JP2022124908A - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板の表面に形成された複数種類の膜のうち、所望の膜を選択的にエッチングすること【解決手段】エッチングガスに対して各々被エッチング性を有する第１の膜及び第２の膜が表面に形成された基板に、水酸基を備えた化合物、あるいは水の少なくとも一方を含む保護膜形成用ガスを供給し、前記エッチングガスを供給するときに前記第１の膜及び前記第２の膜のうち、前記第１の膜が選択的に保護されるように当該第１の膜を被覆する保護膜を形成する工程と、前記保護膜が形成された状態で、前記基板にエッチングガスを供給して前記第２の膜を選択的にエッチングする工程と、を備える。【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。
半導体装置を構成するにあたり、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に形成された各種の膜に対してエッチングが行われる。例えば特許文献１には、low-k膜と呼ばれる層間絶縁膜が形成されたウエハに対してエッチングを行い、配線を埋め込むための凹部を当該層間絶縁膜に形成することについて記載されている。
特開２０１６－６３１４１号公報
本開示は、基板の表面に形成された複数種類の膜のうち、所望の膜を選択的にエッチングすることができる技術を提供する。
本開示のエッチング方法は、エッチングガスに対して各々被エッチング性を有する第１の膜及び第２の膜が表面に形成された基板に、水酸基を備えた化合物、あるいは水の少なくとも一方を含む保護膜形成用ガスを供給し、前記エッチングガスを供給するときに前記第１の膜及び前記第２の膜のうち、前記第１の膜が選択的に保護されるように当該第１の膜を被覆する保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された状態で、前記基板にエッチングガスを供給して前記第２の膜を選択的にエッチングする工程と、
を備える。
本開示によれば、基板の表面に形成された複数種類の膜のうち、所望の膜を選択的にエッチングすることができる。
本開示の一実施形態に係るエッチングが行われるウエハの表面の縦断側面図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 エッチング処理後のウエハの表面の縦断側面図である。 エッチング時のガスの供給タイミングの一例を示すチャート図である。 エッチング時のガスの供給タイミングの一例を示すチャート図である。 エッチングを行うための基板処理装置の平面図である。 前記基板処理装置に設けられるエッチングモジュールの縦断側面図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 前記エッチングを説明する工程図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。
本開示のエッチング方法の一実施形態に係る処理を以下に説明する。図１は、その処理が行われるウエハＷの表面部の縦断側面図を示している。図１は、その処理が行われるウエハＷの表面部の縦断側面図を示している。図中１１はＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）膜であり、ＳｉＧｅ膜１１の上側には酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜１２が積層されている。この酸化シリコン膜１２とＳｉＧｅ膜１１との積層体には、凹部１３が形成されており、この凹部１３内にはポリシリコン膜１４が埋め込まれている。また、ポリシリコン膜１４の側壁と凹部１３の側壁との間には、ポリシリコン膜１４の側方を囲み、ポリシリコン膜１４の側壁及び凹部１３の側壁に各々接するＳｉＯＣＮ膜１５、即ちシリコン、酸素、窒素及び炭素により構成される膜が設けられている。従って、横方向に見て酸化シリコン膜１２及びＳｉＧｅ膜１１からなる積層体、ＳｉＯＣＮ膜１５、ポリシリコン膜１４がこの順に隣り合うように形成されている。ポリシリコン膜１４は被エッチング膜であり、ＳｉＧｅ膜１１は非エッチング膜である。
ＳｉＯＣＮ膜１５はlow-ｋ膜と呼ばれる層間絶縁膜であり、多孔質膜である。この実施形態の概略を説明しておく。この実施形態では、ポリシリコン膜１４及びＳｉＧｅ膜１１のうち、ポリシリコン膜１４を選択的にエッチングすることを目的とする。そのために、アルコールまたは水（水蒸気）からなる保護膜形成用ガスの供給と、エッチングガスである例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）ガスの供給とを交互に繰り返し行う。
保護膜形成用ガスの供給を行うのはポリシリコン膜１４及びＳｉＧｅ膜１１の両方が、エッチングガスに対して被エッチング性を有しているためである。仮に保護膜形成用ガスを供給せずにポリシリコン膜１４のエッチングを行うとする。その場合、ポリシリコン膜１４のエッチングが進行する過程で、エッチングガスがＳｉＯＣＮ膜１５の孔部を通過し、ＳｉＧｅ膜１１の側壁に供給されてしまい、当該側壁がエッチングされてしまう。上記の保護膜形成用ガスはＳｉＯＣＮ膜１５の孔部におけるエッチングガスの通過を防止し、そのようなＳｉＧｅ膜１１のエッチングを防ぐために供給される。
保護膜形成用ガスについて詳しく述べると、後述の評価試験で示すようにＳｉＯＣＮ膜１５に対して比較的高い吸着性を示す。従って、保護膜形成用ガスは、ＳｉＯＣＮ膜１５の表面に比較的多く吸着する。即ち、当該ＳｉＯＣＮ膜１５の孔部を形成する孔壁に比較的多く吸着し、孔部が封止される。この封止により、エッチングガスが当該孔部を通過してＳｉＧｅ膜１１に供給されることが防止される。その一方で、保護膜形成用ガスのポリシリコン膜１４に対する吸着性は低いので、ポリシリコン膜１４上には保護膜は比較的小さい膜厚で形成される。そのように膜厚が小さい保護膜が形成されてもエッチング中に消失するので、ポリシリコン膜１４はエッチング可能である。
なお、下層のＳｉＧｅ膜１１上に設けられた酸化シリコン膜１２については、ＳｉＧｅ膜１１のエッチングを防止するためのマスクであり、シリコン含有化合物であるためポリシリコン膜１４と同様、エッチングガスに対して被エッチング性を有する。保護膜形成用ガスは、この酸化シリコン膜１２についても高い吸着性を有するので、酸化シリコン膜１２上にも保護膜が形成される。つまり、エッチング中は酸化シリコン膜１２についても保護されるので、ＳｉＧｅ膜１１については上記のように側方からのエッチングが防止されるのみならず、上方からのエッチングも確実性高く防止されることになる。上記のポリシリコン膜１４、酸化シリコン膜１２について見れば、エッチング中にポリシリコン膜１４上の保護膜が消失した後も酸化シリコン膜１２上の保護膜が残った状態でエッチングが行われる。即ち、形成される保護膜の厚さの違いを利用して、酸化シリコン膜１２及びポリシリコン膜１４のうちポリシリコン膜１４が選択的にエッチングされることになる。
上記のように保護膜形成用ガスの吸着性に膜間で差が生じる要因としては水素結合の形成具合の差が関与していると考えられる。具体的に述べると、各膜の表面は水素終端されている。つまりポリシリコン膜１４であれば、膜の最表面のシリコン原子は水素原子に結合された状態となっている。そのように水素終端されたシリコン原子と、水酸基あるいは水を構成する水素原子との間では水素結合が形成されない。一方、酸化シリコン膜１２、ＳｉＯＣＮ膜１５についても水素終端され、膜の最表面の酸素原子や窒素原子が水素原子に結合されているが、この状態の酸素原子あるいは窒素原子と、水酸基あるいは水を構成する水素原子との間で水素結合を形成可能である。このような違いが、既述した吸着性の差になると考えられる。なお、以上に述べたようにウエハＷの各膜に形成される保護膜は、液体であってもよいし固体であってもよい。
続いて、図２～図５を参照して、ウエハＷに対して行われる処理について、順を追って説明する。これらの図２～図５は、図１で説明したウエハＷの表面部が処理によって変化する様子を示す模式図であり、これらの各図で示す処理は、ウエハＷが処理容器に搬入され、当該処理容器内が排気されて所定の圧力の真空雰囲気とされた状態で行われる。図中、ＳｉＯＣＮ膜１５に形成されている孔部を１６としている。また、既述した保護膜形成用ガスとして本実施形態ではメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を用い、図中で符号２１を付して示す。また、上記のエッチングガスを２２として示す。そして、上記のメタノール２１によりＳｉＯＣＮ膜１５及び酸化シリコン膜１２の各々の表面に形成される保護膜を２３として示す。なお、上記したようにポリシリコン膜１４上にも保護膜２３が形成されるが、この保護膜２３は、ＳｉＯＣＮ膜１５及び酸化シリコン膜１２の各々に形成される保護膜２３に比べて薄いため、図示を省略する。
先ず、処理容器内に気化したメタノール２１が供給される（ステップＳ１、図２Ａ、図２Ｂ）。上記したようにメタノール２１はＳｉＯＣＮ膜１５及び酸化シリコン膜１２に吸着しやすいため、これらの各膜の表面（上面）への吸着が進行し、保護膜２３が形成される。また、ＳｉＯＣＮ膜１５の孔壁にメタノール２１が吸着して孔部１６に留まり、孔部１６が塞がれる。従って、上記したように保護膜２３は、孔部１６にも形成される。
続いて、処理容器内への気化したメタノール２１の供給が停止し、処理容器内においては排気と例えばＮ２（窒素）ガスであるパージガスの供給とが行われる状態となる（ステップＳ２、図２Ｃ）。それにより、各膜に吸着されずに保護膜２３を形成していないメタノール２１については、排気されるパージガスの気流に乗って除去される。
続いて、処理容器内にエッチングガス２２が供給される。各膜に形成された保護膜２３はエッチングされるが、既述したようにポリシリコン膜１４上の保護膜２３は薄いためエッチング中に消失する。従って、ＳｉＯＣＮ膜１５及び酸化シリコン膜１２にのみ保護膜２３が形成された状態となり、ポリシリコン膜１４が選択的にエッチングされて、ＳｉＯＣＮ膜１５の上部側の側壁が露出する（ステップＳ３、図３Ａ）。そして、ＳｉＯＣＮ膜１５の上部側の孔部１６がメタノール２１により塞がれていることで、エッチングガス２２が孔部１６を通過して、ＳｉＧｅ膜１１の側壁に供給されることが防止される。つまり、既述したように孔部１６を介したＳｉＧｅ膜１１の側方からのエッチングが防止される。その後、処理容器内へのエッチングガス２２の供給が停止し、処理容器内においては排気とパージガスの供給とが行われる状態となり（ステップＳ４、図３Ｂ）、処理容器内に残留するエッチングガス２２は、処理容器内から排気されるパージガスの気流に乗って除去される。
続いて、処理容器内に気化したメタノール２１が供給される。即ち、再度ステップＳ１が実行される。上記のステップＳ３でポリシリコン膜１４がエッチングされて、ＳｉＯＣＮ膜１５の上部側の側壁が露出している。従って、この２回目のステップＳ１で供給されるガス中のメタノール２１は、ＳｉＯＣＮ膜１５において１回目のステップＳ１でメタノール２１が供給された孔部１６よりも下方の孔部１６に供給され、孔壁に吸着されて当該孔部１６を塞ぐ（図４Ａ）。また、露出したＳｉＯＣＮ膜１５の側壁にも保護膜２３が形成される。
その後、ステップＳ２の処理容器内における排気及びパージガスの供給が再度行われる。続いて、ステップＳ３の処理容器内へのエッチングガス２２の供給が行われる。このときも１回目のエッチングの際と同じく、ポリシリコン膜１４上に形成された保護膜２３は速やかに消失する一方、ＳｉＯＣＮ膜１５上及び酸化シリコン膜１２上には保護膜２３が残り、ポリシリコン膜１４が選択的に下方へ向けてさらにエッチングされる。それにより、ＳｉＯＣＮ膜１５の側壁において露出する領域が下方に向けて拡大する。
また、２回目のステップＳ１によって、ＳｉＯＣＮ膜１５においてメタノール２１が供給される領域が下方へと広げられている。そのためポリシリコン膜１４のエッチングによって新たに露出するＳｉＯＣＮ膜１５の側壁付近の孔部１６には、当該メタノール２１が留まっている。従って、この２回目のステップＳ３においても、エッチングガスがＳｉＯＣＮ膜１５の孔部１６を通過して酸化シリコン膜１２をエッチングすることが防止される（図４Ｂ）。このエッチング後、ステップＳ４の排気及びパージガスの供給が再度行われる。
このように順番に行われるステップＳ１～Ｓ４を一つのサイクルとすると、例えば上記の２回目のステップＳ４が行われた後も、当該サイクルが繰り返し行われ、ポリシリコン膜１４が下方へとエッチングされる。そして、例えばポリシリコン膜１４が全てエッチングされて、所定の回数のサイクルが終了すると（図５Ａ）、ウエハＷが加熱される（ステップＳ５）。その加熱により、保護膜２３を形成しているメタノール２１が気化し、ウエハＷから除去される（図５Ｂ）。
なお、上記の一連の処理においてエッチングの際にはメタノール２１がウエハＷ表面に留まるものとして説明してきたが、エッチングガス２２と反応することで反応生成物となってウエハＷ表面に留まっていることも考えられ、そのように反応生成物として留まっていてもよい。そして、そのように反応生成物が生じている場合、ステップＳ５では当該反応生成物が除去されるように加熱が行われる。つまり、このステップＳ５の加熱はメタノール２１及び／または反応生成物を除去するための加熱であり、具体的には例えば１００℃～４００℃にウエハＷが加熱される。図６はステップＳ５の実施後のウエハＷの表面部を示しており、ポリシリコン膜１４が除去されることで形成された凹部１３内には、例えば後の工程で半導体装置のゲートが形成される。
以上のように上記の実施形態の処理によれば、酸化シリコン膜１２とポリシリコン膜１４とＳｉＯＣＮ膜１５と間でのメタノール２１の吸着性の差を利用して、ポリシリコン膜１４に他の膜よりも膜厚が小さい保護膜２３を形成する。それにより、エッチング時において他の膜については保護膜２３が残って被覆されつつ、ポリシリコン膜１４については保護膜２３に被覆されていない状態とすることができ、当該ポリシリコン膜１４を選択的にエッチングすることができる。そして、そのようにポリシリコン膜１４をエッチングするにあたり、ＳｉＯＣＮ膜１５の孔部１６において形成される保護膜２３により、エッチングガス２２の当該孔部１６の通過を防止し、ＳｉＧｅ膜１１の側方からのエッチングを防止することができる。なお、このように多孔質膜であるＳｉＯＣＮ膜１５の孔部が封止されることで、酸化シリコン膜１２についても側方からのエッチングが防止される。
上記のステップＳ１～Ｓ４において処理容器の排気流量は一定であってもよいし、処理容器内の不要なガスを除去するためのステップＳ２、Ｓ４における排気流量についてはより確実にガスを除去することができるように、ステップＳ１、Ｓ３の排気流量よりも大きくしてもよい。また、ステップＳ２、Ｓ４ではパージガスの供給を行わず、排気のみによって不要なガスを除去するようにしてもよい。
図１で示したウエハＷの膜構造としては一例であり、エッチングされるＳｉ膜としてはポリシリコン膜１４に限られず、例えばアモルファスシリコン（α－Ｓｉ）膜であってもよい。なお、多孔質膜についてもＳｉＯＣＮ膜１５には限られず、ＳｉＯＣＮ膜１５の代わりにＳｉＣＯ膜、ＳｉＣＯＨ膜などの多孔質膜が形成されていてもよい。
また保護膜形成用ガスとしてアルコールであるメタノールを用いた例を示したが、既述したように水酸基による各膜に対する吸着性の違いを利用して、上記のように下層膜（ＳｉＧｅ膜１１）を保護しつつ、ポリシリコン膜１４のエッチングを行うことができればよい。従って、エタノール、イソプロピルアルコールなどのメタノール以外のアルコールも保護膜形成用ガスとして用いることができるし、フェノール類についても保護膜形成用ガスとして用いることができる。さらに水酸基を備えた各種の化合物あるいは水のうちの複数種の物質を混合したガスを保護膜形成用ガスとしてもよい。
ところで、上記の実施形態においてはステップＳ１～Ｓ４を３回以上繰り返すように示したが、繰り返しの回数は上記の例に限られず、例えば２回であってもよい。また、繰り返しを行わず、ステップＳ１～Ｓ４を１回のみ行ってもよい。ところで、不要なガスを除去する上記のステップＳ２、Ｓ４は省いてもよい。具体的に、処理容器内への保護膜形成用ガス、エッチングガスの供給のタイミングを夫々示す図７Ａに表すように、保護膜形成用ガス及びエッチングガスのうち、一方のガスの供給終了時から間隔を空けずに他方のガスを供給するようにしてもよい。また、そのようにステップＳ２、Ｓ４を省く場合も、保護膜形成用ガス、エッチングガスを夫々供給するステップＳ１、Ｓ３については、繰り返し行うことに限られず、１回のみ行うようにしてもよい。
また、保護膜形成用ガス及びエッチングガス２２は順番に供給することに限られない。つまり、保護膜形成用ガス及びエッチングガス２２のうち、一方のガスの供給終了後に他方のガスの供給を開始することには限られず、図７Ｂに示すように、保護膜形成用ガス及びエッチングガスを同時にウエハＷに供給して処理を行ってもよい。このように保護膜形成用ガス及びエッチングガス２２を同時に供給する場合は、保護膜２３の形成とポリシリコン膜１４のエッチングとが、並行して行われる。
上述のように保護膜を形成してポリシリコン膜１４をエッチングするが、エッチング後（ステップＳ３後）のウエハＷの表面には残渣が付着することがある。この残渣は、保護膜形成用ガスを構成するＣ（炭素）と、エッチングガスを構成するＦ（フッ素）とにより構成されるＣＦ系化合物、即ち保護膜形成用ガスと、エッチングガスとの反応生成物であると考えられる。この残渣を除去するために、エッチング後のステップＳ４において、パージガスとしてフッ素を含有するガスを供給してもよい。残渣をパージガスと反応させ、当該残渣を構成する化合物とは異なるＣＦ系化合物に変化させることで、昇華させて除去する。そのように残渣を除去することで、既述のようにステップＳ１～Ｓ４を繰り返して処理を行うにあたり、残渣によってエッチングガスのポリシリコン膜１４への供給が阻害されてしまうことが抑制され、ポリシリコン膜１４のエッチング量の低下を防ぐことができる。
なお、ステップＳ４のパージは後述するＮ２ガス等の不活性ガスにより行うものとして、既述したようにステップＳ１～Ｓ４を繰り返し行う。この繰り返し後、ステップＳ５の加熱処理を行う前にフッ素を含有するガスをパージガスとして供給し、ウエハＷ表面に溜まった残渣をまとめて昇華させて除去してもよい。この場合には、処理終了後のウエハＷに対して残渣が付着したままとなることが防止され、半導体デバイスの歩留りの低下が抑制されることになる。
この残渣を昇華させるためのフッ素含有ガスとしては、エッチングガスと同じガスであってもよいし、異なっていてもよい。具体例を挙げると、ＣｌＦ３（三フッ化塩素ガス）ガス、ＩＦ５（五フッ化ヨウ素）ガス、ＢｒＦ３（三フッ化臭素）ガス、ＩＦ７（七フッ化ヨウ素）ガスなどを用いることができる。なお、上記したように残渣は、保護膜形成用ガスの炭素原子に由来するものと考えられる。そのため保護膜形成用ガスとして、例えば炭素原子が比較的少ない化合物を用いることで、この残渣の発生量を比較的少なくする、ないしは発生させないようにすることができると考えられる。つまり、このフッ素含有ガスによる残渣の昇華工程は、必須のものでは無い。なお、後述の評価試験においてメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール及び水、即ち炭素数が非常に小さく、０～３である化合物について保護膜形成用ガスとして用いることが可能であることが示されている。これらの化合物は、上記の残渣の発生量を低減させる観点からも好ましく用いることができる。
また上述の実施の形態は、ステップＳ５ではメタノール２１及び／またはメタノール２１とエッチングガス中のフッ素との反応生成物がＳｉＯＣＮ膜１５から除去されるようにウエハＷを加熱している。しかしメタノール２１及び／または反応生成物が、酸化シリコン膜１２及びＳｉＯＣＮ膜１５の表面（孔部１６の表面を含む）に吸着されていても後工程の処理や製品の実用上問題無ければ、そのように残留していてもよい。従って、ステップＳ５の加熱処理は必須とは限られない。
続いて、既述した一連の処理を行うための基板処理装置３について、図８の平面図を参照して説明する。基板処理装置３は、ウエハＷを搬入出するための搬入出部３１と、搬入出部３１に隣接して設けられた２つのロードロック室４１と、２つのロードロック室４１に各々隣接して設けられた、２つの熱処理モジュール４０と、２つの熱処理モジュール４０に各々隣接して設けられた２つのエッチングモジュール５と、を備えている。
搬入出部３１は、第１の基板搬送機構３２が設けられると共に常圧雰囲気とされる常圧搬送室３３と、当該常圧搬送室３３の側部に設けられた、ウエハＷを収納するキャリア３４が載置されるキャリア用載置台３５と、を備えている。図中３６は常圧搬送室３３に隣接するオリエンタ室であり、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求め、第１の基板搬送機構３２に対するウエハＷの位置合わせを行うために設けられる。第１の基板搬送機構３２は、キャリア用載置台３５上のキャリア３４とオリエンタ室３６とロードロック室４１との間でウエハＷを搬送する。
各ロードロック室４１内には、例えば多関節アーム構造を有する第２の基板搬送機構４２が設けられており、当該第２の基板搬送機構４２は、ウエハＷをロードロック室４１と熱処理モジュール４０とエッチングモジュール５との間で搬送する。熱処理モジュール４０を構成する処理容器内及びエッチングモジュール５を構成する処理容器内は、真空雰囲気とされており、ロードロック室４１内は、これらの真空雰囲気の処理容器内と常圧搬送室３３との間でウエハＷの受け渡しを行えるように、常圧雰囲気と真空雰囲気とが切り替えられる。
図中４３は開閉自在なゲートバルブであり、常圧搬送室３３とロードロック室４１との間、ロードロック室４１と熱処理モジュール４０との間、熱処理モジュール４０とエッチングモジュール５との間に各々設けられている。熱処理モジュール４０については、上記の処理容器、当該処理容器内を排気して真空雰囲気を形成するための排気機構及び処理容器内に設けられると共に載置されたウエハＷを加熱可能な載置台などを含み、既述のステップＳ５を実行できるように構成されている。
続いて、エッチングモジュール５について図９の縦断側面図を参照しながら説明する。このエッチングモジュール５はウエハＷにステップＳ１～Ｓ４の処理を行うモジュールであり、例えば円形の処理容器５１を備えている。つまり、ステップＳ１～Ｓ４の処理は、同じ処理容器内で行われる。処理容器５１は気密な真空容器であり、当該処理容器５１内の下部側には、水平に形成された表面（上面）にウエハＷを載置する、円形の載置台（ステージ）６１が設けられている。図中６２は、載置台６１に埋設されたステージヒーターであり、上記のステップＳ１～Ｓ４の処理が行えるようにウエハＷを所定の温度に加熱する。図中６３は、載置部である載置台６１を処理容器５１の底面に支持する支柱である。図中６４は垂直な昇降ピンであり、昇降機構６５により載置台６１の表面を突没し、既述の第２の基板搬送機構４２と載置台６１との間でウエハＷの受け渡しを行う。昇降ピン６４は３つ設けられるが、２つのみ図示している
図中６６は、処理容器５１の側壁に設けられた側壁ヒーターであり、処理容器５１内の雰囲気の温度を調整する。なお、処理容器５１の側壁には図示しない開閉自在なウエハＷの搬送口が設けられている。図中６７は処理容器５１の底面に開口した排気口であり、排気管を介して真空ポンプ及びバルブなどにより構成される排気機構６８に接続されている。排気機構６８による排気口６７からの排気流量が調整されることにより、処理容器５１内の圧力が調整される。
載置台６１の上方で処理容器５１の天井部には、保護膜形成用ガス供給部及びエッチングガス供給部を構成するガスシャワーヘッド７が、当該載置台６１に対向するように設けられている。ガスシャワーヘッド７は、シャワープレート７１、ガス拡散空間７２及び拡散板７３を備えている。シャワープレート７１は、ガスシャワーヘッド７の下面部をなすように水平に設けられ、載置台６１にシャワー状にガスを吐出するために、ガス吐出孔７４が多数分散して形成されている。ガス拡散空間７２は各ガス吐出孔７４にガスを供給するために、その下方側がシャワープレート７１によって区画されるように形成された扁平な空間である。このガス拡散空間７２を上下に分割するように拡散板７３が水平に設けられている。図中７５は、拡散板７３に形成される貫通孔であり、拡散板７３に多数、分散して穿孔されている。図中７７は天井ヒーターであり、ガスシャワーヘッド７の温度を調整する。
ガス拡散空間７２の上部側には、ガス供給管７８、８１の下流端が接続されている。ガス供給管７８の上流側は、流量調整部７９を介してＣｌＦ３ガスの供給源７０に接続されている。流量調整部７９は、バルブやマスフローコントローラにより構成されており、ガス供給管７８の下流側へ供給されるガスの流量を調整する。なお後述の各流量調整部についても、流量調整部７９と同様に構成されており、流量調整部が介設される管の下流側へ供給されるガスの流量を調整する。
ガス供給管８１の上流側は、流量調整部８２を介してメタノールガスが貯留されるタンク８３に接続されており、当該メタノールガスをガス供給管８１の下流側に供給することができるように構成されている。また、例えばガス供給管８１は、流量調整部８２の上流側で分岐してガス供給管８４を形成する。ガス供給管８４は流量調整部８５を介してＮ２（窒素）供給源８６に接続されている。従って、メタノールガス、Ｎ２ガスを各々独立してガスシャワーヘッド７に供給することができる。
エッチングモジュール５において実施される上記のステップＳ１～Ｓ４と、ガスシャワーヘッド７から供給されるガスとの対応について示しておく。ステップＳ１では、上記したタンク８３からメタノールガスがガスシャワーヘッド７に供給され、処理容器５１内に供給される。ステップＳ２、Ｓ４では、Ｎ２ガス供給源８６からＮ２ガスがガスシャワーヘッド７に供給され、処理容器５１内にパージガスとして供給される。ステップＳ３では、タンク８３及びＮ２ガス供給源８６からのガスの供給は停止し、供給源７０からＣｌＦ３ガスがガスシャワーヘッド７に供給され、処理容器５１内に供給される。
ところで、図８、図９に示すように基板処理装置３はコンピュータである制御部３０を備えており、この制御部３０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、既述したウエハＷの処理及びウエハＷの搬送が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部３０にインストールされる。制御部３０は当該プログラムにより基板処理装置３の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、エッチングモジュール５の動作、熱処理モジュール４０の動作、第１の基板搬送機構３２、第２の基板搬送機構４２の動作、オリエンタ室３６の動作が制御信号により制御される。上記のエッチングモジュール５の動作としては、各ヒーターの出力の調整、ガスシャワーヘッド７からの各ガスの給断、排気機構６８による排気流量の調整、昇降機構６５による昇降ピン６４の昇降などの各動作が含まれる。この制御部３０及びエッチングモジュール５により、エッチング装置が構成される。
基板処理装置３におけるウエハＷの搬送経路を説明する。図１で説明したように各膜が形成されたウエハＷを格納したキャリア３４がキャリア用載置台３５に載置される。そして、このウエハＷは、常圧搬送室３３→オリエンタ室３６→常圧搬送室３３→ロードロック室４１の順に搬送され、熱処理モジュール４０を介してエッチングモジュール５に搬送される。そして、既述のようにステップＳ１～Ｓ４からなるサイクルが繰り返し行われて、ウエハＷが処理される。続いて、ウエハＷは熱処理モジュール４０に搬送されてステップＳ５の処理を受ける。然る後、ウエハＷは、ロードロック室４１→常圧搬送室３３の順で搬送されて、キャリア３４に戻される。
なお、エッチングモジュール５において、上記したフッ素を含有するガス（パージガス）の供給によるエッチング後の残渣の除去を行ってもよい。エッチングガスであるＣｌＦ３ガスを、当該残渣除去用のパージガスとして用いる場合は、既述したようにエッチングモジュール５の配管系を構成すればよい。ＣｌＦ３ガスとは異なるガスを、残渣除去用のパージガスとして用いる場合は、当該パージガスをＣｌＦ３ガス、メタノールガス、Ｎ２ガスとは独立してガスシャワーヘッドに供給できるように、流量調整部を備えた当該パージガス用の配管を既述した配管系に追加すればよい。
また、メタノールガスの供給とエッチングガスの供給とは、互いに異なる処理容器内で行われ、搬送機構によりこれらの処理容器間でウエハＷが搬送される構成であってもよい。ただし、同一の処理容器内でこれらのガスの供給を行うことで、上記のサイクルを繰り返し行うにあたり、ウエハＷをモジュール間で搬送する時間を省くことができる。従って、基板処理装置３の構成によれば、スループットの向上を図ることができる。
ところで図１～図６では、第１の膜である酸化シリコン膜１２と、第２の膜であるポリシリコン膜１４とに対して保護膜形成用ガスの吸着性の違いにより、第１の膜厚、第１の膜厚よりも小さい第２の膜厚で夫々保護膜を形成し、ポリシリコン膜１４が選択的にエッチングされる例を示した。後述の評価試験で示すように保護膜形成用ガスとしては、各種の膜に対して異なる吸着性を示すが、第１の膜（保護される膜）及び第２の膜（エッチングされる膜）のうち、第１の膜の方が保護膜形成用ガスの吸着性が高ければ、第２の膜について選択的なエッチングを行うことができる。つまり、第１の膜、第２の膜のうち第２の膜の選択的なエッチングを行うにあたり、ウエハＷの表面に形成される第１の膜、第２の膜としては夫々、酸化シリコン膜１２、ポリシリコン膜１４であることには限られず、保護膜形成用ガスに対する吸着性が異なるものであればよい。
シリコン含有化合物のうち、上記したようにＮまたはＯを含む化合物は、水酸基を含む化合物あるいは水と水素結合を形成しやすい。そのため第１の膜としては、既に例示したＳｉＯＣＮ、酸化シリコンの他に、例えばＳｉＮを用いることができる。第２の膜としては、例えばＮまたはＯを含まないシリコン含有化合物、例えばＳｉＣ（炭化シリコン）を用いることができる。なお、ここでのＮまたはＯを含むとは膜の構成元素として含む意味であり、不純物として含むという意味では無い。
具体的に処理例を述べると、例えば図１０Ａに示すようにウエハＷ表面にＳｉＣ膜９１（第２の膜）と、ＳｉＮ膜９２（第１の膜）とが並んで形成されているとする。保護膜形成用ガスを供給し、保護膜２３がＳｉＣ膜８１上に比べてＳｉＮ膜９２上に、より厚く形成される（図１０Ｂ）。エッチングガス２２の供給により、ＳｉＮ膜９２を保護しつつＳｉＣ膜９１をエッチングする（図１０Ｃ）。
ところで、第２の膜（エッチングされる膜）には第２の膜厚で保護膜形成用ガスにより保護膜を形成すると述べたが、この第２の膜厚にはゼロであることが含まれる。即ち、保護膜形成用ガスが第２の膜に対して吸着性を持たず、第２の膜には保護膜が形成されなくてもよい。なお、第１の膜、第２の膜としてはシリコン含有化合物に限られず、例えば金属膜であってもよい。
既述したようにエッチング対象の膜としては、図１～図６で示したポリシリコン膜に限られるものではない。そのため、エッチングガスについても、エッチングする膜に応じて適宜選択される。既述したＳｉ、ＳｉＣなどのシリコン含有化合物をエッチングするにあたっては、ＣｌＦ３ガスの他に、例えばＦ２ガス、ＩＦ５ガス、ＢｒＦ３ガス、ＩＦ７ガスなどのフッ素化合物からなるガスを用いることができる。
上記の実施形態では、保護される第１の膜、エッチングされる第２の膜が横方向に並ぶように示したが、これらの膜は各々基板の表面に露出した状態であればよく、例えば縦方向に各々配置されていてもよい。つまり、これらの膜の位置関係に制限は無い。また、今回開示された実施形態は、全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、添付の特許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、変更及び／または組み合わせが行われてもよい。
（評価試験）
本開示の技術に関連して行われた評価試験について説明する。
評価試験として、各々水酸基を備えた化合物であるメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、及び水について、Ｓｉを含む各種の分子に対する吸着エネルギーをシミュレーションにより測定した。具体的にはＳｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ２ＣＮ（＝ＳｉＯＣＮ）、及びＳｉＯ（酸化シリコン）に対する吸着エネルギーを測定した。
図１１は、評価試験の結果を示す棒グラフである。グラフの縦軸は吸着エネルギー（単位：ｅＶ）を示しており、当該吸着エネルギーが低いほど吸着しやすい。この図１１に示すように水酸基を備えた化合物、及び水について、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２ＣＮ、ＳｉＯ間で吸着エネルギーが各々異なっている。これらの中でＳｉＮ、ＳｉＯ２ＣＮ、ＳｉＯについては、水酸基を備えた化合物、及び水の吸着エネルギーがＳｉ、ＳｉＣと比較して大きくマイナスである。このように水酸基を備えた化合物、及び水がＳｉ、ＳｉＣと比較してＳｉＮ、ＳｉＯ２ＣＮ、ＳｉＯに大きな吸着性を有する。
この評価試験の結果から、シリコン含有膜の種類毎に各種の水酸基を備えた化合物、及び水の吸着性が異なることが分かる。従って、実施形態で述べたようにこのような水酸基を備えた化合物、及び水の吸着性の違いを利用し、これらシリコン含有膜のうちの一の膜を保護する一方で他の膜をエッチングすることができることが推定される。また図１１のグラフより、Ｓｉと、ＳｉＯとの間における吸着エネルギーの差が特に大きいことが示されている。またＳｉと、ＳｉＯＣＮと、の間における吸着エネルギーの差も大きいことが示されている。従って実施形態で述べた、保護膜２３を利用したＳｉ膜の選択的エッチングが行うことができることが分かる。また、ＳｉＯＣＮについて水酸基を備えた化合物、及び水の吸着エネルギーが低いことから、実施形態で説明したＳｉＯＣＮ膜１５の孔部１６の封止について、十分に行うことが可能であることが分かる。
Ｗ ウエハ
１２ 酸化シリコン膜
１４ ポリシリコン膜
２１ メタノール
２２ エッチングガス
２３ 保護膜

Claims (11)

  1. エッチングガスに対して各々被エッチング性を有する第１の膜及び第２の膜が表面に形成された基板に、水酸基を備えた化合物、あるいは水の少なくとも一方を含む保護膜形成用ガスを供給し、前記エッチングガスを供給するときに前記第１の膜及び前記第２の膜のうち、前記第１の膜が選択的に保護されるように当該第１の膜を被覆する保護膜を形成する工程と、
    前記保護膜が形成された状態で、前記基板にエッチングガスを供給して前記第２の膜を選択的にエッチングする工程と、
    を備えるエッチング方法。
  2. 前記第１の膜及び前記第２の膜は、互いに異なる種類のシリコン含有膜である請求項１記載のエッチング方法。
  3. 前記第１の膜は、窒素または酸素を含む請求項２記載のエッチング方法。
  4. 前記第１の膜は、ＳｉＯＣＮ膜、酸化シリコン膜、及び窒化シリコン膜のいずれかであり、前記第２の膜はＳｉ膜またはＳｉＣ膜である請求項３記載のエッチング方法。
  5. 前記基板において前記第１の膜、多孔質膜、前記第２の膜がこの順に隣り合って設けられ、
    前記保護膜を形成する工程は、前記多孔質膜の孔部に当該保護膜を形成して当該孔部を塞ぐ工程を含み、
    前記第２の膜を選択的にエッチングする工程は、当該多孔質膜の孔部が塞がれた状態でエッチングガスを供給する工程を含む請求項１ないし４のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  6. 前記水酸基を備えた化合物はアルコールである請求項１ないし５のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  7. 前記保護膜を形成する工程と、前記第２の膜を選択的にエッチングする工程と、を行った後、前記保護膜あるいは前記保護膜と前記エッチングガスとの反応により生成される反応生成物を除去するために、前記基板を加熱する加熱工程を含む請求項１ないし６のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  8. 前記保護膜を形成する工程と、前記第２の膜を選択的にエッチングする工程と、をこの順に複数回繰り返す繰り返し工程を含む請求項１ないし７のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  9. 前記保護膜形成用ガスと前記エッチングガスとを同時に前記基板に供給する工程を備え、前記第２の膜を選択的にエッチングする工程は、前記保護膜を形成する工程と同時に行われる請求項１ないし７のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  10. 前記第２の膜を選択的にエッチングする工程により生じた残渣を除去するために、フッ素を含有するガスを供給する残渣除去工程を含む請求項１ないし９のいずれか一つに記載のエッチング方法。
  11. 処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、当該処理容器内に供給されるエッチングガスに対して各々被エッチング性を有する第１の膜及び第２の膜が表面に形成された基板を載置するステージと、
    前記処理容器内に水酸基を備えた化合物、あるいは水の少なくとも一方を含む保護膜形成用ガスを供給し、前記エッチングガスを供給するときに前記第１の膜及び前記第２の膜のうち、前記第１の膜が選択的に保護されるように当該第１の膜を被覆する保護膜を形成するための保護膜形成用ガス供給部と、
    前記保護膜が形成された状態で前記第２の膜を選択的にエッチングするために、前記処理容器内に前記エッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、
    を備えるエッチング装置。
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