特開 2024-152184 基板処理方法及び基板処理装置

(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】P2024152184

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】基板処理方法及び基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241018BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20241018BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105Z

H01L21/302 101C

H01L21/31 C

H01L21/316 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066223

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【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】加藤 寿

(72)【発明者】

【氏名】菊地 宏之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 敬信

(72)【発明者】

【氏名】米澤 雅人

【テーマコード（参考）】

5F004

5F045

5F058

【Ｆターム（参考）】

5F004AA01

5F004BA20

5F004BB07

5F004BB13

5F004BB19

5F004BB24

5F004BB26

5F004BC01

5F004BC03

5F004BC06

5F004BD04

5F004BD07

5F004CA02

5F004DA00

5F004DA16

5F004DA23

5F004DA24

5F004DA25

5F004DA26

5F004DA27

5F004DB03

5F004EA28

5F004EA37

5F004EB04

5F045AA08

5F045AB32

5F045AC00

5F045AC07

5F045AC08

5F045AC11

5F045AC15

5F045AC16

5F045AF03

5F045AF11

5F045BB19

5F045DP15

5F045DP27

5F045DQ10

5F045DQ12

5F045EB09

5F045EB10

5F045EE04

5F045EE14

5F045EF03

5F045EF09

5F045EF11

5F045EF20

5F045EG02

5F045EH01

5F045EH02

5F045EH11

5F045EJ05

5F045EK07

5F045EM02

5F045EM10

5F045EN04

5F045HA13

5F058BA09

5F058BC02

5F058BF07

5F058BF22

5F058BF29

5F058BF37

5F058BG01

5F058BG02

5F058BG03

5F058BG04

5F058BH12

5F058BJ06

(57)【要約】

【課題】凹部に形成された膜をエッチングする際のエッチング形状を制御できる技術を提供する。
【解決手段】本開示の一態様による基板処理方法は、シリコン酸化膜が露出した表面を有する凹部が形成された基板を準備する工程と、トリフルオロメタンガスと酸素含有ガスと水素含有ガスとを含む混合ガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン酸化膜が露出した表面を有する凹部が形成された基板を準備する工程と、
トリフルオロメタンガスと酸素含有ガスと水素含有ガスとを含む混合ガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
を有する、基板処理方法。

【請求項2】

前記エッチングする工程は、前記凹部の深さに応じて前記混合ガスに対する前記水素含有ガスの流量比を定めることを含む、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記エッチングする工程は、目標とするエッチング形状に応じて前記混合ガスに対する前記水素含有ガスの流量比を定めることを含む、
請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記エッチングする工程の後に前記凹部内にシリコン酸化膜を成膜する工程を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記エッチングする工程と前記成膜する工程とを繰り返す工程を有する、
請求項４に記載の基板処理方法。

【請求項6】

真空容器と、
前記真空容器内にガスを供給するガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン酸化膜が露出した表面を有する凹部が形成された基板を前記真空容器内に収容する工程と、
前記真空容器内において、トリフルオロメタンガスと酸素含有ガスと水素含有ガスとを含む混合ガスから生成されるプラズマに前記基板を晒し、前記凹部の前記表面に露出する前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
を行うよう前記ガス供給部を制御するように構成される、
基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板の上に成膜されたシリコン酸化膜に対してフッ素ラジカルを供給し、シリコン酸化膜をエッチングする技術が知られている（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２０１６－１６２９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、凹部に形成された膜をエッチングする際のエッチング形状を制御できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による基板処理方法は、シリコン酸化膜が露出した表面を有する凹部が形成された基板を準備する工程と、トリフルオロメタンガスと酸素含有ガスと水素含有ガスとを含む混合ガスからプラズマを生成し、前記プラズマにより前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、を有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、凹部に形成された膜をエッチングする際のエッチング形状を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る基板処理装置を示す概略断面図である。

【図2】図１の基板処理装置の真空容器内の構成を示す概略斜視図である。

【図3】図１の基板処理装置の真空容器内の構成を示す概略平面図である。

【図4】図１の基板処理装置の真空容器内に設けられる回転テーブルの同心円に沿った概略断面図である。

【図5】図１の基板処理装置の別の概略断面図である。

【図6】プラズマ発生源を示す概略断面図である。

【図7】プラズマ発生源を示す他の概略断面図である。

【図8】プラズマ発生源を示す概略上面図である。

【図9】実施形態に係る基板処理方法を示すフローチャートである。

【図10】実施形態に係る基板処理方法を示す概略断面図である。

【図11】ＣＨＦ_３ガスのエッチング反応を説明する図である。

【図12】凹部の深さ方向におけるエッチング量との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

〔基板処理装置〕
実施形態に係る基板処理方法を実施するのに好適な基板処理装置について説明する。図１から図３を参照すると、基板処理装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器１と、真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備える。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリング等のシール部材１３を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有する。

【0010】

回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定される。コア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定される。回転軸２２は、真空容器１の底部１４を貫通し、下端が回転軸２２を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられる。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納される。ケース体２０は、上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられ、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持される。

【0011】

回転テーブル２の表面部には、図２及び図３に示されるように、回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板Ｗを載置するための円形状の載置部２４が設けられる。基板Ｗは、例えばシリコンウエハ等の半導体ウエハであってよい。図３には、便宜上１個の載置部２４だけに基板Ｗを示す。載置部２４は、基板Ｗの直径よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、基板Ｗの厚さにほぼ等しい深さとを有する。これにより、基板Ｗが載置部２４に収容されると、基板Ｗの表面と回転テーブル２の表面（基板Ｗが載置されない領域）とが同じ高さになる。載置部２４の底面には、基板Ｗの裏面を支えて基板Ｗを昇降させるための例えば３本の昇降ピンが貫通する貫通孔（いずれも図示せず）が形成される。

【0012】

図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略する。図２及び図３に示されるように、回転テーブル２の上方には、反応ガスノズル３１、３２と、分離ガスノズル４１、４２と、処理ガスノズル９２とが真空容器１の周方向に互いに間隔をおいて配置される。図示の例では、後述の搬送口１５から時計回り（回転テーブル２の回転方向）に、処理ガスノズル９２、分離ガスノズル４１、反応ガスノズル３１、分離ガスノズル４２及び反応ガスノズル３２がこの順番で配列される。反応ガスノズル３１、３２、分離ガスノズル４１、４２、処理ガスノズル９２は、例えば石英により形成される。反応ガスノズル３１、３２、分離ガスノズル４１、４２、処理ガスノズル９２は、それぞれ基端であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、９２ａ（図３）が容器本体１２の外周壁に固定される。これにより、反応ガスノズル３１、３２、分離ガスノズル４１、４２、処理ガスノズル９２は、それぞれ真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入され、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対して水平に伸びるように取り付けられる。

【0013】

処理ガスノズル９２の上方には、図３において、破線にて簡略化して示されるように、プラズマ発生源８０が設けられる。プラズマ発生源８０については後述する。

【0014】

反応ガスノズル３１は、不図示の配管及び流量制御器等を介して、第１の反応ガスの供給源（図示せず）に接続される。第１の反応ガスは、シリコン含有ガスである。シリコン含有ガスは、例えばアミノシラン系ガスである。アミノシラン系ガスは、例えばジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）ガス、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）ガスである。

【0015】

反応ガスノズル３２は、不図示の配管及び流量制御器等を介して、第２の反応ガスの供給源（図示せず）に接続される。第２の反応ガスは、例えば酸化ガスである。酸化ガスは、例えばオゾン（Ｏ_３）ガス、酸素（Ｏ_２）ガス、水（Ｈ_２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）ガス、又はこれらの２つ以上を含む混合ガスである。

【0016】

分離ガスノズル４１、４２は、いずれも不図示の配管及び流量制御バルブ等を介して、分離ガスの供給源（図示せず）に接続される。分離ガスは、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスである。分離ガスは、窒素（Ｎ_２）ガスであってもよい。

【0017】

反応ガスノズル３１、３２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔３３（図４）が、反応ガスノズル３１、３２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。反応ガスノズル３１の下方領域は、シリコン含有ガスを基板Ｗに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。反応ガスノズル３２の下方領域は、第１の処理領域Ｐ１において基板Ｗに吸着されたシリコン含有ガスを酸化させる第２の処理領域Ｐ２となる。

【0018】

図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられる。凸状部４は、分離ガスノズル４１、４２と共に分離領域Ｄを構成する。このため、後述のとおり、回転テーブル２に向かって突出するように天板１１の裏面に取り付けられる。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有する。凸状部４は、例えば内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置される。

【0019】

図４は、反応ガスノズル３１から反応ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示す。図示のとおり、天板１１の裏面に凸状部４が取り付けられるため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在する。天井面４４は、頂部が円弧状に切断された扇型の平面形状を有する。図示のとおり、凸状部４には周方向中央において、半径方向に伸びるように形成された溝部４３が形成され、分離ガスノズル４２が溝部４３内に収容される。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、溝部４３に分離ガスノズル４１が収容される。高い天井面４５の下方の空間４８１、４８２には、反応ガスノズル３１、３２がそれぞれ設けられる。反応ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間して基板Ｗの近傍に設けられる。

【0020】

分離ガスノズル４２には、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔４２ｈ（図４参照）が、分離ガスノズル４２の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。分離ガスノズル４１にも、分離ガスノズル４２と同様に、回転テーブル２に向かって開口する複数のガス吐出孔（図示せず）が、分離ガスノズル４１の長さ方向に沿って、例えば１０ｍｍの間隔で配列されている。

【0021】

天井面４４は、狭隘な空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成する。分離ガスノズル４２のガス吐出孔４２ｈから分離ガスが供給されると、分離ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、分離ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間に圧力の高い分離空間Ｈが形成される。また、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出る分離ガスが、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとに対するカウンターフローとして働く。これにより、第１の処理領域Ｐ１からの第１の反応ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の反応ガスとが分離空間Ｈにより分離される。このため、真空容器１内において第１の反応ガスと第２の反応ガスとが混合して反応することが抑制される。

【0022】

回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、基板に処理を施す際の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、分離ガスの供給量等を考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定される。

【0023】

天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲む突出部５（図２及び図３）が設けられる。突出部５は、例えば凸状部４における回転中心側の部位と連続し、下面が天井面４４と同じ高さに形成される。

【0024】

先に参照した図１は、図３のＩ－Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられる領域を示す。一方、図５は、天井面４４が設けられる領域を示す断面図である。図５に示されるように、扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６が形成される。屈曲部４６は、凸状部４と同様に、分離領域Ｄの両側から反応ガスが侵入することを抑制し、両反応ガスの混合を抑制する。扇型の凸状部４は天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっている。このため、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定される。

【0025】

容器本体１２の内周壁は、分離領域Ｄにおいては、図５に示されるように屈曲部４６の外周面と接近して垂直面に形成される。容器本体１２の内壁は、分離領域Ｄ以外の部位においては、図１に示されるように例えば回転テーブル２の外端面と対向する部位から底部１４に亘って外方側に窪んでいる。以下、説明の便宜上、概ね矩形の断面形状を有する窪んだ部分を排気領域Ｅと記す。具体的には、第１の処理領域Ｐ１に連通する排気領域を第１の排気領域Ｅ１と記し、第２の処理領域Ｐ２に連通する領域を第２の排気領域Ｅ２と記す。第１の排気領域Ｅ１及び第２の排気領域Ｅ２の底部には、図１から図３に示されるように、それぞれ第１の排気口６１及び第２の排気口６２が形成される。第１の排気口６１及び第２の排気口６２は、図１に示されるように、それぞれ排気管６３を介して真空ポンプ６４に接続される。排気管６３には、圧力制御器６５が設けられる。

【0026】

回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図５に示されるように、ヒータユニット７が設けられる。ヒータユニット７は、回転テーブル２を介して回転テーブル２上の基板Ｗを、プロセスレシピで決められた温度に加熱する。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、円環状のカバー部材７１が設けられる（図５）。カバー部材７１は、回転テーブル２の上方空間から排気領域Ｅ１、Ｅ２に至るまでの雰囲気とヒータユニット７が置かれている雰囲気とを区画して回転テーブル２の下方領域へのガスの侵入を抑える。カバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂとを備える。外側部材７１ｂは、分離領域Ｄにおいて凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられる。内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲む。

【0027】

ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなす。突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっており、また底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通する。ケース体２０には、パージガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられる。パージガスは、例えばＡｒガスである。パージガスは、窒素ガスであってもよい。真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられる。図５には、１つのパージガス供給管７３を示す。ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは、例えば石英で作製することができる。

【0028】

真空容器１の天板１１の中心部には、分離ガス供給管５１が接続される。分離ガス供給管５１は、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスを供給する。空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い空間５０を介して回転テーブル２の基板載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は、分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持されうる。このため、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の反応ガスと第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の反応ガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は、分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能する。

【0029】

真空容器１の側壁には、図２及び図３に示されるように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板Ｗの受け渡しを行うための搬送口１５が形成される。搬送口１５は、図示しないゲートバルブにより開閉される。基板Ｗは、搬送口１５を臨む位置にて搬送アーム１０との間で受け渡される。回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、載置部２４を貫通して基板Ｗを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）が設けられる。

【0030】

図６から図８までを参照しながら、プラズマ発生源８０について説明する。図６は、回転テーブル２の半径方向に沿ったプラズマ発生源８０の概略断面図である。図７は、回転テーブル２の半径方向と直交する方向に沿ったプラズマ発生源８０の概略断面図である。図８は、プラズマ発生源８０の概略を示す上面図である。図示の便宜上、これらの図において一部の部材を簡略化する。

【0031】

図６を参照すると、プラズマ発生源８０は、フレーム部材８１と、ファラデー遮蔽板８２と、絶縁板８３と、アンテナ８５とを備える。フレーム部材８１は、高周波透過性の材料により形成される。フレーム部材８１は、上面から窪んだ凹部を有し、天板１１に形成された開口部１１ａに嵌め込まれる。ファラデー遮蔽板８２は、フレーム部材８１の凹部内に収容され、上部が開口した略箱状の形状を有する。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２の底面上に配置される。アンテナ８５は、絶縁板８３の上方に支持される。アンテナ８５は、略八角形の上面形状のコイル状を有する。

【0032】

天板１１の開口部１１ａは複数の段部を有する。複数の段部のうちの一つの段部には、全周に亘って溝部が形成される。溝部には、例えばＯ－リング等のシール部材８１ａが嵌め込まれる。フレーム部材８１は、開口部１１ａの段部に対応する複数の段部を有する。フレーム部材８１を開口部１１ａに嵌め込むと、複数の段部のうちの一つの段部の裏面が、開口部１１ａの溝部に嵌め込まれたシール部材８１ａと接する。これにより、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性が維持される。図６に示されるように、天板１１の開口部１１ａに嵌め込まれるフレーム部材８１の外周に沿った押圧部材８１ｃが設けられ、これにより、フレーム部材８１が天板１１に対して下方に押し付けられる。このため、天板１１とフレーム部材８１との間の気密性がより確実に維持される。

【0033】

フレーム部材８１の下面は、真空容器１内の回転テーブル２に対向し、その下面の外周には全周に亘って下方に（回転テーブル２に向かって）突起する突起部８１ｂが設けられる。突起部８１ｂの下面は、回転テーブル２の表面に近接する。突起部８１ｂと、回転テーブル２の表面と、フレーム部材８１の下面とにより回転テーブル２の上方に空間（以下、内部空間Ｓ）が画成される。突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間隔は、分離空間Ｈ（図４）における天板１１の回転テーブル２の上面に対する高さｈ１とほぼ同じであってよい。

【0034】

内部空間Ｓには、突起部８１ｂを貫通した処理ガスノズル９２が延びる。処理ガスノズル９２には、Ａｒガスが充填される供給源９３ａと、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）ガスが充填される供給源９３ｂと、酸素（Ｏ_２）ガスが充填される供給源９３ｃと、水素（Ｈ_２）ガスが充填される供給源９３ｄとが接続される。処理ガスノズル９２は、供給源９３ａからのＡｒガスと、供給源９３ｂからのＣＨＦ_３ガスと、供給源９３ｃからのＯ_２ガスと、供給源９３ｄからのＨ_２ガスとが混合された混合ガスを、内部空間Ｓに供給する。以下、ＡｒガスとＣＨＦ_３ガスとＯ_２ガスとＨ_２ガスとが混合された混合ガスをＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスとも称する。供給源９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄからのＡｒガス、ＣＨＦ_３ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガスは、対応する流量制御器９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄにより流量が制御される。供給源９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄからのＡｒガス、ＣＨＦ_３ガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガスは、対応する第１バルブ９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ及び第２バルブ９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄにより、内部空間Ｓへの供給及び停止が制御される。処理ガスノズル９２には、アンモニア（ＮＨ_３）ガス等の改質ガスの供給源が接続されてもよい。

【0035】

処理ガスノズル９２には、その長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）で複数の吐出孔９２ｈが形成される。処理ガスノズル９２は、吐出孔９２ｈからをＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスを吐出する。吐出孔９２ｈは、図７に示されるように、回転テーブル２に対して垂直な方向から回転テーブル２の回転方向の上流側に向かって傾いている。このため、処理ガスノズル９２から供給される混合ガスは、回転テーブル２の回転方向と逆の方向に、具体的には、突起部８１ｂの下面と回転テーブル２の表面との間の隙間に向かって吐出される。これにより、回転テーブル２の回転方向に沿ってプラズマ発生源８０よりも上流側に位置する天井面４５の下方の空間から反応ガスや分離ガスが、内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。上述のとおり、フレーム部材８１の下面の外周に沿って形成される突起部８１ｂが回転テーブル２の表面に近接している。このため、処理ガスノズル９２からの混合ガスにより内部空間Ｓ内の圧力を容易に高く維持できる。これによっても、反応ガスや分離ガスが内部空間Ｓ内へ流れ込むのが抑止される。

【0036】

ファラデー遮蔽板８２は、金属等の導電性材料から形成され、図示は省略するが接地される。図８に示されるように、ファラデー遮蔽板８２の底部には、複数のスリット８２ｓが形成される。各スリット８２ｓは、略八角形の平面形状を有するアンテナ８５の対応する辺とほぼ直交するように延びる。

【0037】

ファラデー遮蔽板８２は、図７及び図８に示されるように、上端の２箇所において外側に折れ曲がる支持部８２ａを有する。支持部８２ａがフレーム部材８１の上面に支持されることにより、フレーム部材８１内の所定の位置にファラデー遮蔽板８２が支持される。

【0038】

絶縁板８３は、例えば石英ガラスにより形成される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２の底面よりも僅かに小さい大きさを有し、ファラデー遮蔽板８２の底面に載置される。絶縁板８３は、ファラデー遮蔽板８２とアンテナ８５とを絶縁する。絶縁板８３は、アンテナ８５から放射される高周波を下方へ透過させる。

【0039】

アンテナ８５は、平面形状が略八角形となるように銅製の中空管（パイプ）を例えば３重に巻き回すことにより形成される。パイプ内に冷却水を循環させることができ、これにより、アンテナ８５へ供給される高周波によりアンテナ８５が高温に加熱されるのが防止される。アンテナ８５には立設部８５ａが設けられ、立設部８５ａに支持部８５ｂが取り付けられる。支持部８５ｂにより、アンテナ８５がファラデー遮蔽板８２内の所定の位置に維持される。支持部８５ｂには、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７が接続される。高周波電源８７は、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波を発生する。

【0040】

係る構成を有するプラズマ発生源８０によれば、マッチングボックス８６を介して高周波電源８７からアンテナ８５に高周波電力を供給すると、アンテナ８５により電磁界が発生する。電磁界のうちの電界成分は、ファラデー遮蔽板８２により遮蔽されるため、下方へ伝播することはできない。一方、磁界成分はファラデー遮蔽板８２の複数のスリット８２ｓを通して内部空間Ｓへ伝播する。磁界成分により、処理ガスノズル９２から内部空間Ｓに供給されるＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスからプラズマが発生する。

【0041】

基板処理装置は、図１に示されるように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００を備える。制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する基板処理方法を基板処理装置に実施させるプログラムが格納される。プログラムには、後述の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれる。プログラムは、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスク等の媒体１０２に記憶され、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールされる。

【0042】

〔基板処理方法〕
図９及び図１０を参照し、実施形態に係る基板処理方法について、前述の基板処理装置において実施する場合を例に挙げて説明する。図９に示されるように、実施形態に係る基板処理方法は、準備工程Ｓ１１と、成膜工程Ｓ１２と、エッチング工程Ｓ１３と、判定工程Ｓ１４とを有する。

【0043】

準備工程Ｓ１１は、凹部２０１ｒを表面に有する基板２０１を準備することを含む。基板２０１は、例えばシリコンウエハである。凹部２０１ｒは、例えばトレンチである。凹部２０１ｒは、ホールであってもよい。

【0044】

成膜工程Ｓ１２は、準備工程Ｓ１１の後に実施される。成膜工程Ｓ１２は、シリコン含有ガスと酸化ガスとの反応生成物による膜を凹部２０１ｒに成膜することを含む。

【0045】

まず、図示しないゲートバルブを開き、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介して基板２０１を回転テーブル２の載置部２４内に受け渡す。この受け渡しは、載置部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに載置部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。基板２０１の受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの載置部２４内に各々基板２０１を載置する。

【0046】

続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４により真空容器１内を引き切りの状態にした後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＡｒガスを所定の流量で吐出し、分離ガス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からＡｒガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力制御器６５により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７により基板２０１を加熱する。

【0047】

次に、処理ガスノズル９２からＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスを供給することなく、反応ガスノズル３１からシリコン含有ガスを供給し、反応ガスノズル３２から酸化ガスを供給する。

【0048】

基板２０１が第１の処理領域Ｐ１を通過する際に、反応ガスノズル３１から供給されるシリコン含有ガスが基板２０１の上面２０１ａ及び凹部２０１ｒの内面に吸着する。シリコン含有ガスが吸着した基板２０１は、回転テーブル２の回転により分離ガスノズル４２を有する分離領域Ｄを通過してパージされた後、第２の処理領域Ｐ２に入る。第２の処理領域Ｐ２では、シリコン含有ガスに含まれるＳｉ成分が、反応ガスノズル３２から供給される酸化ガスにより酸化され、反応生成物である酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が基板２０１の上面２０１ａ及び凹部２０１ｒの内面に堆積する。

【0049】

第２の処理領域Ｐ２を通過した基板２０１は、分離ガスノズル４１を有する分離領域Ｄを通過してパージされた後、再び第１の処理領域Ｐ１に入る。そして、反応ガスノズル３１から供給されるシリコン含有ガスが基板２０１の上面２０１ａ及び凹部２０１ｒの内面に吸着する。

【0050】

以上、処理ガスノズル９２からＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスを供給することなく、反応ガスノズル３１からシリコン含有ガスを供給し、反応ガスノズル３２から酸化ガスを供給しながら、回転テーブル２を連続的に回転させる。これにより、図１０（ａ）に示されるように、基板２０１の上面２０１ａ及び凹部２０１ｒの内面に沿った断面形状を有するシリコン酸化膜２０２が形成される。

【0051】

所定の時間が経過した後、反応ガスノズル３１からのシリコン含有ガスの供給を停止し、反応ガスノズル３２からの酸化ガスの供給を停止することで、成膜工程Ｓ１２を終了する。所定の時間は、例えばシリコン酸化膜２０２の目標膜厚に応じて定められる。

【0052】

なお、成膜工程Ｓ１２では、処理ガスノズル９２から改質ガスを供給してもよい。この場合、基板２０１が内部空間Ｓを通過するごとに酸化シリコンが改質されるため、シリコン酸化膜２０２の膜質が向上する。また、成膜工程Ｓ１２では、処理ガスノズル９２からＡｒガスを供給してもよい。

【0053】

エッチング工程Ｓ１３は、成膜工程Ｓ１２の後に実施される。エッチング工程Ｓ１３は、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスからプラズマを生成し、生成したプラズマによりシリコン酸化膜２０２をエッチングすることを含む。以下、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスから生成されるプラズマをＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマとも称する。

【0054】

エッチング工程Ｓ１３では、回転テーブル２を時計回りに回転させながらヒータユニット７により基板２０１を加熱する。次に、反応ガスノズル３１、３２からシリコン含有ガス、酸化ガスを供給することなく、処理ガスノズル９２からＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスを供給し、プラズマ発生源８０のアンテナ８５に対して周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。これにより、内部空間ＳにおいてＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマが生成される。基板２０１が内部空間Ｓを通過する際に、基板２０１がＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマに晒され、シリコン酸化膜２０２がエッチングされる。

【0055】

図１１は、ＣＨＦ_３ガスのエッチング反応を説明する図である。シリコン酸化膜２０２がＣＨＦ_３プラズマに晒されると、図１１中の式（ａ）に示される反応が生じる。すなわち、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）とトリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）との反応により、四フッ化珪素（ＳｉＦ_４）、一酸化炭素（ＣＯ）、フッ化水素（ＨＦ）、フロロカーボンの重合膜［－（ＣＦ_２）_ｎ－］が生じる。以下、フロロカーボンの重合膜をポリマーとも称する。この場合、ポリマーが内部空間Ｓに堆積し、パーティクルの発生原因となりうる。

【0056】

これに対し、ＣＨＦ_３ガスにＯ_２ガスが添加された混合ガスからプラズマが生成される場合、図１１中の式（ｂ）に示される反応が生じる。すなわち、ポリマーとＯ_２との反応により、ポリマーが分解されて一酸化炭素（ＣＯ）とフッ素（Ｆ）ラジカルが生じる。この場合、ポリマーの内部空間Ｓへの堆積が抑制されるので、パーティクルの発生を抑制できる。図１１中の式（ｂ）において、ラジカルを「・」で表す。一方、フッ素ラジカルの増加により、真空容器１の内部にある石英等の部材がエッチングされたり、シリコン酸化膜２０２が過剰にエッチングされたりする。これにより、基板２０１の上面２０１ａや凹部２０１ｒの内面上部に膜が堆積し、凹部２０１ｒの上部開口がポリマーによって狭窄されうる。

【0057】

これに対し、ＣＨＦ_３ガスにＯ_２ガス及びＨ_２ガスが添加された混合ガスからプラズマが生成される場合、図１１中の式（ｃ）に示される反応が生じる。すなわち、ポリマーとＯ_２との反応により生じるフッ素ラジカルがＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマ中のＨ_２と反応してフッ化水素（ＨＦ）となり、フッ素ラジカルの量が低減される。これにより、内部空間Ｓへのポリマーの堆積を抑制しつつ、真空容器１の内部にある石英等の部材のエッチングやシリコン酸化膜２０２の過剰なエッチングを抑制できる。このため、パーティクルの発生を抑制しつつ、図１０（ｂ）に示されるように、凹部２０１ｒの深さ方向において上部から下部に向かってエッチング量が緩やかに低下するエッチング形状が得られる。その結果、エッチング工程Ｓ１３と成膜工程Ｓ１２とを繰り返しながら凹部２０１ｒにシリコン酸化膜２０２を形成することで、凹部２０１ｒの底部から上部開口に向かってシリコン酸化膜２０２が堆積するボトムアップ成膜を実現しやすい。

【0058】

また、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比を変更することで、エッチング形状を制御できる。例えば、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比を高くすることで、フッ素ラジカルの低減量が多くなるので、凹部２０１ｒの深さ方向において上部と下部との間のエッチング量の差が小さいエッチング形状が得られる。一方、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比の低くすることで、フッ素ラジカルの低減量が少なくなるので、凹部２０１ｒの深さ方向において上部と下部との間のエッチング量の差が大きいエッチング形状が得られる。このため、エッチング工程Ｓ１３では、凹部２０１ｒの深さに応じてＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比を定めることが好ましい。また、エッチング工程Ｓ１３では、目標とするエッチング形状に応じてＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスに対するＨ_２ガスの流量比を定めることが好ましい。

【0059】

所定の時間が経過した後、処理ガスノズル９２からのＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスの供給を停止することで、エッチング工程Ｓ１３を終了する。所定の時間は、例えば凹部２０１ｒの深さに応じて定められる。

【0060】

なお、エッチング工程Ｓ１３では、反応ガスノズル３１、３２からＡｒガスを供給してもよい。

【0061】

判定工程Ｓ１４は、エッチング工程Ｓ１３の後に実施される。判定工程Ｓ１４は、成膜工程Ｓ１２及びエッチング工程Ｓ１３を設定回数実施したか否かを判定することを含む。実施回数が設定回数に達していない場合（判定工程Ｓ１４のＮＯ）、成膜工程Ｓ１２及びエッチング工程Ｓ１３を再び実施する。実施回数が設定回数に達している場合（判定工程Ｓ１４のＹＥＳ）、処理を終了する。このように、実施回数が設定回数に達するまで成膜工程Ｓ１２及びエッチング工程Ｓ１３をこの順に行う処理を複数回繰り返すことにより、図１０（ｃ）に示されるように、凹部２０１ｒがシリコン酸化膜２０２で埋め込まれる。

【0062】

以上に説明したように、実施形態に係る基板処理方法によれば、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスからプラズマを生成し、生成したＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマによりシリコン酸化膜２０２をエッチングする。この場合、シリコン酸化膜２０２とＣＨＦ_３との反応により生じるポリマーがＯ_２と反応により分解される。また、ポリマーとＯ_２との反応により生じるフッ素ラジカルがＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２プラズマ中のＨ_２と反応してフッ化水素となり、フッ素ラジカルの量が低減される。これにより、内部空間Ｓへのポリマーの堆積を抑制しつつ、真空容器１の内部にある石英等の部材のエッチングやシリコン酸化膜２０２の過剰なエッチングを抑制できる。このため、パーティクルの発生を抑制しつつ、凹部２０１ｒの深さ方向において上部から下部に向かってエッチング量が緩やかに低下するエッチング形状が得られる。その結果、エッチング工程Ｓ１３と成膜工程Ｓ１２とを繰り返しながら凹部２０１ｒにシリコン酸化膜２０２を形成することで、凹部２０１ｒの底部から上部開口に向かってシリコン酸化膜２０２が堆積するボトムアップ成膜を実現しやすい。このため、高アスペクト比の凹部２０１ｒにボイドやシームのないシリコン酸化膜２０２を埋め込むことができる。

【0063】

また、実施形態に係る基板処理方法によれば、成膜工程Ｓ１２とエッチング工程Ｓ１３とを同一の基板処理装置において実施できるので、装置コストを低減でき、生産性が向上する。

【0064】

〔実施例〕
実施例では、エッチング工程Ｓ１３において処理ガスノズル９２から供給されるＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガス中のＨ_２ガスの流量を変更したときの、凹部の深さ方向におけるシリコン酸化膜のエッチング量を測定した。

【0065】

まず、シリコン酸化膜が露出した表面を有する凹部が形成された基板を準備した。凹部の深さは、７μｍである。シリコン酸化膜の厚さは、３０～４０ｎｍである。

【0066】

次に、準備した基板を基板処理装置の真空容器１内に収容し、エッチング工程Ｓ１３を行った。エッチング工程Ｓ１３では、Ａｒガスの流量を１００００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ_２ガスの流量を５００ｓｃｃｍに固定した状態で、Ｈ_２ガスの流量を０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍのいずれかに設定した。

【0067】

図１２は、凹部の深さ方向におけるエッチング量を示す図である。図１２において、縦軸は凹部の深さ方向に沿った位置［μｍ］を示し、０μｍの位置が凹部の上面の高さ位置を示し、７μｍの位置が凹部の底面の高さ位置を示す。図１２において、横軸はシリコン酸化膜のエッチング量を示す。図１２において、丸印、菱形印、三角印、四角印は、それぞれＨ_２ガスの流量が０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍの場合を示す。

【0068】

図１２に示されるように、Ｈ_２ガスの流量を０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍに設定した場合、凹部の最上部でエッチング量の急激な低下が見られる。これに対し、Ｈ_２ガスの流量を５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍに設定した場合、凹部の最上部でのエッチング量の急激な低下が見られない。この結果から、Ｈ_２ガスの流量を５０ｓｃｃｍ以上に設定することで、凹部の最上部での狭窄を抑制しつつ、凹部の上部から下部に向かってエッチング量が低下するエッチング形状を形成できることが示された。

【0069】

図１２に示されるように、Ｈ_２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに設定した場合、凹部の上部から下部に向かってエッチング量が緩やかに低下することが分かる。この結果から、Ｈ_２ガスの流量を１００ｓｃｃｍに設定することで、凹部の上部から下部に向かってエッチング量が緩やかに低下するエッチング形状を形成できることが示された。この場合、高アスペクト比の凹部であっても、凹部の上部から下部に向かって凹部の底面までエッチング量が徐々に低下するエッチング形状を形成できる。このため、高アスペクト比の凹部に対する膜の埋め込み特性が改善する。

【0070】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0071】

上記の実施形態では、エッチング工程Ｓ１３においてＡｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスからプラズマを生成する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、Ａｒガスは含まれなくてもよい。例えば、Ｏ_２ガスに代えて、別の酸素含有ガス、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスを用いてもよい。例えば、Ｈ_２ガスに代えて、別の水素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用いてもよい。

【0072】

上記の実施形態では、プラズマ発生源８０がアンテナ８５を有する誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）源である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。プラズマ発生源８０は、Ａｒ／ＣＨＦ_３／Ｏ_２／Ｈ_２ガスからプラズマを生成できればよい。例えば、プラズマ発生源８０は、互いに平行に延びる２本のロッド電極の間に高周波を印加することによりプラズマを発生させる容量性結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）源であってもよい。

【0073】

上記の実施形態では、基板処理装置が回転テーブルに載置された基板を公転させながら基板に処理を行う装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、基板処理装置は、回転テーブルに載置された基板を公転させながら基板が自転するように、回転テーブルにおける基板の載置領域を回転させる回転機構を有し、回転テーブルに載置された基板を自公転させながら基板に処理を行う装置であってもよい。この場合、基板の面内における処理の均一性が向上する。

【0074】

上記の実施形態では、基板処理装置がセミバッチ式の装置である場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、基板処理装置は基板を１枚ずつ処理する枚葉式の装置であってもよい。例えば、基板処理装置は複数の基板に対して一度に処理を行うバッチ式の装置であってもよい。

【符号の説明】

【0075】

２０１ 基板
２０１ｒ 凹部
２０２ シリコン酸化膜
Ｓ１１ 準備工程
Ｓ１３ エッチング工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】