含むエッチングガスでは、エッチング量の面内分布を制御することができない。

【0062】

換言すれば、Ｆ_２はＣｌＦ_３に比べて分子量が小さく、この分子量の違いに伴いインキュベーション時間も長い。また、反応性も適度である。このため、Ｆ_２ガスを含むエッチングガスを用いた場合、上記図６に示したように、エッチング量の面内分布を制御することができる。

【0063】

さらに、本発明者が検討したところ、エッチングガスが、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素系ガスを含んでいれば、インキュベーション時間が長くなり、また反応性も適度になることも見出した。このため、エッチング量の面内分布に、上記図６に示した傾向と同様の傾向を得ることができる。したがって、ＣｌＦ_３の分子量未満のフッ素系ガスを含むエッチングガスの流速を制御することで、ＳｉＧｅ膜のエッチング量の面内分布を制御することが可能となる。

【0064】

＜エッチング制御の適用例＞
次に、以上のエッチング制御の適用例について説明する。適用例としては、エッチングの条件設定に適用した場合（適用例１）、エッチングの前の工程を行った後のシリコン含有膜の状態に基づくフィードフォワード制御に適用した場合（適用例２）、エッチングの後の工程を行った後のシリコン含有膜の状態に基づくフィードバック制御に適用した場合（適用例３）、エッチング直後のシリコン含有膜の状態に基づくフィードバック制御に適用した場合（適用例４）について説明する。

【0065】

（適用例１）
適用例１のエッチング条件設定について説明する。本適用例１では、先ず、エッチング条件設定用のウェハＷｃに対し、Ｆ_２ガスを含むエッチングガスを供給してＳｉＧｅ膜をエッチングする。このウェハＷｃは、インラインで製造される製品用のウェハＷではなく、エッチングの条件設定をするためだけに用いられるウェハである。その後、エッチングされたＳｉＧｅ膜のエッチング量の面内分布を測定する。このエッチング量の測定には、公知の任意の方法を用いることができる。その後、測定結果に基づいて、エッチング後のＳｉＧｅ膜が面内で所望の寸法になるように、ＳｉＧｅ膜のエッチング量が面内で設定され、これに基づいて、エッチングガスの流速が設定される。例えばＳｉＧｅ膜の中心部のエッチング量を外周部のエッチング量より大きくしたい場合、エッチングガスの流速が速くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。そして、この設定された条件で、製品用のウェハＷに対してエッチングが行われる。

【0066】

（適用例２）
適用例２のフィードフォワード制御について説明する。本適用例２では、インラインで製造されるウェハＷに対し、エッチングの前の工程を行う。その後、エッチング装置１に搬入される直前において、ウェハＷ上に形成されたＳｉＧｅ膜の状態、例えばＳｉＧｅ膜の膜厚を測定する。この膜厚の測定には、公知の任意の方法を用いることができる。その後、測定結果に基づいて、エッチングの流速を補正する。例えば測定結果が、ＳｉＧｅ膜の中心部の膜厚が外周部の膜厚より大きい場合、エッチング工程では、中心部のエッチング量を外周部のエッチング量よりも大きく設定する。かかる場合、エッチングガスの流速が速くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。一方、例えば測定結果が、ＳｉＧｅ膜の外周部の膜厚が中心部の膜厚より小さい場合、エッチング工程では、外周部のエッチング量を中心部のエッチング量よりも大きく設定する。かかる場合、エッチングガスの流速が遅くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。そして、この補正された設定された条件で、当該ウェハＷに対してエッチングが行われる。

【0067】

（適用例３）
適用例３のフィードバック制御について説明する。本適用例３では、インラインで製造されるウェハＷに対し、エッチングの後の工程を行った後、ウェハＷ上に形成されたＳｉＧｅ膜の状態、例えばＳｉＧｅ膜の膜厚を測定する。その後、測定結果に基づいて、エッチングの流速を補正する。例えば測定結果が、ＳｉＧｅ膜の中心部の膜厚が外周部の膜厚より大きい場合、エッチング工程では、中心部のエッチング量を外周部のエッチング量よりも大きく設定する。かかる場合、エッチングガスの流速が速くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。一方、例えば測定結果が、ＳｉＧｅ膜の外周部の膜厚が中心部の膜厚より小さい場合、エッチング工程では、外周部のエッチング量を中心部のエッチング量よりも大きく設定する。かかる場合、エッチングガスの流速が遅くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。そして、この補正された設定された条件で、次のウェハＷに対してエッチングが行われる。

【0068】

（適用例４）
適用例４のフィードバック制御について説明する。本適用例４では、インラインで製造されるウェハＷに対し、エッチング直後において、ウェハＷ上に形成されたＳｉＧｅ膜の状態、例えばＳｉＧｅ膜の膜厚を測定する。その後、測定結果に基づいて、エッチングの流速を補正する。例えばＳｉＧｅ膜の中心部のエッチング量を外周部のエッチング量より大きくしたい場合、エッチングガスの流速が速くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。一方、例えばＳｉＧｅ膜の外周部のエッチング量を中心部のエッチング量より大きくしたい場合、エッチングガスの流速が遅くなるように、エッチングガスの流量とチャンバ１０内の圧力を設定する。そして、この補正された設定された条件で、次のウェハＷに対してエッチングが行われる。

【0069】

＜他の実施形態＞
以上の実施形態では、ＳｉＧｅ膜をエッチングする際のエッチング制御について説明したが、本発明のエッチング制御は、他のシリコン含有膜にも適用できる。

【0070】

例えばシリコン（Ｓｉ）膜をエッチングする場合、エッチングガスには、例えばＦ_２ガスとＮＨ_３ガスの混合ガスが用いられる。なお、Ｆ_２ガスに混合されるガスは、ＮＨ_３ガスに限定されず、塩基性ガスであればよい。

【0071】

そして、上記実施形態と同様に、Ｆ_２ガスとＮＨ_３ガスを含むエッチングガスの流速を制御することで、Ｓｉ膜のエッチング量の面内分布を制御することができる。すなわち、エッチングガスの流速を高速にすることで、Ｓｉ膜の中心部のエッチング量を外周部のエッチング量よりも大きくすることができる。また、エッチングガスの流速を低速にすることで、Ｓｉ膜の外周部のエッチング量を中心部のエッチング量よりも大きくすることができる。なお、このＳｉ膜のエッチング制御のメカニズムは、上記実施形態のＳｉＧｅ膜のエッチング制御のメカニズムと同様であるので詳細な説明を省略する。

【0072】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0073】

１ エッチング装置
１０ チャンバ
１１ 載置台
１２ 給気部
１３ 排気部
２０ チャンバ本体
２１ 蓋体
３０ 上部台
３１ 下部台
３２ 温度調節器
４０ シャワーヘッド
４１ 供給口
５０ Ｆ_２ガス供給源
５１ ＮＨ_３ガス供給源
５２ ＨＦガス供給源
５３ Ａｒガス供給源
５４ Ｆ_２ガス供給配管
５５ ＮＨ_３ガス供給配管
５６ ＨＦガス供給配管
５７ Ａｒガス供給配管
５８ 集合配管
５９ 流量調節器
６０ 排気管
６１ 排気機構
６２ 自動圧力制御弁
７０ 制御部
Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】