特許 7431260 基板処理方法

(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】

(24)【登録日】2024-02-05

(45)【発行日】2024-02-14

(54)【発明の名称】基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240206BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20240206BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H05H1/46 L

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022003965

(22)【出願日】2022-01-13

(65)【公開番号】P2023103098

(43)【公開日】2023-07-26

【審査請求日】2023-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】511265154

【氏名又は名称】ＳＰＰテクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100155608

【弁理士】

【氏名又は名称】大日方 崇

(72)【発明者】

【氏名】笹倉 昌浩

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２６４２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８７７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７３７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９７４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００４０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４０４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０７７３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３２２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３２６４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２４５２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

載置面の外周を取り囲むようにリング部材が設けられた基板載置部の前記載置面にシリコンからなる被処理基板を配置する工程と、
前記基板載置部を収容する処理チャンバ内にＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスを導入し、高周波電力を印加してプラズマを形成する工程と、
前記プラズマにより前記載置面上の前記被処理基板をエッチングするとともに、前記プラズマにより、前記リング部材の表面に設けられたシリコンを含む反応部から反応生成物を生成する工程と、
前記反応部から生成された前記反応生成物を前記プラズマと反応させることにより、前記被処理基板の外周部におけるエッチング部に保護膜を形成する工程と、を備える、基板処理方法。

【請求項2】

前記被処理基板の外周部における前記エッチング部に前記保護膜を形成する工程は、
前記反応部から生成されたシリコンを含む前記反応生成物を前記プラズマにより解離させる工程と、
解離されたシリコンと前記プラズマ中の酸素ラジカルとの反応により酸化ケイ素を含む前記保護膜を形成する工程と、を含む、請求項１に記載の基板処理方法。

【請求項3】

前記反応部の材料はＳｉＯ_２であり、
前記反応生成物は、フッ化ケイ素および酸素ラジカルを含む、請求項１または２に記載の基板処理方法。

【請求項4】

前記反応部から前記反応生成物を生成する工程において、前記被処理基板の外周部におけるラジカルおよび反応生成物の分布を、前記被処理基板の中央部におけるラジカルおよび反応生成物の分布と近づけるように、前記反応部から前記反応生成物を生成する、請求項１～３のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【請求項5】

前記反応部は、前記リング部材の上面のうち、前記載置面上の前記被処理基板よりも外周側に少なくとも設けられ、かつ、環状に形成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、基板処理方法に関し、特に、基板載置部上の被処理基板をプラズマによってエッチングする基板処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基板載置部上の被処理基板をプラズマによってエッチングする基板処理方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、処理チャンバ内に所定のガスを供給し高周波電力を印加してプラズマ化させるとともに、基板載置台に高周波電力を印加し、プラズマによって生成したラジカルやイオンにより、処理チャンバ内の基板載置台上に載置された被処理基板をエッチングする技術が開示されている。基板載置台は、被処理基板を保持する上面を有する静電チャックと、環内部に静電チャックが配置されるフォーカスリングとを含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１６９６９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

基板載置台に設けられたフォーカスリングは、被処理基板の上方にプラズマを収束させるとともに、被処理基板の外周縁部付近におけるバイアス電位の分布を調整することで、被処理基板の外周部へのイオンの飛来方向を制御するという機能を有する。処理チャンバ内のラジカルやイオンは、被処理基板のエッチングに利用されるが、ラジカルやイオンの一部はフォーカスリングにも衝突するため、フォーカスリングはエッチング処理に伴って少しずつ消耗する。そのため、フォーカスリングは、少なくともその表面の材料に、消耗を低減する目的で、エッチング耐性が高くイオン衝突によっても消耗しにくい酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）や酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）などが用いられる。

【0006】

しかしながら、フォーカスリング（リング部材）を用いたエッチングでも、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理を行う場合に、被処理基板の中央部付近と被処理基板の外周部付近とで寸法差が生じてしまうことが知られている。すなわち、被処理基板の中央部付近と被処理基板の外周部付近とでエッチング形状が均一にならないという課題がある。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理において、被処理基板の中央部付近と外周部付近との形状の均一性を改善させることが可能な基板処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本願発明者が鋭意検討した結果、ＳＦ_６ガスとＯ_２ガスとを用いてシリコンをエッチングする条件下では、被処理基板の中央部と外周部との位置の相違に起因して、エッチングに関与する物質の分布に不均一が生じることが、エッチング形状の均一性に影響を与えているとの結論に至った。すなわち、被処理基板の中央部のエッチング部（エッチングされる加工箇所）では、周囲に他のエッチング部が密に存在することから、ラジカルと反応するシリコン表面積が相対的に大きいのに対し、被処理基板の外周部のエッチング部では、それよりも外周側に他のエッチング部が少ないかまたは存在しないため、ラジカルと反応するシリコン表面積が相対的に小さい。このため、被処理基板の中央部ではラジカルとの反応生成物が相対的に多く生成され、ラジカルがその分少なくなる。反対に、被処理基板の外周部ではラジカルとの反応生成物が相対的に少なく、ラジカルが相対的に多く分布する。本願発明者は、このようなエッチングに関与する物質の不均一な分布が、エッチング部における保護膜の形成に影響を及ぼし、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理における形状の均一性を損なう要因の１つになることを発見した。この要因を解消するため、本願発明者は、下記の発明をするに至った。

【0009】

すなわち、本発明による基板処理方法は、載置面の外周を取り囲むようにリング部材が設けられた基板載置部の載置面にシリコンからなる被処理基板を配置する工程と、基板載置部を収容する処理チャンバ内にＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスを導入し、高周波電力を印加してプラズマを形成する工程と、プラズマにより載置面上の被処理基板をエッチングするとともに、プラズマにより、リング部材の表面に設けられたシリコンを含む反応部から反応生成物を生成する工程と、反応部から生成された反応生成物をプラズマと反応させることにより、被処理基板の外周部におけるエッチング部に保護膜を形成する工程と、を備える。

【0010】

本発明による基板処理方法では、上記のように、プラズマにより載置面上の被処理基板をエッチングするとともに、プラズマにより、リング部材の表面に設けられたシリコンを含む反応部から反応生成物を生成する工程を備える。これにより、被処理基板の外周部付近では、被処理基板だけでなくリング部材の反応部でも、余剰のラジカルによる反応生成物が生成するので、被処理基板の外周部付近における反応生成物の分布量を増大させることができる。被処理基板も反応部もシリコンを含むため、被処理基板および反応部から生成される反応生成物には、ＳＦ_６ガスのプラズマによるフッ素ラジカルと反応部のシリコンとの反応によるフッ化ケイ素（ＳｉＦ_４等）が共に含まれる。このフッ化ケイ素が、エッチング部における保護膜の形成に寄与する。そして、反応部から生成された反応生成物をプラズマと反応させることにより、被処理基板の外周部におけるエッチング部に保護膜を形成する工程を備えるので、被処理基板の外周部におけるエッチング部において、十分な反応生成物の分布量が確保される被処理基板の中央部と同様に、保護膜を形成できる。この結果、被処理基板の外周部におけるエッチング部と中央部におけるエッチング部とで保護膜の形成状況を近づけることができるので、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理において、被処理基板の中央部付近と外周部付近との形状の均一性を改善させることができる。

【0011】

上記発明による基板処理方法において、好ましくは、被処理基板の外周部におけるエッチング部に保護膜を形成する工程は、反応部から生成されたシリコンを含む反応生成物をプラズマにより解離させる工程と、解離されたシリコンとプラズマ中の酸素ラジカルとの反応により酸化ケイ素を含む保護膜を形成する工程と、を含む。このように構成すれば、反応生成物であるフッ化ケイ素の一部をプラズマによって解離させ、解離されたシリコンとＯ_２ガス由来の酸素ラジカルとの反応によって、エッチング部にＳｉＯ系の保護膜が形成される。これにより、被処理基板の外周部においても、リング部材の反応部から供給される反応生成物により、エッチング部にＳｉＯ系の保護膜を効果的に形成できる。

【0012】

上記発明による基板処理方法において、好ましくは、反応部の材料はＳｉＯ_２であり、反応生成物は、フッ化ケイ素および酸素ラジカルを含む。このように構成すれば、フッ素ラジカルと反応部との反応により、フッ化ケイ素だけでなく、保護膜を形成するための材料としての酸素ラジカルも反応部から供給できる。また、ラジカルによる反応生成物の他に、反応部からはイオン衝突により酸素原子も生成され、保護膜を形成するための材料となる。なお、反応部の材料としてのＳｉＯ_２には、石英その他のＳｉＯ_２結晶が含まれる。

【0013】

上記発明による基板処理方法において、好ましくは、反応部から反応生成物を生成する工程において、被処理基板の外周部におけるラジカルおよび反応生成物の分布を、被処理基板の中央部におけるラジカルおよび反応生成物の分布と近づけるように、反応部から反応生成物を生成する。このように構成すれば、エッチング部および反応部の両方を合わせた被処理基板の外周部におけるラジカルおよび反応生成物の分布を、被処理基板の中央部のラジカルおよび反応生成物の分布に、近付けることができる。その結果、被処理基板の中央部と外周部とで保護膜の形成状況を近づけることができるので、被処理基板の中央部および外周部の各エッチング部の形状差を効果的に低減できる。

【0014】

上記発明による基板処理方法において、好ましくは、反応部は、リング部材の上面のうち、載置面上の被処理基板よりも外周側に少なくとも設けられ、かつ、環状に形成されている。このように構成すれば、反応部による余剰ラジカルの消費および反応生成物の供給を、被処理基板の外周部の全周に亘って均一に行える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、上記のように、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理において、被処理基板の中央部付近と外周部付近との形状の均一性を改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】基板処理方法を実施するための基板処理装置の概略構成を示した模式図である。

【図2】リング部材を説明するための基板載置部の拡大断面図である。

【図3】リング部材を説明するための基板載置部の模式的な平面図である。

【図4】本実施形態の基板処理方法を示したフロー図である。

【図5】被処理基板の外周部のエッチング部での保護膜の形成を説明する図である。

【図6】被処理基板の中央部のエッチング部での保護膜の形成を説明する図である。

【図7】酸化アルミニウム製のリング部材を用いた比較例による、被処理基板の外周部および中央部の各エッチング部の断面の全体画像および拡大画像である。

【図8】石英製のリング部材を用いた実施例による、被処理基板の外周部および中央部の各エッチング部の断面の全体画像および拡大画像である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0018】

まず、図１を参照して本実施形態の基板処理方法を行う基板処理装置１００を説明する。

【0019】

（基板処理装置）
基板処理装置１００は、処理チャンバ１０内にプラズマを形成して被処理基板１のドライエッチングを行うプラズマ処理装置である。被処理基板１は、シリコンにより形成されたシリコンウェハである。

【0020】

基板処理装置１００は、処理チャンバ１０と、基板載置部２０と、ガス供給装置３０と、プラズマ生成装置４０と、排気装置５０と、高周波電源６０とを備える。

【0021】

処理チャンバ１０は閉塞空間を有し、閉塞空間内に基板載置部２０を収容している。処理チャンバ１０は、相互に連通した内部空間を有する上チャンバ１１および下チャンバ１２から構成される。

【0022】

基板載置部２０は、被処理基板１が載置される載置面２０ａを有する。載置面２０ａは、円形状を有し、たとえば直径３００ｍｍの大きさの被処理基板１が載置される。基板載置部２０は、昇降シリンダ２５により処理チャンバ１０内で昇降自在に設けられている。なお、基板載置部２０には内部配管（図示せず）が設けられ、この内部配管にガルデン（登録商標）等の所定の冷媒を導入し、冷媒の温度を管理（例えば、５℃に管理）しながら、冷媒を循環させるチラー装置（図示せず）が取り付けられている。これにより、プラズマ処理の実行中、基板載置部２０が冷却される。

【0023】

ガス供給装置３０は、処理チャンバ１０内にエッチングガスおよび保護膜形成ガスを供給する。ガス供給装置３０は、エッチングガスとしてＳＦ_６ガスを供給するＳＦ_６ガス供給部３１と、保護膜形成ガスとしてＯ_２ガスを供給するＯ_２ガス供給部３２とを含む。各ガス供給部は、ガス供給用の分岐した供給管３３により、上チャンバ１１の上面から処理チャンバ１０内に接続している。供給管３３を介して、処理チャンバ１０内にＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスが供給される。

【0024】

プラズマ生成装置４０は、処理チャンバ１０内に供給されたガスにより誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する装置である。プラズマ生成装置４０は、上チャンバ１１の外周に設けられた螺旋状のコイル４１と、このコイル４１に高周波電力を供給する高周波電源４２とを含む。高周波電源４２によってコイル４１に高周波電力を供給することにより、上チャンバ１１内に供給されたガスがプラズマ化される。

【0025】

排気装置５０は、処理チャンバ１０内の圧力を減圧する。排気装置５０は、処理チャンバ１０内のガスを排気する真空ポンプ５１と、真空ポンプ５１を処理チャンバ１０内に接続する排気管５２とを含む。排気管５２を介して、真空ポンプ５１が処理チャンバ１０内のガスを排気し、処理チャンバ１０内を真空に近い所定の圧力状態とする。

【0026】

高周波電源６０は、基板載置部２０にバイアス電位用の高周波電力を供給する。高周波電源６０は、基板載置部２０の基台２１に高周波電力を供給することで、基板載置部２０（基台２１）とプラズマとの間にバイアス電位を与える。

【0027】

〈基板載置部の構成〉
基板載置部２０は、基台２１と、基台２１上に設置された静電チャック２２（図２参照）と、静電チャック２２の周囲を取り囲むリング部材２３とを含む。

【0028】

基台２１は、側面視で凸状の円板形状を有する。すなわち、基台２１は、図２に示すように、静電チャック２２と略同じ直径の小径部２１ａと、小径部２１ａの下側に位置し小径部２１ａよりも大きな直径を有する大径部２１ｂとから構成される。基台２１の材料は、たとえばアルミニウムである。

【0029】

静電チャック２２は、小径部２１ａの上面上に設置され、円板形状を有する。静電チャック２２の上面が載置面２０ａを構成する。静電チャック２２は、静電吸着用の電圧を印加する静電吸着用電源（図示せず）と接続されている。静電チャック２２に電圧を印加すると、静電誘導により、被処理基板１が静電チャック２２の上面である載置面２０ａに吸着される。プラズマ処理の実行中、被処理基板１の裏面には、所定の冷却ガス供給管（図示せず）から冷却ガス（Ｈｅガス等の不活性ガス）が供給され、被処理基板１が冷却される。

【0030】

リング部材２３は、小径部２１ａおよび静電チャック２２の外周側面を囲むように、大径部２１ｂの外周部上面上に設置されている。リング部材２３（図３参照）は、載置面２０ａの外周に沿った円環形状を有し、全周にわたって連続している。

【0031】

図２に示す例では、リング部材２３は、リング部材２３の上面が載置面２０ａと同じかまたは僅かに低い高さに位置するように設けられている。リング部材２３の上面の一部は、載置面２０ａよりも高い位置に配置されてもよい。また、被処理基板１が載置面２０ａに載置された場合、リング部材２３の内周端２３ｂを含む一部が、被処理基板１の外周端と上下に重なる。

【0032】

本実施形態では、リング部材２３の表面に、シリコンを含む反応部２３ａが設けられている。反応部２３ａの材料は、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＣなどが選択される。本実施形態の反応部２３ａの材料は、ＳｉＯ_２（石英）である。後述するが、反応部２３ａは、被処理基板１のエッチングの際に、プラズマ中のラジカルと反応して反応生成物８７（図５参照）を生成する機能を有する。

【0033】

図３に示すように、反応部２３ａは、リング部材２３の上面のうち、載置面２０ａ上の被処理基板１よりも外周側に少なくとも設けられ、かつ、環状に形成されている。本実施形態では、リング部材２３は、全体形状が石英で形成された単一部材からなる。そのため、反応部２３ａは、図２に示すように、リング部材２３の上面全体に相当する内周端２３ｂから外周端２３ｃまでの範囲Ｌに設けられている。反応部２３ａは、範囲Ｌのうちの一部のみに形成されていてもよい。リング部材２３は、反応部２３ａと、反応部２３ａを支持する部材との複数部材の組立体で構成されていてもよい。

【0034】

（基板処理方法）
次に、本実施形態の基板処理方法について説明する。図４に示すように、本実施形態の基板処理方法は、下記の工程Ｓ１～Ｓ４を備える。以下、基板処理装置１００の各部については、図１～図３を参照するものとする。

【0035】

工程Ｓ１では、載置面２０ａの外周を取り囲むようにリング部材２３が設けられた基板載置部２０の載置面２０ａに被処理基板１を配置する。被処理基板１は、図示しない搬送ロボット等により、基板載置部２０の載置面２０ａ上に載置される。静電チャック２２により被処理基板１が載置面２０ａに吸着される。

【0036】

工程Ｓ２において、基板載置部２０を収容する処理チャンバ１０内にＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスを導入し、高周波電力を印加してプラズマを形成する。まず、ガス供給装置３０により上チャンバ１１内にＳＦ_６ガス、Ｏ_２ガスが供給されるとともに、高周波電源４２によりコイル４１に高周波電力が供給される。これにより、ＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスが高周波電力により励起されてプラズマ８０（図５参照）となる。プラズマ８０は、ＳＦ_６ガス由来のフッ素ラジカル等のラジカル８１、ＳＦ_６ガス由来のフッ素イオン等のイオン８２、Ｏ_２ガス由来の酸素ラジカル８５および酸素イオン８６、電子などを含む。実際には反応は複雑なので、図５および図６は、代表的な反応例あるいは反応イメージを図示している。

【0037】

工程Ｓ３において、プラズマ８０により載置面２０ａ上の被処理基板１をエッチングするとともに、プラズマ８０により、リング部材２３の表面に設けられた反応部２３ａから反応生成物８７（図５参照）を生成する。まず、高周波電源６０により基板載置部２０に高周波電力が印加され、これにより、基板載置部２０と処理チャンバ１０中のプラズマ８０との間で電位差（バイアス電位）が生じる。

【0038】

図５に示すように、バイアス電位によって、プラズマ８０中のイオン８２が被処理基板１に向けて引き込まれる。イオン８２のエッチング部９０への衝突により、エッチング部９０が物理的にエッチングされる。また、プラズマ８０中のラジカル８１が、エッチング部９０のシリコンとの化学反応により、反応生成物を脱離させてシリコンをエッチングする。生成される反応生成物は、フッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４等）を含む。他に、図示していないが、酸素ラジカル８５や酸素イオン８６によるシリコンの表面酸化も行われている。このとき、被処理基板１の外周部１ａ（図３参照）の外側でも、プラズマ８０中のラジカル８１の一部がリング部材２３の反応部２３ａをエッチングし、反応部２３ａからもフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４）および酸素ラジカル８５を含む反応生成物８７が生じる。また、プラズマ８０中のイオン８２による反応部２３ａの物理的なエッチングも生じている。なお、本実施形態のエッチング処理は、いわゆる非ボッシュプロセスである。シリコンのエッチング工程と側壁保護膜の形成工程とを繰り返すボッシュプロセスと異なり、非ボッシュプロセスでは、エッチング工程と側壁保護膜形成工程が同時に行われる。ボッシュプロセスはエッチング部の側壁にスキャロップと呼ばれる等方性エッチによる貝殻状の形状(あるいは波状の凹凸)が生じるため、エッチング側壁形状を重視する場合にはスキャロップが生じない非ボッシュプロセスが好ましい。

【0039】

ここで、本実施形態では、図４の工程Ｓ４において、反応部２３ａから生成された反応生成物８７をプラズマ８０と反応させることにより、被処理基板１の外周部１ａ（図３参照）におけるエッチング部９０に保護膜９１を形成する。

【0040】

具体的には、工程Ｓ４は、反応部２３ａから生成されたシリコンを含む反応生成物８７（図５参照）をプラズマ８０により解離させる工程と、解離されたシリコンと酸素ラジカル８５との反応により酸化ケイ素を含む保護膜９１（図５参照）を形成する工程と、を含む。シリコンを含む反応生成物８７は、具体的にはフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４等）である。

【0041】

図５において、被処理基板１のエッチング部９０から生成された反応生成物であるフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４）も、反応部２３ａから生成された反応生成物８７であるフッ化ケイ素８３も、大部分は、排気装置５０により処理チャンバ１０から排出されることになる。一方で、各部で生成されたフッ化ケイ素８３の一部は、プラズマ８０によってＳｉ解離種８３ａとＦ解離種８３ｂとに解離される。解離されたＳｉ解離種８３ａは、Ｏ_２ガスに由来する酸素ラジカル８５または反応部２３ａの反応生成物８７である酸素ラジカル８５と反応して結合し、エッチング部９０内に付着することでＳｉＯ系（酸化ケイ素）の保護膜９１が形成される。エッチング部９０の底面に形成された保護膜９１はイオン８２等により物理的にエッチングされるため、結果としてエッチング部９０の側壁に保護膜９１が形成される。

【0042】

フッ化ケイ素８３に由来するＳｉＯ系の保護膜９１の形成は、被処理基板１の外周部１ａおよび中央部１ｂのどちらでも生じる。図５に示す外周部１ａでは、上記のようにエッチング部９０から生成されたフッ化ケイ素８３および反応部２３ａから生成されたフッ化ケイ素８３の両方が、保護膜９１の形成に寄与する。図６に示す中央部１ｂでは、反応部２３ａからの距離が大きいため、主にエッチング部９０から生成されたフッ化ケイ素８３が保護膜９１の形成に寄与する。

【0043】

なお、図３に示したように、被処理基板１の「外周部」とは、中央部１ｂよりも径方向外側の部分であり、たとえば被処理基板１の外周縁から内側へ１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の範囲である。

【0044】

次に、本実施形態の基板処理方法の作用を、被処理基板１の中央部１ｂのエッチング部９０と外周部１ａのエッチング部９０との対比で説明する。

【0045】

図６に示すように、被処理基板１の中央部１ｂでは、いずれかのエッチング部９０の周囲は、別のエッチング部９０によって囲まれている。そのため、中央部１ｂのある点の周囲（一定半径内の領域）では、外周部１ａと比べて、ラジカル８１と反応するシリコン表面積（の比率）が大きい。ラジカル８１により、多数のエッチング部９０の各々でフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４）が生成する。中央部１ｂでは、ラジカル８１と反応するシリコン表面積（の比率）が大きいため、外周部１ａと比べて反応生成物（フッ化ケイ素８３）の生成量が相対的に大きく、ラジカル８１が相対的に少なくなる。

【0046】

図５に示したように、被処理基板１の外周部１ａのエッチング部９０は、被処理基板１の外周縁に近いので、周囲にある別のエッチング部９０の数が少ない。そのため、外周部１ａのある点の周囲（一定半径内の領域）では、中央部１ｂと比較して、ラジカル８１と反応するシリコン表面積（の比率）が小さい。したがって、仮に反応部２３ａが設けられない場合、外周部１ａでは、中央部１ｂと比較して、エッチング部９０から生成される反応生成物（フッ化ケイ素８３）の生成量が相対的に少なく、シリコン表面積に対してラジカル８１が相対的に多い状態となる。なお、図５、図６において、各反応は各々１つの反応として描写しているが、実際には無数に発生しており、図５、図６は、各反応の反応量（あるいは反応比率）を示しているものではない。例えば、図５および図６では、共に、１つのエッチング部９０から生成されるフッ化ケイ素８３は１つのみ描写されているが、周囲（一定半径内の領域）も含めたエッチング部９０の存在数（つまりシリコン表面積）は外周部１ａよりも中央部１ｂの方が多いことから、１つのエッチング部９０の周囲も含めたエッチング部９０から生成されるフッ化ケイ素８３等の反応生成物の量は中央部１ｂの方が多い。また、図５に示した外周部１ａ付近に反応部２３ａが存在しない場合（エッチング部９０から生成された反応生成物に由来する保護膜９１だけを考慮した場合）、エッチング部９０への保護膜９１の進入量（つまり生成量）が図５と図６で同数描写されていることになるが、上記の様に、１つのエッチング部９０の周囲も含めたエッチング部９０から生成される反応生成物の量が中央部１ｂの方が多いことから、エッチング部９０から生成された反応生成物に由来する保護膜９１のエッチング部９０への進入量（生成量）も中央部１ｂの方が多い。

【0047】

本願発明者は、このようなラジカル８１の分布（粗密）および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布（粗密）が被処理基板１の中央部１ｂと外周部１ａとで異なる場合、中央部１ｂと外周部１ａとで反応生成物に由来するＳｉＯ系の保護膜９１の形成状況に差異が生じ、エッチング部９０の形状差をもたらす要因の１つとなることを発見した。外周部１ａにおける保護膜９１の形成作用が弱いため、中央部１ｂと比較して、外周部１ａでは深さ方向のエッチングレート、溝幅が増大する傾向にある。

【0048】

そこで、本実施形態では、被処理基板１の外周部１ａのさらに外側に、リング部材２３の反応部２３ａを設けたため、外周部１ａにおける余剰のラジカル８１は、反応部２３ａのエッチングに利用され、反応生成物８７（フッ化ケイ素８３）を生成する。すなわち、本実施形態では、工程Ｓ３（図４参照）において、被処理基板１の外周部１ａ（図５参照）におけるラジカル８１および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布を、被処理基板１の中央部１ｂ（図６参照）におけるラジカル８１および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布と近づけるように、反応部２３ａから反応生成物８７を生成する。

【0049】

この結果、本実施形態では、ラジカル８１の分布（粗密）および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布（粗密）が被処理基板１の中央部１ｂと外周部１ａとで近付くことにより、中央部１ｂと外周部１ａとの間での反応生成物に由来するＳｉＯ系の保護膜９１の形成状況の差異が低減され、エッチング部９０の形状差が低減される。特に、本実施形態の反応部２３ａは石英（ＳｉＯ_２）からなるため、反応部２３ａからの反応生成物８７にはフッ化ケイ素８３だけでなく酸素ラジカル８５が含まれ、ＳｉＯ系の保護膜９１の材料となるＳｉおよびＯの両方が反応部２３ａから供給される。なお、図示を省略するが、反応部２３ａからは、プラズマ８０中のイオン８２の衝突による酸素原子（Ｏ）も供給される。

【0050】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0051】

本実施形態の基板処理方法では、上記のように、プラズマ８０により載置面２０ａ上の被処理基板１をエッチングするとともに、プラズマ８０により、リング部材２３の表面に設けられたシリコンを含む反応部２３ａから反応生成物８７を生成する工程Ｓ３を備える。これにより、被処理基板１の外周部１ａ付近では、被処理基板１のエッチング部９０だけでなくリング部材２３の反応部２３ａでも、余剰のラジカル８１による反応生成物８７を生成するので、被処理基板１の外周部１ａ付近における反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布量を増大させることができる。被処理基板１および反応部２３ａから生成される反応生成物には、フッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４等）が共に含まれる。このフッ化ケイ素８３が、エッチング部９０における保護膜９１の形成に寄与する。そして、反応部２３ａから生成された反応生成物８７をプラズマ８０と反応させることにより、被処理基板１の外周部１ａにおけるエッチング部９０に保護膜９１を形成する工程Ｓ４を備えるので、外周部１ａにおけるエッチング部９０において、十分な反応生成物の分布量が確保される中央部１ｂと同様に、反応生成物（フッ化ケイ素８３）に由来する十分な量の保護膜９１を形成できる。この結果、被処理基板１の外周部１ａにおけるエッチング部９０と中央部１ｂにおけるエッチング部９０とで保護膜９１の形成状況を近づけることができるので、非ボッシュプロセスのドライエッチング処理において、被処理基板１の中央部１ｂ付近と外周部１ａ付近との形状の均一性を改善させることができる。

【0052】

また、本実施形態では、上記のように、被処理基板１の外周部１ａにおけるエッチング部９０に保護膜９１を形成する工程Ｓ４は、反応部２３ａから生成されたシリコンを含む反応生成物８７をプラズマ８０により解離させる工程と、解離されたシリコンと酸素ラジカル８５との反応により酸化ケイ素を含む保護膜９１を形成する工程と、を含む。これにより、反応生成物８７であるフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４）の一部をプラズマ８０によって解離させ、解離されたシリコン（Ｓｉ）とプラズマ８０中の酸素ラジカル８５との反応によって、外周部１ａにおけるエッチング部９０にＳｉＯ系の保護膜９１が形成される。その結果、被処理基板１の外周部１ａにおいても、リング部材２３の反応部２３ａから供給される反応生成物８７により、エッチング部９０にＳｉＯ系の保護膜９１を効果的に形成できる。

【0053】

また、本実施形態では、上記のように、反応部２３ａの材料はＳｉＯ_２（石英）であり、反応生成物８７は、フッ化ケイ素８３（ＳｉＦ_４）および酸素ラジカル８５を含む。これにより、ラジカル８１と反応部２３ａとの反応により、フッ化ケイ素８３だけでなく酸素ラジカル８５も生成できる。そのため、保護膜９１を形成するための材料としての酸素ラジカル８５も反応部２３ａから供給できる。この他に、反応部２３ａからはイオン衝突により酸素原子（Ｏ）も生成され、保護膜９１を形成するための材料となる。

【0054】

また、本実施形態では、上記のように、反応部２３ａから反応生成物８７を生成する工程Ｓ３において、被処理基板１の外周部１ａにおけるラジカル８１および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布を、被処理基板１の中央部１ｂにおけるラジカル８１および反応生成物（フッ化ケイ素８３）の分布と近づけるように、反応部２３ａから反応生成物８７を生成する。これにより、被処理基板１の外周部１ａのエッチング部９０および反応部２３ａの両方を合わせたラジカル８１および反応生成物の分布を、中央部１ｂのラジカル８１および反応生成物の分布に、近付けることができる。その結果、被処理基板１の中央部１ｂと外周部１ａとで保護膜９１の形成状況に近づけることができるので、中央部１ｂおよび外周部１ａの各エッチング部９０の形状差を効果的に低減できる。

【0055】

また、本実施形態では、上記のように、反応部２３ａは、リング部材２３の上面のうち、半径方向における内周側の所定長さ範囲に亘って少なくとも設けられ、かつ、環状に形成されている。これにより、反応部２３ａによる余剰ラジカルの消費および反応生成物８７の供給を、被処理基板１の外周部１ａの全周に亘って均一に行える。

【0056】

（実験結果）
次に、本実施形態の基板処理方法の効果を確認するために行った実験および実験結果について説明する。

【0057】

実験は、同一の基板処理装置１００を用いて、図２に示したリング部材２３の材質を異ならせてそれぞれ同一のエッチング処理を行い、形成されるエッチング形状を比較することで行った。リング部材２３の材質として、実施例では石英（ＳｉＯ_２）製のリング部材２３を使用し、比較例として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）製のリング部材を使用した。リング部材の形状および寸法は、実施例と比較例とで同一である。

【0058】

表１は、エッチング処理の処理条件を示す。

【表1】

【0059】

表２は、エッチング処理の実験結果を示す。

【表2】

【0060】

比較例では、深さ方向のエッチングレート、上端部の幅寸法、底部の幅寸法のいずれもが、中央部１ｂと比較して外周部１ａで大きくなっており、エッチングレートの面内均一性が±１３．５％となった。図７は、比較例による中央部１ｂにおけるエッチング部９０の画像と、外周部１ａにおけるエッチング部９０の画像とを並べて示している。

【0061】

ここで、面内均一性は、被処理基板１上の任意のｎカ所で測定した深さ方向のエッチングレートの中の最大エッチングレート（ＥＲ_Ｍａｘ）及び最小エッチングレート（ＥＲ_Ｍｉｎ）と、ｎカ所のエッチングレートから算出した平均エッチングレート（ＥＲ_Ａｖｅ）とを基にして、下式（１）によって算出したものであり、算出した数値が小さいほど均一性が良好であることを意味する。
面内均一性＝｛（ＥＲ_Ｍａｘ－ＥＲ_Ｍｉｎ）／（２×ＥＲ_Ａｖｅ）｝×１００・・・（１）

【0062】

一方、表２に示す実施例では、深さ方向のエッチングレート、上端部の幅寸法、底部の幅寸法のいずれもが、中央部１ｂと比較して外周部１ａで大きくなっているものの、中央部１ｂと外周部１ａとの差異は比較例と比べて小さくなる傾向が見られた。そして、エッチングレートの面内均一性が±３．８％となり、比較例と比べて約１０％小さくなることが確認された。図８は、実施例による被処理基板１の中央部１ｂにおけるエッチング部の画像と、外周部１ａにおけるエッチング部の画像とを並べて示している。図７と比較して、図８からは、エッチング部の形状の均一性に明らかな改善が見られた。また、図７では外周部の保護膜形成不足による側壁荒れが見られていたが、図８では十分な保護膜形成により改善が見られた。

【0063】

これにより、本実施形態による基板処理方法によって、被処理基板１の中央部１ｂと外周部１ａとの形状の均一性が改善することが確認された。

【0064】

なお、比較例の酸化アルミニウム製のリング部材の表面に、被処理基板１の周方向に沿って複数のシリコン薄板を設けて同一の実験を行ったところ、実施例と同様に、エッチング形状（深さ方向のエッチングレート、幅寸法）の均一性に改善が見られた。このため、リング部材の表面にシリコンを含む反応部を設けることの効果が確認された。

【0065】

さらに、比較例において、表１に示したＯ_２ガス流量を０（ｓｃｃｍ）にして、ＳＦ_６ガスの単ガスでエッチング処理を行った場合、エッチング形状の面内差がほとんど生じないことが確認された（ただし、エッチング形状自体も所望の形状とはならなかった）。ＳＦ_６の単ガスでの処理では、外周部１ａだけでなく中央部１ｂでもエッチング部９０に保護膜９１が形成されないことから、ＳＦ_６ガスとＯ_２ガスとによる非ボッシュプロセスでは、保護膜９１の形成量のばらつきが、エッチング形状の面内均一性に大きく影響することが確認された。つまり、本実施形態で示した反応メカニズムが確かであることが確認できた。

【0066】

なお、上記の実験結果から分かるように、あるエッチング処理方法が本実施形態に記載の工程を備えているかどうかを確認するには、（１）実際にリング部材の反応部が消耗しているかどうかを検証すること、および、（２）反応部を他のＳｉを含まない材質に変えてエッチング形状が悪化するかどうかを検証すること、の２つで特定可能である。つまり、（１）については、例えば、ある一定量のエッチング処理を行い、その前後でのリング部材の重量や厚みの変動によって反応部の消耗度を計測し、同様に従来のエッチング耐性のある材質（酸化アルミニウムなど）によるリング部材の消耗度と比較することで検証可能である。また、（２）については本実施形態で記載の様に、エッチング形状の面内差を確認することで判断可能である。

【0067】

［変形例］
なお、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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0068】

たとえば、上記実施形態では、図１に示した基板処理装置１００を用いて基板処理方法を実施する例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明の基板処理方法を実施する基板処理装置の装置構成は特に限定されず、図１の装置構成とは異なっていてもよい。

【0069】

また、上記実施形態では、リング部材２３において反応部２３ａが連続した環状に形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、リング部材２３の上面において、複数の反応部２３ａを周方向に沿って離散的に配置してもよい。

【符号の説明】

【0070】

１：被処理基板、１０：処理チャンバ、２０：基板載置部、２０ａ：載置面、２３：リング部材、２３ａ：反応部、８０：プラズマ、８１：ラジカル、８３：フッ化ケイ素、８５：酸素ラジカル、８７：反応生成物、９０：エッチング部、９１：保護膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】