JP7212444B2 - エッチング処理方法およびエッチング処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイスを製造する工程において、半導体ウエハ等の基板上の試料上に予め形成された処理対象の酸化アルミニウム膜をエッチングして除去するエッチング処理方法ならびにエッチング処理装置に関する。
微細化が進む半導体デバイスでは、複雑な構造を形成するために、シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の従来から使われていたものに加えて、さらに新しい種類の材料による薄膜が求められている。このため、このような薄膜が積層された構造をエッチングして回路を形成する上で、対象の膜とこれ以外の他の種類の膜とに対して高い選択比を実現するエッチング技術が強く求められている。これらの新しい薄膜材料の例の１つとして、酸化アルミニウム膜が挙げられる。
このような酸化アルミニウム膜が用いられた膜構造から半導体デバイスを形成する工程の例を図６を用いて説明する。図６は、エッチング処理される酸化アルミニウム膜を含む複数層の膜構造の例を模式的に示す断面図である。本図の複数の断面図の各々は、エッチングの工程を含む複数の工程の各々での膜構造の断面を示している。
図６（ａ）は、酸化アルミニウム膜をその下層の膜層のエッチングマスクとして使う例である。まず、酸化アルミニウム膜６０１を所定のパターンとなるようにドライエッチングした後に、当該パターンの形状にエッチングされた酸化アルミニウム膜６０１をエッチングマスクとして下層の被エッチング膜層６０２のエッチングを行うものである。この後、本図の右図のように、不要となる酸化アルミニウム膜６０１は除去されるが、その工程には、下層の被エッチング膜６０２や下地膜６０３等と高い選択比が実現されていることが必要となる。
図６（ｂ）は、酸化アルミニウム膜をスペーサとして使う例である。下地膜６０３上に上層膜６０４を有する構造物の上に酸化アルミニウム膜６０１を形成した後、ドライエッチング技術で異方的にエッチングすると、構造物の横にだけ酸化アルミニウム膜６０１を残した「スペーサ」構造を形成できる。このスペーサ構造をドーピングマスクやエピマスク、パターンマスクとして膜構造の処理に利用した後、本図右図のように、不要になった酸化アルミニウム膜６０１が除去する工程が実施される。
図６（ｃ）は、酸化アルミニウム膜をデバイスの一部として使う例である。ロジックデバイスなどの高性能デバイスでは、ゲート酸化膜とゲート電極との仕事関数の制御のために「ワークファンクションメタル」を形成するが、この一部として酸化アルミニウムが使用されることがある。しかしながら、このワークファンクションメタルはＮ型トランジスタとＰ型トランジスタで膜厚や膜種が変えられる場合があり、この場合には片側をフォトレジストなどで覆って不要な部分を除去する工程が実施される。
本図左側図において、被エッチング膜である下層の膜層６０２の上方を覆って配置された酸化アルミニウム膜６０１がワークファンクションメタルを構成し、その左側部分は上方にフォトレジスト膜６０５が配置され覆われている。酸化アルミニウム膜６０１の右側の部分は不要となる部分であって、この部分上面上にはマスクがされていない。本図右側の図では、酸化アルミニウム６０１の右側の部分が選択的に除去された状態が示されている。
図６（ｄ）は、酸化アルミニウム膜がキャパシタ絶縁膜に使用される例である。微細化に伴うキャパシタ容量の低減を回避するため、高誘電率材料がキャパシタ絶縁膜として使用されることがあり、この絶縁膜の材料として酸化アルミニウムが使用される。本図では、電極膜６０５と下地膜６０３の間に酸化アルミニウム膜６０１が配置された構造の断面が示されている。上方の電極膜６０５の形状のパターンに合わせた酸化アルミニウム膜６０１の加工にはドライエッチングが主に用いられる。
上記図６に示した工程を例として示した酸化アルミニウム膜の除去を目的としたエッチングは、従来は、膜構造を薬液内に浸して行われるウエット処理により行われてきた。このような、薬液を使ったウエット処理の例としては、例えば、特開２００６－１５６８６７公報（特許文献１）の例が従来から知られていた。本例では、γ－酸化アルミニウム層にエッチング液を接触させてフッ酸処理またはリン酸処理を行い選択的にエッチングすることが開示されている。
さらに、特開平８－３１９３２公報（特許文献２）には、熱リン酸溶液で酸化アルミニウム膜を除去することにより、酸化アルミニウム膜下方のタングステン膜および酸化シリコン膜を除去することなく、コンタクトホール１４内のみにタングステン膜を残す処理の工程の例が示されている。さらに、特開平８－２３６５０３公報（特許文献３）には、リン酸水溶液による酸化アルミニウムのウエットエッチング方法が従来知られていた点が開示されている。
しかしながら、このようなウエットエッチング処理では、半導体デバイスの構造の微細化の進展した結果、ウエハ表面にエッチング処理により形成される回路の構造が薬液の表面張力により変形したり溝同士の間の壁が倒れてしまうパターンの倒れや、溝、孔や隙間のエッチング残りの問題が顕在化している。さらには、大量の薬液処理が必要となる点が問題となっていた。そのため、等方性エッチングを薬液を用いたウエット処理を用いるものから、薬液を用いないで実施するドライ処理に置き換えることが求められている。
一方、このような酸化アルミニウム膜をドライエッチングする処理の例として、例えば、特開平８－２３６５０３号公報（特許文献３）には、三塩化ホウ素ガスとフッ素を含む飽和もしくは不飽和炭化水素ガスとＣＯガスもしくはＣＯ２ガスとを含むガス、や三塩化ホウ素ガスと低級アルコール、炭素数１～５の飽和もしくは不飽和炭化水素から選ばれる少なくとも１種のガスとを含むガスを用いて形成したプラズマを用いて酸化アルミニウム膜をエッチングする技術が開示されている。さらに、特開昭５９－５６７３１号公報（特許文献４）には、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４等のエッチングガスを用いて形成したプラズマにより酸化アルミニウム膜をエッチングする例が開示されている。
しかしながら、上記従来技術ではプラズマ中のイオン等荷電粒子を被エッチング膜である酸化アルミニウム膜に誘引して衝突させエッチングを促進するイオンアシストを用いて異方性のエッチングを行うものである。このため、等方性のエッチングを必要とする除去工程に用いるには困難があった。
一方で、ガスのみで酸化アルミニウムを除去する技術の例として、特開平３－２７２１３５号公報（特許文献５）のものが知られていた。本従来技術には、ＣｌＦ３ガスと反応させて酸化アルミニウム膜を、チャンバ内の温度は２００℃、圧力は９Ｔｏｒｒにして、除去する技術が開示されている。
また、Y. Lee, J. W. Dumont and S. M. George, "Mechanism of Thermal Al2O3 Atomic Layer Etching Using Sequential Reactions with Sn(acac)2 and HF", Chemistry of Materials, 27, 3648 (2015)（非特許文献１）には、スズ錯体とフッ化水素の繰り返し照射により酸化アルミニウムをエッチングする方法が提案されているが、スズ錯体の蒸気圧は低く、実際のエッチングに有効ではない。加えて２００℃以上の高温を必要としているため、上記の拡散や腐食の問題を回避するのは難しい。
特開２００６－１５６８６７公報 特開平８－３１９３２公報 特開平８－２３６５０３公報 特開昭５９－５６７３１号公報 特開平３－２７２１３５号公報
Y. Lee, J. W. Dumont and S. M. George, "Mechanism of Thermal Al2O3 Atomic Layer Etching Using Sequential Reactions with Sn(acac)2 and HF", Chemistry of Materials, 27, 3648 (2015)
上記の従来の技術は、次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。
すなわち、微細化が進む半導体デバイスとしてＦｉｎＦＥＴやＧａｔｅ－Ａｌｌ－Ａｒｏｕｎｄなどの３Ｄロジックデバイスやメモリデバイスとしての３Ｄ－ＤＲＡＭ，３Ｄ－ＮＡＮＤプロセスなどの検討が進んでいるが、これら複雑な構造をナノメートルレベルの高精度な加工を行うには、従来のシリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の３種の薄膜ではデバイスの作製に不十分であり、酸化アルミニウムの微細加工や剥離工程が必要となる。この際、酸化アルミニウムのみを剥離し、シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜はほぼ全くエッチングされない技術が強く求められている。
しかしながら、上記従来技術の酸化アルミニウム膜の剥離技術としてフッ酸水溶液やリン酸水溶液によるウエット処理によるエッチングでは、微細な間隔を有する溝や微小な径の穴の構造でのエッチング残りや、パターン倒れ等を生じてしまい精度良く回路構造を形成できず処理の歩留まりが損なわれてしまうという問題があった。また、上記従来技術は３塩化ホウ素等によるプラズマ中のイオン等荷電粒子を被エッチング膜である酸化アルミニウム膜に誘引して衝突させエッチングを促進するイオンアシストを用いて異方性のエッチングを行うものであるため、等方性のエッチングが難しいという課題があった。
さらには、特許文献５に開示の技術では、チャンバ内を２００℃という高い温度に維持することが求められ、塩素原子が酸化アルミニウムのみならず隣接する他の材料にも拡散してしまい、腐食やデバイス特性の劣化を引き起こしてしまう虞があった。このように、従来の技術では、酸化アルミニウム膜を等方的に除去できず処理において処理の精度と歩留まりとが損なわれているという問題について十分に考慮されていなかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酸化アルミニウム膜を酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜に対して高い選択比で高精度にエッチングすることのできるエッチング処理方法およびエッチング処理装置を提供することにある。
上記目的は、酸化アルミニウム膜が上面に配置されたウエハを処理室内に配置し、当該ウエハを－２０℃以下の温度に維持して、前記ウエハの前記上面の上方に所定の隙間を開けて配置された板状の部材の複数の貫通孔からフッ化水素の蒸気を予め定められた期間だけ供給して前記酸化アルミニウム膜をエッチングする工程を備えたエッチング処理方法により達成される。
また、真空容器と、この真空容器内部の空間内に配置され予め表面に酸化アルミニウム膜が配置された処理対象のウエハが上面に載せられるステージ及び前記ウエハが前記ステージ上に載せられた状態で当該ウエハの前記酸化アルミニウム膜の上方でこれと対向して所定の隙間をあけて配置された板部材であってフッ化水素を含む処理用のガスの蒸気が前記隙間の内側を含む前記酸化アルミニウム膜上に導入される複数の貫通孔を備えた板部材と、前記ステージまたは載せられた前記ウエハを－２０℃以下の温度に調節する温度調節の機構とを備えたエッチング処理装置により達成される。
酸化アルミニウム膜を酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に比べて速いエッチング速度でエッチングすることができ、高い選択比で酸化アルミニウム膜を高精度にエッチングに除去することができるエッチング処理方法またはエッチング処理装置を提供できる。
本発明の実施の形態に係るエッチング処理装置における処理チャンバ内に配置されたウエハを含む主要部の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明の別の実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図２に示す実施例に係るエッチング処理装置のガスシャワープレートの構成を示す上面図である。 エッチング処理される酸化アルミニウム膜を含む複数層の膜構造の例を模式的に示す断面図である。 サンプル表面の複数の種類の被膜のエッチング量を示すグラフである。
本発明の実施の形態を以下図面を用いて説明する。
本発明の実施の形態は、フッ化水素ならびにメタノールガスをチャンバに導入した腐食試験において、酸化アルミニウム材料を下に向けてシリコンウエハに置いた場合、材料の端部がエッチングされたという知見に基づいている。
すなわち、発明者らは、フッ化水素ならびにメタノールガスを用いた酸化シリコン膜のエッチング処理を評価するため、処理チャンバを構成する材料として使用される可能性のある酸化アルミニウムの膜の腐食に対する耐性を評価した。評価のサンプルとして、サンプルウエハ上面より小さな面積の平坦な表面に窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜が各々被膜として形成された３つ部材の組を、シリコンウエハの上面上に各々の膜を上方に向けて載せて、カプトンテープで固定した。さらに、別の１つの組のサンプルを各々の部材表面に配置された膜を下向きにして（シリコンウエハ上面に向けて）当該シリコンウエハ上面上に載せて同様に固定した。
処理チャンバ内にこれら６つのエッチングサンプルを乗せたシリコンウエハを導入し、処理チャンバ内のステージ上に載置した後、密閉された処理チャンバ内にフッ化水素を４００ｓｃｃｍ、メタノールを２００ｓｃｃｍ、アルゴンガスを１００ｓｃｃｍの量で導入して処理チャンバ内の圧力をバタフライバルブで調節して３００Ｐａに維持した。シリコンウエハを－３５℃の温度に維持した状態で１２０秒間だけ処理チャンバ内でステージ上に保持した。
その後のサンプルの表面の被膜のエッチング量を検出した結果を図７に示す。図７は、サンプル表面の複数の種類の被膜のエッチング量を示すグラフである。
サンプルの窒化シリコン膜は、被膜をサンプルウエハの上方に向けて載せたもの及び下向きに載せたものの両方においておよそ５ｎｍ以下のエッチング量であった。一方、シリコン酸化膜は、被膜の面をサンプルウエハ上に上向きに載せたものは８０ｎｍ以上エッチングされたがサンプルウエハ対して下向きにしたものは５ｎｍ以下のエッチング量であった。
さらに、酸化アルミニウム膜は、被膜をサンプルウエハ上で上向きの載せたものはウエハ上に堆積物が生じて膜厚が厚くなった一方で、サンプルウエハに下向きに載せたものは、サンプルウエハに載せられた状態でこれに対向するサンプルの下向きの表面部分の被膜の中央部ではほとんどエッチング量が得られなかったが周縁部では２０ｎｍ弱のエッチング量が得られた。周縁（エッジ）部のエッチングはエッチングサンプルの下向きの平坦な面がカットされた外周縁から下向きの面の中央側におよそ２ｍｍ以内までの領域で生じている。さらに、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜に対しては、同じ条件で共に４程度の選択比が確保されたことが判った。
発明者らの検討によれば、上記の酸化アルミニウム膜のエッチングは、－３５℃の温度でＨＦ＋ＣＨ３ＯＨのガスが供給された条件で、サンプルがサンプルウエハ上面上に載せられてその平坦な表面がサンプルウエハ上面と対向して保持された状態、特には狭いギャップで保持された状態の膜の周縁部で実現されたことが判った。このような現象は、フッ化水素が狭いギャップで対向する低温のサンプルウエハ上面及び酸化アルミニウムの被膜で覆われたサンプルの表面において部分的に凝結し、凝結したフッ化水素の液あるいは分子が酸化アルミニウム膜とシリコンウエハの狭いギャップ内にサンプルの表面の外周端縁から毛細管現象の運動の原理により進入することで、フッ化水素の液が当該外周端縁から到達したおよそ２ｍｍの範囲までの酸化アルミニウム膜がエッチングされたと考えられる。
この検討の結果に基づいて、表面に配置された酸化アルミニウム膜をエッチングできるウエハとこれに対向する平面との距離を検討する。毛細管現象が生じる範囲を示す式としては次のものが知られている。
ｈ＝２Ｔｃｏｓθ／ρｇｒ
ここで、ｈは侵入高さ、Ｔは表面張力、ｃｏｓθは接触角、ρは密度、ｇは重力加速度、ｒは管の内径である。フッ化水素の液体の物性については、村橋俊介・榊原俊平著「無水フッ化水素」有機合成化学第２５巻１２号１１７６～１１９１ページ（１９６７）に詳しい。これによれば、表面張力は水よりも弱く、０．０１２Ｎ／ｍ（－２３℃）、フッ化水素の液の密度は水とほぼ同じ１００２ｋｇ／ｍ３とされている。ｈとして実測された２ｍｍ、接触角は知られていないので水と同じ値を使用すると、管内径に相当するｒは１．１５ｍｍとなる。従ってウエハと対向面の距離は１ｍｍ以下が望ましいと言える。
以上のように、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜に対して高い選択比で酸化アルミニウム膜を高精度にエッチングする処理の条件として、温度－２０℃乃至－５０℃の範囲内の値、好ましくは－３５℃に維持された１ｍｍ以下のギャップを構成する面の表面に酸化アルミニウム膜を有する膜構造にエッチングガスとしてフッ化水素＋メタノールが供給されることが知見として得られた。
図１を用いて本発明の実施の形態を特徴的な構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエッチング処理装置における処理室内に配置されたウエハを含む主要部の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
本図において、処理チャンバ内の図示しないステージ上に載せられた状態でのウエハの上面の近傍の縦断面が模式的に示されている。本図において、ウエハ上面には、ウエハの基板１０２の上面に酸化アルミニウム膜１０１が配置され、さらにその表面の上方に複数の貫通孔１０４を有するガスシャワープレート１０３が隙間１０５を開けて配置されている。
さらに、酸化アルミニウム膜１０１の表面とガスシャワープレートｌ０３下面とは対向して配置されるとともに、ガスシャワープレート１０３下面と酸化アルミニウム１０１または基板１０２の上面との距離はこれらの面の領域全体に亘り貫通孔１０４下端の開口部分を除き、平行またはこれと見做せる程度に所定のものに近似した値に保持されている。特に、本例では、上記距離であるガスシャワープレート１０３下面と酸化アルミニウム１０１との間の隙間１０５の大きさ（距離）Ｔは１ｍｍ以下に保持されている。
ガスシャワープレート１０３には複数の貫通孔１０４が備えられ、貫通孔１０４を通して酸化アルミニウム膜１０３をエッチングするためのフッ化水素等の処理用のガスが供給される。本実施の形態において、ガスシャワープレート１０３と基板１０２または酸化アルミニウム膜１０１の上面との隙間１０５の間隔Ｔは３ｍｍ以下の値、好ましくは１ｍｍ以下にされる。
さらに、ガスシャワープレート１０３の２つの隣接する貫通孔１０４の下端の開口同士の間の距離或いはこれらの間のガスシャワープレート１０３下面の長さ若しくは貫通孔１０４の下端開口とガスシャワープレート１０３の外周端縁との間の距離Ｄは、１ｍｍ以上３ｍｍ以下の間の値、好ましくは２ｍｍにされている。また、貫通孔１０４の直径は１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内の値、好ましくは２ｍｍのされる。また、ガスシャワープレート１０３を構成する材料として石英が用いられているが、これに限られず、他のセラミクス材料や樹脂製の材料等、フッ化水素の蒸気との反応が相対的に小さく消耗の進行が低い材料を用いることができる。
本実施の形態では、ガスシャワープレート１０３と基板１０２または酸化アルミニウム膜１０１との間の隙間の圧力は数１００Ｐａ，このましくは３００Ｐａに維持され、その実現のため、処理用のガスの供給や排気の流量または速度が調節される。供給される処理用のガスはフッ化水素だけに限らず、メタノール等のアルコールや希ガス、その他のガスを含んでも良い。
また、酸化アルミニウム膜１０１及び基板１０２は、図示していないが、内部にチラー等の冷媒の温度を調節する装置と接続された冷媒の流路が配置されたウエハステージ等支持機構の上に載せられて保持されている。支持機構が内部の温度調節用の機構によって所定の範囲内の温度に調節されることで、酸化アルミニウム膜１０１が表面に配置された基板１０２の温度が、ガスシャワープレート１０３から供給される処理用のガスが供給されて、隙間１０５内でフッ化水素蒸気が凝結し或いは液滴となって反応して生じる酸化アルミニウム膜１０１のエッチング処理に適した－２０℃以下で－５０℃以上の範囲内の値、好ましくは－３５℃に維持される。
以下、本発明の実施例を図２に基づいて詳細に説明する。図２は、本実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。
本図において、エッチング処理装置２００は、大きく分けて、円筒形を有し内部が減圧される空間である処理室５を備えた真空チャンバ１と、真空チャンバ１に接続され処理室５内にガスを導入するための配管やバルブが備えられたガスライン２と、真空チャンバ１の底面に接続され処理室５と連通されて処理室５内のガスや化合物等の粒子が処理室５外に排出する真空ポンプを備えた排気部３とを有している。真空チャンバ１は上下方向に中心軸を有した円筒形の金属製の真空容器であるトップチャンバ１１とその下方でトップチャンバ１１と連結されたベースチャンバ１２とを備えている。ベースチャンバ１２の内側には円筒形の空間である処理室５が配置され、処理室５の下部の中央部には処理対象のウエハ１４を上面が載せられる円筒形を有したステージ１５が配置されている。ステージ１５は、円板形状を有したウエハ１４と同様の円形状の上面を構成する誘電体製の被膜を有して、その上に載せられたウエハ１４を－２０℃以下の低温に冷却することのできるように内部に冷却用の媒体が循環して供給される図示しない流路を備えている。
ベースチャンバ１２の上部は処理室５を覆うリング状の部材で構成され、その中心部にトップチャンバ１１が載せられて両者が連結される。本実施例の円筒形状を有したトップチャンバ１１はガスライン２と接続されて、ガスライン２と連通され処理用のガスが供給される空間であるバッファ室４を内側に備えている。バッファ室４内に供給されたガスはその内側で拡散する。
トップチャンバ１１内部のバッファ室４とベースチャンバ１２内部の処理室５との間には、円板形状を有した石英等の誘電体製の部材であるガスシャワープレート１０３が配置されている。ガスシャワープレート１０３によって、上下の２つ室が区画されると共にシャワープレート１３に配置された複数の貫通孔を介して連通される。本実施例のガスシャワープレート１０３は、ベースチャンバ１２の蓋部を構成するリング形状を有した金属製の板部材の中央部の円形の貫通孔を含む処理室５とバッファ室４との間の連通路の内部に挿入された円板形状の部材であって、下面が連通路の下端部において下方のステージ１５の上面に対向して処理室５の天井面を構成するように配置される。
ベースチャンバ１２の底部には、排気部３を構成して処理室５と外部とを連通する排気ポート１６が配置されている。当該排気ポート１６を通して処理室５内のガスや生成物の粒子が排気部３の真空ポンプの動作により外部に排出される。
なお、本実施例のステージ１５は、その内部の流路を流れる冷却用の媒体（冷媒）を所定の範囲内の値に温度を調節するチラー１７と配管によって接続されている。温度を調節するチラー１７とステージ１５内の流路との間を冷媒が図示しないポンプの動作に応じて循環することにより、ステージ１５曳いてはその上面上に保持されるウエハ１４の温度が－２０℃以下に維持される。このようなウエハ１４の温度の調節には、温度が調節された冷媒の循環だけでなく、ウエハ１４をステージ１５上面に両者を接触して保持する静電チャックあるいはメカニカルチャック、これらの間に供給される伝導性のガスによる熱伝達の促進、ステージ１５に内蔵されたペルチェ素子等の加熱または冷却用の素子を用いた温度調節、ステージ１５上方に配置されたランプからの輻射による加熱等の従来から知られた温度調節の手段の何れかまたはこれらの組み合わせが用いられても良い。
図示されるガスライン２の配管はトップチャンバ１１の上面に接続されており、内部を通流する処理用のガスがバッファ室４の上部から内部に導入される。本実施例のガスライン２は、処理用ガスとしてフッ化水素ガス、およびメチルアルコール、エチルアルコールなどのアルコール（ＣｘＨｙＯＨ）等、酸化アルミニウム膜のエッチング処理に必要なガスのガス源である貯留部３３，３４と接続されている。ガスの貯留部３３，３４からの各々のガスは、これらの各々に接続されたガスライン２を構成する配管上に配置された流路を開閉あるいはその断面積を増減するバルブ及び圧力計を備えたマスフローユニット２１により、各々の配管内を流れるガスの流量または速度が処理に適した範囲内の値に調節される。
また、本例では、これら複数の種類毎に配置された複数の配管は、マスフローユニット２１とトップチャンバ１１との接続部との間で接続された結果複数の種類のガスが合流して混合された混合ガスが内部を流れる１つの配管になりトップチャンバ１１と接続される。このようなガスの混合は、トップチャンバ１１との接続部よりもマスフローユニット２１に近い箇所だけでなく、トップチャンバ１１に内部を処理用の混合ガスを構成する各々のガスが流れる複数の配管が接続され、バッファ室４内部で拡散して混合して、処理に適した分圧あるいはモル比を有した組成にされても良い。以下説明する本実施例の処理用の混合ガスに用いられる各ガスの種類は、フッ化水素蒸気、メタノール蒸気等のアルコールだけでなく、アルゴン、窒素、ヘリウム、その他酸化アルミニウム膜のエッチングに必要なガスであれば如何なるものでもよい。
排気部３は、排気ポート１６を含み、駆動されて処理室５内部の粒子を排出して処理室５内部を減圧するメカニカルブースタポンプ３２、及びこれらの間を連結する排気ダクト上に配置されて内部の排気の流路断面積を増減して排気の流量または速度を調節するバタフライバルブ３１を備えている。バタフライバルブ３１は、排気ダクトを横切る方向に配置された軸回りに回転する板形状を有したフラップを複数有して、これらフラップの軸回りの回転角度が増減されることで排気の流量または速度が増減される。処理室５およびバッファ室４内の圧力は、ガスライン２からの処理用ガスの供給の量または速度と排気部３からの処理室５からの排気の量または速度とのバランスにより調節される。
処理室５またはバッファ室４の圧力の調節のための排気の量の調節の手段としては、バタフライバルブ３１に限らず、他の手段が用いられても良い。さらに、処理室５からの排気を行う手段として、メカニカルブースタポンプ３２に限らず、ロータリーポンプ、ドライポンプやターボ分子ポンプ、あるいはこれらの組み合わせが用いられても良い。
トップチャンバ１１とベースチャンバ１２との間に配置され、これら各々の内部に配置されたバッファ室４および処理室５を連通する連通路内に配置されたガスシャワープレート１０３の形状の例を図５を用いて説明する。図５は、図２に示す実施例に係るエッチング処理装置のガスシャワープレートの構成を示す上面図であって、円形を有したガスシャワープレート１０３の上下方向の中心軸上の上方の箇所から下向きに見た場合の形状を示す図である。
なお、本図のガスシャワープレート１０３は、石英製であって一定またはこれと見做せる程度に近似した厚さを径方向について有した円形状の板部材であって複数の貫通孔１０４を有して、円板形状についても貫通孔１０４の配置された位置についても中心軸周りに対称な形状であって当該軸を通る水平方向（図上上下方向）を通る軸の左右に対して対称な、水平方向（面内方向）について対称な構造を有している。このことから、図上右側の領域の表示は省略している。
ガスシャワープレート１０３の複数の貫通孔１０４各々は上面または下面の開口が隣接する貫通孔１０４のものに対して１ｍｍ乃至３ｍｍの間隔（距離）が開けられて配置されている。さらに、各貫通孔１０４は上下方向について一定の径を有した円筒形状を有し、その直径は１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内の値を有している。本実施例では、発明者等による実験の結果から、貫通孔１０４は酸化アルミニウム膜のエッチングにおいてより好ましい結果が得られる２ｍｍの間隔で配置され、直径が２ｍｍの構造を有している。なお、貫通孔１０４の構造は単一径の円筒形状に限られない。
さらに、図５に示した実施例は、複数の貫通孔１０４が中心軸上と外周縁部を除き中心から外周端縁に向かう半径方向の線分軸上の所定の間隔の箇所に配置されている。そして、このような線分軸上の複数の貫通孔１０４が上下方向の中心軸周りに所定の角度毎に配置された放射状の配置を有している。貫通孔１０４の配置は、このような放射状のものに限られず、図上相互に垂直に交差する複数の左右方向および上下方向の軸の交差する箇所に、所謂格子状に、貫通孔１０４の中心軸が位置するように配置されても良い。
ガスシャワープレート１０３の板の厚さは、トップチャンバ１１のバッファ室４内の圧力がベースチャンバ１２の処理室５内の圧力の２乃至１０倍の間の値で損傷を生じない材料的な強度を有する厚さにされる。ガスシャワープレート１０３の材料としては石英が用いられているが、他のセラミクスやプラスチック樹脂など、フッ化水素蒸気と反応が相対的に小さい材料であればいずれであっても良い。
本実施例では、図１に示したように、ガスシャワープレート１０３とステージ１５上に載せられるウエハ１４上面との距離は１ｍｍ以下にされている。一方、ウエハ１４の搬送の際にはステージ１５とガスシャワープレート１０３とに搬送用のロボットアームと搬送装置が衝突しないだけの余分な空間（マージン）を形成するため、ガスシャワープレート１０３あるいはステージ１５にこれを移動させる機構を接続してウエハ１４搬送の際にガスシャワープレート１０３が上方に、あるいはステージ１５が下方に移動して、上記マージンが確保されるようにしても良い。何れの場合にも、ウエハ１４が搬送された後に、ガスシャワープレート１０３とステージ１５との距離が再度小さくされ、ウエハ１４がステージ１５上に載せられた状態で、ウエハ１４上面とガスシャワープレート１０３下面との間の距離が１ｍｍ以下にされて両者の位置が固定される。
なお、本実施例のエッチング処理装置２００の上記ステージ１５あるいはガスシャワープレート１０３、チラー１７、マスフローユニット２１、バタフライバルブ３１、メカニカルブースタポンプ３２、ガスの貯留部３３，３４等の動作する各部は制御部３５と通信可能に接続され、これら各部から出力されその動作中の状態を示す信号や当該状態を示す信号に応じて制御部３５から各部の動作を指令する指令信号が相互に送信される。制御部３５は、上記信号を送受信するコネクタや信号を所定の別の信号に変換する変換器を含むインターフェース部と、半導体製のマイクロプロセッサ等の演算器を含む演算器部と、半導体メモリやＣＤ－ＲＯＭ，ＤＶＤ－ＲＯＭドライブ、ハードディスク等の記憶装置部とを含み、これらが信号を通信可能に接続されて構成されている。
制御部３５は、上記各部の任意の１つに配置されその動作の状態を示すセンサからの検知信号を受信し、演算器が記憶装置内に格納されたソフトウエアを読み出してそのアルゴリズムに基づいて検知信号から動作の状態を検出する。さらに、検出した結果と所期の値とを比較した結果に基づいて、記憶装置内のソフトウエアのアルゴリズムに基づいて所期の値にする動作を示す指令信号を算出し、当該指令信号が制御部３５のインターフェース部から当該任意の１つの部位に発信される。当該指令信号を受信した部位が信号に基づいてその動作の状態を目標となる所期の値に近づけるように調節する。特に説明する場合を除き、以下に説明する他の実施例についても同様である。
本実施例におけるエッチング処理の流れについて説明する。ベースチャンバ１２の側壁面と接続された図示しない真空搬送容器内部の減圧された空間である真空搬送室内をウエハ１４が搬送され、ベースチャンバ１２の側壁を水平方向に貫通して配置された通路であるゲートを通ってベースチャンバ１２の処理室５内に搬入される。その後、ステージ１５に受け渡されてステージ１５上面と接して載せられて、上面を構成する図示しない誘電体膜内の静電吸着用の電極に直流電力が供給されてウエハ１４がステージ１５上に静電気力によって吸着されて保持される。ウエハ１４裏面とステージ１５上面との間の隙間にＨｅ等の熱伝達性を有したガスが供給されて、－２０℃乃至－５０℃の範囲内の所定の値に冷却されたステージ１５との間で熱が伝達された結果、ウエハ１４の温度がステージ１５と同等の処理に適した範囲内の値にされる。
上記ウエハ１４の保持は、静電吸着、機械による吸着のいずれの手段が用いられても良い。この状態で、ステージ１５の温度がチラー１７によって温度が調節された冷媒によって－３５℃にされる。この際に、ウエハ１４の温度が予め定められた処理に適した温度（本例では－３５℃）到達したことがステージ１５の内部に配置された図示しない温度センサからの出力によって制御部３５により検出されるまでは、処理室５内部に処理用のガスが供給されない。
ステージ１５の温度がチラー１７によって定められた温度に低下したことが制御部３５により確認されると、制御部３５からの指令信号に基づいてガスライン２の貯留部３３または３４からのガスが、当該ガスライン２内の配管内を通してトップチャンバ１１内のバッファ室４にフッ化水素およびアルコールを含む処理用のガスとして導入される。例えば、本例では、フッ化水素４００ｓｃｃｍ、メタノール２００ｓｃｃｍ、アルゴンガス１００ｓｃｃｍがバッファ室４内に導入される。さらに、これらのガスがガスライン２からバッファ室４に供給され続けている状態で、処理室５内の圧力が予め決められた３００Ｐａを含む許容範囲内の値になるよう、メカニカルブースタポンプ３２が駆動された状態で制御部３５からの指令信号に応じてバタフライバルブ３１が動作して排気の流量あるいは速度が調節される。なお、図示されていないが、トップチャンバ１１およびベースチャンバ１２には、バッファ室４または処理室５内の圧力を検知するための圧力センサが取り付けられて、制御部３５との間で通信可能にされている。
バッファ室４に導入された処理用のガスは、ガスシャワープレート１０３の貫通孔１０４を通って、貫通孔１０４の下端部の開口から処理室５内のウエハ１４上面の酸化アルミニウム膜表面とガスシャワープレート１０３下面との間（図１に示した隙間１０５）に処理用のガスが供給される。発明者らによれば、処理用のガスが供給される時間と酸化アルミニウムのエッチング量は線形の相関があることが判っているので、制御部３５はマスフローユニット２１あるいはガスライン２の配管上のバルブの動作を調節して、上記相関から予め定められた時間だけ処理用のガスが処理室５内に供給されるようにする。制御部３５からの指令信号に応じて処理用のガスの供給が停止されてウエハ４上の酸化アルミニウム膜の処理が停止される。
その後、排気部３の動作が継続されてバッファ室４、処理室５内部が上記エッチング処理する工程中のものより十分に高い真空度まで圧力がさらに低減される高真空排気の工程が実施される。この工程により、処理室５内部の処理用のガスや先の処理中に生成された化合物、生成物が十分に排気される。この後、ウエハ１４の吸着による保持が解除されて、処理室５内に真空搬送室から進入したロボットアーム等の搬送装置にウエハ１４が受け渡されてステージ１５上から除去され、処理室５の外側に搬出される。この後、次に処理されるべき未処理のウエハ１４が存在するか否かの判定の結果に応じて、このエッチング処理装置２００によるウエハ１４の処理の継続または停止が制御部３５により判定される。
なお、上記ウエハ１４をガスシャワープレート１０３と所定の距離だけ隙間をあけて保持した状態で処理用ガスを所定の期間だけ処理室５内に導入して行う上記の酸化アルミニウム膜のエッチング工程と、その工程の後のガスや粒子の高真空排気の工程とを、共に一纏まりのウエハ処理の工程（サイクル）として、所期の深さ等のエッチング量が得られるまでこれを複数回繰り返す、サイクルエッチングを行っても良い。
次に、図３を用いて本発明の別の実施例について概要を説明する。図３は、本発明の別の実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。実施例２のエッチング処理装置３００ではプラズマを用いることにより酸化アルミニウム膜のエッチング並びにその表面の残渣の除去を促進する構成を備えている。
本例では、図２に示されたものと同じ符号の構成については、構成が異なる等の必要のない限り説明を省略する。
本実施例のエッチング処理装置３００と実施例１のエッチング処理装置２００との差異は、ベースチャンバ１２の上部を構成するリング状蓋部の中央部上方に、実施例１のトップチャンバ１１より上下方向の高さが大きくされた円筒形状のトップチャンバ１１’が載せられている構成にある。さらに、トップチャンバ１１’は、円筒形状の側壁として、上下の金属製の円筒形の部材同士の間に同じ径の円筒形の内周側壁形状を有した石英製の誘電体筒３０１を設ける。この誘電体筒３０１の材料としては、石英のほか酸化アルミニウム、炭化シリコン、窒化アルミニウムなどのセラミクス材料を用いることが出来る。
誘電体筒３０１のリング状の上下端部はその上方、下方に同様にトップチャンバ１１’の側壁部分を構成する金属製のリング状部材が配置され、誘電体筒３０１およびこれらの金属製のリング状部材の間にはＯリングなどの真空シールが上下に挟まれて保持されることで変形し、大気圧の雰囲気で囲まれたトップチャンバ１１’外部から内部の空間を気密に区画する。
さらに、誘電体筒部材３０１の円筒形の外周側壁の周囲にはこれを囲むように巻かれた放電用のコイルアンテナ３０２が外周側壁と隙間をあけて配置されている。コイルアンテナ３０２には、高周波電力を供給する高周波電源３０４がマッチングユニット３０３を介して電気的に接続されている。図３ではアンテナ１０２を１周のみ巻いているが、２周あるいは３周以上巻かれていても良く、さらに上下方向に複数段巻かれていても良い。
本実施例のトップチャンバ１１’は、内部に円筒形状の空間を有して、誘電体筒部材３０１を含むトップチャンバ１１’の円筒形の側壁が当該空間の周囲を囲んでいる。さらに、誘電体筒部材３０１の外周側壁外側でこれに巻かれたコイルアンテナ３０２に供給される高周波電力によって、円筒形の内部の空間内に誘導磁界が形成され、トップチャンバ１１’の円板形状の蓋部材に接続されたガスライン２から供給されるガスの原子又は分子が誘導磁界により生起される誘導電流で励起され、解離、電離を生じてプラズマが形成される。このように本例のトップチャンバ１１’内部の円筒形の空間はプラズマが形成される放電室３０５である。
実施例２のエッチング処理装置３００におけるウエハ１４のエッチング処理の流れについて説明する。本実施例では、トップチャンバ１１内の空間である放電室３０５内に供給された処理用のガスをコイルアンテナ３０２に供給される高周波電力により生起された誘導磁界により励起させてプラズマを生成し、当該プラズマの粒子を酸化アルミニウム膜のエッチングの促進あるいはその表面残渣の除去に利用している。
実施例１と同様にウエハ１４がベースチャンバ１２内の処理室４に搬送された後、ステージ１５上に吸着保持され、ステージ１５あるいはウエハ１４の温度が所定の温度、例えば－３０℃を含む処理に適切な許容の範囲内の値にされていることが、制御部３５により検出される。本実施例においても、上記温度が処理に適した範囲内の値にされたことが検出されるまで、処理用ガスの放電室３０５内への導入あるいはプラズマの形成は行われない。
本実施例では、酸化アルミニウム膜表面の酸化の状態が不十分であると判定された場合には、ウエハ１４をステージ１５上に吸着させ保持した状態で、トップチャンバ１１’内部の放電室３０５内にガスライン２から酸素ガスを供給して放電室３０５内に当該酸素を用いたプラズマを形成し、このプラズマ内に形成された粒子をガスシャワープレート１０３の貫通孔１０４を通して、処理室５内のウエハ１４表面の酸化アルミニウム膜に供給して、プラズマの粒子による表面の酸化を行っても良い。この表面の酸化の工程が行われることにより、酸化アルミニウム膜表面の酸化の状態の不均一が低減されて整えられ、表面の粗さ（ラフネス）がより低減されたエッチングが可能となる。
酸素を用いたプラズマを形成する条件の例としては、放電室３０５内に酸素ガスを１００ｓｃｃｍで導入し内部の圧力が５０Ｐａにされる。この状態でコイルアンテナ３０２に高周波電源１０４から高周波電力が供給されて、酸素ガスが励起され電離、解離してプラズマが形成される。本実施例では酸素プラズマの粒子はガスシャワープレート１０３の貫通孔１０４を通り、その下端の開口からウエハ１４上面の酸化アルミニウム膜に供給され、一部がガスシャワープレート１０３とウエハ１４の酸化アルミニウム膜との間の隙間内に進入して酸化アルミニウム膜表面全体にわたり酸化の反応を生起させる。このようなプラズマ中の粒子の導入は１５秒間行われる。
この酸素プラズマを照射する工程の後、放電室３０５及び処理室５内部を高い真空度まで減圧して排気してガスを入れ替えた後、ガスライン２を通してフッ化水素のガスを放電室３０５内に導入し、実施例１と同様の酸化アルミニウム膜のエッチング処理の工程が実施される。さらに、実施例１と同様に制御部３５は所定の時間だけ処理用のガスを供給した後、ガスライン２上のマスフローユニット２１または開閉用のバルブに指令信号を発信してガスの供給を停止して酸化アルミニウム膜のエッチング工程を停止する。さらに、排気部３が排気を継続して放電室３０５または処理室５内が高い真空度まで減圧されて内部のガス、粒子が十分に排気された後、ウエハ１４がステージ１５上での吸着が解除され、ステージ１５からベースチャンバ１２側壁の開放されたゲートを通して処理室５外の真空搬送室内に搬出される。
また、上記のウエハ１４の処理の例では、酸素プラズマによる酸化アルミニウム膜の酸化の工程とフッ化水素を用いた酸化アルミニウム膜のエッチング工程とを各々１回ずつ実施した。しかし、酸化アルミニウム膜のエッチング処理の工程を実施し、高真空まで排気した後に、再び酸素ガスを放電室３０５に導入して酸素プラズマを形成する酸化の工程とその後の高真空排気の工程およびフッ化水素による酸化アルミニウム膜のエッチングの工程とを含む１纏まりのサイクルを少なくとも１回以上繰り返す、サイクルエッチングを行っても良い。或いは、フッ化水素ガスを供給して行うエッチング処理の工程の前に、酸化アルミニウム膜の酸化工程を１回実施した後、当該エッチング処理の工程とその前または後に高真空度まで処理室５または放電室３０５を排気する高真空排気の工程とを含む複数工程の１つの纏まりとしてのサイクルを少なくとも１回以上繰り返すサイクルエッチングを行っても良い。
また、フッ化水素（ＨＦ）ガスによるフッ素の供給が足りない場合には、上記１纏まりの工程のサイクルの中の１つの工程として、ウエハ１４をステージ１５上に載置し保持した後であってフッ化水素ガスによるエッチングの工程の前に、フルオロカーボンのガスを放電室３０５内に導入してプラズマを形成して酸化アルミニウム膜の表面をフッ化する工程を行っても良い。この表面をフッ化する工程により、酸化アルミニウム膜の表面にフルオロカーボンが付着し、フッ化水素ガスを導入して実施されるエッチングが促進される。
本例におけるフルオロカーボンガスを用いたプラズマを形成する条件は、ＣＦ４ガスの導入量が１００ｓｃｃｍ、放電室３０５内の圧力が５０Ｐａとした。この状態でアンテナ３０２の高周波電力による誘導磁界が用いられプラズマが形成されて、プラズマ内の粒子がガスシャワープレート１０３の貫通孔１０４を通してウエハ１４表面に１５秒間供給される。また、１つのサイクルとして、フルオロカーボンプラズマによるフッ化の工程とフッ化水素によるエッチングの工程とを（これらの工程の間の高真空排気の工程も含めて）少なくとも１回以上繰り返すサイクルエッチングを行っても良いし、エッチング処理の工程の前にフルオロカーボンガスのプラズマ中の粒子を供給した酸化アルミニウム膜のフッ化の工程を１回実施した後、前記エッチング処理の工程とその前または後の高真空排気の工程とを含む１纏まりの複数工程を１サイクルとして少なくとも１回以上繰り返すサイクルエッチングを行っても良い。
本例に用いられるフルオロカーボンガスはＣＦ４に限らず、Ｃ４Ｆ８やＣ４Ｆ６などのようなフルオロカーボンガスでもよいし、ＣＨＦ３やＣＨ２Ｆ２などのようなハイドロフルオロカーボンでもよい。さらにはＮＦ３やＳＦ６のようなカーボンガスでないものでもよい。また、フルオロカーボンとフッ化水素を同時に流してプラズマを点火してエッチング反応を促進しても良い。
さらには、フッ化水素ガスを用いたエッチングの工程の後に酸化アルミニウムの表面に残渣がある場合には、当該エッチングの工程の後、ウエハ１４のステージ１５上面からの搬出の工程の前に、プラズマを用いて当該残渣の除去する工程を行っても良い。本例において残渣を除去するプラズマを形成する条件としては、放電室３０５内への窒素ガスと水素ガスの流量が１００ｓｃｃｍ、放電室３０５内の圧力が５０Ｐａにされる。この状態で放電室３０５内に形成したプラズマの粒子がガスシャワープレート１０３を通して酸化アルミニウム膜に１５秒間だけ供給される。
この残渣を除去する工程を上記サイクルに含まれる工程として行い、当該除去の工程の後、放電室３０５または処理室５を高真空排気する工程を挟んで再びフッ化水素ガスによるエッチングの工程を行い、これらを繰り返すサイクルエッチングを行っても良い。
図４を用いて、本発明のさらに別の実施例について説明する。図４は、本発明のさらに別の実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。本実施例のエッチング処理装置４００では、実施例２に示した構成に加えて、ランプから照射される光の輻射を用いて酸化アルミニウムのエッチング並びに表面の残渣の除去を促進する構成を備えている。
本例では、図２または３に示されたものと同じ符号の構成については、必要のない限り説明を省略する。
本実施例のエッチング処理装置４００と実施例２のエッチング処理装置３００との差異は、トップチャンバ１１”の上部の円板形状を有した蓋部材が、石英等の透過性を有して蓋部材の上下方向の中心軸周りにリング状に配置された誘電体窓４０１を備え、当該蓋部材の外側上方であって誘電体窓４０１の上方に同様に中心軸周りにリング状に配置されたランプヒータユニット４０２が配置された点にある。誘電体窓４０１はトップチャンバ１１”の蓋部材に、間にＯリングなどのシールを挟んで取り付けられ、シールの変形により雰囲気が大気圧にされた外部の空間とトップチャンバ１１”の内の放電室３０５の内部との間が気密に区画される。この誘電体窓４０１を構成する材料は、石英のほか、酸化アルミニウム・炭化シリコン・窒化アルミニウムなどのセラミクスの材料を用いることが出来る。
誘電体窓４０１の上方にはランプヒータユニット４０２が配置され、さらにランプヒータユニット４０２には直流電源４０３が電気的に接続され、ランプヒータユニット４０２に電力が供給される。本例のランプヒータユニット４０２は、ハロゲンランプが用いられるが、赤外線（Ｉｎｆｒａ－Ｒｅｄ，sＩＲ）の光を放射するランプを用いてウエハ１４を加熱するヒーティング効果を利用しても良い。
トップチャンバ１１”はベースチャンバ１２の上部を構成する蓋部材の中央部に配置された円形の貫通孔の開口の周囲の蓋部材上に、間にＯリング等のシールを挟んで載せられて取り付けられ、内側に配置された円筒形を有する空間である放電室３０５の径は、上記ベースチャンバ１２の蓋部材中央部の貫通孔の開口と同じかこれと見做せる程度に近似した値にされている。
ガスシャワープレート１０３は、石英等の透光性を有した材料で構成された円板形状を有し、ベースチャンバ１２の蓋部材の貫通孔の下端部の内部に配置されて処理室５の天井面を構成している。ガスシャワープレート１０３の円板形状の径は下方のステージ１５上に乗せられるウエハ１４と同じかこれ以上にされて、上方のランプヒータユニット４０２から放射された光がウエハ１４上面の酸化アルミニウム膜に照射されるまでの途中の経路で遮られて光量が低減されることを抑制している。
次に、本例における酸化アルミニウム膜のエッチング処理の流れについて説明する。本実施例では、実施例２と同様に、トップチャンバ１１内の空間である放電室３０５内に供給された処理用のガスをコイルアンテナ３０２に供給される高周波電力により生起された誘導磁界により励起させてプラズマを生成し、当該プラズマの粒子を酸化アルミニウム膜のエッチングの促進あるいはその表面残渣の除去に利用する。さらに、本実施例では、ランプヒータユニット４０２からウエハ１４に照射される光の輻射による酸化アルミニウム膜を加熱を用いて、酸化アルミニウム膜のエッチングの加速あるいは表面の残渣の除去を行う。
実施例１と同様にウエハ１４がベースチャンバ１２内の処理室４に搬送された後、ステージ１５上に吸着保持され、ステージ１５あるいはウエハ１４の温度が所定の温度、例えば－３０℃を含む処理に適切な許容の範囲内の値にされていることが、制御部３５により検出される。本実施例においても、上記温度が処理に適した範囲内の値にされたことが検出されるまで、処理用ガスの放電室３０５内への導入あるいはプラズマの形成は行われない。
ランプヒータユニットからの光をウエハ１４に照射して加熱して昇温させる効果によって、ガスのみでのエッチングの工程と比べて酸化アルミニウム膜のエッチングの反応が促進される。ウエハ１４をステージ１５上に載置して保持した状態で、フッ化水素を含むガスを放電室３０５及びガスシャワープレート１０３の貫通孔１０４を通して酸化アルミニウム膜の上面に供給した状態で、ランプヒータユニット４０２からの光の照射によりウエハ１４及び酸化アルミニウム膜の温度を、上記－２５℃以下の温度から２００℃乃至３００℃の値まで昇温させる。或いは、ランプヒータユニット４０２からの光を照射してウエハ１４の温度を２００℃乃至３００℃の値まで昇温させた後に、ガスライン２から放電室３０５、ガスシャワープレート１０３を通して酸化アルミニウム膜の表面にフッ化水素を含むガスを供給しても良い。
また、ガスシャワープレート１０３の側壁や貫通孔１０４内部を含む表面、ウエハ１４の表面に、放電室３０５や処理室５中に生成された生成物が付着したり堆積したりする場合がある。このような付着物や堆積物を取り除くため、酸化アルミニウム膜の表面に所定時間だけ処理用のガスを供給して行うエッチングの工程の後であって、次の高真空排気の工程等の次にウエハ１４の表面に処理を施す工程の開始前に、真空中あるいは放電室５内にガスを導入し酸化アルミニウム膜上面にガスを導入した状態で、ランプヒータユニット４０２を点灯して（ＯＮにして）光をウエハ１４に照射して加熱することにより、堆積物や付着物を除去する工程を実施することもできる。本実施例においても、このような加熱によるウエハ１４またはチャンバの内部の表面の脱離あるいはクリーニング工程を実施例１，２で示した複数工程の１纏まりとしての１つのサイクルに含めて当該サイクルを少なくとも１回繰り返すサイクルエッチングの工程を実施しても良いし、実施例１，２のサイクルの実施の前又は後に当該脱離またはクリーニングの工程を実施しても良い。
本例での上記加熱による脱離あるいはクリーニングの工程は、図４に示すハロゲンランプを有するランプヒータユニット４０２から光をウエハ１４の表面に照射した輻射によるものが用いられている。ウエハ１４を加熱する手段はハロゲンランプに含まれる赤外光（ＩＲ光）を用いる本例のものに限定されるものではなく、例えばステージ１５内に配置された線状または膜状のヒータに供給される電力によりステージ１５を加熱して熱伝導でウエハ１４を加熱する方法や、別の装置にウエハ１４をエッチングチャンバ１００から搬送して加熱を行っても良い。
なお、上記実施例において、フッ化水素を含むガスを供給して行う酸化アルミニウム膜のエッチング処理は、当該ガスが貫通孔１０４を通して供給されるガスシャワープレート１０３が酸化アルミニウム膜またはウエハ１４の上面との間の隙間が１ｍｍ以下に維持され、さらに酸化アルミニウム膜またはウエハ１４の温度が－５０乃至－２０℃の範囲内の値に維持されて実施される。一方、高真空背筋工程や他の酸化やフッ化、残渣除去、脱離またはクリーニングの各工程では、上記隙間あるいはウエハ１４（或いはこれを支持するステージ１５）の温度は、これらの工程を効果的または効率的に実施できる大きさに維持される。例えば、上記の通り、本実施例のステージ１５またはガスシャワープレート１０３は、上下方向に移動可能に構成されており、ウエハ１４のステージ１５の配置、脱離の際の動作だけでなく、高真空排気の工程や放電室３０５内に形成したプラズマの粒子を用いた酸化あるいはフッ化の工程においても、制御部３５からの指令信号に応じてステージ１５またはガスシャワープレート１０３が移動して、これらの間の隙間の大きさが適切な値に調節されても良い。
また、上記ランプヒータユニット４０２から光をウエハ１４の表面に照射して実施される加熱による脱離あるいはクリーニングの工程において、ステージ１５の上下方向に移動させて当該工程に適切なランプヒータユニット４０２とウエハ１４との間の距離に調節するようにしても良い。また、図４の例ではランプヒータユニット４０２が放電室３０５上方の蓋部材であるトップチャンバ１１’上方に配置されているが、ランプヒータユニット４０２をトップチャンバ１１”または誘電体筒部材３０１の外側でこれを囲んで配置すると共に、ベースチャンバ１２の蓋または天板の部材に換えて石英等の透光性を有した部材で構成された窓部材を当該ベースチャンバ１２内外を気密に封止して配置しても良い。この際、ステージ１５を窓部材から十分に距離を開けた上下方向の高さ位置に設置する構成を備えることで、ガスシャワープレート１０３の周囲にリング状に配置されたランプヒータユニット４０２から放射される光のウエハ１４への照射量または強度の不均一が低減される。
１・・・真空チャンバ
２・・・ガスライン
３・・・排気部
４・・・処理室
５・・・バッファ室
１１，１１’，１１”・・・トップチャンバ
１２・・・ベースチャンバ
１４・・・ウエハ
１５・・・ステージ
１６・・・排気ポート
１７・・・チラー
２１・・・マスフローユニット
３１・・・バタフライバルブ
３２・・・メカニカルブースタポンプ
２００・・・エッチング処理装置
３００・・・エッチング処理装置
３０１・・・誘電体筒部材
３０２・・・コイルアンテナ
３０３・・・マッチングユニット
３０４・・・高周波電源
３０５・・・放電室
４００・・・エッチング処理装置
４０１・・・誘電体窓
４０２・・・ランプヒータユニット
４０３・・・直流電源

Claims (17)

  1. 酸化アルミニウム膜が上面に配置されたウエハを処理室内に配置し、当該ウエハを－２０℃以下の温度に維持して、前記ウエハの前記上面の上方に所定の隙間を開けて配置された板状の部材の複数の貫通孔からフッ化水素の蒸気を予め定められた期間だけ供給して前記酸化アルミニウム膜をエッチングする工程を備えたエッチング処理方法。
  2. 請求項１に記載のエッチング処理方法であって、
    前記フッ化水素とアルコールとの混合した蒸気を前記隙間に供給するエッチング処理方法。
  3. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記ウエハの温度を－５０℃乃至－２０℃の範囲の値に維持して前記酸化アルミニウム膜をエッチングするエッチング処理方法。
  4. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法において、
    前記隙間の大きさが３ｍｍ以下であるエッチング処理方法。
  5. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、前記複数の貫通孔の隣接するもの同士の距離が１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内の値にされたエッチング処理方法。
  6. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記貫通孔の直径が１ｍｍ乃至３ｍｍの範囲内の値にされたエッチング処理方法。
  7. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記フッ化水素の蒸気を導入して前記酸化アルミニウム膜をエッチング処理する工程と、当該エッチング処理する工程中より低い圧力になるまで真空容器内の空間内部を排気する工程とを含む複数の工程を１纏まりのサイクルとしてこれを複数回繰り返すエッチング処理方法。
  8. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記フッ化水素の蒸気を導入して前記酸化アルミニウム膜をエッチング処理する工程の前にフルオロカーボンガスを用いて形成されたプラズマ中に形成された粒子を前記酸化アルミニウム膜の表面に供給する工程を備えたエッチング処理方法。
  9. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記フッ化水素の蒸気を導入して前記酸化アルミニウム膜をエッチング処理する工程の後に窒素ガスまたは水素ガスを用いて形成されたプラズマ中の粒子を前記酸化アルミニウム膜に供給する工程を備えたエッチング処理方法。
  10. 請求項１または２に記載のエッチング処理方法であって、
    前記フッ化水素の蒸気を導入して前記酸化アルミニウム膜をエッチング処理する工程と、
    前記ウエハを加熱して前記酸化アルミニウム膜の上方に付着した生成物を脱離させる工程とを含む複数の工程を１纏まりのサイクルとして、当該サイクルを複数回繰り返すエッチング処理方法。
  11. 真空容器と、この真空容器内部の空間内に配置され予め表面に酸化アルミニウム膜が配置された処理対象のウエハが上面に載せられるステージ及び前記ウエハが前記ステージの上に載せられた状態で当該ウエハの前記酸化アルミニウム膜の上方でこれと対向して所定の隙間をあけて配置された板部材であってフッ化水素を含む処理用のガスの蒸気が前記隙間の内側を含む前記酸化アルミニウム膜上に導入される複数の貫通孔を備えた板部材と、前記ステージまたは載せられた前記ウエハを－２０℃以下の温度に調節する温度調節の機構とを備えたエッチング処理装置。
  12. 請求項１１に記載のエッチング処理装置であって、
    前記フッ化水素とアルコールとの蒸気が前記隙間に導入される複数の前記貫通孔を有する前記板部材を備えたエッチング処理装置。
  13. 請求項１１または１２に記載のエッチング処理装置であって、
    前記ステージまたは載せられた前記ウエハを－５０℃乃至－２０℃の範囲内の値に調節する温度調節の機構とを備えたエッチング処理装置。
  14. 請求項１１または１２に記載のエッチング処理装置であって、
    前記隙間の大きさが３ｍｍ以下であるエッチング処理装置。
  15. 請求項１１または１２に記載のエッチング処理装置であって、
    前記板部材の前記複数の貫通孔同士の間の距離が１ｍｍ乃至３ｍｍであるエッチング処理装置。
  16. 請求項１１または１２に記載のエッチング処理装置であって、
    前記貫通孔の直径が１ｍｍ乃至３ｍｍであるエッチング処理装置。
  17. 請求項１１または１２に記載のエッチング処理装置であって、
    前記ステージ上に載せられた前記ウエハを加熱するものであって前記ステージの上方に配置され光を前記ウエハに照射するランプまたは前記ステージ内に配置されたヒータを備えたエッチング処理装置。
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