JP6086862B2 - 酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法及びプラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
半導体デバイスの製造においては、被処理体の一部領域を選択的に除去する処理が行われることがある。このような処理の対象となる一種の被処理体は、酸化シリコンから構成された第１領域とシリコンから構成された第２領域とを含む被処理体である。かかる被処理体から第１領域を選択的に除去する処理としては、下記の特許文献１に記載された処理が知られている。
特許文献１に記載された処理では、ＨＦ及びＮＨ３と第１領域の酸化シリコンとの反応により、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が生成される。即ち、当該反応により、第１領域の表面を含む一部領域が変質する。そして、被処理体を加熱することによって、変質した領域の（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を熱分解させる。特許文献１に記載された処理では、このような変質と熱分解によって酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去している。
近年、特許文献１に記載された処理、即ち、変質と熱分解による選択的除去を、プラズマを用いて実施する処理が試みが行われている。例えば、特許文献２には、Ｈ２、Ｎ２、及びＮＦ３を含有するガスのプラズマによって酸化シリコンから構成された領域を変質させて、変質した領域を熱分解により除去する処理が記載されている。また、特許文献３には、ＮＨ３及びＮＦ３を含有するガスのプラズマによって、炭素含有膜を変質させ、変質した領域を熱分解によって除去する処理が記載されている。
特表２００７−５１５０７４号公報 特開２００８−１６８６９号公報 特表２０１３−５０３４８２号公報
上述した特許文献２の処理では、酸化シリコンから構成された第１領域のみでなく、シリコンから構成された第２領域も部分的に削られることがある。したがって、本技術分野においては、酸化シリコンから構成された領域を除去する選択性を向上させることが要請されている。
酸化シリコンから構成された第１領域を変質させる際には、当該第１領域から酸素が発生し、当該酸素によってシリコンから構成された第２領域が酸化されて、酸化領域が形成される。したがって、第１領域を変質させると、酸化領域も変質することになり、後続の処理によって当該酸化領域も除去されてしまう。以下に説明する種々の側面及び形態は、かかる酸化領域の発生を抑制することによって、酸化シリコンから構成された領域を除去する選択性を向上させるものである。
第１の側面においては、酸化シリコンから構成された第１領域とシリコンから構成された第２領域を有する被処理体から第１領域を選択的に除去する方法が提供される。この方法は、複数回のシーケンスを実施する。各シーケンスは、被処理体を収容した処理容器内において、水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガスのプラズマを生成し、第１領域の一部を変質させて、変質領域を形成する工程（ａ）と、処理容器内において変質領域を除去する工程（ｂ）を含む。また、複数回のシーケンスのうち初回より後の所定回以降のシーケンスが、変質領域を形成する工程（ａ）の前に、処理容器内において発生させた還元性ガスのプラズマに被処理体を晒す工程（ｃ）を更に含む。
第１の側面に係る方法では、シーケンス中の工程（ａ）によって第２領域の一部が酸化することにより生成された酸化領域が、次のシーケンスの工程（ａ）を実施する前に還元性ガスのプラズマに晒されて、還元される。したがって、第２領域の一部が、除去されることを抑制することが可能となる。その結果、酸化シリコンから構成された領域を除去する選択性を向上させることが可能となる。
一形態の変質領域を除去する工程（ｂ）では、処理容器内において被処理体を加熱してもよい。この形態では、工程（ｂ）において熱分解により、変質領域が除去される。
一形態の変質領域を除去する工程（ｂ）では、処理容器内において発生させた希ガスのプラズマに被処理体を晒してもよい。この形態では、希ガスのプラズマによって、変質領域が第１領域から分離される。以下、この形態の工程（ｂ）を、「工程（ｂ１）」ということがある。
また、更に別の一形態の変質領域を除去する工程（ｂ）において、処理容器内において発生させた反応性プラズマに被処理体を晒しても良い。この形態では、反応性プラズマによって、変質領域を第１領域から分離することができる。
一形態の方法は、変質領域を形成する工程（ａ）と変質領域を除去する工程（ｂ１）との間において、被処理体を処理容器から取り出して、処理容器内をクリーニングする工程（ｃ）を更に含んでいてもよい。工程（ａ）の直後には、処理容器内にフッ素が残留し得る。したがって、工程（ａ）に連続して工程（ｂ１）を実施すると、フッ素のプラズマによって第２領域が削られることがある。しかしながら、この形態では、工程（ａ）と工程（ｂ１）との間に、処理容器内をクリーニングするので、フッ素のプラズマによって第２領域が削られることを抑制することができる。なお、クリーニングは、処理容器内に希ガスを供給し、当該希ガスを励起させ、処理容器内を排気することによって実施することが可能である。また、当該クリーニングは、Ｏ2を含むプラズマ等によって実施することも可能である。
一形態では、初期状態の被処理体において第２領域が第１領域内に埋め込まれていてもよい。この形態の方法は、処理容器内においてフルオロカーボン系ガスのプラズマに被処理体を晒す工程を更に含んでいてもよく、複数回のシーケンスは、フルオロカーボン系ガスのプラズマに被処理体を晒す工程の後に行われてもよい。この形態によれば、例えば、第２領域に対して第１領域を選択的に除去することが要求されるまで、フルオロカーボン系ガスのプラズマによって第１領域を高速に除去することが可能となる。
一形態においては、第２領域は、フィン型電界トランジスタにおけるフィン領域を構成していてもよい。フィン型電界トランジスタの製造では、凸状の複数のフィン領域が酸化シリコンから構成された第１領域内に埋め込まれており、第１領域をエッチバックしてフィン領域を露出させる必要があり、このエッチバックにおいて、フィン領域に対して第１領域を選択的に除去する必要がある。上述した側面及び形態の方法は、例えば、このようなエッチバックに採用され得る。
一形態においては、処理ガスは、窒素源として、Ｎ２ガスを含み得る。また、処理ガスは、水素源として、Ｈ２ガスを含み得る。また、処理ガスは、フッ素源として、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、フルオロカーボンガス、フルオロハイドロカーボンガスのうち一種以上を含み得る。
また、一形態においては、上述した方法は、上記処理容器を備えたプラズマ処理装置であってマイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置において実施されてもよい。マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置では、高密度のプラズマを生成し、無バイアスで被処理体を処理することが可能である。したがって、イオンスパッタリング効果によって第２領域が削られることを抑制しつつ、第１領域を選択的に除去することが可能となる。
一形態の工程（ａ）において、処理容器内の圧力が、４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）〜６６．６６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）の範囲内の圧力に設定されてもよい。また、一形態の工程（ａ）において、処理ガスはＮ２ガスを含み、Ｎ２ガスの流量が３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定されてもよい。また、一形態の工程（ａ）において、処理ガスはＳＦ６ガスを含み、処理ガスの全流量中に占めるＳＦ６ガスの流量の割合が３％〜８％の範囲内の割合に設定されてもよい。これら形態によれば、第１領域を選択的に除去する速度を高めることが可能である。また、一形態の工程（ａ）において、マイクロ波のパワーが８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定されてもよい。この形態によれば、被処理体が異なる密度の複数のパターンを有している場合に、これらパターンにおける酸化シリコンを除去する速度の均一性の向上のみならず、マイクロローディングをコントロールすることが可能となる。
第２の側面及び第３の側面においては、上述した第１の側面及び種々の形態の方法の実施に利用可能なプラズマ処理装置が提供される。
第２の側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内において被処理体を載置するために設けられている。載置台は、温度調整機構を有する。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、並びに還元性ガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。制御部は、温度調整機構、前記ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する。この制御部は、複数回のシーケンスを実行する。各シーケンスは、ガス供給部に処理ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、温度調整機構に載置台を加熱させる第２制御と、を含む。また、制御部は、複数回のシーケンスのうち初回より後の所定回以降のシーケンスにおいて、第１制御の前に、ガス供給部に還元性ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第３制御を実行する。このプラズマ処理装置によれば、酸化シリコンから構成された第１領域を変質させて、変質領域を形成し、当該変質領域を熱分解によって除去することが可能となる。
第３の側面に係るプラズマ処理装置も、処理容器、載置台、ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内において被処理体を載置するために設けられている。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、希ガス、並びに還元性ガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。制御部は、ガス供給部及びプラズマ生成部を制御する。この制御部は、複数回のシーケンスを実行する。各シーケンスは、ガス供給部に処理ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、ガス供給部に希ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第２制御と、を含む。また、制御部は、複数回のシーケンスのうち初回より後の所定回以降のシーケンスにおいて、第１制御の前に、ガス供給部に還元性ガスを供給させ、プラズマ生成部に前記エネルギーを発生させる第３制御を実行する。このプラズマ処理装置によれば、希ガスのプラズマによって、変質領域が第１領域から分離される。
一形態において、プラズマ処理装置の制御部は、第１制御と第２制御との間において、処理容器内をクリーニングするための制御を実行してもよい。
一形態の第１制御では、載置台に対してバイアス電力が供給されないように制御されてもよい。
一形態においては、ガス供給部は、処理容器内にフルオロカーボン系ガスを更に供給可能であってもよく、制御部は、複数回のシーケンスの前に、ガス供給部にフルオロカーボン系ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第４制御を更に実行してもよい。
一形態においては、プラズマ生成部は、前記エネルギーとしてマイクロ波を処理容器内に導入してもよい。一形態の第１制御において、制御部は、処理容器内の圧力を、４０Ｐａ〜６６．６６Ｐａの範囲内の圧力に設定してもよい。また、一形態の第１制御において、制御部は、マイクロ波のパワーを８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定してもよい。また、一形態において、処理ガスはＮ２ガスを含んでいてもよく、第１制御において、制御部は、前記Ｎ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定してもよい。また、一形態においては、処理ガスはＳＦ６ガスを含んでいてもよく、第１制御において、制御部は、処理ガスの全流量中に占める該ＳＦ６ガスの流量の割合を３％〜８％の範囲内の割合に設定してもよい。
また、第４の側面においては、酸化シリコンから構成された第１領域とシリコンから構成された第２領域を有する被処理体から該第１領域を選択的に除去する方法が提供される。この被処理体では、第２領域は第１領域内に埋め込まれている。この方法は、第１領域から第２領域を露出させるよう、被処理体を収容した処理容器内においてフルオロカーボン系ガスのプラズマを発生させて、該フルオロカーボン系ガスのプラズマに被処理体を晒す工程（ｉ）と、処理容器内において、水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガスのプラズマを生成し、第１領域を変質させて、変質領域を形成する工程（ｊ）と、処理容器内において変質領域を除去する工程（ｋ）と、を含む。かかる第４側面の方法によれば、工程（ｉ）によって第１領域を高速に除去し、且つ、工程（ｉ）後に残された第１領域の残部を選択的に除去することが可能となる。一形態においては、第２領域は、フィン型電界トランジスタにおけるフィン領域を構成していてもよい。
一形態の工程（ｋ）において、処理容器内において被処理体を加熱してもよい。或いは、一形態の工程（ｋ）では、処理容器内において発生させた希ガスのプラズマに被処理体を晒してもよい。以下、希ガスのプラズマによって変質領域を除去する工程（ｋ）を、「工程（ｋ１）」ということがある。
一形態の方法は、工程（ｊ）と工程（ｋ１）との間において、被処理体を処理容器から取り出して、処理容器内をクリーニングする工程（ｍ）を更に含んでいてもよい。この形態によれば、工程（ｊ）の後に残存するフッ素のプラズマによって第２領域が削られることを抑制することができる。
一形態において、処理ガスは、窒素源として、Ｎ２ガスを含み得る。また、処理ガスは、水素源として、Ｈ２ガスを含み得る。また、処理ガスは、フッ素源として、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、フルオロカーボンガス、フルオロハイドロカーボンガスのうち一種以上を含み得る。
また、一形態の方法は、上記処理容器を備えたプラズマ処理装置であってマイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置において実施されてもよい。マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置では、高密度のプラズマを生成し、無バイアスで被処理体を処理することが可能である。したがって、イオンスパッタリング効果によって第２領域が削られることを抑制しつつ、第１領域を選択的に除去することが可能となる。
一形態の工程（ｊ）において、処理容器内の圧力が、４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）〜６６．６６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）の範囲内の圧力に設定されてもよい。また、一形態の工程（ｊ）において、処理ガスはＮ２ガスを含み、Ｎ２ガスの流量が３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定されてもよい。また、一形態の工程（ｊ）において、処理ガスはＳＦ６ガスを含み、処理ガスの全流量中に占めるＳＦ６ガスの流量の割合が３％〜８％の範囲内の割合に設定されてもよい。これら形態によれば、第１領域を選択的に除去する速度を高めることが可能である。また、一形態の工程（ｊ）において、マイクロ波のパワーが８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定されてもよい。この形態によれば、被処理体が異なる密度の複数のパターンを有している場合に、これらパターンにおける酸化シリコンを除去する速度の均一性の向上のみならず、マイクロローディングをコントロールすることが可能となる。
第５の側面及び第６の側面においては、上述した第３の側面及び種々の形態の方法の実施に利用可能なプラズマ処理装置が提供される。
第５の側面に係るプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内において被処理体を載置するために設けられている。載置台は、温度調整機構を有する。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、並びにフルオロカーボン系ガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。制御部は、温度調整機構、前記ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御する。この制御部は、ガス供給部にフルオロカーボン系ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、ガス供給部に前記処理ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第２制御と、温度調整機構に載置台を加熱させる第３制御と、を実行する。かかる第５側面のプラズマ処理装置によれば、変質領域の除去において加熱を行うことにより、上記第４側面の方法を実施可能である。
第６の側面に係るプラズマ処理装置も、処理容器、載置台、ガス供給部、プラズマ生成部及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内において被処理体を載置するために設けられている。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、希ガス、並びにフルオロカーボン系ガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。制御部は、ガス供給部にフルオロカーボン系ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、ガス供給部に前記処理ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第２制御と、ガス供給部に希ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第３制御と、を実行する。かかる第６側面のプラズマ処理装置によれば、変質領域の除去のために希ガスのプラズマを生成することにより、上記第４側面の方法を実施可能である。
一形態において、プラズマ処理装置の制御部は、第２制御と第３制御との間において、処理容器内をクリーニングするための制御を実行してもよい。
一形態の第２制御では、載置台に対してバイアス電力が供給されないように制御されてもよい。
一形態においては、プラズマ生成部は、前記エネルギーとしてマイクロ波を処理容器内に導入してもよい。一形態の第２制御において、制御部は、処理容器内の圧力を、４０Ｐａ〜６６．６６Ｐａの範囲内の圧力に設定してもよい。また、一形態の第２制御において、制御部は、マイクロ波のパワーを８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定してもよい。また、一形態において、処理ガスはＮ２ガスを含んでいてもよく、第２制御において、制御部は、前記Ｎ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定してもよい。また、一形態においては、処理ガスはＳＦ６ガスを含んでいてもよく、第２制御において、制御部は、処理ガスの全流量中に占める該ＳＦ６ガスの流量の割合を３％〜８％の範囲内の割合に設定してもよい。
以上説明したように、酸化シリコンから構成された領域を除去する選択性を向上させることが可能となる。
酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の一実施形態を示す流れ図である。 被処理体の一例を示す断面図である。 工程ＳＴ２を説明するための図である。 工程ＳＴ４後のウエハの状態を示す図である。 工程ＳＴ１を説明するための図である。 工程ＳＴ１後のウエハの状態を示す図である。 方法ＭＴの処理後のウエハの状態を示す図である。 フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程を説明するための図である。 フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程の直後のウエハの状態の一例を示す図である。 酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の更に別の実施形態を示す流れ図である。 方法ＭＴ２の工程ＳＴａ後のウエハの状態を示す図である。 方法ＭＴ２の工程ＳＴ２を説明するための図である。 方法ＭＴ２の工程ＳＴ４後のウエハの状態を示す図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 スロット板の一例を示す平面図である。 誘電体窓の一例を示す平面図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿ってとった断面図である。 図１６に示す誘電体窓上に図１５に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。 第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給部を示す図である。 実験例１の結果を示すグラフである。 実験例２の結果を示すグラフである。 実験例３の結果を示すグラフである。 実験例４の結果を示すグラフである。 実験例５の結果を示すグラフである。 実験例６及び７の結果を示すグラフである。 実験例８及び９の結果を示すグラフである。 実験例１０及び１１の結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の一実施形態を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」という）Ｗから酸化シリコンにより構成された第１領域を選択的に除去するために用いることができる。
図２は、被処理体の一例を示す断面図である。方法ＭＴの処理対象である被処理体、即ち、ウエハＷは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２を有している。第１領域Ｒ１は、酸化シリコン、例えばＳｉＯ２から構成された領域である。第２領域Ｒ２は、シリコン、例えば多結晶シリコンから構成された領域である。
方法ＭＴは、一例においては、フィン型電界トランジスタのフィン領域を覆うように設けられた酸化シリコン製の領域を選択的に除去するために用いることができる。この例のウエハＷでは、図２に示すように、下地層ＵＬ上にフィン領域を構成する複数の第２領域Ｒ２が設けられている。これら第２領域Ｒ２は、略直方体形状を有しており、互いに略平行に配列されている。また、このウエハＷでは、これら第２領域Ｒ２を覆うように、第１領域Ｒ１が設けられている。以下、再び図１を参照し、フィン領域である第２領域Ｒ２を覆う第１領域Ｒ１を選択的に除去するエッチバックを例にとって、方法ＭＴに関して説明する。なお、方法ＭＴは、エッチバックに限定されるものではなく、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去することが要求される任意の被処理体に対して適用可能である。
図１に示すように、方法ＭＴでは、複数回のシーケンスが実施される。各シーケンスは、工程ＳＴ２、及び工程ＳＴ４を含んでいる。また、方法ＭＴでは、初回より後の所定回以降のシーケンスにおいて、工程ＳＴ２の前に、工程ＳＴ１が行われる。また、一実施形態においては、各シーケンスは、工程ＳＴ３を更に含み得る。
図３は、工程ＳＴ２を説明するための図である。図３においては、図２に示す初期状態のウエハＷから第１領域Ｒ１の上側部分が除去されて第２領域Ｒ２の頭部が露出した状態が示されている。工程ＳＴ２では、ウエハＷを収容した処理容器内において、水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガスのプラズマＰＬ１が生成され、当該プラズマＰＬ１にウエハＷが晒される。この工程ＳＴ２により、第１領域Ｒ１の一部、即ち第１領域Ｒ１の表面を含む一部領域が変質して、変質領域ＡＲが形成される。具体的には、処理ガスに水素、窒素、及びフッ素が含まれているので、第１領域Ｒ１の酸化シリコンが、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６、即ち、ケイフッ化アンモニウムに変質する。
一実施形態においては、処理ガスは、水素源としてＨ２ガスを含み、窒素源としてＮ２ガスを含み得る。また、処理ガスは、フッ素源として、フルオロカーボンガス、フルオロハイドロカーボンガス、ＮＦ３ガス、及び、ＳＦ６ガスのうち一種以上のガスを含み得る。フルオロカーボンガスとしては、ＣＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、Ｃ５Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガスが例示される。また、フルオロハイドロカーボンガスとしては、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガスが例示される。
工程ＳＴ２において、処理ガスのプラズマは、任意のプラズマ源によって生成され得る。例えば、処理ガスは、マイクロ波によって励起されてもよく、容量結合型のプラズマ源によって励起されてもよく、或いは、誘導結合型のプラズマ源によって励起されてもよい。また、工程ＳＴ２においては、ウエハＷに対してプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電力が、利用されなくてもよい。即ち、無バイアスで工程ＳＴ２が実施されてもよい。無バイアスで工程ＳＴ２が実施されることにより、イオンスパッタリング効果によるウエハＷのダメージが抑制される。
上述したように、工程ＳＴ２ではフッ素を含む処理ガスが用いられているので、工程ＳＴ２の直後には処理容器内にフッ素が残留し得る。そのため、工程ＳＴ２に続き、一実施形態の方法ＭＴでは、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、ウエハＷが処理容器から取り出され、処理容器内のクリーニングが行われる。一実施形態では、工程ＳＴ３では、処理容器内にＡｒガスといった希ガスが供給され、当該希ガスが励起される。また、このクリーニングは、Ｏ２を含むプラズマ等によって実施することも可能である。この工程ＳＴ３により、処理容器内からフッ素が除去されるので、続く工程ＳＴ４においてフッ素の活性種によって第２領域Ｒ２が削られることを抑制することが可能となる。
次いで、方法ＭＴでは、ウエハＷが再び処理容器内に戻され、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、変質領域ＡＲが除去、即ち、エッチングされる。なお、工程ＳＴ３を実施しない場合には、処理容器からウエハＷを取り出すことなく、工程ＳＴ２に続けて工程ＳＴ４が実施される。一実施形態の工程ＳＴ４では、処理容器内においてウエハＷが加熱される。これによって、変質領域ＡＲが熱分解し、図４に示すように変質領域ＡＲが除去される。一実施形態においては、ウエハＷは、処理容器内において当該ウエハＷを支持する載置台に設けられた温度調整機構によって当該載置台を加熱することによって、加熱される。例えば、ウエハＷは、８０℃以上の温度に加熱される。なお、ウエハＷの温度が高いほど変質領域ＡＲを除去する時間は短くなる。したがって、ウエハＷは、１２０℃といった温度に加熱されてもよい。
別の実施形態の工程ＳＴ４では、処理容器内においてＡｒガスといった希ガスのプラズマが生成され、当該プラズマに被処理体が晒される。これにより、図４に示すように変質領域ＡＲが除去される。なお、工程ＳＴ４において、プラズマは、任意のプラズマ源によって生成され得る。例えば、マイクロ波を用いてプラズマが生成されてもよく、容量結合型のプラズマ源によって励起されてもよく、或いは、誘導結合型のプラズマ源によってプラズマが生成されてもよい。また、工程ＳＴ４においては、ウエハＷに対してプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電力が、利用されなくてもよい。即ち、無バイアスで工程ＳＴ４が実施されてもよい。無バイアスで工程ＳＴ４が実施されることにより、イオンスパッタリング効果によるウエハＷのダメージが抑制される。
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ５において、最終回のシーケンスが終了したか否かが判定され、最終回のシーケンスが終了した場合には、方法ＭＴが終了する。一方、最終回のシーケンスが終了していない場合には、次のシーケンスが実施される。
再び図３を参照する。図３に示すように工程ＳＴ２の実施時にウエハＷの表面に第２領域Ｒ２が露出している場合には、工程ＳＴ２の処理によって第１領域Ｒ１から酸素が発生する。この酸素によって、第２領域Ｒ２の表面を含む一部領域が酸化して、酸化領域ＯＲが形成される。この酸化領域ＯＲは、図４に示すように工程ＳＴ４の後にも残存する。したがって、図１に示すように、方法ＭＴでは、初回より後の所定回以降のシーケンスにおいて工程ＳＴ１が行われる。この工程ＳＴ１では、酸化領域ＯＲに対する還元処理が行われる。なお、「所定回以降のシーケンス」とは、複数回のシーケンスのうち少なくとも初回のシーケンスを除くシーケンスであり、例えば、２回目以降のシーケンスである。また、「所定回以降のシーケンス」とは、工程ＳＴ２によって生成されるプラズマに初めて第２領域Ｒ２が晒されるシーケンスの直後から実施される一以上のシーケンスであってもよい。
図５は、工程ＳＴ１を説明するための図である。工程ＳＴ１では、処理容器内において、還元性ガスのプラズマＰＬ２が生成される。還元性ガスは、例えば、Ｈ２ガスを含み得る。また、還元性ガスとしては、Ｈ２ガスとＮ２ガスの混合ガス等が考えられる。工程ＳＴ１では、かかる還元性ガスのプラズマＰＬ２にウエハＷが晒されることにより、酸化領域ＯＲが還元される。これにより、図６に示すように、酸化領域ＯＲがシリコンから構成された第２領域Ｒ２の一部になる。
なお、工程ＳＴ１において、プラズマは、任意のプラズマ源によって生成され得る。例えば、マイクロ波を用いてプラズマが生成されてもよく、容量結合型のプラズマ源によって励起されてもよく、或いは、誘導結合型のプラズマ源によってプラズマが生成されてもよい。また、工程ＳＴ１においては、ウエハＷに対してプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電力が、利用されなくてもよい。即ち、無バイアスで工程ＳＴ１が実施されてもよい。無バイアスで工程ＳＴ１が実施されることにより、イオンスパッタリング効果によるウエハＷのダメージが抑制される。
方法ＭＴでは、上述したように工程ＳＴ１〜ＳＴ４を含むシーケンスが複数回実施されることにより、図７に示すように、第１領域Ｒ１が第２領域Ｒ２に対して選択的に除去される。一例においては、フィン領域である第２領域Ｒ２に対して選択的に第１領域Ｒ１がエッチバックされる。
以下、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の別の実施形態について説明する。別の実施形態においては、第２領域Ｒ２に対して選択的に第１領域Ｒ１を除去する必要が生じるまで、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程が行われる。即ち、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程の後に、図１に示した複数回のシーケンスが実施される。
フルオロカーボン系ガスは、上述したフルオロカーボンガス及びフルオロハイドロカーボンガスのうち一種以上のガスを含むことができ、また、希ガスといった他のガスを更に含むことができる。また、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程では、プラズマは、任意のプラズマ源によって生成され得る。例えば、マイクロ波を用いてプラズマが生成されてもよく、容量結合型のプラズマ源によって励起されてもよく、或いは、誘導結合型のプラズマ源によってプラズマが生成されてもよい。また、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程においては、ウエハＷに対してプラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電力が利用されてもよい。
図８は、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程を説明するための図である。図８に示すように、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程では、処理容器内においてフルオロカーボン系ガスのプラズマＰＬ３が生成される。このプラズマＰＬ３にウエハＷが晒されることにより、第１領域Ｒ１がエッチングされる。フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程は、一例においては、図８に示すように、第２領域Ｒ２の頭部が露出されるまで、又は第２領域Ｒ２の頭部が露出される直前まで、実施することができる。これにより、第１領域Ｒ１を高速に除去することができる。また、その後に図１に示した複数回のシーケンスを実施することで、第２領域Ｒ２に対して第１領域Ｒ１を選択的に除去することが可能となる。
図９は、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程の直後のウエハの状態の一例を示す図である。フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程は、図９に示すように、第２領域Ｒ２の側壁に沿って第１領域Ｒ１が部分的に残される状態となるまで行われてもよく、その後に、当該側壁に沿って残された第１領域Ｒ１を除去するために、図１に示した複数回のシーケンスが実施されてもよい。
次いで、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の更に別の実施形態について説明する。図１０は、酸化シリコンから構成された領域を選択的に除去する方法の更に別の実施形態を示す流れ図である。図１０に示す方法ＭＴ２は、フルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程ＳＴａ、上記工程ＳＴ２、及び上記工程ＳＴ４を含んでいる。
方法ＭＴ２の工程ＳＴａでは、図８を参照して説明したように、処理容器内においてフルオロカーボン系ガスのプラズマＰＬ３が生成される。このプラズマＰＬ３に、図２に示したウエハＷが晒されることにより、第１領域Ｒ１がエッチングされる。即ち、工程ＳＴａでは、フルオロカーボン系ガスのプラズマＰＬ３によって、第１領域Ｒ１がエッチバックされる。工程ＳＴａの終了後には、図１１に示すように、第２領域Ｒ２の側壁に沿った箇所で、第１領域Ｒ１の厚み方向の高さが、部分的に高くなる。即ち、第１領域Ｒ１の形状は、第２領域Ｒ２の側壁から裾を引いた形状となる。
次いで、方法ＭＴ２では、上述した工程ＳＴ２が行われる。即ち、工程ＳＴ２では、図１２に示すように、ウエハＷを収容した処理容器内において、水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガスのプラズマＰＬ１が生成され、当該プラズマＰＬ１にウエハＷが晒される。これにより、第１領域Ｒ１の一部、即ち第１領域Ｒ１の表面を含む一部領域が変質する。
次いで、方法ＭＴ２では、上述した工程ＳＴ４が行われる。即ち、工程ＳＴ４では、工程ＳＴ２において生成された変質領域が除去される。この工程ＳＴ４により、図１３に示すように、第１領域Ｒ１の表面が比較的平坦な表面となる。上述したように、工程ＳＴ４では、処理容器内においてウエハＷを加熱することにより、工程ＳＴ２において生成された変質領域を除去してもよい。或いは、工程ＳＴ４では、処理容器内において希ガスのプラズマを生成して当該プラズマにウエハＷを晒すことにより、変質領域を除去してもよい。なお、無バイアスで工程ＳＴ４が実施されてもよい。
かかる方法ＭＴ２によれば、工程ＳＴａにおいてエッチバックした第１領域Ｒ１の表面を、工程ＳＴａに続く工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４を行うことにより比較的平坦な表面へと加工することが可能である。また、方法ＭＴ２によれば、工程ＳＴａ、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４を含む一連の工程を、単一の処理容器、即ち、単一のプラズマ処理装置を用いて実施することが可能である。なお、方法ＭＴ２においても、工程ＳＴ２と工程ＳＴ４の間に、工程ＳＴ３が実施されてもよい。また、方法ＭＴ２においては、任意のプラズマ源によってプラズマが生成されてもよい。例えば、マイクロ波によってプラズマを励起する場合には、第２領域Ｒ２である複数のフィン間のピッチに依らず、隣接するフィンの間の第１領域Ｒ１を工程ＳＴａによってエッチバックすることができる。
以下、上述した種々の実施形態の方法の実施に用いることができるプラズマ処理装置について説明する。図１４は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
図１４に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、ウエハＷを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含み得る。
側壁１２ａは、軸線Ｚを略中心として、当該軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略円筒形状を有している。側壁１２ａの内径は、例えば、５４０ｍｍである。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に狭持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。
プラズマ処理装置１０は、載置台２０を更に備えている。載置台２０は、処理容器１２内且つ誘電体窓１８の下方に設けられている。この載置台２０は、プレート２２、及び、静電チャック２４を含んでいる。
プレート２２は、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。プレート２２は、筒状の支持部ＳＰ１によって支持されている。支持部ＳＰ１は、底部１２ｂから垂直上方に延びている。プレート２２は、高周波電極を兼ねている。プレート２２は、マッチングユニットＭＵ及び給電棒ＰＦＲを介して、高周波バイアス電力を発生する高周波電源ＲＦＧに電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波バイアス電力を出力する。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中には、自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
プレート２２の上面には、静電チャック２４が設けられている。静電チャック２４は、ベースプレート２４ａ及びチャック部２４ｂを含んでいる。ベースプレート２４ａは、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。ベースプレート２４ａは、プレート２２上に設けられている。ベースプレート２４ａの上面にはチャック部２４ｂが設けられている。チャック部２４ｂの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域ＭＲとなる。チャック部２４ｂは、ウエハＷを静電吸着力で保持する。チャック部２４ｂは、誘電体膜の間に挟まれた電極膜を含んでいる。チャック部２４ｂの電極膜には、直流電源ＤＳＣがスイッチＳＷ及び被覆線ＣＬを介して電気的に接続されている。チャック部２４ｂは、直流電源ＤＳＣから印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面にウエハＷを吸着保持することができる。このチャック部２４ｂの径方向外側には、ウエハＷのエッジを環状に囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構を備えている。温度制御機構の一部として、ベースプレート２４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２４ｇが設けられている。この冷媒室２４ｇには、チラーユニットから配管ＰＰ１，ＰＰ３を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。チャック部２４ｂ上のウエハＷの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが供給管ＰＰ２を介してチャック部２４ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構の一部として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及び、ＨＥを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内に設けられている。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内において、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、ベースプレート２４ａ内に設けられており、ヒータＨＣを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥは、上述した載置領域ＭＲの外縁部分の下方に設けられている。
また、載置台２０の周囲には、環状の排気路ＶＬが設けられている。排気路ＶＬの軸線Ｚ方向における中間には、複数の貫通孔が形成された環状のバッフル板２６が設けられている。排気路ＶＬは、排気口２８ｈを提供する排気管２８に接続している。排気管２８は、処理容器１２の底部１２ｂに取り付けられている。排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置３０を動作させることにより、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することができる。
また、プラズマ処理装置１０は、一実施形態のプラズマ生成部ＰＧを更に備えている。プラズマ生成部ＰＧは、アンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８を含んでいる。マイクロ波発生器３２は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在している。一実施形態においては、載置台２０の載置領域ＭＲの中心は、軸線Ｚ上に位置している。
同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在する円筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂは、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在する円筒形状を有している。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４４に接続している。
一実施形態においては、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナである。このアンテナ１４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置されており、誘電体窓１８の上面の上に設けられている。アンテナ１４は、誘電体板４２及びスロット板４４を含んでいる。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板４２は、スロット板４４と冷却ジャケット４０の下面の間に狭持されている。アンテナ１４は、したがって、誘電体板４２、スロット板４４、及び、冷却ジャケット４０によって構成され得る。
図１５は、スロット板の一例を示す平面図である。スロット板４４は、薄板状であって、円盤状である。スロット板４４の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。円形のスロット板４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。スロット板４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。
図１５に示す例では、複数のスロット対４４ｐは、軸線Ｚを中心とする仮想円ＶＣの内側に設けられた内側スロット対群ＩＳＰと仮想円ＶＣの外側に設けられた外側スロット対群ＯＳＰとに大別されている。内側スロット対群ＩＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図１５に示す例では、内側スロット対群ＩＳＰは、七つのスロット対４４ｐを含んでいる。内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ１の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ２の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ２は、半径ｒ１より大きい。
外側スロット対群ＯＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図１５に示す例では、外側スロット対群ＯＳＰは、２８個のスロット対４４ｐを含んでいる。外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ３の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ４の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ３は、半径ｒ２よりも大きく、半径ｒ４は、半径ｒ３よりも大きい。
また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ｂの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。
図１６は、誘電体窓の一例を示す平面図であり、当該誘電体窓を処理空間Ｓ側から見た状態を示している。図１７は、図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿ってとった断面図である。誘電体窓１８は、略円盤形状を有し、石英又はアルミナといった誘電体から構成されている。誘電体窓１８の上面１８ｕ上には、スロット板４４が設けられている。
誘電体窓１８の中央には、貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ｈの上側部分は、後述する中央導入部５０のインジェクタ５０ｂが収容される空間１８ｓであり、下側部分は、後述する中央導入部５０の中央導入口１８ｉである。なお、誘電体窓１８の中心軸線は、軸線Ｚと一致している。
誘電体窓の上面１８ｕと反対側の面、即ち下面１８ｂは、処理空間Ｓに接しており、プラズマを生成する側の面となる。この下面１８ｂは、種々の形状を画成している。具体的に、下面１８ｂは、中央導入口１８ｉを囲む中央領域において、平坦面１８０を有している。この平坦面１８０は、軸線Ｚに直交する平坦な面である。下面１８ｂは、平坦面１８０の径方向外側領域において、環状に連なり誘電体窓１８の板厚方向内方側に向かってテーパー状に凹む環状の第１凹部１８１を画成している。
第１凹部１８１は、内側テーパー面１８１ａ、底面１８１ｂ、及び、外側テーパー面１８１ｃによって画成されている。底面１８１ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行に環状に延在している。内側テーパー面１８１ａは、平坦面１８０と底面１８１ｂとの間において環状に延在しており、平坦面１８０に対して傾斜している。外側テーパー面１８１ｃは、底面１８１ｂと下面１８ｂの周縁部との間において環状に延在しており、底面１８１ｂに対して傾斜している。なお、下面１８ｂの周縁領域は、側壁１２ａに接する面となる。
また、下面１８ｂは、平坦面１８０から板厚方向内方側に向かって凹む複数の第２凹部１８２を画成している。複数の第２凹部１８２の個数は、図１６及び図１７に示す例では、７個である。これら複数の第２凹部１８２は、周方向に沿って等間隔に形成されている。また、複数の第２凹部１８２は、軸線Ｚに直交する面において円形の平面形状を有している。具体的には、第２凹部１８２を画成する内側面１８２ａは、軸線Ｚ方向に延在する円筒面である。また、第２凹部１８２を画成する底面１８２ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行な円形の面である。
図１８は、図１６に示す誘電体窓上に図１５に示すスロット板を設けた状態を示す平面図であり、誘電体窓１８を下側から見た状態を示している。図１８に示すように、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａ及び複数のスロット孔４４ｂ、並びに内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっている。具体的には、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において外側テーパー面１８１ｃに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａは、底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において内側テーパー面１８１ａに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。
また、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。具体的には、平面視において、複数の第２凹部１８２の底面の重心（中心）それぞれが、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａ内に位置するように、構成されている。
再び図１４を参照する。プラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器３２により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１６を通って、誘電体板４２に伝播され、スロット板４４のスロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８に与えられる。
誘電体窓１８では、上述したように第１凹部１８１を画成する部分の板厚、及び、第２凹部１８２を画成する部分の板厚は、他の部分よりも薄くなっている。したがって、誘電体窓１８では、第１凹部１８１を画成する部分、及び、第２凹部１８２を画成する部分において、マイクロ波の透過性が高められている。また、軸線Ｚ方向に見た場合に、外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａ及び４４ｂ、並びに、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっており、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。したがって、第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波の電界が集中して、当該第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波のエネルギーが集中する。その結果、第１凹部１８１及び第２凹部１８２において、プラズマを安定して発生させることが可能となり、誘電体窓１８の直下において径方向及び周方向に分布したプラズマを安定して発生させることが可能となる。
また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部５０及び周辺導入部５２を更に備えている。中央導入部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及び中央導入口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間１８ｓ（図１７参照）内まで延在している。この空間１８ｓ内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、中央導入口１８ｉを画成している。中央導入口１８ｉは、空間１８ｓの下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央導入部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂから中央導入口１８ｉを介してガスを噴射する。このように、中央導入部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを噴射する。即ち、中央導入部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。
周辺導入部５２は、複数の周辺導入口５２ｉを含んでいる。複数の周辺導入口５２ｉは、主としてウエハＷのエッジ領域にガスを供給する。複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域、又は、載置領域ＭＲの縁部に向けて開口している。複数の周辺導入口５２ｉは、中央導入口１８ｉよりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、誘電体窓の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において軸線Ｚを中心として環状に配列されている。この周辺導入部５２は、電子温度の低い領域からウエハＷに向けてガスを供給する。したがって、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの解離度は、中央導入部５０から処理空間Ｓに供給されるガスの解離度よりも抑制される。
中央導入部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。また、周辺導入部５２には、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。図１９は、第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給部を示す図である。図１９に示すように、第１のガスソース群ＧＳＧ１、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１、第２のガスソース群ＧＳＧ２、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、一実施形態のガス供給部ＧＵを構成している。
第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５を含んでいる。ガスソースＧＳ１１は、水素を含有するガスのソースであり、例えば、Ｈ２ガスのソースである。ガスソースＧＳ１２は、窒素を含有するガスのソースであり、例えば、Ｎ２ガスのソースである。ガスソースＧＳ１３は、フッ素を含有するガスのソースである。フッ素を含有するガスとしては、上述したフルオロカーボンガス、フルオロハイドロカーボンガス、ＮＦ３ガス、及び、ＳＦ６ガスのうち一種以上のガスが用いられ得る。ガスソースＧＳ１４は、希ガスのソースであり、例えば、Ａｒガスのソースである。また、ガスソースＧＳ１５は、上述したフルオロカーボン系ガスのソースである。
第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５を含んでいる。複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５はそれぞれ、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５を介して、共通ガスラインＧＬ１に接続されている。この共通ガスラインＧＬ１は、中央導入部５０に接続されている。
第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第１のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５を含んでいる。第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５はそれぞれ、ガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５と同様のガスのソースである。
第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５を含んでいる。複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５はそれぞれ、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５を介して、共通ガスラインＧＬ２に接続されている。この共通ガスラインＧＬ２は、周辺導入部５２に接続されている。
このように、プラズマ処理装置１０では、複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットが中央導入部５０専用に設けられており、これら複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットとは独立した複数の第２のガスソース及び複数の第２の流量制御ユニットが周辺導入部５２専用に設けられている。したがって、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができ、また、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができる。
一実施形態においては、周辺導入部５２は、環状の管５２ｐを更に含む。この管５２ｐには、複数の周辺導入口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。図１４に示すように、環状の管５２ｐは、一実施形態においては、側壁１２ａの内壁面に沿って設けられている。換言すると、環状の管５２ｐは、誘電体窓１８の下面と載置領域ＭＲ、即ちウエハＷとを結ぶ経路上には配置されていない。したがって、環状の管５２ｐは、プラズマの拡散を阻害しない。また、環状の管５２ｐが側壁１２ａの内壁面に沿って設けられているので、当該環状の管５２ｐのプラズマによる消耗が抑制され、当該環状の管５２ｐの交換頻度を減少させることが可能となる。さらに、環状の管５２ｐは、ヒータによる温度制御が可能な側壁１２ａに沿って設けられているので、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの温度の安定性を向上させることが可能となる。
また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けて開口している。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けてガスを噴射するよう、軸線Ｚに直交する平面に対して傾斜している。このように周辺導入口５２ｉが、ウエハＷのエッジ領域に向けて傾斜するように開口しているので、当該周辺導入口５２ｉから噴射されたガスの活性種は、ウエハＷのエッジ領域に直接的に向かう。これにより、ガスの活性種をウエハＷのエッジに失活させずに供給することが可能となる。
また、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備えている。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。
図１に示した方法ＭＴの工程ＳＴ１の実施時には、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵに還元性ガスを供給させ、プラズマ生成部ＰＧにエネルギーを発生させる制御を実行する。この制御により、ガス供給部ＧＵは、ガスソースＧＳ１１、ＧＳ１２、ＧＳ２１、ＧＳ２２からのガスの混合ガスを、還元性ガスとして、処理容器１２内に供給する。また、この制御により、プラズマ生成部ＰＧは、マイクロ波を誘電体窓１８を介して、処理容器１２内に導入する。これにより、還元性ガスのプラズマが生成され、ウエハＷが当該プラズマに晒される。一実施形態においては、この制御において、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＲＦＧからの高周波バイアス電力のプレート２２、即ち高周波電極への供給を停止させてもよい。即ち、制御部Ｃｎｔは、工程ＳＴ１を無バイアスで実施してもよい。なお、工程ＳＴ１の実施のための制御において、制御部Ｃｎｔは、ガスソースＧＳ１２、ＧＳ２２からのガスに代えて、ガス供給部ＧＵにＨｅガスといった希ガスを供給させてもよい。
また、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の工程ＳＴ２の実施時には、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵに処理ガスを供給させ、プラズマ生成部ＰＧにエネルギーを発生させる制御を実行する。この制御により、ガス供給部ＧＵは、ガスソースＧＳ１１、ＧＳ１２、ＧＳ１３、ＧＳ２１、ＧＳ２２、ＧＳ２３からのガスの混合ガスを、処理ガスとして、処理容器１２内に供給する。また、この制御により、プラズマ生成部ＰＧは、マイクロ波を誘電体窓１８を介して、処理容器１２内に導入する。これにより、処理ガスのプラズマが生成され、ウエハＷが当該プラズマに晒される。一実施形態においては、この制御において、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＲＦＧからの高周波バイアス電力のプレート２２、即ち高周波電極への供給を停止させてもよい。
また、方法ＭＴの工程ＳＴ３の実施時には、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵに希ガスを供給させ、プラズマ生成部ＰＧにエネルギーを発生させ、排気装置３０を作動させる制御を実行する。この制御により、ガス供給部ＧＵは、ガスソースＧＳ１４、ＧＳ２４からの希ガスを、処理容器１２内に供給する。また、この制御により、プラズマ生成部ＰＧは、マイクロ波を誘電体窓１８を介して、処理容器１２内に導入する。これにより、希ガスのプラズマが生成され、処理容器１２内の処理空間Ｓが排気されて、処理容器１２内がクリーニングされる。
また、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の工程ＳＴ４の実施時には、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＣ及びＨＥを発熱させる制御を実行する。この制御において、制御部Ｃｎｔは、ガスソースＧＳ１４及びＧＳ２４からの希ガスを処理容器１２内に供給させるよう、ガス供給部ＧＵを制御してもよい。
また、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の別の実施形態に係る工程ＳＴ４の実施時には、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵに希ガスを供給させ、プラズマ生成部ＰＧにエネルギーを発生させる制御を実行する。この制御により、ガス供給部ＧＵは、ガスソースＧＳ１４、ＧＳ２４からの希ガスを処理容器１２内に供給する。また、この制御により、プラズマ生成部ＰＧは、マイクロ波を誘電体窓１８を介して、処理容器１２内に導入する。これにより、希ガスのプラズマが生成され、ウエハＷが当該プラズマに晒される。一実施形態においては、この制御において、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＲＦＧからの高周波バイアス電力のプレート２２、即ち高周波電極への供給を停止させてもよい。
また、更なる別の実施形態においては、図１に示した複数回のシーケンスの実施前に上述したフルオロカーボン系ガスのプラズマにウエハＷを晒す工程を実施するために、或いは、方法ＭＴ２の工程ＳＴａを実施するために、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵにフルオロカーボン系ガスを供給させ、プラズマ生成部ＰＧにエネルギーを発生させる制御を実行する。この制御により、ガス供給部ＧＵは、ガスソースＧＳ１５、ＧＳ２５からのフルオロカーボン系ガスを処理容器１２内に供給する。また、この制御により、プラズマ生成部ＰＧは、マイクロ波を誘電体窓１８を介して、処理容器１２内に導入する。これにより、フルオロカーボン系ガスのプラズマが生成され、ウエハＷが当該プラズマに晒される。なお、この制御において、制御部Ｃｎｔは、ガス供給部ＧＵにフルオロカーボン系ガスに加えて希ガス等を処理容器内に供給させてもよい。また、この制御において、制御部Ｃｎｔは、高周波電源ＲＦＧに高周波バイアス電力をプレート２２へ供給させてもよい。
以下、プラズマ処理装置１０を用いて行った実験例について説明する。
（実験例１）
実験例１では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスの処理を行った。また、実験例１では、工程ＳＴ２の実施時の処理容器１２内の圧力を可変のパラメータとして種々の圧力に設定した。実験例１のその他の処理条件は以下の通りである。
＜工程ＳＴ２＞
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：１８５ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・マイクロ波パワー：０Ｗ
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：１２０℃
・無バイアス
・処理時間：６０秒
実験例１では、処理前後の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ちエッチング量を求めた。その結果を図２０に示す。図２０において横軸は工程ＳＴ２の実施時の処理容器１２内の圧力を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２０に示すように、実験例１の結果、工程ＳＴ２の実施時の処理容器１２内の圧力が４０Ｐａ（３００ｍＴｏｒｒ）〜６６．６６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）の範囲の圧力であるときに、比較的大きなエッチング量が得られることが確認された。
（実験例２）
実験例２では、酸化シリコンから構成された第１領域とシリコンから構成された第２領域が密に形成された領域（以下、「密領域」という）と第１領域と第２領域とが粗に形成された領域（以下、「粗領域」という）を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる２回のシーケンスの処理を行った。また、実験例２では、工程ＳＴ２の実施時のマイクロ波のパワーを可変のパラメータとして種々のパワーに設定した。実験例２のその他の処理条件は以下の通りである。
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：５０℃
・無バイアス
・処理時間：９０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・マイクロ波パワー：０Ｗ
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：８０℃
・無バイアス
・処理時間：６００秒
実験例２では、処理前後の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ち、エッチング量を、粗領域と密領域のそれぞれにおいて求めた。その結果を図２１に示す。図２１において横軸は工程ＳＴ２の実施時のマイクロ波のパワーを示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２１に示すように、実験例２の結果、工程ＳＴ２の実施時のマイクロ波のパワーが２０００Ｗ〜３０００Ｗの範囲のパワーであるときに、粗領域と密領域のエッチング量の差異が小さくなることが確認された。
（実験例３）
実験例３、即ち、実験例３−１、実験例３−２、及び実験例３−３では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１〜３回のシーケンスの処理を行った。また、実験例３−１、実験例３−２、及び実験例３−３では、工程ＳＴ２の実施時のＮ２ガスの流量を可変のパラメータとして種々の流量に設定した。具体的には、実験例３−１では、工程ＳＴ２のＮ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍに設定して、３回のシーケンスの処理を行った。実験例３−２では、工程ＳＴ２のＮ２ガスの流量を５００ｓｃｃｍに設定して、１回のシーケンスの処理を行った。また、実験例３−３では、工程ＳＴ２のＮ２ガスの流量を１０００ｓｃｃｍに設定して、１回のシーケンスの処理を行った。実験例３のその他の処理条件は以下の通りである。
＜実験例３−１の工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：３００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：１５℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜実験例３−１の工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：５０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜実験例３−２の工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜実験例３−２の工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・Ｈｅガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：９０秒
＜実験例３−３のシーケンスの工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：１０００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：６０ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜実験例３−３の工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１００ｍＴｏｒｒ（１３．３３Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・Ｈｅガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：９０秒
実験例３では、処理前後の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ち、エッチング量を求めた。その結果（１回のシーケンスのエッチング量）を図２２に示す。図２２において横軸は工程ＳＴ２の実施時のＮ２ガスの流量を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２２に示すように、実験例３の結果、工程ＳＴ２の実施時のＮ２ガスの流量が３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量であるときに、比較的大きなエッチング量が得られることが確認された。
（実験例４）
実験例４では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスの処理を行った。また、実験例４では、工程ＳＴ２の実施時のＳＦ６ガスの流量を可変のパラメータとして種々の流量に設定した。実験例４のその他の処理条件は以下の通りである。
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：１８５ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・マイクロ波パワー：０Ｗ
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：１２０℃
・無バイアス
・処理時間：６０秒
実験例４では、処理前記の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ち、エッチング量を求めた。その結果を図２３に示す。図２３において横軸は工程ＳＴ２の実施時のＳＦ６ガスの流量を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２３に示すように、実験例４の結果、工程ＳＴ２の実施時のＳＦ６ガスの流量が処理ガスの全流量中に占める割合が３％〜８％の範囲内であるときに、比較的大きなエッチング量が得られることが確認された。
（実験例５）
実験例５では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスの処理を行った。また、実験例５では、工程ＳＴ２の実施時のウエハ温度を可変のパラメータとして種々の温度に設定した。実験例５のその他の処理条件は以下の通りである。
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：３０℃
・無バイアス
・処理時間：９０秒
実験例５では、処理前後の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ち、エッチング量を求めた。その結果を図２４に示す。図２４において横軸は工程ＳＴ２の実施時のウエハの温度を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２４に示すように、実験例５の結果、工程ＳＴ２の実施時のウエハ温度が２０℃〜４０℃の範囲の温度であるときに、比較的大きなエッチング量が得られることが確認された。
（実験例６〜１１）
実験例６では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスを行った。実験例７では、多結晶シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスを行った。実験例８では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる２回のシーケンスを行った。実験例９では、多結晶シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる２回のシーケンスを行った。なお、実験例８及び９では、２回目のシーケンスにおいて工程ＳＴ１を実施しなかった。実験例１０では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる２回のシーケンスを行い、２回目のシーケンスにおいて工程ＳＴ１を実施した。実験例１１では、多結晶シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる２回のシーケンスを行い、２回目のシーケンスにおいては工程ＳＴ１を実施した。工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ４の条件は以下に示す通りであった。
＜工程ＳＴ１＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・Ｈ２ガス流量：２４０ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガス流量：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：５０℃
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：２４０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・無バイアス
・ウエハ温度：５０℃
・処理時間：９０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
・ウエハ温度：８０℃
・処理時間：１０分
実験例６〜１１では、ウエハの中心を通る４５度間隔の４つの直径上、即ちＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸上において、処理前後の酸化シリコン膜の膜厚の変化量、即ちエッチング量を求めた。実験例６及び実験例７において求めたエッチング量をそれぞれ、図２５の（ａ）及び（ｂ）に示し、実験例８及び９において求めたエッチング量をそれぞれ、図２６の（ａ）及び（ｂ）に示し、実験例１０及び１１において求めたエッチング量をそれぞれ、図２７の（ａ）及び（ｂ）に示す。図２５〜図２７において、横軸は、ウエハの中心からの位置を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図２５の（ａ）に示すように、１回のシーケンスでは、酸化シリコン膜がエッチングされており、図２５の（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜は略エッチングされなかった。また、図２６の（ａ）及び図２７の（ａ）に示すように、２回のシーケンスの後に、酸化シリコン膜は１回のシーケンスのエッチング量よりも更に大きな量でエッチングされていた。しかしながら、実験例９では、２回目のシーケンスにおいて工程ＳＴ１を実施しなかったため、図２６の（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜もエッチングされていた。一方、実験例１１では、２回目のシーケンスにおいて工程ＳＴ１を実施したため、図２７の（ｂ）に示すように、多結晶シリコン膜のエッチング量は、実験例９のエッチング量よりも低減されていた。
（実験例１２及び１３）
実験例１２及び１３では、酸化シリコン膜を有するウエハに対して、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ４からなる１回のシーケンスを実施した。実験例１２では、工程ＳＴ４の実施時のウエハの温度を１２０度に設定し、実験例１３では、工程ＳＴ４の実施時のウエハ温度を８０度に設定した。実験例１２及び１３のその他の処理条件は以下の通りである。
＜工程ＳＴ２＞
・処理容器１２内圧力：５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）
・マイクロ波パワー：２０００Ｗ
・処理ガス
Ｈ２ガス：１８５ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５００ｓｃｃｍ
ＳＦ６ガス：４５ｓｃｃｍ
・無バイアス
・処理時間：３０秒
＜工程ＳＴ４＞
・処理容器１２内圧力：１０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ）
・Ａｒガス：５００ｓｃｃｍ
酸化シリコン膜を膜厚方向に同じ量だけエッチングするために、実験例１２では工程ＳＴ４に１分の処理時間を要し、実験例１３の工程ＳＴ４には１０分の処理時間を要した。即ち、熱分解により変質領域を除去する工程ＳＴ４では、ウエハの温度が高いほど、当該工程ＳＴ４の処理時間を短くすることが可能であることが確認された。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴの実施は、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置に限定されず、誘導結合型のプラズマ処理装置を用いることが可能である。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、２０…載置台、３０…排気装置、Ｃｎｔ…制御部、ＧＵ…ガス供給部、ＰＧ…プラズマ生成部、ＨＣ，ＨＥ…ヒータ（温度調整機構）ＲＦＧ…高周波電源、Ｗ…ウエハ、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＡＲ…変質領域、ＯＲ…酸化領域。

Claims (23)

  1. 酸化シリコンから構成された第１領域とシリコンから構成された第２領域を有する被処理体から該第１領域を選択的に除去する方法であって、
    前記被処理体を収容した処理容器内において、水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガスのプラズマを生成し、前記第１領域の一部を変質させて、変質領域を形成する工程と、
    前記処理容器内において前記変質領域を除去する工程と、
    を各々が含む複数回のシーケンスを実施することを含み、
    前記被処理体の前記第２領域が前記処理ガスの前記プラズマに晒されて前記第２領域内に酸化領域が形成されるように前記複数回のシーケンスを実施した後に、前記被処理体の前記第２領域の前記酸化領域を還元するために、前記処理容器内において発生させた還元性ガスのプラズマに前記被処理体を晒す、
    方法。
  2. 前記変質領域を除去する前記工程において、前記処理容器内において前記被処理体を加熱する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記変質領域を除去する前記工程において、前記処理容器内において発生させた希ガスのプラズマに前記被処理体を晒す、請求項１に記載の方法。
  4. 前記変質領域を形成する前記工程と前記変質領域を除去する前記工程との間において、前記被処理体を前記処理容器から取り出して、前記処理容器内をクリーニングする工程を更に含む、請求項３に記載の方法。
  5. 初期状態の前記被処理体では、前記第２領域は前記第１領域内に埋め込まれており、
    前記処理容器内においてフルオロカーボン系ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程を更に含み、
    前記複数回のシーケンスは、前記フルオロカーボン系ガスのプラズマに前記被処理体を晒す工程の後に行われる、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記第２領域は、フィン型電界トランジスタにおけるフィン領域を構成する、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記処理ガスは、ＳＦ６ガスを含む請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記処理容器を備え、マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置において、実施される、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記変質領域を形成する前記工程において、前記処理容器内の圧力が、４０Ｐａ〜６６．６６Ｐａの範囲内の圧力に設定される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記変質領域を形成する前記工程において、前記マイクロ波のパワーが８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定される、請求項８又は９に記載の方法。
  11. 前記変質領域を形成する前記工程において、前記処理ガスはＮ２ガスを含み、該Ｎ２ガスの流量が３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定される、請求項８〜１０の何れか一項に記載の方法。
  12. 前記変質領域を形成する前記工程において、前記処理ガスはＳＦ６ガスを含み、前記処理ガスの全流量中に占める該ＳＦ６ガスの流量の割合が３％〜８％の範囲内の割合に設定される、請求項８〜１１の何れか一項に記載の方法。
  13. 処理容器と、
    温度調整機構を有し、エッチングされる第１領域及び残留する第２領域を含む被処理体を前記処理容器内においてその上に載置するよう構成された載置台と、
    前記処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、並びに還元性ガスを供給するよう構成されたガス供給部と、
    プラズマを生成するよう構成されており、前記処理容器内に供給されるガスを励起させるためのプラズマ生成部と、
    前記温度調整機構、前記ガス供給部、及び前記プラズマ生成部を制御するよう構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記被処理体が前記処理ガスのプラズマに晒されて該被処理体の前記第１領域が変質して該第１領域内に変質領域が形成されるよう、前記ガス供給部に前記処理ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該処理ガスのプラズマを発生させる第１制御と、
    前記第１領域の前記変質領域が熱分解して除去されるよう、前記温度調整機構に前記被処理体を支持する前記載置台を加熱させる第２制御と、
    を順に実行するようプログラムされており、
    前記被処理体の前記第２領域が前記処理ガスのプラズマに晒されて前記第２領域内に酸化領域が形成されるように前記第１制御及び前記第２制御を順に複数回実行した後に、前記制御部は、前記被処理体の前記第２領域の前記酸化領域を還元するために前記被処理体が前記還元性ガスのプラズマに晒されるよう、前記ガス供給部に前記還元性ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該還元性ガスのプラズマを生成させる第３制御を実行するよう更にプログラムされている、
    プラズマ処理装置。
  14. 処理容器と、
    温度調整機構を有し、エッチングされる第１領域及び残留する第２領域を含む被処理体を前記処理容器内においてその上に載置するよう構成された載置台と、
    前記処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する処理ガス、希ガス、並びに還元性ガスを供給するよう構成されたガス供給部と、
    プラズマを生成するよう構成されており、前記処理容器内に供給されるガスを励起させるためのプラズマ生成部と、
    前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するよう構成された制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記被処理体が前記処理ガスのプラズマに晒されて該被処理体の前記第１領域が変質して該第１領域内に変質領域が形成されるよう、前記ガス供給部に前記処理ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該処理ガスのプラズマを発生させる第１制御と、
    前記変質領域を除去するために前記被処理体が前記希ガスのプラズマに晒されるよう、前記ガス供給部に前記希ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該希ガスのプラズマを発生させる第２制御と、
    を順に実行するようプログラムされており、
    前記被処理体の前記第２領域が前記処理ガスのプラズマに晒されて前記第２領域内に酸化領域が形成されるように前記第１制御及び前記第２制御を順に複数回実行した後に、前記制御部は、前記被処理体の前記第２領域の前記酸化領域を還元するために前記被処理体が前記還元性ガスのプラズマに晒されるよう、前記ガス供給部に前記還元性ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該還元性ガスのプラズマを生成させる第３制御を実行するよう更にプログラムされている、
    プラズマ処理装置。
  15. 前記制御部は、前記第１制御と前記第２制御との間において、前記処理容器内をクリーニングするための制御を実行する、請求項１４に記載のプラズマ処理装置。
  16. 前記第１制御において、前記載置台に対してバイアス電力が供給されない、請求項１３〜１５の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  17. 前記ガス供給部は、前記処理容器内にフルオロカーボン系ガスを更に供給し、
    前記制御部は、前記第１制御及び前記第２制御を順に複数回実行する前に、前記ガス供給部に前記フルオロカーボン系ガスを供給させ、前記プラズマ生成部に該フルオロカーボン系ガスのプラズマを生成させる第４制御を更に実行する、請求項１３〜１６の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  18. 前記処理ガスは、ＳＦ６ガスを含む請求項１３〜１７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  19. 前記プラズマ生成部は、エネルギーとしてマイクロ波を前記処理容器内に導入する、請求項１３〜１７の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  20. 前記第１制御において、前記制御部は、前記処理容器内の圧力を、４０Ｐａ〜６６．６６Ｐａの範囲内の圧力に設定する、請求項１９に記載のプラズマ処理装置。
  21. 前記第１制御において、前記制御部は、前記マイクロ波のパワーを８００Ｗ〜３０００Ｗの範囲内のパワーに設定する、請求項１９又は２０に記載のプラズマ処理装置。
  22. 前記処理ガスはＮ２ガスを含み、
    前記第１制御において、前記制御部は、前記Ｎ２ガスの流量を３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの範囲の流量に設定する、請求項１９〜２１の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
  23. 前記処理ガスはＳＦ６ガスを含み、
    前記第１制御において、前記制御部は、前記処理ガスの全流量中に占める該ＳＦ６ガスの流量の割合を３％〜８％の範囲内の割合に設定する、請求項１９〜２２の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
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