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(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】2024-05-17
(45)【発行日】2024-05-27
(54)【発明の名称】基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240520BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
H01L21/302 101C
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022003985
(22)【出願日】2022-01-13
(65)【公開番号】P2023103113
(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２００１－３０８０７９（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
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、前記載置面上に配置された前記被処理基板の外周縁部を上方から覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、
前記基板載置部および前記保護部材を収容する処理チャンバ内にＳＦ６ガスおよびＯ２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、前記保護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、
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、基板処理方法。
【請求項2】
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、
前記載置面上に配置された前記被処理基板の外周縁部を上方から隙間を空けて覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、
前記基板載置部および前記保護部材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、前記保護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、
前記反応部の材料はＳｉＯ ２ である、基板処理方法。
【請求項3】
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、
前記載置面上に配置された前記被処理基板の外周縁部を上方から覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、
前記基板載置部および前記保護部材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、前記保護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、
前記保護部材は、
前記被処理基板の外周縁部を覆うとともに、上面に前記反応部を有する環状の第１部材と、
前記第１部材の外周端を着脱可能に支持し、前記反応部を有しない環状の第２部材と、を含む、基板処理方法。
【請求項4】
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１～３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１～４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、処理チャンバ内に処理ガスを供給し高周波電圧を印加して処理ガスをプラズマ化させるとともに、基板保持装置に高周波電圧を印加し、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保持装置に保持されたシリコン基板をエッチングする技術が開示されている。上記特許文献１では、基板保持装置により保持されたシリコン基板の外周側縁部上面が環状の保護部材で覆われる。保護部材は、シリコン基板のうち、レジスト膜や酸化膜などの保護膜が形成されていない外周側縁部上面がエッチングされることを防ぐ機能を有し、アルミニウムにアルマイトコーティングを施したもの或いは酸化アルミニウムからなるセラミックにより構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５２５０４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１のように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、環状の保護部材よりも内周側のエッチング部（エッチングされる加工箇所）において、被処理基板の中央部付近と被処理基板の外周部付近（保護部材付近）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と被処理基板の外周部（保護部材付近）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。
【0006】
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】
【0007】
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、ＳＦ６ガスとＯ２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エッチング部が少ないか、または存在せず、さらに外周側縁部もエッチング耐性の高い酸化アルミニウム等の保護部材に覆われているため、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。
【0008】
すなわち、本発明の第１の局面による基板処理方法は、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、載置面上に配置された被処理基板の外周縁部を上方から覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、基板載置部および保護部材を収容する処理チャンバ内にＳＦ６ガスおよびＯ２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、保護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、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。なお、本明細書における被処理基板の「外周部」とは、被処理基板の外周側で、かつ、保護部材よりも内周側であってエッチング部（加工箇所）が存在する領域を意味し、被処理基板の外周縁部を含まない概念である。
本発明の第２の局面による基板処理方法は、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、載置面上に配置された被処理基板の外周縁部を上方から隙間を空けて覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、基板載置部および保護部材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、保護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、反応部の材料はＳｉＯ ２ である。
本発明の第３の局面による基板処理方法は、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、載置面上に配置された被処理基板の外周縁部を上方から覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、基板載置部および保護部材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、保護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、保護部材は、被処理基板の外周縁部を覆うとともに、上面に反応部を有する環状の第１部材と、第１部材の外周端を着脱可能に支持し、反応部を有しない環状の第２部材と、を含む。
本発明の第２の局面による基板処理方法は、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、載置面上に配置された被処理基板の外周縁部を上方から隙間を空けて覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、基板載置部および保護部材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、保護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、反応部の材料はＳｉＯ ２ である。
本発明の第３の局面による基板処理方法は、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、載置面上に配置された被処理基板の外周縁部を上方から覆うように、環状の保護部材を配置する工程と、基板載置部および保護部材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、保護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、保護部材は、被処理基板の外周縁部を覆うとともに、上面に反応部を有する環状の第１部材と、第１部材の外周端を着脱可能に支持し、反応部を有しない環状の第２部材と、を含む。
【0009】
本発明の第１～第３の局面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、保護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、被処理基板だけでなく保護部材の反応部でも、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、ＳＦ６ガスのプラズマによるフッ素ラジカルとシリコンとの反応によるフッ化ケイ素（ＳｉＦ４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でも、反応生成物が十分に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。
【0010】
上記発明の第１～第３の局面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Ｏ２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、保護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。
【0011】
上記発明の第１の局面による基板処理方法では、反応部の材料はＳｉＯ２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。これにより、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ＳｉＯ２には、石英その他のＳｉＯ２結晶が含まれる。
【0012】
上記発明の第１～第３の局面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。
【0013】
上記発明の第３の局面による基板処理方法では、保護部材は、被処理基板の外周縁部を覆うとともに、上面に反応部を有する環状の第１部材と、第１部材の外周端を着脱可能に支持し、反応部を有しない環状の第２部材と、を含む。これにより、被処理基板とともにエッチングされる反応部を有する第１部材を、第２部材に対して交換できる。そのため、エッチングに伴い反応部が消耗した場合に、保護部材の全体を交換する場合と比べて、交換作業を容易化できるとともに資源消費量を低減できる。
【発明の効果】
【0014】
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】
【0015】
【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】保護部材および保護部材の支持構造を示した模式的な斜視図である。
【図3】保護部材を説明するための被処理基板の外周縁部近傍の拡大断面図である。
【図4】保護部材と被処理基板との位置関係を説明するための模式的な平面図である。
【図5】本実施形態の基板処理方法を示したフロー図である。
【図6】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7】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8】酸化アルミニウム製の保護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9】石英製の第１部材を備えた保護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】
【0016】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
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。
【0018】
（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。
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。
【0019】
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、保護部材７０とを備える。
【0020】
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。
【0021】
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。基板載置部２０は、円板形状を有し、基台２１と、基台２１上に設置された静電チャック２２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。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。基台２１はアルミニウムからなり、静電チャック２２およびリング部材２３は酸化アルミニウムからなる。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。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。また、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。
【0022】
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ＳＦ６ガスを供給するＳＦ６ガス供給部３１と、保護膜形成ガスとしてＯ２ガスを供給するＯ２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ＳＦ６ガスおよびＯ２ガスが供給される。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
保護部材７０は、処理チャンバ１０内で基板載置部２０の上方に配置されている。保護部材７０は、円環形状かつ平板形状を有する。保護部材７０は、環状のベース部７５（図２参照）から立ち上がる複数の支柱７６により支持されている。
【0027】
昇降シリンダ２５により基板載置部２０が下降位置（実線参照）にあるとき、基板載置部２０が保護部材７０の下方に離隔する。昇降シリンダ２５により基板載置部２０が上昇位置（二点鎖線参照）に移動すると、リング部材２３の上面が保護部材７０の下面と接触して、保護部材７０が被処理基板１の外周縁部１ｃ（図３参照）を上方から覆う。なお、基板載置部２０に対して保護部材７０が昇降してもよい。
【0028】
〈保護部材の構成〉
図２に示すように、保護部材７０は、環状の第１部材７１と、第１部材７１の外周端を着脱可能に支持する環状の第２部材７２とを含む。第１部材７１は、全周にわたって連続した単一部材である。第２部材７２は、外周側が複数の支柱７６により支持されている。第２部材７２には、表裏に貫通するガス抜き用の貫通孔７２ｂが、周方向に沿って複数形成されている。
図２に示すように、保護部材７０は、環状の第１部材７１と、第１部材７１の外周端を着脱可能に支持する環状の第２部材７２とを含む。第１部材７１は、全周にわたって連続した単一部材である。第２部材７２は、外周側が複数の支柱７６により支持されている。第２部材７２には、表裏に貫通するガス抜き用の貫通孔７２ｂが、周方向に沿って複数形成されている。
【0029】
図３に示すように、第２部材７２の内周端には、第１部材７１の外周端と係合する周状の段差部７２ａが形成されている。この段差部７２ａに、第１部材７１が上方へ移動可能（取り外し可能）な状態で設置されている。第２部材７２の下面には、リング部材２３の上面と接触する当接部７２ｃが設けられている。接触により、保護部材７０と被処理基板１との上下位置関係が一定になる。第１部材７１は、被処理基板１の外周縁部１ｃを覆うように、被処理基板１の外径よりも、外周縁部１ｃの被覆範囲の分だけ小さい内径（図４参照）を有する。被処理基板１の外周縁部１ｃを覆う部分は第１部材７１によって構成され、第２部材７２は、略全体が外周縁部１ｃよりも外周側に設けられている。保護部材７０（第１部材７１、第２部材７２）と被処理基板１の外周縁部１ｃ上面及び外周面との間には隙間が形成されている。
【0030】
本実施形態では、保護部材７０の表面に、シリコンを含む反応部７１ａが設けられている。反応部７１ａの材料は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣなどが選択される。本実施形態の反応部７１ａの材料は、ＳｉＯ２（石英）である。後述するが、反応部７１ａ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６参照）を生成する機能を有する。
【0031】
本実施形態では、第１部材７１が反応部７１ａを有し、第２部材７２は反応部７１ａを有しない。具体的には、第１部材７１の全体形状がＳｉＯ２（石英）により形成されており、第１部材７１の上面全体（図４参照）が反応部７１ａを構成する。一方、第２部材７２は、酸化アルミニウムにより形成されており、反応部７１ａを構成しない。第２部材７２の材料には、耐エッチング性能および機械的強度（靭性）が反応部７１ａの構成材料よりも高いものが選択される。第２部材７２の材料は窒化アルミニウム等でもよい。
【0032】
（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５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～Ｓ５を備える。以下、基板処理装置１００の各部については、図１～図４を参照するものとする。
次に、本実施形態の基板処理方法について説明する。図５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～Ｓ５を備える。以下、基板処理装置１００の各部については、図１～図４を参照するものとする。
【0033】
工程Ｓ１では、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、下降位置にある基板載置部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。
【0034】
工程Ｓ２において、載置面２０ａ上に配置された被処理基板１の外周縁部１ｃを上方から覆うように、環状の保護部材７０を配置する。すなわち、昇降シリンダ２５により基板載置部２０が下降位置から上昇位置へ移動されることにより、第１部材７１が被処理基板１の外周縁部１ｃの上方を覆う所定位置（図３参照）に保護部材７０が配置される。
【0035】
工程Ｓ３において、基板載置部２０および保護部材７０を収容する処理チャンバ１０内にＳＦ６ガスおよびＯ２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ＳＦ６ガス、Ｏ２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、ＳＦ６ガスおよびＯ２ガスが高周波電力により励起されてプラズマ８０（図６参照）となる。プラズマ８０は、ＳＦ６ガス由来のフッ素ラジカル等のラジカル８１、ＳＦ６ガス由来のフッ素イオン等のイオン８２、Ｏ２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６および図７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。
【0036】
工程Ｓ４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、保護部材７０（第１部材７１）の表面に設けられた反応部７１ａから反応生成物８７（図６参照）を生成する。具体的には、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。
【0037】
図６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（ＳｉＦ４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４参照）の外側でも、プラズマ８０中のラジカル８１の一部が保護部材７０の反応部７１ａをエッチングし、反応部７１ａからもフッ化ケイ素８３（ＳｉＦ４）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７１ａ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。
【0038】
ここで、本実施形態では、図４の工程Ｓ５において、反応部７１ａ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。
【0039】
具体的には、工程Ｓ５は、反応部７１ａから生成されたシリコンを含む反応生成物８７（図６参照）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６参照）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（ＳｉＦ４等）である。
【0040】
図６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（ＳｉＦ４）も、反応部７１ａ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、Ｏ２ガスに由来する酸素ラジカル８５または反応部７１ａ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。
【0041】
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６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７１ａ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７に示す中央部１ｂでは、反応部７１ａ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。
【0042】
なお、図４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かつ保護部材７０よりも径方向内側の部分（覆われていない部分）であり、たとえば被処理基板１の外周縁部１ｃから内側へ１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の範囲である。
【0043】
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。
【0044】
図７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（ＳｉＦ４）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。
【0045】
図６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の外周縁部１ｃ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。また、被処理基板１の外周縁部１ｃは保護部材７０により覆われている。したがって、仮に反応部７１ａが設けられない場合、外周部１ａでは、中央部１ｂと比較して、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６、図７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６、図７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６および図７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。さらに、図６に示した外周部１ａ付近に反応部７１ａ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６と図７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。
【0046】
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。
【0047】
そこで、本実施形態では、被処理基板１の外周部１ａのさらに外側の保護部材７０に反応部７１ａ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７１ａ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Ｓ４（図５参照）において、被処理基板１の外周部１ａ（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７１ａから反応生成物８７を生成する。
【0048】
この結果、本実施形態では、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、本実施形態では石英（ＳｉＯ２）からなる反応部７１ａ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７１ａから供給される。なお、図示を省略するが、反応部７１ａ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。
【0049】
（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。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0050】
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、保護部材７０の表面に設けられた反応部７１ａから反応生成物８７を生成する工程Ｓ４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だけでなく保護部材７０の反応部７１ａでも余剰のラジカルによる反応生成物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７１ａから生成される反応生成物には、フッ化ケイ素８３（ＳｉＦ４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７１ａ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Ｓ５を備えるので、被処理基板１の外周部１ａにおけるエッチング部９０において、反応生成物が十分に確保される中央部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と中央部１ｂ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。
【0051】
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Ｓ５は、反応部７１ａ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プラズマ８０中の酸素ラジカル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（ＳｉＦ４）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。そのため、被処理基板１の外周部１ａにおいても、反応部７１ａ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。
【0052】
また、本実施形態では、上記のように、反応部７１ａの材料はＳｉＯ２（石英）であり、反応生成物８７は、フッ化ケイ素８３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７１ａとの反応により、フッ化ケイ素８３だけでなく、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７１ａから供給できる。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７１ａから供給できる。この他に、反応部７１ａ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。
【0053】
また、本実施形態では、上記のように、反応部７１ａから反応生成物８７を生成する工程Ｓ４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７１ａ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７１ａ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の形成状況を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。
【0054】
また、本実施形態では、上記のように、保護部材７０は、被処理基板１の外周縁部１ｃを覆うとともに、上面に反応部７１ａを有する環状の第１部材７１と、第１部材７１の外周端を着脱可能に支持し、反応部７１ａを有しない環状の第２部材７２と、を含む。これにより、エッチングに伴い反応部７１ａが消耗した場合に、第１部材７１だけを第２部材７２に対して交換できるので、交換作業を容易化できるとともに資源消費量を低減できる。また、第１部材７１の全体を脆性材料である石英で形成した本実施形態では、第１部材７１と第２部材７２とを別個に構成することで第１部材７１の構造を簡素化できるので、第１部材７１（反応部７１ａ）の破損のリスクを効果的に低減できる。
【0055】
（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。
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。
【0056】
実験は、同一の基板処理装置１００を用いて、図３に示した保護部材７０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。第１部材７１の材質として、実施例では石英（ＳｉＯ２）製の第１部材７１を使用し、比較例として第１部材および第２部材を酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で一体形成した保護部材を使用した。第１部材および第２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。
【0057】
表１は、エッチング処理の処理条件を示す。
【表1】
【0058】
表２は、エッチング処理の実験結果を示す。
【表2】
【0059】
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±３．９％となった。図８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。
【0060】
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（ＥＲＭａｘ）及び最小エッチングレート（ＥＲＭｉｎ）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（ＥＲＡｖｅ）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＝｛（ＥＲＭａｘ－ＥＲＭｉｎ）／（２×ＥＲＡｖｅ）｝×１００・・・（１）
面内均一性＝｛（ＥＲＭａｘ－ＥＲＭｉｎ）／（２×ＥＲＡｖｅ）｝×１００・・・（１）
【0061】
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と外周部１ａとで同等であり、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±０．３％となり、比較例と比べて小さくなることが確認された。図９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８と比較して、図９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８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９では十分な保護膜形成により改善が見られた。
【0062】
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。
【0063】
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）実際に保護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、その前後での保護部材（全体）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）による保護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。
【0064】
［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。
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。
【0065】
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。
【0066】
また、上記実施形態では、保護部材７０を第１部材７１と第２部材７２との組立体として構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、保護部材７０を単一部材で構成してもよい。
【符号の説明】
【0067】
１：被処理基板、１０：処理チャンバ、２０：基板載置部、２０ａ：載置面、７０：保護部材、７１：第１部材、７１ａ：反応部、７２：第２部材、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】
【図9】
