JP2017216391A - 基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスを置換する時間を短縮すること。
【解決手段】処理容器１２内において基板Ｗにガスを供給し所定の処理を行う処理空間Ａと、処理空間と連通し処理空間の圧力よりも所定の割合小さい圧力を有する排気空間Ｂと、を有する基板処理装置における基板処理方法である。基板に第１のガスを供給する第１の工程と、第１の工程の後、基板に第１のガスとは異なる第２のガスを供給する第２の工程と、を有する。基板の端部から処理空間と排気空間との境界までの距離、第２のガスの流れに垂直となる断面積、第２のガスの供給流量、処理空間の圧力、第２のガスに対する第１のガスの拡散係数から算出されるペクレ数が１より大きくなるように、第２の工程における基板の端部から処理空間と排気空間との境界までの距離、第２のガスの流れに垂直となる空間断面積及び第２のガスの供給流量の少なくともいずれかを調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理方法に関する。
原子層堆積法により基板に所定の膜を形成する方法や、原子層エッチング法により基板に形成された膜をエッチングする方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。これらの方法では、処理容器内の基板に異なる種類のガスを順番に供給することにより、基板に所定の膜が形成され、又は、基板に形成された膜がエッチングされる。
また、例えば数種類の絶縁膜が積層された被エッチング膜をエッチングする際、エッチング時間を短縮するため、プラズマを維持させながら一のエッチング工程のガス条件から他のエッチング工程のガス条件にプロセス条件を切り替えるエッチング方法（コンティニュアスプラズマを使用したエッチング方法）が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−２７３９６号公報 特開２０１５−１７３２４０号公報 特許第５０１４４３５号公報
しかしながら、上記の方法では、処理容器内の基板が設けられている領域から下流側の領域へ排気されたガスの一部が、処理容器内の基板が設けられている領域へ逆流する場合がある。このようにガスの逆流が生じると、ガスの切り替えを行う際、ガスを置換する時間が長くなる。また、ガスの置換が不十分な状態で次の工程に切り替わることにより、プロセスが不安定になることがある。
そこで、本発明の一態様では、ガスを置換する時間を短縮することが可能な基板処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理方法は、処理容器内において基板にガスを供給し所定の処理を行う処理空間と、前記処理空間と連通し前記処理空間の圧力よりも所定の割合小さい圧力を有する排気空間と、を有する基板処理装置における基板処理方法であって、前記基板に第１のガスを供給する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記基板に前記第１のガスとは異なる第２のガスを供給する第２の工程と、を有し、前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離をＬ、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積をＳ（ｘ）、前記第２のガスの供給流量をＱ、前記処理空間の圧力をＰ、前記第２のガスに対する前記第１のガスの拡散係数をＤとしたときに、下記の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように、前記第２の工程における前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離Ｌ、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）及び前記第２のガスの供給流量Ｑの少なくともいずれかを調整することを特徴とする。
開示の基板処理方法によれば、ガスを置換する時間を短縮することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略構成図 第１実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャート ガスの流れを説明するための図（１） ガスの流れを説明するための図（２） 第２実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャート 第３実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャート ペクレ数Ｐｅを変化させたときの処理空間における酸素濃度を示す図（１） ペクレ数Ｐｅを変化させたときの処理空間における酸素濃度を示す図（２）
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。
本発明の一実施形態に係る基板処理方法は、基板に第１のガスを供給する第１の工程と基板に第１のガスとは異なる第２のガスを供給する第２の工程とを有し、第２の工程におけるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整するものである。ペクレ数Ｐｅについては後述する。また、本発明の一実施形態に係る基板処理方法は、例えば基板に成膜処理、エッチング処理等の所定の処理を行う基板処理装置に適用可能である。
以下では、本発明の一実施形態に係る基板処理方法を基板処理装置の一例であるプラズマ処理装置に適用する場合を例に挙げて説明する。
（プラズマ処理装置）
本発明の一実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す概略構成図である。
図１に示されるように、プラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、例えば陽極酸化処理されたアルミニウムにより形成されている。処理容器１２は接地されている。
処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば絶縁材料により形成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。
載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥと静電チャックＥＳＣとを含む。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａと第２プレート１８ｂとを含む。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウム等の金属により略円盤形状に形成されている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａと電気的に接続されている。
第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。
第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料に応じて選択される材料により形成されており、例えば石英により形成されている。
第２プレート１８ｂの内部には、温調機構として機能する冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給され、冷媒流路２４に供給された冷媒は配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。即ち、冷媒流路２４には、冷媒が循環するように供給される。また、冷媒流路２４に供給される冷媒の温度を調整することにより、静電チャックＥＳＣにより保持されたウエハＷの温度が制御される。
プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガスを静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向するように配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ａが形成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、例えば載置台ＰＤの上面からの鉛直方向における距離Ｇが可変であるように構成される。上部電極３０は、電極板３４と電極支持体３６とを含む。電極板３４は処理空間Ａに面しており、電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。電極板３４は、例えばシリコンにより形成されている。なお、図１に示す電極板３４は平板であるが、外周部につれて上部電極３０と載置台ＰＤの上面との距離Ｇが短くなるテーパ形状を有してもよい。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウム等の導電性材料により形成されている。電極支持体３６は、水冷構造を有していてもよい。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａには、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガス供給源群４０が接続されている。ガス供給源群４０は、処理ガスの供給源、パージガスの供給源、酸素（Ｏ２）ガスの供給源等の複数のガス供給源を含む。処理ガスは、例えばＣ４Ｆ６ガス、Ｃ４Ｆ８ガスの少なくともいずれかを含むフルオロカーボンガスである。パージガスは、アルゴン（Ａｒ）ガス、Ｈｅガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガスの少なくともいずれかを含む希ガスである。
バルブ群４２は複数のバルブを含み、流量制御器群４４はマスフローコントローラ等の複数の流量制御器を含む。ガス供給源群４０の複数のガス供給源は、それぞれバルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１０には、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、エッチングにより生じる副生成物が処理容器１２に付着することを防止するものであり、例えばアルミニウムにＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより形成されている。
載置台ＰＤの周囲には、処理容器１２内を均一に排気するため、多数の排気孔を有するバッフル板４８が設けられている。バッフル板４８は、例えばアルミニウムにＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより形成されている。バッフル板４８の下方には、載置台ＰＤを囲むように排気空間Ｂが形成されている。即ち、排気空間Ｂは、バッフル板４８を介して処理空間Ａと連通している。なお、バッフル板４８は、載置台ＰＤの周囲において、鉛直方向に移動可能であってもよい。
処理空間Ａは、排気空間Ｂから排気管５２を介してターボ分子ポンプ等の真空ポンプを含む排気装置５０と接続されている。そして、排気装置５０により、処理容器１２内の処理空間Ａのガスが排気空間Ｂへ排出され、排気管５２を介して排気される。これにより、処理容器１２内の処理空間Ａを所定の真空度まで減圧することができる。また、バッフル板４８が設けられている部分におけるコンダクタンスが低いため、排気空間Ｂは、処理空間Ａの圧力よりも所定の割合小さい圧力を有している。所定の割合は、バッフル板４８に設けられている多数の排気孔の数、大きさ等によって変化するものであり、例えば３０％以上とすることができる。
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、例えば４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して上部電極３０に接続されてもよい。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、例えば１３ＭＨｚの高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ａに存在する正のイオンを電極板３４に引き込むための電圧を上部電極３０に印加する。電源７０は、例えば負の直流電圧を発生する直流電源である。なお、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源７０から上部電極に印加される電圧は、例えば１５０Ｖ以上の電圧である。電源７０から上部電極３０に電圧が印加されると、処理空間Ａに存在する正のイオンが電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子及び／又はシリコンが放出される。放出されたシリコンは、処理空間Ａに存在するフッ素の活性種と結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。
また、プラズマ処理装置１０は、制御部１００を備えている。制御部１００は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部１００では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部１００の記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納されている。
（基板処理方法）
次に、本発明の一実施形態の基板処理方法について説明する。以下では、ガスを置換する時間を短縮することが可能な、本発明の第１実施形態及び第２実施形態の基板処理方法について、前述のプラズマ処理装置を用いてウエハに形成されたシリコン酸化膜をエッチングする場合を例に挙げて説明する。以下の基板処理方法は、制御部１００によりプラズマ処理装置１０の各部の動作が制御されることにより実行される。
〔第１実施形態〕
第１実施形態の基板処理方法について説明する。図２は、第１実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャートである。
図２に示されるように、第１実施形態の基板処理方法は、エッチング工程Ｓ１１と、パージ工程Ｓ１２とを有する。エッチング工程Ｓ１１及びパージ工程Ｓ１２は、予め定められた所定の回数に到達するまで繰り返し行われる。即ち、パージ工程Ｓ１２の後、所定の回数に到達したか否かを判定する判定工程Ｓ１３が行われ、所定の回数に到達したと判定された場合、処理を終了し、所定の回数に到達していないと判定された場合、エッチング工程Ｓ１１へ戻る。なお、所定の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
エッチング工程Ｓ１１では、ウエハＷにフルオロカーボンガスと希ガスとを含む処理ガスをプラズマ化して供給する。エッチング工程Ｓ１１では、処理ガスが励起されることによりプラズマが生成され、生成されたプラズマにウエハＷが晒される。これにより、ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜がエッチングされる。また、エッチング工程Ｓ１１では、フルオロカーボンガスを含む堆積物がシリコン酸化膜の上に堆積する。フルオロカーボンガスは、例えばＣ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスのうち少なくともいずれかを含む。希ガスは、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｋｒガス及びＸｅガスのうち少なくともいずれかを含む。
具体的には、ガス供給源群４０から処理ガスを処理容器１２内に供給し、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力を下部電極ＬＥに供給し、排気装置５０により処理容器１２内の処理空間Ａの圧力を所定の圧力に調整する。また、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを所定の間隔に調整する。これにより、処理容器１２内の処理空間Ａにおいて処理ガスのプラズマが生成され、載置台ＰＤ上に載置されたウエハＷがプラズマに晒される。なお、エッチング工程Ｓ１１では、上部電極３０に電源７０からの電圧を印加してもよい。
パージ工程Ｓ１２では、ウエハＷにパージガスを供給する。これにより、エッチング工程Ｓ１１において処理容器１２内に供給され、処理空間Ａに残存する処理ガスをパージガスで置換する。パージガスは、例えばエッチング工程Ｓ１１で用いられる希ガスであってもよく、異なるガスであってもよい。
具体的には、ガス供給源群４０からパージガスを処理容器１２内に供給しながら、排気装置５０により処理容器１２内の処理空間Ａに残存する処理ガスをパージガスと共に排気する。これにより、エッチング工程Ｓ１１において処理容器１２内に供給され、処理空間Ａに残存する処理ガスが排気され、処理空間Ａがパージガスで置換される。
なお、パージ工程Ｓ１２では、エッチング工程Ｓ１１において処理容器１２内に供給される処理ガスに含まれる希ガス以外のガスの供給を停止することにより、処理容器１２内に希ガスを供給してもよい。即ち、エッチング工程Ｓ１１からパージ工程Ｓ１２に切り替える際、希ガスの供給を停止することなく処理容器１２内に連続して希ガスを供給してもよい。この場合、エッチング工程Ｓ１１において処理容器１２内に供給される希ガスの流量と同一であってもよく、異なっていてもよい。
このとき、図３に示されるように、処理空間ＡのウエハＷが設けられている領域（以下「領域Ａ１」という。）から処理空間Ａの排気空間Ｂ側の領域（以下「領域Ａ２」という。）へ排気された処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流する場合がある。このように処理ガスの逆流が生じると、領域Ａ１に残存する処理ガスをパージガスに置換する時間が長くなる。その結果、ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜を所定の量だけエッチングする時間が長くなる。なお、図３は、ガスの流れを説明するための図である。
そこで、本実施形態では、ウエハＷに処理ガスを供給するエッチング工程Ｓ１１とウエハＷにパージガスを供給するパージ工程Ｓ１２とを有し、パージ工程Ｓ１２においてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整する。
ペクレ数Ｐｅについて説明する。複数のガス吐出孔３４ａから、上部電極３０と載置台ＰＤとの間の空間にガスが供給されると、ガスは排気方向（排気装置５０が接続されている方向）に拡散しながら流れる。「拡散」と「流れ」により輸送されるガス成分（例えば、ラジカル）の濃度分布は、装置構成、処理条件等により、「拡散」と「流れ」のどちらの因子に依存しているかが異なる。「拡散」と「流れ」のどちらの因子にどの程度依存しているかを定性的に示す、無次元数としてペクレ数Ｐｅが知られている。
長さｘ（ｍ）がｘ＝０からｘ＝Ｌまでの間のペクレ数Ｐｅは、ガスの流速ｕ（ｍ／ｓ）と、第２のガスに対する第１のガスの拡散係数Ｄ（ｍ２／ｓ）とを用いて、下記の数式（１）で表される。
また、ガスの流速ｕは、ガスの供給流量Ｑ（Ｔｏｒｒ・ｍ３／ｓ）、ガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）（ｍ２）、処理空間Ａの圧力Ｐ（Ｔｏｒｒ）を用いて、下記の数式（２）で表される。
さらに、数式（１）及び数式（２）により、ペクレ数Ｐｅは、下記の数式（３）で表される。
ところで、ペクレ数Ｐｅは１を境界して、Ｐｅが１より小さい場合、ガスの輸送は「拡散」が支配的であるとされ、Ｐｅが１より大きい場合、ガスの輸送は「流れ」が支配的であるとされる。
本実施形態では、図４に示されるように、ウエハＷの端部から処理空間Ａと排気空間Ｂとの境界までの距離をＬ、パージガスの流れに垂直となる空間断面積をＳ（ｘ）、パージガスの供給流量をＱ、処理空間Ａの圧力をＰ、パージガスに対する処理ガスの拡散係数をＤとしたときに、前述の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整する。言い換えると、図４に示されるように、ウエハＷの端部から排気空間Ｂに向かう方向におけるウエハＷの端部からの距離をＬ１とすると、ペクレ数Ｐｅが１となるＬ１がＬより小さくなるように所定の処理条件を調整する。なお、図４は、ガスの流れを説明するための図である。
所定の処理条件は、パージ工程Ｓ１２におけるウエハＷの端部から処理空間Ａと排気空間Ｂとの境界までの距離Ｌ、パージガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）及びパージガスの供給流量Ｑの少なくともいずれかである。ウエハＷの端部から処理空間Ａと排気空間Ｂとの境界までの距離Ｌは、例えばバッフル板４８を鉛直方向に移動させることにより調整することができる。パージガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）は、Ｓ（ｘ）を画定するための処理容器１２の形状、例えば上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを制御することにより調整することができる。パージガスの供給流量Ｑは、例えば流量制御器群４４のパージガスに対応する流量制御器を制御することにより調整することができる。
これにより、処理空間Ａにおいて、ガスの輸送は「拡散」よりも「流れ」が支配的となるため、領域Ａ１から領域Ａ２へ排気された処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流することを抑制することができる。また、バッフル板４８を通過して排気空間Ｂに到達した処理ガスは、排気空間Ｂから処理空間Ａへ逆流することはほとんどない。これは、排気空間Ｂが、処理空間Ａの圧力よりも所定の割合小さい圧力を有しているためである。所定の割合としては、例えば３０％以上とすることができる。
さらに、ペクレ数Ｐｅが１となる場合のウエハＷの端部からの距離Ｌ１とウエハＷの半径と和が載置台ＰＤの半径よりも小さくなるように、所定の処理条件を調整することが好ましい。これにより、領域Ａ１から領域Ａ２へ排気された処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流することを特に抑制することができる。
以上に説明したように、本実施形態の基板処理方法では、排気空間Ｂから処理空間Ａへのガスの逆流を抑制できると共に、領域Ａ２から領域Ａ１へのガスの逆流を抑制することができる。このため、領域Ａ１に残存する処理ガスをパージガスに置換する時間を短縮することができる。
〔第２実施形態〕
第２実施形態の基板処理方法について説明する。図５は、第２実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャートである。
図５に示されるように、第２実施形態の基板処理方法は、第１のエッチング工程Ｓ２１と、第１のパージ工程Ｓ２２と、第２のエッチング工程Ｓ２３と、第２のパージ工程Ｓ２４とを有する。第１のエッチング工程Ｓ２１、第１のパージ工程Ｓ２２、第２のエッチング工程Ｓ２３及び第２のパージ工程Ｓ２４は、予め定められた所定の回数に到達するまで繰り返し行われる。即ち、第２のパージ工程Ｓ２４の後、所定の回数に到達したか否かを判定する判定工程Ｓ２５が行われ、所定の回数に到達したと判定された場合、処理を終了し、所定の回数に到達していないと判定された場合、第１のエッチング工程Ｓ２１へ戻る。なお、所定の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
第１のエッチング工程Ｓ２１及び第１のパージ工程Ｓ２２は、それぞれ第１実施形態のエッチング工程Ｓ１１及びパージ工程Ｓ１２と同様とすることができる。
第２のエッチング工程Ｓ２３では、ウエハＷにＯ２ガスと希ガスとを含む第２の処理ガスをプラズマ化して供給する。第２のエッチング工程Ｓ２３では、第２の処理ガスが励起されることによりプラズマが生成され、生成されたプラズマにウエハＷが晒される。これにより、希ガス原子の活性種、例えば希ガス原子のイオンが、第１のエッチング工程Ｓ２１で堆積した堆積物に衝突する。これにより、堆積物に含まれるフルオロカーボンラジカルがエッチングを進行させる。また、堆積物の膜厚が減少する。希ガスは、第１のエッチング工程Ｓ２１で用いられる希ガスであってもよく、異なるガスであってもよい。
具体的には、ガス供給源群４０から第２の処理ガスを処理容器１２内に供給し、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力を下部電極ＬＥに供給し、排気装置５０により処理容器１２内の処理空間Ａの圧力を所定の圧力に調整する。また、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを所定の間隔に調整する。これにより、処理容器１２内の処理空間Ａにおいて処理ガスのプラズマが生成され、載置台ＰＤ上に載置されたウエハＷがプラズマに晒される。なお、第２のエッチング工程Ｓ２３では、上部電極３０に電源７０からの電圧を印加してもよい。
第２のパージ工程Ｓ２４では、ウエハＷに第２のパージガスを供給する。これにより、第２のエッチング工程Ｓ２３において処理容器１２内に供給され、処理空間Ａに残存する第２の処理ガスを第２のパージガスで置換する。第２のパージガスは、第１のパージガスと同一のガスであってもよく、異なるガスであってもよい。
具体的には、ガス供給源群４０から第２のパージガスを処理容器１２内に供給しながら、排気装置５０により処理容器１２内の処理空間Ａに残存する第２の処理ガスを第２のパージガスと共に排気する。これにより、第２のエッチング工程Ｓ２３において処理容器１２内に供給され、処理空間Ａに残存する第２の処理ガスが排気され、処理空間Ａが第２のパージガスで置換される。
本実施形態では、第１のパージ工程Ｓ２２において、領域Ａ１から領域Ａ２へ排気された第１の処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流する場合がある。また、第２のパージ工程Ｓ２４において、領域Ａ１から領域Ａ２へ排気された第２の処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流する場合がある。
このように処理ガス（第１の処理ガス、第２の処理ガス）の逆流が生じると、領域Ａ１に残存する処理ガスをパージガスに置換する時間が長くなる。その結果、ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜を所定の量だけエッチングする時間が長くなる。
そこで、本実施形態では、第１のパージ工程Ｓ２２及び第２のパージ工程Ｓ２４において、前述の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整する。
第１のパージ工程Ｓ２２における所定の処理条件は、第１実施形態における所定の処理条件と同様とすることができる。
第２のパージ工程Ｓ２４における所定の処理条件は、第２のパージ工程Ｓ２４におけるウエハＷの端部から処理空間Ａと排気空間Ｂとの境界までの距離Ｌと、第２のパージガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）と、第２のパージガスの供給流量Ｑとの少なくともいずれかである。ウエハＷの端部から処理空間Ａと排気空間Ｂとの境界までの距離Ｌは、例えばバッフル板４８を鉛直方向に移動させることにより調整することができる。第２のパージガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）は、例えば上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを制御することにより調整することができる。第２のパージガスの供給流量Ｑは、例えば流量制御器群４４の第２のパージガスに対応する流量制御器を制御することにより調整することができる。
これにより、処理空間Ａにおいて、ガスの輸送は「拡散」よりも「流れ」が支配的となるため、領域Ａ１から領域Ａ２へ排気された第２の処理ガスの一部が、領域Ａ１へ逆流することを抑制することができる。また、バッフル板４８を通過して排気空間Ｂに到達した第２の処理ガスは、排気空間Ｂから処理空間Ａへ逆流することはほとんどない。これは、排気空間Ｂが、処理空間Ａの圧力よりも所定の割合小さい圧力を有しているためである。所定の割合としては、例えば３０％以上とすることができる。
以上に説明したように、本実施形態の基板処理方法では、排気空間Ｂから処理空間Ａへのガスの逆流を抑制できると共に、領域Ａ２から領域Ａ１へのガスの逆流を抑制することができる。このため、領域Ａ１に残存する第１の処理ガスを第１のパージガスに置換する時間、及び、領域Ａ１に残存する第２の処理ガスを第２のパージガスに置換する時間を短縮することができる。
なお、本実施形態では、第１のパージ工程Ｓ２２及び第２のパージ工程Ｓ２４においてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、いずれか一方のパージ工程のみにおいてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよい。
〔第３実施形態〕
第３実施形態の基板処理方法について説明する。図６は、第３実施形態の基板処理方法を説明するためのフローチャートであり、コンティニュアスプラズマを使用した基板処理方法を説明するためのフローチャートである。
図６に示されるように、第３実施形態の基板処理方法は、第１のパージ工程Ｓ２２と第２のパージ工程Ｓ２４を有していない点で、第２実施形態の基板処理方法と異なる。即ち、第３実施形態の基板処理方法は、第１のエッチング工程Ｓ３１と第２のエッチング工程Ｓ３２とを有する。第１のエッチング工程Ｓ３１及び第２のエッチング工程Ｓ３２は、予め定められた所定の回数に到達するまで繰り返し行われる。即ち、第２のエッチング工程Ｓ３２の後、所定の回数に到達したか否かを判定する判定工程Ｓ３３が行われ、所定の回数に到達したと判定された場合、処理を終了し、所定の回数に到達していないと判定された場合、第１のエッチング工程Ｓ３１へ戻る。なお、所定の回数は、１回であってもよく、複数回であってもよい。
第３実施形態では、第２のエッチング工程Ｓ３２において、前述の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整する。これにより、領域Ａ１に残存する第１の処理ガスを第２の処理ガスに置換する時間を短縮することができる。このため、第１のエッチング工程Ｓ３１から第２のエッチング工程Ｓ３２へ切り替える過渡時間に生じるプロセスの不安定性を改善することができる。
また、第３実施形態では、第１のエッチング工程Ｓ３１において、前述の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよい。これにより、領域Ａ１に残存する第２の処理ガスを第１の処理ガスに置換する時間を短縮することができる。このため、第２のエッチング工程Ｓ３２から第１のエッチング工程Ｓ３１へ切り替える過渡時間に生じるプロセスの不安定性を改善することができる。
（シミュレーション結果）
次に、本発明の効果を示すシミュレーション結果について説明する。
本シミュレーションでは、パージ工程において、前述の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整したときに、領域Ａ２に残存するＯ２ガスの領域Ａ１への逆流が抑制されるかを確認した。
図７は、ペクレ数Ｐｅを変化させたときの処理空間における酸素濃度を示す図である。具体的には、図７は、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを４０ｍｍ、処理空間Ａの圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）とした場合に、領域Ａ１にＡｒガスを供給し、領域Ａ２にＯ２ガスを供給したときの酸素濃度を示している。なお、Ｏ２ガスは処理ガスの一例であり、Ａｒガスはパージガスの一例である。また、疑似的に領域Ａ２にＯ２ガスが残存している状態を形成するために、領域Ａ２にＯ２ガスを供給している。
図７（ａ）は、Ａｒガスの流量が１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が１ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが０．１４である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図７（ｂ）は、Ａｒガスの流量が５００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が５ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが０．６８である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図７（ｃ）は、Ａｒガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが１．３６である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図７（ｄ）は、Ａｒガスの流量が２０００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が２０ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが２．７１である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。なお、ペクレ数Ｐｅは前述の数式（３）により算出される値である。
図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示されるように、ペクレ数Ｐｅが１より大きい場合、領域Ａ１におけるＯ２ガスの濃度が小さいことが分かる。即ち、領域Ａ２から領域Ａ１へＯ２ガスがほとんど逆流していないと考えられる。よって、ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように領域Ａ１に供給するＡｒガスの流量を調整することにより、Ｏ２ガスの逆流を抑制することができる。その結果、ガスを置換する時間を短縮することができる。
これに対して、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、ペクレ数Ｐｅが１より小さい場合、領域Ａ１におけるＯ２ガスの濃度が、領域Ａ２に近づくにつれて大きくなっていることが分かる。即ち、領域Ａ２から領域Ａ１へＯ２ガスが逆流していると考えられる。
図８は、ペクレ数Ｐｅを変化させたときの処理空間における酸素濃度を示す図である。具体的には、図８は、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを９０ｍｍ、処理空間Ａの圧力を５０ｍＴｏｒｒ（６．７Ｐａ）とした場合に、領域Ａ１にＡｒガスを供給し、領域Ａ２にＯ２ガスを供給したときの酸素濃度を示している。なお、Ｏ２ガスは処理ガスの一例であり、Ａｒガスはパージガスの一例である。また、疑似的に領域Ａ２にＯ２ガスが残存している状態を形成するために、領域Ａ２にＯ２ガスを供給している。
図８（ａ）は、Ａｒガスの流量が２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が２ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが０．１４である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図８（ｂ）は、Ａｒガスの流量が１０００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が１０ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが０．７１である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図８（ｃ）は、Ａｒガスの流量が２０００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が２０ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが１．４３である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。図８（ｄ）は、Ａｒガスの流量が４０００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量が４０ｓｃｃｍ、ペクレ数Ｐｅが２．８６である場合の処理空間Ａにおける酸素濃度の分布を示している。なお、ペクレ数Ｐｅは前述の数式（３）により算出される値である。
図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示されるように、ペクレ数Ｐｅが１より大きい場合、領域Ａ１におけるＯ２ガスの濃度が小さいことが分かる。即ち、領域Ａ２から領域Ａ１へＯ２ガスがほとんど逆流していないと考えられる。よって、ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように領域Ａ１に供給するＡｒガスの流量を調整することにより、Ｏ２ガスの逆流を抑制することができる。その結果、ガスを置換する時間を短縮することができる。
これに対して、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、ペクレ数Ｐｅが１より小さい場合、領域Ａ１におけるＯ２ガスの濃度が、領域Ａ２に近づくにつれて大きくなっていることが分かる。即ち、領域Ａ２から領域Ａ１へＯ２ガスが逆流していると考えられる。
以上に説明したように、ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように領域Ａ１に供給するＡｒガスの流量及び上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離Ｇを調整することにより、Ｏ２ガスの逆流を抑制することができる。その結果、Ｏ２ガスをＡｒガスに置換する時間を短縮することができる。
なお、上記の各実施形態において、ウエハＷは基板の一例である。処理ガス及び第１の処理ガスは第１のガスの一例であり、パージガス及び第１のパージガスは第２のガスの一例であり、第２の処理ガスは第３のガスの一例であり、第２のパージガスは第４のガスの一例である。エッチング工程Ｓ１１及び第１のエッチング工程Ｓ２１は第１の工程の一例であり、パージ工程Ｓ１２及び第１のパージ工程Ｓ２２は第２の工程の一例である。第２のエッチング工程Ｓ２３は第３の工程の一例であり、第２のパージ工程Ｓ２４は第４の工程の一例である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
上記の実施形態では、エッチングガスとしてフルオロカーボンガスを用い、絶縁膜をエッチングする場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。エッチングガスは、ウエハＷに形成されたエッチング対象の膜の種類に応じて選択することができる。エッチングガスとしては、例えばフルオロハイドロカーボンガス、ＮＦ３、ＳＦ６、希ガス、窒素（Ｎ２）ガス、Ｏ２ガス、水素（Ｈ２）ガス、臭素含有ガス、塩素含有ガス、ヨウ素含有ガスの少なくともいずれかを含むガスを用いてもよい。
上記の実施形態では、処理ガスがＡｒガスなどの希ガスを含む場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＮ２ガス、Ｏ２ガスの少なくともいずれかを含むガスを用いてもよい。
上記の実施形態では、ウエハＷに形成された所定の膜をエッチングする場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ウエハＷに所定の膜を成膜するものであってもよい。ウエハＷに所定の膜を成膜する場合、処理ガスとしては、エッチングガスに代えて成膜ガスを用いればよい。成膜ガスは、ウエハＷに成膜する膜の種類に応じて選択することができる。成膜ガスとしては、例えばＴＥＯＳガス、シリルアミン系ガス、クロロシランガス、希ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスの少なくともいずれかを含むガスを用いてもよい。
上記の実施形態では、パージガスとして、Ａｒガスなどの希ガスを用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えばＮ２ガス、Ｏ２ガスの少なくともいずれかを含むガスを用いてもよい。
上記の実施形態では、エッチング工程とパージ工程とを交互に繰り返して行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、異なる種類のガスを順番に供給するものであればよい。例えば、成膜工程、パージ工程、エッチング工程及びパージ工程を順番に行うものであってもよい。この場合、成膜工程の後のパージ工程においてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよく、エッチング工程の後のパージ工程においてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよい。また、成膜工程の後のパージ工程及びエッチング工程の後のパージ工程においてペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよい。さらに、成膜工程とエッチング工程とを交互に繰り返し行ってもよい。この場合、成膜工程の後のエッチング工程において、もしくは、エッチング工程の後の成膜工程において、ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように所定の処理条件を調整してもよい。
上記の実施形態では、処理ガスをプラズマ化してウエハＷに供給する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、処理ガスをプラズマ化することなくウエハＷに供給してもよい。
上記の実施形態では、排気空間Ｂがバッフル板４８を介して処理空間Ａと連通している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、排気空間Ｂは処理空間Ａと連通し処理空間Ａの圧力よりも所定の割合小さい圧力を有する空間であればよい。排気空間Ｂは、例えばバッフル板４８に代えて可変式バタフライバルブであるＡＰＣ（Automatic Pressure Control）バルブを介して処理空間Ａと連通するものであってもよい。
上記の実施形態では、プラズマ処理装置として、容量結合型プラズマ装置を用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、例えば誘導結合型プラズマ装置、マイクロ波プラズマ装置であってもよい。
１０ プラズマ処理装置
１２ 処理容器
３４ａ ガス吐出孔
４８ バッフル板
５０ 排気装置
ＰＤ 載置台
Ａ 処理空間
Ｂ 排気空間
Ｗ ウエハ

Claims (11)

  1. 処理容器内において基板にガスを供給し所定の処理を行う処理空間と、前記処理空間と連通し前記処理空間の圧力よりも所定の割合小さい圧力を有する排気空間と、を有する基板処理装置における基板処理方法であって、
    前記基板に第１のガスを供給する第１の工程と、
    前記第１の工程の後、前記基板に前記第１のガスとは異なる第２のガスを供給する第２の工程と、
    を有し、
    前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離をＬ、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積をＳ（ｘ）、前記第２のガスの供給流量をＱ、前記処理空間の圧力をＰ、前記第２のガスに対する前記第１のガスの拡散係数をＤとしたときに、
    下記の数式（３）により算出されるペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように、前記第２の工程における前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離Ｌ、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）及び前記第２のガスの供給流量Ｑの少なくともいずれかを調整することを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記所定の割合が３０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記第１の工程において、前記第１のガスをプラズマ化して供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理方法。
  4. 前記第２の工程において、前記第２のガスをプラズマ化して供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記基板は載置台に載置されており、
    前記ペクレ数Ｐｅが１となる場合の前記基板の端部から前記排気空間に向かう方向への距離をＬ１としたときに、
    前記基板の半径と前記距離Ｌ１との和が前記載置台の半径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記第１の工程と前記第２の工程とが繰り返し行われ、
    前記ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように、前記第１の工程における前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離Ｌ、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）及び前記第２のガスの供給流量Ｑの少なくともいずれかを調整することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記第１のガスはエッチングガスを含み、前記第２のガスは希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記第１のガスは、希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスを更に含み、
    前記第２の工程において前記基板に供給される希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスの流量が、前記第１の工程において前記基板に供給される希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスの流量と同一であることを特徴とする請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記第１のガスは成膜ガスを含み、前記第２のガスは希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  10. 前記第１のガスは、希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスを更に含み、
    前記第２の工程において前記基板に供給される希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスの流量が、前記第１の工程において前記基板に供給される希ガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスの少なくとも１つのガスの流量と同一であることを特徴とする請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記第２の工程の後、前記基板に第３のガスを供給する第３の工程と、
    前記第３の工程の後、前記基板に前記第３のガスとは異なる第４のガスを供給する第４の工程と、
    を有し、
    前記ペクレ数Ｐｅが１より大きくなるように、前記第４の工程における前記基板の端部から前記処理空間と前記排気空間との境界までの距離Ｌと、前記第２のガスの流れに垂直となる空間断面積Ｓ（ｘ）と、前記第２のガスの供給流量Ｑとの少なくともいずれかを調整することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。
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