(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】
(24)【登録日】2023-06-12
(45)【発行日】2023-06-20
(54)【発明の名称】エッチング方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/302 20060101AFI20230613BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 201A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019219595
(22)【出願日】2019-12-04
(65)【公開番号】P2021089973
(43)【公開日】2021-06-10
【審査請求日】2022-06-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000207551
【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】西原 一樹
(72)【発明者】
【氏名】鰍場 真樹
【審査官】小▲高▼ 孔頌
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－２６１４５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１４０６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０７７８９１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００７－０２７５６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０５６４６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｈ０１Ｌ ２１／４６１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に形成されたエッチング対象膜を水蒸気およびフッ化水素ガスでエッチングするエッチング方法であって、前記基板をチャンバ内に載置する基板載置工程と、
前記チャンバ内に水蒸気を供給する水蒸気供給工程と、
前記チャンバ内にフッ化水素ガスを供給するフッ化水素ガス供給工程と、
基板用の加熱機構を用いて前記基板の温度を４０℃以上５０℃以下とし、かつ、前記チャンバ内の圧力を８０Ｔｏｒｒ以下とする制御工程と
を備え、
前記水蒸気供給工程において、前記基板の表面における水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧未満となるように水蒸気の流量を制御する、エッチング方法。
【請求項2】
請求項１に記載のエッチング方法であって、チャンバ用の加熱機構を用いて前記チャンバの温度を１００℃以上とするチャンバ温度制御工程をさらに備える、エッチング方法。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のエッチング方法であって、前記フッ化水素ガス供給工程においてフッ化水素ガスの供給を開始するよりも先に、前記水蒸気供給工程において、水蒸気の供給を開始する、エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、エッチング方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、フッ化水素ガスおよび水蒸気を基板に供給して、当該基板に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする基板処理装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１１４６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
基板に形成されるパターンは近年、ますます微細化し、また、そのアスペクト比もますます高くなっている。このような微細かつ高アスペクト比のパターンが形成された基板に対しても、フッ化水素ガスおよび水蒸気を供給することで、基板の酸化膜に対するエッチング処理を行うことはできる。しかしながら、そのエッチング処理中に水蒸気がパターン表面で液化することが考えられる。パターン間で水蒸気が液化すると、その高い表面張力によって両パターンが互いに引き寄せられ、パターンが倒壊する可能性があった。
【0005】
そこで、本願は、パターンが倒壊する可能性を低減できるエッチング方法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】
エッチング方法の第１の態様は、基板に形成されたエッチング対象膜を水蒸気およびフッ化水素ガスでエッチングするエッチング方法であって、前記基板をチャンバ内に載置する基板載置工程と、前記チャンバ内に水蒸気を供給する水蒸気供給工程と、前記チャンバ内にフッ化水素ガスを供給するフッ化水素ガス供給工程と、基板用の加熱機構を用いて前記基板の温度を４０℃以上５０℃以下とし、かつ、前記チャンバ内の圧力を８０Ｔｏｒｒ以下とする制御工程とを備え、前記水蒸気供給工程において、前記基板の表面における水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧未満となるように水蒸気の流量を制御する。
【0008】
エッチング方法の第２の態様は、第１の態様にかかるエッチング方法であって、チャンバ用の加熱機構を用いて前記チャンバの温度を１００℃以上とするチャンバ温度制御工程をさらに備える。
【0009】
エッチング方法の第３の態様は、第１または第２の態様にかかるエッチング方法であって、前記フッ化水素ガス供給工程においてフッ化水素ガスの供給を開始するよりも先に、前記水蒸気供給工程において、水蒸気の供給を開始する。
【発明の効果】
【0010】
エッチング方法の第１の態様によれば、水蒸気が基板の表面で液化する可能性を低減することができる。よって、水の表面張力に起因した基板のパターンの倒壊の可能性を低減することができる。
【0011】
しかも、高い選択比でエッチング対象膜をエッチングできる。
【0012】
エッチング方法の第２の態様によれば、チャンバが腐食する可能性を低減できる。
【0013】
エッチング方法の第３の態様によれば、意図しない非エッチング対象膜がエッチングされる可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】エッチング装置の構成の一例を概略的に示す側面図である。
【図2】エッチング装置における基板処理（エッチング処理）の流れの一例を示すフローチャートである。
【図3】基板の構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図4】基板の温度とチャンバの圧力を示すグラフである。
【図5】エッチング装置の構成の他の一例を概略的に示す側面図である。
【図6】エッチング装置における基板処理（エッチング処理）の流れの他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法または数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。
【0016】
相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など）は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」など）は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」など）は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸または面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「Ａ，ＢおよびＣの少なくともいずれか一つ」という表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ，ＢおよびＣのうち任意の２つ、ならびに、Ａ，ＢおよびＣの全てを含む。
【0017】
＜第１の実施の形態＞
図１は、エッチング装置１の構成の一例を概略的に示す側面図である。エッチング装置１は、半導体ウェハ等の基板Ｗを一枚ずつエッチング処理する枚葉式のエッチング装置であり、例えばプラズマを用いない気相エッチング装置である。エッチング装置１は、半導体デバイスを製造する装置の一部に適用され得る。なお、基板Ｗは必ずしも半導体デバイス用の基板に限らない。基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイ基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板または太陽電池用基板であってもよい。
図１は、エッチング装置１の構成の一例を概略的に示す側面図である。エッチング装置１は、半導体ウェハ等の基板Ｗを一枚ずつエッチング処理する枚葉式のエッチング装置であり、例えばプラズマを用いない気相エッチング装置である。エッチング装置１は、半導体デバイスを製造する装置の一部に適用され得る。なお、基板Ｗは必ずしも半導体デバイス用の基板に限らない。基板Ｗは、例えば、液晶ディスプレイ基板、プラズマディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスプレイ用基板、有機ＥＬ用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板または太陽電池用基板であってもよい。
【0018】
エッチング装置１はチャンバ２および制御部３を備える。チャンバ２は、内部に基板Ｗを収容可能な中空状に形成されている。チャンバ２の内部空間は、基板Ｗに対して所定の処理を行う処理室に相当する。制御部３は、バルブ（後述）の開閉など、エッチング装置１に備えられた要素の動作を制御する。
【0019】
チャンバ２内には、基板ホルダー４、基板Ｗ用の加熱機構５、ガス分散板６および圧力センサ１０が設けられている。
【0020】
基板ホルダー４は、チャンバ２内において、基板Ｗを略水平姿勢に保持する。「水平姿勢」とは、基板Ｗが水平面に対して平行な状態をいう。基板Ｗは、不図示の搬送系によって外部からチャンバ２内に搬入され、基板ホルダー４の上に載置される。基板ホルダー４は、基板Ｗを吸着保持してもよく、あるいは、複数のチャックピンで基板Ｗの周縁を挟持してもよい。なお、基板ホルダー４は必ずしも基板Ｗを保持する必要はなく、単に基板Ｗを支持してもよい。つまり、基板ホルダー４は、基板Ｗを載置する載置台であってもよい。
【0021】
加熱機構５は、基板ホルダー４によって保持された基板Ｗを加熱する。図１の例では、加熱機構５は基板ホルダー４に内蔵されている。加熱機構５は、例えば抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、加熱機構５は、電気ヒータの代わりに、例えばランプを備えていてもよい。当該ランプが赤外線を基板Ｗに照射することにより、基板Ｗを所定温度に温調してもよい。
【0022】
ガス分散板６は、チャンバ２内において基板ホルダー４よりも上側の位置に配設されている。ガス分散板６は、チャンバ２内において水平方向に広がる板状に形成されている。ガス分散板６には、厚さ方向に貫通する複数の開口６Ｈが、水平方向に分散して形成されている。
【0023】
チャンバ２には、排気配管７が接続されている。図１の例では、排気配管７は、チャンバ２内と連通状態でチャンバ２の底部に接続されている。排気配管７には、真空ポンプ８も接続されている。真空ポンプ８は、排気配管７を通じてチャンバ２内の気体を吸引することにより、チャンバ２内を減圧する。
【0024】
排気配管７には、ＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ９が介装されている。ＡＰＣバルブ９は、排気配管７内の開度を調節することにより、チャンバ２内の気体の排気流量を調節する。これにより、チャンバ２内の圧力を調節することができる。
【0025】
圧力センサ１０は、チャンバ２に連結されており、チャンバ２内の圧力を検出する。圧力センサ１０は、検出したチャンバ２内の圧力を示す電気信号を制御部３に出力する。圧力センサ１０によって検出される圧力が所定の圧力範囲内となるように、制御部３がＡＰＣバルブ９を制御してチャンバ２内の圧力を調節する。
【0026】
基板Ｗが基板ホルダー４に保持された後、真空ポンプ８が作動してチャンバ２内の真空引きが開始される。本実施の形態においてはチャンバ２内の減圧の手段を真空ポンプ８で記載しているが、これに限るものではない。例えば工場ユーティリティ排気により減圧を行うことも可能である。要するに、チャンバ２内の気体を排出する排気部の具体的な構成は適宜に変更可能である。
【0027】
チャンバ２には、ガス供給配管１１が接続される。図１の例では、ガス供給配管１１は、チャンバ２内と連通状態でチャンバ２の上部に接続されている。図１の例では、ガス供給配管１１は共通管１１１と枝管１１２～１１４とを含む。共通管１１１の一端はチャンバ２の上部に接続されている。枝管１１２は共通管１１１と気化器１２とを接続する。気化器１２は水蒸気を生成するための水を貯留している。水蒸気流量コントローラ１３は枝管１１２に介装されている。水蒸気流量コントローラ１３はいわゆるマスフローコントローラであって、チャンバ２内に供給される水蒸気の供給流量を調節する。
【0028】
枝管１１２には、開閉バルブ１６も介装される。この開閉バルブ１６が開動作されることによって、気化器１２で気化された水蒸気がガス供給配管１１（枝管１１２および共通管１１１）からチャンバ２内に供給される。気化器１２には、キャリアガスとして不図示の窒素ガス供給配管から気化器１２へ窒素ガスが供給される。窒素ガスは、気化器１２内で気化された水蒸気をガス供給配管１１を介してチャンバ２内に搬送する。
【0029】
枝管１１３は共通管１１１とＨＦ（フッ化水素）供給源（不図示）とを接続する。枝管１１３には、ＨＦガス流量コントローラ１４が介装される。ＨＦガス流量コントローラ１４はいわゆるマスフローコントローラであって、チャンバ２内に供給されるＨＦガスの供給流量を制御する。
【0030】
枝管１１３には、開閉バルブ１７が介装される。開閉バルブ１７が開動作されることによって、ＨＦガスがガス供給配管１１（枝管１１３および共通管１１１）からチャンバ２内に供給される。ＨＦガスの供給流量は、ＨＦガス流量コントローラ１４によって調節される。チャンバ２への水蒸気とＨＦガスの供給は、並行して行われる。
【0031】
枝管１１４は共通管１１１と窒素供給源（不図示）とを接続する。枝管１１４には、開閉バルブ１８および窒素ガス流量コントローラ１５が介装される。開閉バルブ１８が開動作されることによって、窒素ガスがガス供給配管１１（枝管１１４および共通管１１１）からチャンバ２内に供給される。窒素ガスの供給流量は、窒素ガス流量コントローラ１５により調節される。窒素ガスは、チャンバ２内の圧力調節のため、あるいは、減圧下でのエッチング処理後のチャンバ２内のパージのために、チャンバ２内に供給される。
【0032】
チャンバ２の内部空間に連通接続されたガス供給配管１１を介してチャンバ２内に供給された水蒸気（キャリアガスとしての窒素ガスを含む）とＨＦガスは、ガス分散板６を通過して基板Ｗに到達する。具体的には、チャンバ２内のガス分散板６よりも上側に供給された水蒸気（キャリアガスとしての窒素ガスを含む）およびＨＦガスの混合ガスは、ガス分散板６に設けられた複数の開口６Ｈを通過することによってガス分散板６よりも下側へ移動し、基板Ｗ上に均一に供給される。開口６Ｈの内径は、例えば０．１ｍｍである。また、隣接する開口６Ｈ，６Ｈの間隔は、例えば５ｍｍである。なお、開口６Ｈの内径および間隔は、これらに限定されない。また、図１に示す例では、チャンバ２に１つのガス分散板６だけが設置されているが、複数のガス分散板６が上下多段に重なるように設置されてもよい。また、チャンバ２内に供給される水蒸気およびＨＦガスが基板Ｗに対して均一に作用する必要性が低い場合、あるいは、ガス分散板６以外の構成によって、水蒸気およびＨＦガスを整流できる場合には、ガス分散板６は不要である。
【0033】
水蒸気およびＨＦガスが基板Ｗのシリコン酸化膜の表面に流れると、シリコン酸化膜がエッチングされる。このシリコン酸化膜のエッチングには、主にＨＦ２
－（フッ化水素イオン）が寄与することが知られている。このＨＦ２
－は、ＨＦガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）との反応により生成される。
【0034】
制御部３は、加熱機構５、真空ポンプ８、ＡＰＣバルブ９、圧力センサ１０、水蒸気流量コントローラ１３、ＨＦガス流量コントローラ１４、窒素ガス流量コントローラ１５および開閉バルブ１６～１８を制御する。
【0035】
制御部３は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置および記憶媒体を有していてもよい。データ処理装置は例えばＣＰＵ（Central Processor Unit）などの演算処理装置であってもよい。記憶媒体は非一時的な記憶媒体（例えばＲＯＭ（Read Only Memory）またはハードディスク）および一時的な記憶媒体（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））を有していてもよい。非一時的な記憶媒体には、例えば制御部３が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部３が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部３が実行する処理の一部または全部が、論理回路などのハードウェア回路によって実行されてもよい。
【0036】
基板Ｗに形成されたシリコン酸化膜をエッチングするためのＨＦガス、水蒸気および窒素ガスの供給流量はそれぞれ、例えば、数千ｓｃｃｍ以下（例えば３０００ｓｃｃｍ）、数千ｓｃｃｍ以下（例えば２０００ｓｃｃｍ）、数万ｓｃｃｍ以下（例えば１００００ｓｃｃｍ）である。これらの供給流量は適宜に変更し得る。
【0037】
制御部３は、圧力センサ１０によって検出されたチャンバ２内の圧力が所定の圧力範囲内となるようにＡＰＣバルブ９の開度を調節する。これにより、チャンバ２内の圧力が適宜に調節される。基板Ｗの処理中、チャンバ２内の圧力は、例えば５～８０Ｔｏｒｒに維持される。
【0038】
本実施の形態では、制御部３は、チャンバ２内に載置された基板Ｗの表面における水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧未満となるように、水蒸気の供給流量などを制御する。具体的には、基板Ｗの表面における水蒸気の圧力は、チャンバ２内に供給される各種ガスの供給流量と、チャンバ２から排出されるガスの排気流量とによって制御可能である。
【0039】
基板Ｗの表面における水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧未満を維持できれば、水蒸気が液化して基板Ｗの表面に付着する可能性を低減することができる。よって、水の表面張力によって基板Ｗのパターンが倒壊する可能性を低減することができる。理想的には、水蒸気の液化を防止でき、ひいては、当該液化に起因したパターンの倒壊を防止することができる。
【0040】
＜基板処理の流れ＞
図２は、実施の形態のエッチング装置１における基板処理（エッチング処理）の流れの一例を示す図である。以下に説明するエッチング処理は、半導体デバイスの製造工程の一部に適用され得る。
図２は、実施の形態のエッチング装置１における基板処理（エッチング処理）の流れの一例を示す図である。以下に説明するエッチング処理は、半導体デバイスの製造工程の一部に適用され得る。
【0041】
まず、エッチング処理対象である基板Ｗが準備される（ステップＳ１：準備工程）。この基板Ｗの上面には、エッチング対象膜の一例であるシリコン酸化膜と、そのシリコン酸化膜の下層の一例たるシリコン窒化膜とが形成されている。図３は、基板Ｗの一部の構成の一例を概略的に示す断面図である。図３では、基板Ｗの断面図が示されている。図３の例では、基板Ｗの上面においては、パターン状にシリコン窒化膜２１が形成され、そのシリコン窒化膜２１を覆うようにシリコン酸化膜２０が形成されている。シリコン窒化膜２１のパターン幅およびパターン間の隙間は例えば数十ｎｍ（例えば３０ｎｍ）程度であり、そのアスペクト比は例えば１０以上かつ５０以下である。シリコン酸化膜２０はシリコン窒化膜２１のパターン間を充填しつつ、シリコン窒化膜２１の上面も覆っている。
【0042】
シリコン酸化膜２０およびシリコン窒化膜２１の成膜方法としては任意の方法を採用できるものの、例えば、シリコン酸化膜２０はＳＯＤ（Spin on Dielectric）法等によって形成され、シリコン窒化膜２１はプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって形成される。ここでは、シリコン酸化膜２０をエッチングにより除去し、シリコン窒化膜２１を残留させる。
【0043】
ステップＳ１において、基板Ｗが準備されると、不図示の搬送系が、基板Ｗをチャンバ２内に搬送し、基板ホルダー４に載置する（ステップＳ２：基板載置工程)。
【0044】
制御部３は、基板Ｗが基板ホルダー４に載置された後、真空ポンプ８を制御することにより、チャンバ２内を高真空状態にまで減圧する（ステップＳ３：処理室内減圧工程）。減圧の程度は、用いる真空ポンプ８の能力および許容される減圧時間に応じて適宜に決定される。チャンバ２をできるだけ減圧することによって、チャンバ２内の雰囲気をできるだけ排気でき、もって、チャンバ２内の清浄度を高めることができる。
【0045】
一旦、チャンバ２内が高真空状態に減圧されると、制御部３は、開閉バルブ１８を開けることにより、チャンバ２内に窒素ガスを供給する。また、制御部３は、圧力センサ１０によって検出された圧力に基づいて、窒素ガス流量コントローラ１５を制御して窒素ガスの供給流量を調節するとともに、ＡＰＣバルブ９の開度を調節する。これらの調節により、制御部３は、チャンバ２内の圧力を所定の圧力範囲内に調節する（ステップＳ４：圧力制御工程）。チャンバ２内の圧力値については後に詳述する。
【0046】
また、制御部３は、加熱機構５を制御することにより、基板Ｗの温度を所定の温度範囲に温調する（ステップＳ５：温度制御工程）。制御部３は、例えばステップＳ３にてチャンバ２内の減圧を開始するのと略同時に、基板ホルダー４の温調（加熱）を開始するとよい。
【0047】
基板Ｗの温度は、後に詳述するように、シリコン窒化膜２１に対するシリコン酸化膜２０の選択比に影響する。この選択比は、シリコン窒化膜２１のエッチング速度に対するシリコン酸化膜２０のエッチング速度である。ステップＳ５の温度制御工程では、選択比が所定範囲内となるように、基板Ｗの温度が所定の温度範囲内に調節される。基板Ｗの具体的な温度値については後に詳述する。
【0048】
ステップＳ５の温度制御開始後、基板Ｗの温度が所定の温度範囲内となると、制御部３は、開閉バルブ１６を開けることにより、水蒸気（キャリアガスを含む）をチャンバ２内に供給する（ステップＳ６：水蒸気供給工程）。このとき、制御部３は、水蒸気流量コントローラ１３を制御して、水蒸気の供給流量を所定の流量範囲内に調節する。この水蒸気の供給流量は後に詳述するように、シリコン酸化膜２０のエッチング速度および水蒸気の液化に影響する。よって、水蒸気の供給流量は所定のエッチング速度でシリコン酸化膜２０をエッチングでき、かつ、水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧未満となるように制御される。
【0049】
ステップＳ６の水蒸気供給工程の開始後、第１所定時間が経過すると、制御部３は、開閉バルブ１７を開けることにより、ＨＦガスをチャンバ２内に供給する（ステップＳ７：ＨＦガス供給工程）。これにより、チャンバ２内には、水蒸気およびＨＦガスの両方が供給される。チャンバ２内に供給された水蒸気およびＨＦガスの混合ガスは、ガス分散板６に形成された複数の開口６Ｈを通過して、基板Ｗの全面に略均一に接触する。このとき、水蒸気およびＨＦガスにより、エッチング対象膜であるシリコン酸化膜２０がシリコン窒化膜２１に対して選択的にエッチングされる（エッチング処理）。なお、このエッチング処理において、開閉バルブ１７を開いて窒素ガスを適宜にチャンバ２内に供給しても構わない。
【0050】
エッチング処理の開始後、エッチング対象膜が除去されるのに適した第２所定時間が経過すると、制御部３は、開閉バルブ１６，１７を閉じることにより、ＨＦガスおよび水蒸気の供給を停止する。これにより、実質的なエッチング処理が終了する。
【0051】
水蒸気およびＨＦガスの供給停止から第３所定時間が経過すると、制御部３は、窒素ガスにより、チャンバ２内をパージする（ステップＳ８：パージ工程）。このとき、制御部３は、窒素ガス流量コントローラ１５を制御して、窒素ガスの供給流量を調節する。このように、制御部３は、減圧状態であったチャンバ２内を窒素ガスでパージすることにより、チャンバ２内を大気圧に戻して、基板Ｗを搬出可能な状態とする。搬出可能となった基板Ｗは、不図示の搬送系によって、基板ホルダー４から適宜に搬出される。
【0052】
＜選択的エッチングの説明＞
次に、シリコン酸化膜２０をシリコン窒化膜２１に対して選択的にエッチングするためのエッチング条件について述べる。エッチング条件は、基板Ｗの温度、ＨＦガスの供給流量、窒素ガスの供給流量、水蒸気の供給流量およびチャンバ２内の圧力を含む。
次に、シリコン酸化膜２０をシリコン窒化膜２１に対して選択的にエッチングするためのエッチング条件について述べる。エッチング条件は、基板Ｗの温度、ＨＦガスの供給流量、窒素ガスの供給流量、水蒸気の供給流量およびチャンバ２内の圧力を含む。
【0053】
出願人は、エッチング条件を異ならせつつ、シリコン酸化膜のエッチング量およびシリコン窒化膜のエッチング量を測定する実験を行った。具体的には、上面の全面にシリコン酸化膜が形成された第１基板と、上面の全面にシリコン窒化膜が形成された第２基板に対して、それぞれ、同じ処理時間だけエッチング処理を行って、そのエッチング量を測定した。エッチング条件としては、ＨＦガスの供給流量、水蒸気の供給流量および窒素ガスの供給流量をそれぞれ２０００ｓｃｃｍ、３０００ｓｃｃｍ、１００００ｓｃｃｍとし、基板Ｗの温度およびチャンバ２内の圧力を変化させた。基板Ｗの温度は加熱機構５によって調節され、チャンバ２内の圧力は、排気部によるチャンバ２からの気体の排気流量を制御することで調節される。
【0054】
図４は、エッチング条件を示すグラフである。図４では、横軸が基板Ｗの温度を示し、縦軸がチャンバ２内の圧力を示している。図４の例では、水の飽和水蒸気圧曲線Ｇ１も示されている。図４では、第１条件Ｃ１（８０℃、８０Ｔｏｒｒ）、第２条件Ｃ２（５０℃、８０Ｔｏｒｒ）、第３条件Ｃ３（４０℃、４０Ｔｏｒｒ）および第４条件Ｃ４（３０℃、２０Ｔｏｒｒ）が黒色の菱形でプロットされている。
【0055】
各条件Ｃ１～Ｃ４における第１基板および第２基板に対するエッチング処理の結果を下表に示す。
【0056】
【表1】
【0057】
第１条件Ｃ１では、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のエッチング量はそれぞれ２．０ｎｍおよび４．２ｎｍであった。なお、ここでいうエッチング量は、各膜のエッチング処理の前後での膜厚の差で示されている。エッチング処理の処理時間は互いに等しいので、このエッチング量はエッチング速度に比例する。よって、選択比はおおよそ０．５（＝２．０／４．２）である。つまり、第１条件Ｃ１では、エッチング対象膜であるシリコン酸化膜よりも、非エッチング対象膜であるシリコン窒化膜がエッチングされた。
【0058】
第２条件Ｃ２では、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のエッチング量はそれぞれ１９７．４ｎｍおよび７．９ｎｍであった。よって、選択比はおおよそ２４．９である。つまり、第２条件Ｃ２では、エッチング対象膜であるシリコン酸化膜を、非エッチング対象膜であるシリコン窒化膜よりもエッチングすることができた。これは、基板Ｗの温度が低いほど、水蒸気が基板Ｗの表面に滞在できる確率が高いからである。言い換えれば、基板Ｗの温度が低いほど、基板Ｗの表面での水蒸気の滞在時間が長いからである。つまり、水蒸気がシリコン酸化膜の表面で滞在するほど、水蒸気とＨＦガスとの反応を伴ってシリコン酸化膜をエッチングできる一方で、水蒸気がシリコン窒化膜の表面で滞在するほど、シリコン窒化膜のエッチングを阻害できるからである。
【0059】
第３条件Ｃ３では、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のエッチング量はそれぞれ１５８．５ｎｍおよび１．７ｎｍであった。よって、選択比はおおよそ９２．６である。つまり、第３条件Ｃ３では、第２条件Ｃ２での選択比よりも高い選択比でシリコン酸化膜をエッチングすることができる。これは、上述のように、基板Ｗの温度が低いほど、水蒸気が基板Ｗの表面に滞在できる確率が高いからである。
【0060】
その一方で、第３条件Ｃ３でのシリコン酸化膜のエッチング量（１５８．５ｎｍ）は、第２条件Ｃ２でのシリコン酸化膜のエッチング量（１９７．４ｎｍ）よりも小さい。つまり、第３条件Ｃ３でのシリコン酸化膜のエッチング速度は第２条件Ｃ２でのエッチング速度よりも低い。これは、第３条件Ｃ３でのチャンバ２内の圧力（４０Ｔｏｒｒ）が第２条件Ｃ２でのチャンバ２内の圧力（８０Ｔｏｒｒ）よりも小さいからである。つまり、チャンバ２からの気体の排気流量を大きくしてチャンバ２内の圧力を低減させるので、エッチングに必要なチャンバ２内の水蒸気およびＨＦガスの量が低減してしまうからである。
【0061】
第４条件Ｃ４では、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のエッチング量はそれぞれ８２．９ｎｍおよび０．６ｎｍであった。よって、選択比はおおよそ１２８．３である。つまり、第４条件Ｃ４では、第３条件Ｃ３での選択比よりも高い選択比でシリコン酸化膜をエッチングすることができる。これは、上述のように、基板Ｗの温度が低いほど、水蒸気が基板Ｗの表面に滞在できる確率が高いからである。
【0062】
その一方で、第４条件Ｃ４でのシリコン酸化膜のエッチング量（８２．９ｎｍ）は、第３条件Ｃ３でのシリコン酸化膜のエッチング量（１５８．５ｎｍ）よりも小さい。これは、上述のように、チャンバ２内の圧力が小さく、エッチングに必要なチャンバ２内の水蒸気およびＨＦガスの量が低減してしまうからである。
【0063】
上述の説明から理解できるように、選択比を高めつつも、高いエッチング量でシリコン酸化膜をエッチングするには、基板Ｗの温度を低くしつつ、チャンバ２内の圧力をある程度維持することが重要である。例えば、第１条件Ｃ１および第２条件Ｃ２では、チャンバ２内の圧力は８０Ｔｏｒｒであり、基板Ｗの温度のみを異ならせている。基板Ｗの温度が低い第２条件Ｃ２では、第１条件Ｃ１に比して、選択比が高く、シリコン酸化膜２０のエッチング速度も高い。
【0064】
そこで、チャンバ２内の圧力を８０Ｔｏｒｒに維持しつつ、基板Ｗの温度を第２条件Ｃ２よりも低い３０℃を採用することを考える（第５条件Ｃ５、図４参照）。しかしながら、温度３０℃での飽和水蒸気圧は、おおよそ３０Ｔｏｒｒである（図４も参照）ので、この第５条件Ｃ５では、チャンバ２内の圧力が飽和水蒸気圧よりも高くなる。チャンバ２内の水蒸気の圧力（分圧）はチャンバ２内の圧力（８０Ｔｏｒｒ）よりも小さいものの、第５条件Ｃ５では、飽和水蒸気圧（３０Ｔｏｒｒ）よりも高くなり得る。したがって、水蒸気が液化して基板Ｗの表面に付着し得る。このように水蒸気が液化すると、その表面張力により基板Ｗの表面に形成されたパターンの倒壊を招き得る。
【0065】
これに対して、第１条件Ｃ１から第４条件Ｃ４では、チャンバ２内の圧力は飽和水蒸気圧よりも小さい（図４参照）。よって、第１条件Ｃ１から第４条件Ｃ４のいずれにおいても、水蒸気が液化して基板Ｗの表面に付着する可能性を低減することができる。理想的には、水蒸気の液化を防止できる。したがって、第１条件Ｃ１から第４条件Ｃ４のいずれにおいても、当該液化に起因してパターン倒壊が生じる可能性を低減でき、理想的には当該液化に起因したパターン倒壊を防止できる。
【0066】
上述の説明から理解できるように、チャンバ２内に供給されるＨＦガス、水蒸気および窒素ガスの供給流量、チャンバ２から排気される気体の排気流量ならびに基板Ｗの温度は、選択比、エッチング量（エッチング速度）および水の飽和蒸気圧に基づいて決定される。例えば、選択比の観点からは基板Ｗの温度は５０℃以下が望ましい。言い換えれば、加熱機構５は温度制御工程（ステップＳ５）において、基板Ｗの温度が５０℃以下となるように基板Ｗの温度を制御することが望ましい。選択比に着目すると、基板Ｗの温度は、より好ましくは４０℃以下であり、さらに好ましくは３０℃以下である。
【0067】
また、水蒸気の液化という観点からはチャンバ２内の圧力は８０Ｔｏｒｒ以下で飽和水蒸気圧未満となることが望ましい。言い換えれば、ＡＰＣバルブ９、水蒸気流量コントローラ１３、ＨＦガス流量コントローラ１４および窒素ガス流量コントローラ１５は、チャンバ２内の圧力が８０Ｔｏｒｒ以下で飽和水蒸気圧未満となるように、それぞれ排気流量、水蒸気の供給流量、ＨＦガスの供給流量および窒素ガスの供給流量を制御する。
【0068】
これらのＨＦガス、水蒸気および窒素ガスの供給流量、チャンバ２からの気体の排気流量ならびに基板Ｗの温度は例えば予め実験またはシミュレーションにより、設定されてもよい。制御部３は基板Ｗに対するエッチング処理において、これらの諸量を目標値として、加熱機構５、ＡＰＣバルブ９、水蒸気流量コントローラ１３、ＨＦガス流量コントローラ１４および窒素ガス流量コントローラ１５を制御する。これにより、水蒸気の液化を低減しつつ、高い選択比でシリコン酸化膜２０をエッチングすることができる。
【0069】
また、上述の一例では、ＨＦガス供給工程（ステップＳ７）においてＨＦガスの供給を開始するよりも先に、水蒸気供給工程（ステップＳ６）において、水蒸気の供給を開始している。これによれば、チャンバ２内に水蒸気が供給された状態で、ＨＦガスがチャンバ２内に供給され始める。水蒸気の供給開始からＨＦガスの供給開始までの第１所定時間は例えば１秒程度から５秒程度の範囲内に設定され得る。
【0070】
もしチャンバ２内に水蒸気が存在しない状態でＨＦガスが供給された場合、意図しない非エッチング対象膜（例えばシリコン窒化膜）がＨＦガスによってエッチングされる可能性がある。これに対して、上述の例では、まず水蒸気をチャンバ２内に供給し、水蒸気の供給から第１所定時間（例えば１～５秒）の経過後にＨＦガスをチャンバ２内に供給している。よって、非エッチング対象膜がエッチングされる可能性を低減できる。言い換えれば、当該非エッチング対象膜を保護することができる。
【0071】
なお、上述の例では、チャンバ２内の圧力が飽和水蒸気圧未満となるように設定された。しかるに、水蒸気の圧力（分圧）が飽和水蒸気圧未満となればよい。そこで、設計者はＨＦガス、水蒸気および窒素ガスの供給流量とチャンバ２内の圧力とに基づいて水蒸気の分圧を算出し、当該水蒸気の分圧が飽和水蒸気圧未満となるように、各供給流量、排気流量および温度を設定してもよい。
【0072】
＜第２の実施の形態＞
図５は、エッチング装置１Ａの構成の一例を概略的に示す図である。エッチング装置１Ａは、チャンバ２用の加熱機構３０の有無を除いてエッチング装置１と同様の構成を有している。加熱機構３０はチャンバ２を加熱する。図５の例では、加熱機構３０はチャンバ２の側壁に取り付けられている。より具体的な例として、加熱機構３０は、チャンバ２の側壁の外壁面に全周に亘って取り付けられている。
図５は、エッチング装置１Ａの構成の一例を概略的に示す図である。エッチング装置１Ａは、チャンバ２用の加熱機構３０の有無を除いてエッチング装置１と同様の構成を有している。加熱機構３０はチャンバ２を加熱する。図５の例では、加熱機構３０はチャンバ２の側壁に取り付けられている。より具体的な例として、加熱機構３０は、チャンバ２の側壁の外壁面に全周に亘って取り付けられている。
【0073】
加熱機構３０は、例えば抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、加熱機構３０は、電気ヒータの代わりに、例えばランプを備えていてもよい。当該ランプが赤外線を基板Ｗに照射することにより、基板Ｗを所定温度に温調してもよい。あるいは、加熱機構３０は、熱媒体とチャンバ２との間で熱を交換するヒートポンプユニットであってもよい。加熱機構３０は制御部３によって制御される。加熱機構３０はチャンバ２の温度を水の沸点以上に昇温する。例えば、加熱機構３０はチャンバ２の温度が１００℃以上かつ２００度以下となるようにチャンバ２を加熱する。
【0074】
図６は、エッチング装置１Ａの動作の一例を示すフローチャートである。この動作によれば、エッチング装置１の動作に比してステップＳ５Ａがさらに実行される。ステップＳ５Ａは例えばステップＳ５，Ｓ６の間で実行される。ステップＳ５Ａでは、制御部３は加熱機構３０を制御してチャンバ２の温度を１００℃以上とする（チャンバ温度制御工程）。チャンバ２の温度は、より具体的には、例えばチャンバ２の内壁面の温度である。なお、チャンバ温度制御工程（ステップＳ５Ａ）は圧力制御工程（ステップＳ３）と略同時に開始してもよい。
【0075】
これによれば、チャンバ２内の水蒸気が液化してチャンバ２の内壁面に付着する可能性を低減することができる。これにより、チャンバ２が腐食する可能性を低減することができる。
【0076】
以上のように、このエッチング装置１，１Ａは詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、このエッチング装置１，１Ａがそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【0077】
例えば、上述の例では、エッチング対象膜は酸化膜であるものの、必ずしもこれに限らない。エッチング対象膜は例えばタングステンなどの他の膜であってもよい。要するに、エッチング対象膜は、水蒸気およびＨＦガスによってエッチングされる膜であればよい。
【0078】
また、上述の例では、チャンバ２内に窒素ガスを供給しているものの、必ずしもこれに限らない。窒素ガスに替えて、アルゴンガスなどの不活性ガスを採用してもよい。水蒸気のキャリアガスについても同様である。
【符号の説明】
【0079】
１，１Ａ エッチング装置
２ チャンバ
５，３０ 加熱機構
Ｗ 基板
２ チャンバ
５，３０ 加熱機構
Ｗ 基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】