特開 2022-59358 エッチング方法、および、エッチング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022059358

(43)【公開日】2022-04-13

(54)【発明の名称】エッチング方法、および、エッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220406BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20220406BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101F

H05H1/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020167050

(22)【出願日】2020-10-01

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】橋本 篤明

(72)【発明者】

【氏名】隣 嘉津彦

【テーマコード（参考）】

2G084

5F004

【Ｆターム（参考）】

2G084AA02

2G084BB14

2G084CC14

2G084CC33

2G084DD44

2G084FF02

2G084FF07

2G084FF08

2G084FF15

2G084FF33

5F004AA01

5F004BA01

5F004BA03

5F004BB26

5F004BB28

5F004CA04

5F004DA00

5F004DA17

5F004DA23

5F004DA25

5F004DB02

5F004EA28

(57)【要約】

【課題】基板の面内におけるエッチングの均一性を向上可能にしたエッチング方法、および、エッチング装置を提供する。
【解決手段】エッチング方法は、対象膜を備えた複数の基板Ｓを基板Ｓ間に隙間Ｇを空けて積み重ねた状態で同時に加熱すること、および、基板Ｓの外周から基板Ｓの中心に向けて隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給して複数の基板Ｓにおける対象膜を同時にエッチングすることを含む。エッチングすることは、基板Ｓの径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度でエッチングすることと、基板Ｓの径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度でエッチングすることとを含む。第２位置は第１位置とは異なる位置であり、第２温度は第１温度とは異なる温度である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象膜を備えた複数の基板を前記基板間に隙間を空けて積み重ねた状態で同時に加熱すること、および、
前記基板の外周から前記基板の中心に向けて前記隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給して前記複数の基板における対象膜を同時にエッチングすること、を含むエッチング方法であって、
前記エッチングすることは、
前記基板の径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度でエッチングすることと、
前記基板の前記径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度でエッチングすることと、を含み、前記第２位置は、前記第１位置とは異なる位置であり、前記第２温度は、前記第１温度とは異なる温度である
エッチング方法。

【請求項2】

前記第１温度でのエッチングと前記第２温度でのエッチングとの間に前記第１温度から前記第２温度に前記基板の温度を変えることを含み、
前記基板の温度を変えることは、前記エッチングガスと前記吸着ガスとの供給を停止して前記隙間のなかに不活性ガスを供給することを含む
請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記エッチングすることは、前記第１温度でのエッチングと前記第２温度でのエッチングとを交互に繰り返すことを含む
請求項１または２に記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記第１位置は、前記基板の前記中心であり、
前記第２位置は、前記基板の前記外周である
請求項１から３のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記第１温度は、前記基板の径方向において前記第２位置のエッチング速度が最も低くなる温度であり、
前記第２温度は、前記基板の径方向において前記第１位置のエッチング速度が最も低くなる温度である
請求項１から４のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項6】

前記エッチングすることは、
前記基板の径方向において第３位置のエッチング速度が最も高くなる第３温度でエッチングすることをさらに含み、前記第３位置は、前記第１位置および第２位置とは異なる位置であり、前記第３温度は、前記第１温度および前記第２温度とは異なる温度である
請求項１から５のいずれか一項に記載のエッチング方法。

【請求項7】

対象膜を備えた複数の基板を前記基板間に隙間を空けて積み重ねた状態で支持する支持部と、
前記複数の基板を同時に加熱する加熱部と、
前記基板の外周から前記基板の中心に向けて前記隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給する供給部と、
前記加熱部の駆動と前記供給部の駆動とを制御する制御部と、を備えたエッチング装置であって、
前記制御部は、
前記加熱部の駆動を制御して、前記基板の径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度に前記基板を加熱した状態で、前記供給部の駆動を制御して、前記エッチングガスと前記吸着ガスとを供給して前記複数の基板における前記対象膜を同時にエッチングし、
前記加熱部の駆動を制御して、前記基板の前記径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度に前記基板を加熱した状態で、前記供給部の駆動を制御して、前記エッチングガスと前記吸着ガスとを供給して前記複数の基板における前記対象膜を同時にエッチングし、
前記第２位置は、前記第１位置とは異なる位置であり、前記第２温度は、前記第１温度とは異なる位置である
エッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エッチング方法、および、エッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン基板の表面に形成された自然酸化膜をエッチングによって除去する酸化膜除去装置が知られている。酸化膜除去装置は、マイクロ波を用いて生成したプラズマ中に含まれるラジカルを用いて自然酸化膜のエッチャントを生成し、生成されたエッチャントによって自然酸化膜をシリコンを含む錯体に変える。錯体の熱分解温度は、自然酸化膜の熱分解温度よりも低い。そして、酸化膜除去装置は、錯体とともにシリコン基板を加熱することによって、錯体をシリコン基板上から気化させる。これにより、酸化膜除去装置は、自然酸化膜をシリコン基板から除去する。酸化膜除去装置は、一度に複数のシリコン基板を処理することが可能である（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－９７３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、エッチャントを用いた熱反応を複数の基板において同時に進めるエッチング方法は、自然酸化膜の除去技術として広く普及している。近年では、新たな適用対象としてポリシリコン膜が検討されはじめている。一方で、複数の基板をまとめて処理するエッチング方法では、エッチングの均一性を基板面内で高めるという要請が適用対象の広がりとともに強まっている。

【0005】

本発明は、基板の面内におけるエッチングの均一性を向上可能にしたエッチング方法、および、エッチング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためのエッチング方法は、対象膜を備えた複数の基板を前記基板間に隙間を空けて積み重ねた状態で同時に加熱すること、および、前記基板の外周から前記基板の中心に向けて前記隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給して前記複数の基板における対象膜を同時にエッチングすることを含む。前記エッチングすることは、前記基板の径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度でエッチングすることと、前記基板の前記径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度でエッチングすることと、を含む。前記第２位置は、前記第１位置とは異なる位置であり、前記第２温度は、前記第１温度とは異なる温度である。

【0007】

上記課題を解決するためのエッチング装置は、対象膜を備えた複数の基板を前記基板間に隙間を空けて積み重ねた状態で支持する支持部と、前記複数の基板を同時に加熱する加熱部と、前記基板の外周から前記基板の中心に向けて前記隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給する供給部と、前記加熱部の駆動と前記供給部の駆動とを制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記加熱部の駆動を制御して、前記基板の径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度に前記基板を加熱した状態で、前記供給部の駆動を制御して、前記エッチングガスと前記吸着ガスとを供給して前記複数の基板における前記対象膜を同時にエッチングし、前記加熱部の駆動を制御して、前記基板の前記径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度に前記基板を加熱した状態で、前記供給部の駆動を制御して、前記エッチングガスと前記吸着ガスとを供給して前記複数の基板における前記対象膜を同時にエッチングする。前記第２位置は、前記第１位置とは異なる位置であり、前記第２温度は、前記第１温度とは異なる位置である。

【0008】

上記エッチング方法およびエッチング装置によれば、基板外周から基板中心に向けて吸着ガスが供給される場合、吸着ガスが吸着しやすい低温では、吸着ガスの到達する確率が高い基板外周で吸着ガスが吸着しやすく、反対に、吸着ガスが吸着しにくい高温では、吸着ガスが基板中心まで到達しやすく、これにより、基板中心で吸着ガスが吸着しやすくなる。基板外周から基板中心に向けて供給されたエッチングガスは、吸着ガスの吸着していない表面で熱反応を進行させる。結果として、基板の温度が低温と高温とに変わることによって、エッチングの進みやすい部分の位置が基板の径方向で変わることになる。そして、上記エッチング方法によれば、第１温度のエッチングが基板面内の第１位置で最も進み、また第２温度のエッチングが第１位置とは異なる第２位置で最も進むことになる。そのため、基板の径方向においてエッチングの進む度合いが偏ることを抑え、ひいては、基板面内におけるエッチングの均一性を高めることが可能となる。

【0009】

上記エッチング方法において、前記第１温度でのエッチングと前記第２温度でのエッチングとの間に前記第１温度から前記第２温度に前記基板の温度を変えることを含み、前記基板の温度を変えることは、前記エッチングガスと前記吸着ガスとの供給を停止して前記隙間のなかに不活性ガスを供給することを含んでもよい。

【0010】

上記エッチング方法によれば、第１温度から第２温度に基板の温度を変える際に、基板間の隙間に対して不活性ガスを供給するから、不活性ガスが供給されない場合に比べて、基板の温度が第１温度から第２温度に変わりやすくなり、かつ、基板間での温度のばらつきが抑えられる。

【0011】

上記エッチング方法において、前記エッチングすることは、前記第１温度でのエッチングと前記第２温度でのエッチングとを交互に繰り返すことを含んでもよい。このエッチング方法によれば、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとを繰り返すことによって、基板の面内におけるエッチングの均一性を高めつつ、繰り返しの回数によって、対象膜の厚さを調整することが可能である。

【0012】

上記エッチング方法において、前記第１位置は、前記基板の前記中心であり、前記第２位置は、前記基板の前記外周であってもよい。このエッチング方法によれば、基板の中心においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングと、基板の外周においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングとが行われるから、基板の面内におけるエッチングの均一性を寄り高めることができる。

【0013】

上記エッチング方法において、前記第１温度は、前記基板の径方向において前記第２位置のエッチング速度が最も低くなる温度であり、前記第２温度は、前記基板の径方向において前記第１位置のエッチング速度が最も低くなる温度であってよい。

【0014】

上記エッチング方法によれば、第１温度でのエッチング、および、第２温度でのエッチングでは、エッチング速度が最も高い位置と、エッチング速度が最も低い位置とが互いに入れ替わるから、一方の温度においてエッチング速度が最も高い位置と、他方の温度においてエッチング速度が最も低い位置が異なる場合に比べて、基板の面内におけるエッチングの均一性が高まる。

【0015】

上記エッチング方法において、前記エッチングすることは、前記基板の径方向において第３位置のエッチング速度が最も高くなる第３温度でエッチングすることをさらに含み、前記第３位置は、前記第１位置および第２位置とは異なる位置であり、前記第３温度は、前記第１温度および前記第２温度とは異なる温度であってよい。

【0016】

上記エッチング方法によれば、径方向の３箇所の各々においてエッチング速度が最も高くなる状態でエッチングを行うから、基板の面内におけるエッチングの均一性をさらに高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】一実施形態におけるエッチング装置の構成を示す装置構成図。

【図2】図１が示すエッチング装置が備える処理チャンバーの構成を示す装置構成図。

【図3】一実施形態におけるエッチング方法を説明するためのタイミングチャート。

【図4】試験例におけるエッチングの温度とエッチング量の面内分布との関係を示すグラフ。

【図5】試験例１におけるエッチング量の面内分布を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１から図５を参照して、エッチング方法およびエッチング装置の一実施形態を説明する。以下では、エッチング装置、エッチング方法、および、試験例を順に説明する。

【0019】

［エッチング装置］
図１および図２を参照して、エッチング装置を説明する。
図１が示すエッチング装置１０は、複数の基板を同時にエッチングすることが可能である。エッチング装置１０は、処理チャンバー１１と搬出入チャンバー１２とを備えている。処理チャンバー１１は、エッチング対象である対象膜を備えた基板に対するエッチングを行う。搬出入チャンバー１２は、処理前の基板を搬出入チャンバー１２の外部から搬入し、かつ、処理後の基板を搬出入チャンバー１２の外部に搬出する。

【0020】

処理チャンバー１１と搬出入チャンバー１２との間には、ゲートバルブ１３が位置している。ゲートバルブ１３は開放された状態と閉鎖された状態とを有する。ゲートバルブ１３が開放されることによって、処理チャンバー１１が区画する空間が、搬出入チャンバー１２が区画する空間に繋がる。これに対して、ゲートバルブ１３が閉鎖されることによって、処理チャンバー１１が区画する空間が、搬出入チャンバー１２が区画する空間から隔てられる。

【0021】

処理チャンバー１１は、第１加熱部１１Ａ、排気部１１Ｂ、および、第２加熱部１１Ｃを備えている。第１加熱部１１Ａは、処理チャンバー１１内に位置する複数の基板を同時に加熱する。第１加熱部１１Ａは、例えば、処理チャンバー１１が区画する空間の温度を所定のチャンバー温度に調整することによって、空間内に位置する基板の温度を所定の基板温度に調整する。チャンバー温度と基板温度とは互いに同じ温度でもよいし、互いに異なる温度でもよい。排気部１１Ｂは、処理チャンバー１１内を所定の圧力に減圧する。第２加熱部１１Ｃは、第１加熱部１１Ａと同様に、処理チャンバー１１内に位置する複数の基板を同時に加熱する。第２加熱部１１Ｃは、例えば、第１加熱部１１Ａに比べて局所的な加熱が可能である。また例えば、第２加熱部１１Ｃは、第１加熱部１１Ａに比べて、基板をより高い温度まで加熱することが可能である。

【0022】

処理チャンバー１１は、供給部を備えている。供給部は、基板の外周から基板の中心に向けて基板間の隙間のなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給する。本実施形態において、供給部は、例えば以下の機能部を備えている。すなわち、供給部は、エッチングガス供給部２１、および、吸着ガス供給部２２を備えている。

【0023】

エッチングガス供給部２１は、放電用ガス供給部２１Ａと非放電用ガス供給部２１Ｂとを備えている。放電用ガス供給部２１Ａは、基板が備える対象膜のエッチングに用いられるガスであって、かつ、後述する励起部での放電に用いられるガスである。放電用ガスは、例えば、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、および、窒素（Ｎ_２）ガスの混合ガスである。非放電用ガス供給部２１Ｂは、励起部での放電に用いられないガスである。すなわち、非放電用ガス供給部２１Ｂが供給するガスは、励起されない状態で処理チャンバー１１内に供給される。非放電用ガスは、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスである。なお、非放電用ガスは、少なくともフッ素（Ｆ）を含むガスであってよい。各供給部２１Ａ，２１Ｂは、例えばマスフローコントローラーであり、各供給部２１Ａ，２１Ｂが供給するガスを貯蔵するボンベに接続されている。本実施形態では、放電用ガスと非放電用ガスとがエッチングガスに含まれる。

【0024】

吸着ガス供給部２２は、基板が有する対象膜に吸着することが可能なガスを処理チャンバー１１内に供給する。吸着ガスは、対象膜をエッチングする機能を有しない。吸着ガスは、エッチングガスを失活させる機能をさらに有してもよい。吸着ガスは、例えばＮＨ_３ガスである。吸着ガス供給部２２は、例えばマスフローコントローラーであり、吸着ガス供給部２２が供給するガスを貯蔵するボンベに接続されている。

【0025】

供給部は、不活性ガス供給部２３を備えている。不活性ガス供給部２３は、基板を加熱するための不活性ガスを処理チャンバー１１内に供給する。不活性ガスは、例えば、Ｎ_２ガス、または、アルゴン（Ａｒ）ガスなどであってよい。本実施形態において、不活性ガス供給部２３と第１加熱部１１Ａとが、複数の基板を加熱する加熱部に含まれる。

【0026】

放電用ガス供給部２１Ａは、配管によって処理チャンバー１１に接続されることによって、放電用ガスの励起によって生じた励起種を含むガスを基板の外周に供給する。非放電用ガス供給部２１Ｂ、吸着ガス供給部２２、および、不活性ガス供給部２３は、共通する１つの配管であって、かつ、放電用ガス供給部２１Ａを処理チャンバー１１に接続する配管とは異なる配管によって、処理チャンバー１１に接続されてよい。あるいは、各供給部２１Ｂ，２２，２３は、個別の配管によって処理チャンバー１１に接続されてもよい。

【0027】

エッチング装置１０は、励起部２４を備えている。励起部２４は、上述した放電用ガスが処理チャンバー１１内に供給される前に、放電用ガスを励起する。励起部２４は、放電管２４Ａ、導波管２４Ｂ、および、マイクロ波源２４Ｃを備えている。放電管２４Ａには、導波管２４Ｂを介してマイクロ波源２４Ｃが発振したマイクロ波が照射される。放電用ガスが放電管２４Ａに供給された状態で、放電管２４Ａにマイクロ波が照射されることによって、放電用ガスが励起される。すなわち、放電用ガスからプラズマが生成される。放電用ガスが上述したＮＨ_３およびＮ_２ガスの混合ガスである場合には、放電用ガスの励起によって、Ｈ^＊、ＮＨ^＊、ＮＨ_２ ^＊、および、Ｎ_２ ^＊が生成される。

【0028】

搬出入チャンバー１２には、冷却用ガス供給部１２Ａが接続されている。冷却用ガス供給部１２Ａは、処理後の基板を冷却するための冷却用ガスを搬出入チャンバー１２内に供給する。冷却用ガスは、例えばＮ_２ガスであってよい。冷却用ガス供給部１２Ａは、例えばマスフローコントローラーであり、冷却用ガスを貯蔵するボンベに接続されている。

【0029】

エッチング装置１０は、制御部１０Ｃをさらに備えている。制御部１０Ｃは、第１加熱部１１Ａの駆動と、供給部の駆動とを制御する。なお、制御部１０Ｃは、第１加熱部１１Ａおよび供給部に限らず、上述した他の機能部の駆動を制御することによって、エッチング装置１０による対象膜のエッチングを可能にする。

【0030】

制御部１０Ｃは、加熱部の駆動を制御して、基板の径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度に基板を加熱した状態で、供給部の駆動を制御して、エッチングガスと吸着ガスとを供給して複数の基板における対象膜を同時にエッチングする。第１温度での対象膜のエッチングが、第１エッチング工程である。また、制御部１０Ｃは、加熱部の駆動を制御して、基板の径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度に基板を加熱した状態で、供給部の駆動を制御して、エッチングガスと吸着ガスとを供給して複数の基板における対象膜を同時にエッチングする。第２温度での対象膜のエッチングが、第２エッチング工程である。

【0031】

制御部１０Ｃは、記憶部１０ＣＭを備えている。記憶部１０ＣＭは、基板内における特定の位置と、当該位置におけるエッチング速度との関係を、基板の温度ごとに示すデータを記憶している。データでは、各基板の温度に対して、最もエッチング速度が高い基板内の位置と、最もエッチング速度が低い基板内の位置とが関連付けられている。例えば、基板は円形状を有し、基板内の位置は基板の径方向における位置である。

【0032】

図２は、処理チャンバー１１の構造を示している。なお、図２では、処理チャンバー１１が備える第１加熱部１１Ａ、排気部１１Ｂ、および、第２加熱部１１Ｃ以外の機能部を説明する便宜上、これらの図示が省略されている。

【0033】

図２が示すように、エッチング装置１０は、基板Ｓを支持する支持部１０Ａを備えている。支持部１０Ａは、複数の基板Ｓを基板Ｓ間に隙間Ｇを空けて積み重ねた状態で支持する。なお、図２では、支持部１０Ａが処理チャンバー１１内に位置しているが、エッチング装置１０は、搬出入チャンバー１２と処理チャンバー１１との間において支持部１０Ａを移動させることが可能な機構を備えている。これにより、エッチング装置１０は、ゲートバルブ１３が開放されている状態において、支持部１０Ａを搬出入チャンバー１２から処理チャンバー１１に、もしくは、処理チャンバー１１から搬出入チャンバー１２に移動させる。

【0034】

上述したように、基板Ｓは例えば円形状を有している。例えば、基板Ｓはシリコン基板であり、基板Ｓが備える対象膜はポリシリコン膜である。複数の基板Ｓは、複数の基板Ｓが積み重なる方向において隙間Ｇを空けた状態で支持部１０Ａによって支持されている。隙間Ｇは、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

【0035】

処理チャンバー１１の外周面には、シャワーヘッド１１Ｄが取り付けられている。シャワーヘッド１１Ｄは、処理チャンバー１１の外周面に取り付けられた面に複数の開口を有している。処理チャンバー１１の外周面は、シャワーヘッド１１Ｄの開口と対向する位置開口を有している。シャワーヘッド１１Ｄには、放電用ガス供給部２１Ａが放電管２４Ａを介して接続されている。なお、図２が示す例では、供給部が２つの放電用ガス供給部２１Ａを備え、かつ、各放電用ガス供給部２１Ａが異なる放電管２４Ａによってシャワーヘッド１１Ｄに対して別々に接続されている。処理チャンバー１１には、シャワーヘッド１１Ｄを介してＨ^＊、ＮＨ^＊、ＮＨ_２ ^＊、および、Ｎ_２ ^＊が供給される。

【0036】

上述したように、供給部２１Ｂ，２２，２３は、放電用ガス供給部２１Ａが接続された配管とは異なる配管によって、処理チャンバー１１に接続されている。当該配管は、支持部１０Ａが処理チャンバー１１内に配置されている状態において、基板Ｓが積み重なる方向から見て、支持部１０Ａが位置する領域の外部に接続される。

【0037】

処理チャンバー１１は、回転部１１Ｅを備えている。回転部１１Ｅは、支持部１０Ａが処理チャンバー１１内に位置している場合に、支持部１０Ａに接続することが可能である。回転部１１Ｅは、支持部１０Ａに接続した状態において、支持部１０Ａの中心軸を回転軸として支持部１０Ａを回転させる。回転部１１Ｅは、対象膜に対するエッチングの開始から終了までにわたって、支持部１０Ａを回転させる。そのため、基板Ｓでは、基板Ｓの径方向における所定の位置でのエッチング速度は、基板Ｓの周方向においてほぼ一定である。

【0038】

処理チャンバー１１は、温度測定部１１Ｆを備えている。温度測定部１１Ｆは、処理チャンバー１１内の温度を測定する。温度測定部１１Ｆは、制御部１０Ｃに接続されている。温度測定部１１Ｆによる温度の測定結果は、制御部１０Ｃに入力される。

【0039】

制御部１０Ｃは、例えば、温度測定部１１Ｆによる第１エッチング工程の測定結果に基づいて第２エッチング工程における基板の温度を定める。例えば、制御部１０Ｃは、記憶部１０ＣＭに記憶されたデータを用いて、第１エッチング工程での測定結果においてエッチング速度が最も低い基板内の位置を特定し、特定された基板内の位置におけるエッチング速度が最も高くなる温度を第２エッチング工程における基板の温度として特定する。特定された基板内の位置におけるエッチングの速度が最も高くなる温度が複数存在する場合には、制御部１０Ｃは、記憶部１０ＣＭに記憶されたデータを用いて、第１エッチング工程の測定結果においてエッチング速度が最も低い基板内の位置を特定する。そして、制御部１０Ｃは、特定された基板内の位置におけるエッチング速度が最も高くなる温度を第２エッチング工程における基板の温度に特定する。

【0040】

［エッチング方法］
図３を参照してエッチング方法を説明する。
エッチング方法は、対象膜を備えた複数の基板Ｓを基板Ｓ間に隙間Ｇを空けて積み重ねた状態で同時に加熱すること、および、基板Ｓの外周から基板Ｓの中心に向けて隙間Ｇのなかにエッチングガスと吸着ガスとを供給して複数の基板Ｓにおける対象膜を同時にエッチングすることを含む。エッチングすることは、基板Ｓの径方向における第１位置のエッチング速度が最も高くなる第１温度でエッチングすることと、基板Ｓの径方向における第２位置のエッチング速度が最も高くなる第２温度でエッチングすることとを含む。以下、図３を参照して、エッチング方法を詳しく説明する。

【0041】

エッチング装置１０において複数の基板Ｓがエッチングされる際には、まず、複数の基板Ｓが、１つの基板Ｓと当該基板Ｓと隣り合う基板Ｓとの間に隙間Ｇが形成されるように、支持部１０Ａに配置される。支持部１０Ａに対する基板Ｓの配置は、搬出入チャンバー１２内に位置する支持部１０Ａに対して行われてもよいし、搬出入チャンバー１２外に位置する支持部１０Ａに対して行われてもよい。支持部１０Ａが処理チャンバー１１に搬入される前に、第１加熱部１１Ａは、処理チャンバー１１の加熱を開始する。

【0042】

次いで、複数の基板Ｓを支持した支持部１０Ａが、搬出入チャンバー１２から処理チャンバー１１に搬入される。この際、処理チャンバー１１内の温度は、基板Ｓの温度よりも高い。支持部１０Ａが処理チャンバー１１内における所定の位置に設置され、かつ、支持部１０Ａが回転部１１Ｅに接続された後、排気部１１Ｂが、処理チャンバー１１内を排気する。この際に、ゲートバルブ１３は閉じている。そして、回転部１１Ｅが、支持部１０Ａを回転させる。

【0043】

図３が示すように、不活性ガス供給部２３がＮ_２ガスを処理チャンバー１１内への供給を開始することによって、各基板Ｓに対するＮ_２ガスの吹き付けが開始される（タイミングｔ０）。不活性ガス供給部２３は、所定の時間が経過する時点（タイミングｔ１）までＮ_２ガスの供給を継続する。なお、不活性ガス供給部２３がＮ_２ガスを供給する期間は、例えば、基板Ｓの目標温度である第１温度に応じて予め実験などによって定められる。タイミングｔ０からタイミングｔ１までの期間が、第１加熱工程である。

【0044】

不活性ガス供給部２３は、所定の時間が経過した時点においてＮ_２ガスの供給を停止する。同時に、エッチングガス供給部２１がエッチングガスの供給を開始し、かつ、吸着ガス供給部２２が吸着ガスの供給を開始する（タイミングｔ１）。エッチングガス供給部２１のうち、放電用ガス供給部２１Ａは、ＮＨ_３ガスとＮ_２ガスとの混合ガスを供給する。非放電用ガス供給部２１Ｂは、ＮＦ_３ガスを供給する。吸着ガス供給部２２は、ＮＨ_３ガスを供給する。この際に、各ガスは、基板Ｓの外周から基板Ｓの中心に向けて流れる。

【0045】

各供給部２１，２２がガスの供給を開始した時点から所定の時間が経過した時点において、マイクロ波源２４Ｃが、導波管２４Ｂを通じた放電管２４Ａに対するマイクロ波の照射を開始する（タイミングｔ２）。放電管２４Ａに供給された放電用ガス供給部２１Ａからプラズマの生成が開始され、処理チャンバー１１に対するＨ^＊、ＮＨ^＊、ＮＨ_２ ^＊、および、Ｎ_２ ^＊の供給が開始される。これにより、第１温度でのポリシリコン膜のエッチングが開始される。なお、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間の長さは、例えば、Ｎ_２ガスが処理チャンバー１１内から排気されるまでに要する時間、または、各供給部２１，２２から供給されるガスの流量が安定するまでに要する時間などによって定められる。

【0046】

第１エッチング工程において設定される第１温度は、第２温度よりも低い温度である。また、第１温度は、処理チャンバー１１の温度よりも低い温度である。基板Ｓの温度が比較的低い場合には、基板Ｓに付着したＮＨ_３分子に対して基板Ｓから熱エネルギーが与えられにくいため、基板Ｓに対してＮＨ_３分子が吸着しやすい。特に、ＮＨ_３ガスの供給元からの距離が小さい基板Ｓの外周において、ＮＨ_３分子の吸着量が増大する。これによって、基板Ｓの外周におけるエッチング速度は、基板Ｓの中心におけるエッチング速度よりも大幅に低い。

【0047】

マイクロ波の供給が開始された時点から所定の時間が経過した時点において、マイクロ波源２４Ｃがマイクロ波の照射を停止し、かつ、各供給部２１，２２がガスの供給を停止する（タイミングｔ３）。なお、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間の長さは、例えば、第１エッチング工程における対象膜のエッチング量に応じて定められる。

【0048】

マイクロ波の供給が停止した時点から所定の時間が経過した時点において、不活性ガス供給部２３が、Ｎ_２ガスの供給を開始する（タイミングｔ４）。これにより、Ｎ_２ガスが各基板Ｓに吹き付けられることによって、基板Ｓの温度が上昇する。不活性ガス供給部２３は、所定の時間が経過する時点（タイミングｔ５）までのＮ_２ガスの供給を継続する。なお、不活性ガス供給部２３がＮ_２ガスを供給する期間は、例えば、基板Ｓの目標温度である第２温度に応じて予め実験などによって定められる。第２温度は、処理チャンバー１１の温度よりも低い温度である。タイミングｔ４からタイミングｔ５までの期間が、第２加熱工程である。

【0049】

このように、本開示のエッチング方法は、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとの間に第１温度から前記第２温度に前記基板の温度を変えることを含む。基板Ｓの温度を変えることは、エッチングガスと吸着ガスとの供給を停止して隙間Ｇのなかに不活性ガスを供給することを含む。

【0050】

これにより、第１温度から第２温度に基板の温度を変える際に、基板Ｓ間の隙間Ｇに対して不活性ガスを供給するから、不活性ガスが供給されない場合に比べて、基板Ｓの温度が第１温度から第２温度に変わりやすくなり、かつ、基板Ｓ間での温度のばらつきが抑えられる。

【0051】

なお、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの期間の長さは、例えば、タイミングｔ３まで処理チャンバー１１に供給されていたエッチングガスおよび吸着ガスが処理チャンバー１１から排気されるまでに要する時間に設定される。

【0052】

不活性ガス供給部２３は、所定の時間が経過した時点においてＮ_２ガスの供給を停止する。同時に、エッチングガス供給部２１がエッチングガスの供給を開始し、かつ、吸着ガス供給部２２が吸着ガスの供給を開始する（タイミングｔ５）。各供給部２１，２２は、タイミングｔ１からタイミングｔ３の間に供給したガスと同一のガスを供給する。

【0053】

各供給部２１，２２がガスの供給を開始した時点から所定の時間が経過した時点において、マイクロ波源２４Ｃが、導波管２４Ｂを通じた放電管２４Ａに対するマイクロ波の照射を開始する（タイミングｔ６）。そのため、タイミングｔ２と同様に、処理チャンバー１１に対するＨ^＊、ＮＨ^＊、ＮＨ_２ ^＊、および、Ｎ_２ ^＊の供給が開始される。これにより、第２温度でのポリシリコン膜のエッチングが開始される。なお、タイミングｔ５からタイミングｔ６までの期間の長さは、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間の長さと同様の方法によって定められてよい。

【0054】

マイクロ波の供給が開始された時点から所定の時間が経過した時点において、マイクロ波源２４Ｃがマイクロ波の照射を停止し、かつ、各供給部２１，２２がガスの供給を停止する（タイミングｔ７）。なお、タイミングｔ６からタイミングｔ７までの期間の長さは、例えば、第２エッチング工程における対象膜のエッチング量に応じて定められる。その後、タイミングｔ８において、第２加熱部１１Ｃが基板Ｓの加熱を開始し、所定の期間にわたって基板Ｓの加熱が行われる。これにより、基板Ｓに付着した副生成物が除去される。

【0055】

第２エッチング工程において設定される第２温度は、第１温度よりも高い温度である。基板Ｓの温度が比較的高い場合には、基板Ｓに付着したＮＨ_３分子に対して基板Ｓから熱エネルギーが与えられやすいから、基板Ｓに対してＮＨ_３分子が吸着しにくい。基板Ｓの外周においてＮＨ_３分子の吸着量が減少して、基板Ｓの外周から供給されるエッチングガスが基板Ｓの外周において反応することによって、基板Ｓの中心におけるエッチング速度よりも大幅に高くなる。これによって、エッチングガスの供給元からの距離が小さい基板Ｓの外周でのエッチング速度が、基板Ｓの中心におけるエッチング速度よりも大幅に高くなる。

【0056】

このように、本開示のエッチング方法によれば、基板Ｓの外周から基板Ｓの中心に向けて吸着ガスが供給される場合、吸着ガスが吸着しやすい低温では、吸着ガスの到達する確率が高い基板Ｓの外周において吸着ガスが吸着しやすい。反対に、吸着ガスが吸着しにくい高温では、吸着ガスが基板Ｓの中心まで到達しやすく、これにより、基板Ｓの中心において吸着ガスが吸着しやすくなる。基板Ｓの外周から基板Ｓの中心に向けて供給されたエッチングガスは、対象膜の表面のうち、吸着ガスの吸着していない部分において熱反応を進行させる。結果として、基板Ｓの温度が低温と高温とに設定されることによって、エッチングの進みやすい部分の位置が基板Ｓの径方向において変わる。そして、第１温度でのエッチングが基板Ｓの面内における第１位置で最も進み、また、第２温度でのエッチングが第１位置とは異なる第２位置で最も進むことになる。そのため、基板Ｓの径方向においてエッチングの進む度合いが偏ることを抑え、ひいては、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性を高めることが可能である。

【0057】

第１エッチング工程でのエッチング、および、第２エッチング工程でのエッチングは、反応律速領域、すなわち、基板Ｓの温度を上げることによってエッチングレートが高まる領域において行われることが好ましい。上述したように、エッチング装置１０は、複数の基板Ｓを同時に処理することが可能なバッチ方式の装置であるから、枚葉式の装置に比べて、装置の大型化が余儀なくされる。こうした装置における温度の昇降は、処理の効率を向上させることに対して大きな妨げとなる。そのため、各工程でのエッチングは、反応律速領域で行われることが好ましい。

【0058】

なお、上述した第１位置は、基板Ｓの中心であってよく、第２位置は、基板Ｓの外周であってよい。これにより、基板Ｓの中心においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングと、基板Ｓの外周においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングとが行われるから、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性を寄り高めることができる。

【0059】

また、上述した第１温度は、基板Ｓの径方向において第２位置のエッチング速度が最も低くなる温度であり、第２温度は、基板Ｓの径方向において第１位置のエッチング速度が最も低くなる温度であってよい。これにより、第１温度でのエッチング、および、第２温度でのエッチングでは、エッチング速度が最も高い位置と、エッチング速度が最も低い位置とが互いに入れ替わる。そのため、一方の温度においてエッチング速度が最も高い位置と、他方の温度においてエッチング速度が最も低い位置が異なる場合に比べて、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性が高まる。

【0060】

本実施形態では、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとをそれぞれ１回ずつしか行わないエッチング方法を例示している。しかしながら、エッチング方法において、エッチングすることは、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとを交互に繰り返すことを含んでもよい。この場合には、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとを繰り返すことによって、基板の面内におけるエッチングの均一性を高めつつ、繰り返しの回数によって、対象膜の厚さを調整することが可能である。

【0061】

また、本実施形態では、第１位置においてエッチング速度が最も高くなるエッチングと、第２位置においてエッチング速度が最も高くなるエッチングとのみを含むエッチング方法を例示している。しかしながら、エッチング方法において、エッチングすることは、基板Ｓの径方向において第３位置のエッチング速度が最も高くなる第３温度でエッチングすることをさらに含んでもよい。第３位置は、第１位置および第２位置とは異なる位置であり、第３温度は、第１温度および第２温度とは異なる温度である。この場合には、径方向の３箇所の各々においてエッチング速度が最も高くなる状態でエッチングを行うから、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性をさらに高めることが可能である。

【0062】

［試験例］
図４を参照して試験例を説明する。
［基板温度とエッチング速度との関係］
ポリシリコン膜を有したシリコン基板の温度を、４８℃、５３℃、５７℃、６３℃、および、７０℃に設定して、以下の条件でポリシリコン膜をエッチングした。なお、上述した実施形態と同様に、２つの放電管を有し、かつ、２つの放電管がシャワーヘッドにおける別々の位置に接続されたエッチング装置を用いた。また、各放電管に供給される放電ガスの流量を同一に設定した。

【0063】

［エッチング条件］
・放電用ガス Ｎ_２ガスおよびＮＨ_３ガス
・Ｎ_２ガスの流量 ３０００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・非放電用ガス ＮＦ_３ガスおよびＮＨ_３ガス
・ＮＦ_３ガスの流量 ２３００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・マイクロ波源の電力 ２８００Ｗ
・処理チャンバー内の圧力 ２００Ｐａ
・エッチング時間 ３００秒

【0064】

処理後の基板において、基板の径方向における複数の位置において対象膜の厚さを測定した。これにより、基板の各位置におけるエッチング量を算出した。エッチング量の算出結果は、図４が示す通りであった。

【0065】

図４が示すように、基板の温度が４８℃である場合には、基板の中心においてエッチング速度が最も高く、かつ、基板の中心からの距離が大きくなるほどエッチング量が小さくなることが認められた。基板の温度が５３℃である場合には、基板の中心におけるエッチング速度が最も小さく、かつ、基板の中心から１００ｍｍ離れた位置においてエッチング速度が最も高いことが認められた。基板の温度が５７℃である場合には、基板お中心においてエッチング速度が最も低く、かつ、基板の中心から１００ｍｍ離れた位置においてエッチング速度が最も小さいことが認められた。

【0066】

これに対して、基板の温度が６３℃または７０℃である場合には、基板の中心においてエッチング速度が最も低く、かつ、基板の中心から５０ｍｍ以上離れた領域では、基板の中心からの距離が大きくなるほど、エッチング速度が高くなることが認められた。また、基板の温度が５３℃から７０℃まで上昇するほど、基板の径方向において、エッチング速度が最も高い位置が、基板の外周に向けて移行することが認められた。言い換えれば、基板の温度が上昇するほど、基板の径方向において、基板の中心を含む領域であって、エッチング速度が最も低い領域が拡張される傾向を有することが認められた。

【0067】

このように、図４が示すグラフによれば、基板の温度が低いほど、基板の外周において対象膜のエッチングを阻害するＮＨ_３分子の吸着が進むから、基板の外周におけるエッチング速度が低いと言える。これに対して、基板の温度が高いほど、基板の中心を含む領域において対象膜のエッチングを阻害するＮＨ_３分子の吸着が進むから、基板の外周におけるエッチング速度が高いと言える。

【0068】

［試験例１］
以下の条件によって、シリコン基板が備えるポリシリコン膜のエッチングを行った。なお、上述した実施形態と同様に、２つの放電管を有し、かつ、２つの放電管がシャワーヘッドにおける別々の位置に接続されたエッチング装置を用いた。また、各放電管に供給される放電ガスの流量を同一に設定した。

【0069】

［第１加熱工程］
・不活性ガス Ｎ_２ガス
・Ｎ_２ガスの流量 ３０００ｓｃｃｍ
・処理チャンバー内の圧力 ２００Ｐａ
・処理時間 ８０秒
・目標温度（第１温度） ４８℃

【0070】

［第１エッチング工程］
・放電用ガス Ｎ_２ガスおよびＮＨ_３ガス
・Ｎ_２ガスの流量 ６０００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・非放電用ガス ＮＦ_３ガスおよびＮＨ_３ガス
・ＮＦ_３ガスの流量 ２３００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・マイクロ波源の電力 １８００Ｗ
・処理チャンバー内の圧力 ２００Ｐａ
・エッチング時間 １６８秒
・第１温度 ４８℃

【0071】

［第２加熱工程］
・不活性ガス Ｎ_２ガス
・Ｎ_２ガスの流量 ３０００ｓｃｃｍ
・処理チャンバー内の圧力 ２００Ｐａ
・処理時間 ７００秒
・目標温度（第２温度） ７０℃

【0072】

［第２エッチング工程］
・放電用ガス Ｎ_２ガスおよびＮＨ_３ガス
・Ｎ_２ガスの流量 ３０００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・非放電用ガス ＮＦ_３ガスおよびＮＨ_３ガス
・ＮＦ_３ガスの流量 ２３００ｓｃｃｍ
・ＮＨ_３ガスの流量 ５０ｓｃｃｍ
・マイクロ波源の電力 １４００Ｗ
・処理チャンバー内の圧力 １４０Ｐａ
・エッチング時間 １８０秒
・第２温度 ７０℃

【0073】

上記条件によってエッチングしたポリシリコン膜のエッチング量を基板の各位置において測定した。測定結果は、図５に示す通りであった。なお、基板の中心を通る１つの直線であるＸ軸に沿うエッチング量と、基板の中心を通り、かつ、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿うエッチング量とを測定した。

【0074】

図５が示すように、第１温度および第２温度の各々のみによって同程度のエッチングを行う場合に比べて、Ｘ軸およびＹ軸の両方において、ポリシリコン膜のエッチング量における面内での均一性が高まることが認められた。

【0075】

以上説明したように、エッチング方法、および、エッチング装置の一実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）基板Ｓの径方向においてエッチングの進む度合いが偏ることを抑え、ひいては、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性を高めることが可能である。

【0076】

（２）第１温度から第２温度に基板の温度を変える際に、基板Ｓ間の隙間Ｇに対して不活性ガスを供給するから、不活性ガスが供給されない場合に比べて、基板Ｓの温度が第１温度から第２温度に変わりやすくなり、かつ、基板Ｓ間での温度のばらつきが抑えられる。

【0077】

（３）第１位置が基板Ｓの中心であり、第２位置が基板Ｓの外周である場合には、基板Ｓの中心においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングと、基板Ｓの外周においてエッチング速度が最も高い状態でのエッチングとが行われるから、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性を寄り高めることができる。

【0078】

（４）第３温度でのエッチングを行う場合には、径方向の３箇所の各々においてエッチング速度が最も高くなる状態でエッチングを行うから、基板Ｓの面内におけるエッチングの均一性をさらに高めることが可能である。

【0079】

なお、上述した実施形態は以下のように変更して実施することができる。
［エッチング方法］
・上述したように、エッチング方法において第３温度でのエッチングを行ってもよいし、行わなくてもよい。第３温度でのエッチングを行わなくとも、第１温度でのエッチングおよび第２温度でのエッチングを行うことによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

【0080】

・第１温度は、基板の径方向において第２位置のエッチング速度が最も低くなる温度でなくてもよいし、第２温度は、基板の径方向において第１位置のエッチング速度が最も低くなる温度でなくてもよい。この場合であっても、第１温度でのエッチングおよび第２温度でのエッチングを行うことによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

【0081】

・第１位置は基板Ｓの中心以外の位置であってよく、また、第２位置は基板Ｓの外周以外の位置であってもよい。この場合であっても、第１温度でのエッチングおよび第２温度でのエッチングを行うことによって、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

【0082】

・エッチング方法において、上述したように、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとを１回ずつのみ行ってもよいし、第１温度でのエッチングと第２温度でのエッチングとを交互に繰り返してもよい。

【0083】

・基板Ｓの温度を第１温度から第２温度に変える際には、基板Ｓの隙間Ｇのなかに不活性ガスを供給することに代えて、例えば、第１加熱部１１Ａにおける設定温度を変えることによって、基板Ｓの温度を第１温度から第２温度に変えてもよい。

【0084】

・第１温度は、第２温度よりも低い温度であってもよい。この場合には、例えばエッチング装置１０が冷却部を備え、処理チャンバー１１の温度、ひいては基板Ｓの温度を下げることによって、基板Ｓの温度を第１温度から第２温度に変えることが可能である。この場合であっても、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。

【0085】

なお、上述したように、第１温度が第２温度よりも低く、かつ、第１温度および第２温度の両方が処理チャンバー１１の温度よりも低い場合には、基板Ｓの温度を第１温度から第２温度に変える際に、基板Ｓの冷却に必要な時間、および、第１加熱部１１Ａにおける設定温度の変更が不要である。これにより、基板Ｓのエッチングにおける効率を高めることが可能である。

【0086】

・対象膜は、ポリシリコン以外の材料から形成されてもよい。対象膜は、例えばアモルファスシリコンなどのシリコンを含む膜から形成されてよい。対象膜がアモルファスシリコンから形成される場合には、ポリシリコンと同様のエッチングガスおよび吸着ガスを採用することができる。

【符号の説明】

【0087】

１０…エッチング装置
１０Ａ…支持部
１１…処理チャンバー
１１Ａ…第１加熱部
１１Ｆ…温度測定部
２１…エッチングガス供給部
２１Ａ…放電用ガス供給部
２１Ｂ…非放電用ガス供給部
２２…吸着ガス供給部
２３…不活性ガス供給部
Ｓ…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】