JP7336873B2 - 基板処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、基板処理方法に関するものである。

特許文献１は、ウエハ上の自然酸化膜に処理ガスを反応させて反応層を形成した後、ウエハを加熱して反応層を昇華させることにより自然酸化膜を除去（エッチング）する技術を開示する。

特開２０１０－１６５９５４号公報

本開示は、基板に形成されたパターンを所望の状態に制御できる技術を提供する。

本開示の一態様による基板処理方法は、パターンを有する処理対象の基板を提供する工程と、前記基板に膜を成膜する工程と、基板の表層に反応層をプラズマにより形成する工程と、基板にエネルギーを与えて反応層を除去する工程と、を有する。

本開示によれば、基板に形成されたパターンを所望の状態に制御できる。

図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る加熱装置の概略構成の一例を示す図である。 図３は、酸化膜が形成されたウエハの一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの一例を説明する図である。 図５は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの他の一例を説明する図である。 図６は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの他の一例を説明する図である。 図７は、実施形態に係るＣＲ処理の流れの一例を説明する図である。 図８は、実施形態に係るＣＲ処理によるエッチング量の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態に係るウエハの温度の変化によるエッチング量の変化の一例を示す図である。 図１１は、実施形態に係るライン状のパターンのＬＷＲ、ＬＥＲの改善を説明する図である。 図１２は、実施形態に係るパターンの形状の変化の一例を示す図である。 図１３は、実施形態に係るパターンの形状の変化の他の一例を示す図である。 図１４は、実施形態に係るパターンの形状の変化の他の一例を示す図である。 図１５は、実施形態に係る膜をマスクとして用いたエッチングの一例を示す図である。 図１６は、実施形態に係る膜を保護膜として用いたエッチングの一例を示す図である。 図１７は、実施形態に係る基板処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。 図１８Ａは、実施形態に係る阻害要因となる膜の一例を示す図である。 図１８Ｂは、実施形態に係る阻害要因となる膜の他の一例を示す図である。 図１９は、実施形態に係るＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。 図２０は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。 図２１は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの変化の一例を示す図である。 図２２は、実施形態に係るパターンの高さ、幅の変化の一例を示す図である。 図２３は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。 図２４は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの変化の一例を示す図である。 図２５は、実施形態に係るパターンの高さ、幅の変化の一例を示す図である。 図２６は、実施形態に係る載置台の載置面のゾーン分割の一例を示す図である。 図２７は、実施形態に係る被処理体の温度と成膜量との関係の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本願の開示する基板処理方法の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示する基板処理方法が限定されるものではない。

［装置構成］
本実施形態に係る基板処理に使用する装置の一例を説明する。以下では、プラズマ処理装置と加熱装置によって本実施形態に係る基板処理する場合を例に説明する。

最初に、本実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の一例を説明する。図１は、実施形態に係るプラズマ処理装置の概略構成の一例を示す図である。本実施形態では、プラズマ処理装置１００を、誘導結合プラズマ(ＩＣＰ)型のプラズマ処理装置とした場合を例に説明する。

プラズマ処理装置１００は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状に形成された処理室（チャンバ）１０２を備える。

処理室１０２の底部には、半導体ウエハ（以下「ウエハ」とも称する。）Ｗを載置するための載置台１１０が設けられている。載置台１１０は、アルミニウムなどで円柱状に成形されている。載置台１１０には、ヒータ１１１が設けられている。ヒータ１１１は、ヒータ電源１１２に接続され、ヒータ電源１１２から供給される電力により発熱する。載置台１１０は、ヒータ１１１によってウエハＷの温度を制御する。なお、図示しないが、載置台１１０にはウエハＷを静電気力により吸着保持する静電チャックや冷媒流路などの温度調整機構等、必要な機能を設けることができる。プラズマ処理装置１００は、エッチング装置として用いる場合、載置台１１０にはイオンをウエハＷに引き込むための高周波バイアスが印加される。

処理室１０２の天井部には、例えば、石英ガラスやセラミックなどで構成された板状の誘電体１０４が載置台１１０に対向するように設けられている。具体的には誘電体１０４は例えば円板状に形成され、処理室１０２の天井部に形成された開口を塞ぐように気密に取り付けられている。

処理室１０２には、ウエハＷの処理に用いる各種のガスを供給するガス供給部１２０が接続される。処理室１０２の側壁部には、ガス導入口１２１が形成されている。ガス導入口１２１には、ガス供給配管１２２を介してガス供給部１２０が接続されている。

ガス供給部１２０は、ウエハＷの処理に用いる各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。各ガス供給ラインは、基板処理のプロセスに対応して適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。ガス供給部１２０は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量を制御する。ガス供給部１２０は、基板処理のプロセスに応じて各種のガスをガス導入口１２１に供給する。ガス導入口１２１に供給された各種のガスは、ガス導入口１２１から処理室１０２内に供給される。なお、図１では、ガス供給部１２０を処理室１０２の側壁部からガスを供給するように構成した場合を例に挙げているが、必ずしもこれに限られない。例えば処理室１０２の天井部からガスを供給するように構成してもよい。この場合には、例えば、誘電体１０４の中央部にガス導入口を形成して、誘電体１０４の中央部からガスを供給するようにしてもよい。

処理室１０２の底部には、処理室１０２内の雰囲気を排出する排気部１３０が排気管１３２を介して接続されている。排気部１３０は、例えば、真空ポンプにより構成され、処理室１０２内を所定の圧力まで減圧する。処理室１０２の側壁部には、ウエハ搬出入口１３４が形成されている。ウエハ搬出入口１３４には、ゲートバルブ１３６が設けられている。例えば、ウエハＷを搬入する際には、ゲートバルブ１３６を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハＷを処理室１０２内の載置台１１０上に載置し、ゲートバルブ１３６を閉じてウエハＷの処理を行う。

処理室１０２の天井部には、誘電体１０４の上側面（外側面）に平面状の高周波アンテナ１４０と、高周波アンテナ１４０を覆うシールド部材１６０が配設されている。高周波アンテナ１４０は、アンテナ素子１４２が設けられている。アンテナ素子１４２は、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどの導体で構成された渦巻きコイル状に形成される。アンテナ素子１４２には、高周波電源１５０が接続されている。高周波電源１５０は、プラズマを生成するアンテナ素子１４２に所定の周波数の高周波（例えば４０ＭＨｚ）を所定のパワーで供給する。なお、高周波電源１５０から出力される高周波は、上述した周波数に限られるものではない。例えば１３．５６ＭＨｚ，２７ＭＨｚ，４０ＭＨｚ，６０ＭＨｚなど様々な周波数の高周波を供給できる。

アンテナ素子１４２に高周波電源１５０から高周波が供給されると、処理室１０２内には、誘導磁界が形成される。形成された誘導磁界によって、処理室１０２内に導入されたガスが励起され、ウエハＷ上にプラズマが生成される。なお、高周波アンテナ１４０は、アンテナ素子１４２が複数設けられ、それぞれのアンテナ素子１４２に高周波電源１５０から同じ周波数または異なる周波数の高周波が印加されてもよい。例えば、プラズマ処理装置１００は、高周波アンテナ１４０に、誘電体１０４の中央部と周辺部に分けてアンテナ素子１４２をそれぞれ設け、誘電体１０４の中央部と周辺部でそれぞれプラズマを制御してもよい。また、プラズマ処理装置１００は、処理室１０２の天井部に設けられる高周波アンテナ１４０の他に、載置台１１０を構成する下部電極に高周波電力を供給し、プラズマを生成してもよい。

プラズマ処理装置１００は、生成したプラズマによって、ウエハＷに対して、エッチングや成膜などのプラズマ処理を実施することができる。

上記構成のプラズマ処理装置１００は、制御部１９０によって動作が統括的に制御される。制御部１９０は、ＣＰＵを備えプラズマ処理装置１００の各部を制御するプロセスコントローラ１９１と、ユーザインターフェース１９２と、記憶部１９３とを備える。

プロセスコントローラ１９１は、プラズマ処理装置１００の各種の動作を制御する。例えば、プロセスコントローラ１９１は、ガス供給部１２０からの各種のガスの供給動作を制御する。また、プロセスコントローラ１９１は、高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に供給する高周波の周波数およびパワーを制御する。また、プロセスコントローラ１９１は、ヒータ電源１１２からヒータ１１１へ供給する電力を制御してヒータ１１１の発熱量を制御することで、ウエハＷの温度を制御する。

ユーザインターフェース１９２は、オペレーターがプラズマ処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマ処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部１９３には、プラズマ処理装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１９１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウェア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース１９２からの指示等にて任意のレシピを記憶部１９３から呼び出してプロセスコントローラ１９１に実行させることで、プロセスコントローラ１９１の制御下で、プラズマ処理装置１００での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体などに格納された状態のものを利用したり、または、他の装置から、例えば、専用回線を介して随時伝送させてオンラインで使用したりすることも可能である。コンピュータ記憶媒体としては、例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等が挙げられる。

次に、本実施形態に係る加熱装置の構成の一例を説明する。図２は、実施形態に係る加熱装置の概略構成の一例を示す図である。本実施形態では、加熱装置２００は、図１示したプラズマ処理装置１００と別体に設けられており、図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハＷが加熱装置２００とプラズマ処理装置１００に搬送される。

加熱装置２００は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理室２０２を備える。

処理室２０２の底部には、ウエハＷを載置するための載置台２１０が設けられている。載置台２１０は、アルミニウムなどで円柱状に成形されている。載置台２１０には、ヒータ２１１が設けられている。ヒータ２１１は、ヒータ電源２１２に接続され、ヒータ電源２１２から供給される電力により発熱する。載置台２１０は、ヒータ２１１によってウエハＷの温度を制御する。なお、図示はしないが、載置台２１０にはウエハＷを静電気力により吸着保持する静電チャック等、必要に応じて様々な機能を設けることができる。

処理室２０２の底部には、処理室２０２内の雰囲気を排出する排気部２３０が排気管２３２を介して接続されている。排気部２３０は、例えば、真空ポンプにより構成され、処理室２０２内を所定の圧力まで減圧する。処理室２０２の側壁部には、ウエハ搬出入口２３４が形成されている。ウエハ搬出入口２３４には、ゲートバルブ２３６が設けられている。例えば、ウエハＷを搬入する際には、ゲートバルブ２３６を開いて図示しない搬送アームなどの搬送機構によってウエハＷを処理室２０２内の載置台２１０上に載置し、ゲートバルブ２３６を閉じてウエハＷの処理を行う。

加熱装置２００は、載置台２１０に載置されたウエハＷをヒータ２１１によって所定の温度に加熱する加熱処理を実施する。

上記構成の加熱装置２００は、制御部２９０によって動作が統括的に制御される。制御部２９０は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭまたは補助記憶装置に格納されたプログラムや、プラズマ処理のプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。なお、制御部２９０は、加熱装置２００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部２９０が外部に設けられている場合、制御部２９０は、有線または無線等の通信手段によって、加熱装置２００を制御することができる。

次に、本実施形態に係る基板処理方法について説明する。半導体装置を製造する際、ウエハＷには、自然酸化膜が形成される場合がある。この自然酸化膜を除去する必要がある場合がある。

図３は、酸化膜が形成されたウエハの一例を示す図である。ウエハＷは、下地となるシリコン（Ｓｉ）層１０上に、ＳｉＯ_２膜１１が設けられている。ＳｉＯ_２膜１１には、パターンＰが形成されている。図３では、パターンＰとして、Ｓｉ層１０に到達する開口がＳｉＯ_２膜１１に形成されている。ウエハＷは、ＳｉＯ_２膜１１の上面およびパターンＰが形成された側面がＳｉＮ膜１２で覆われている。また、ウエハＷは、パターンＰが形成された底部のＳｉ層１０に自然酸化膜１４（ＳｉＯ_２）が形成されている。Ｓｉ層１０は、自然酸化膜１４の下部となる部分がシリコンゲルマニウムなどに変化しているため、パターンを変えて示している。この自然酸化膜１４を、例えば、特許文献１の技術を用いて、ＳｉＮ膜１２を維持したまま除去することが考えられる。

しかし、ＳｉＮ膜１２は、前工程などにおいて、ダメージを受けている場合がある。その場合、例えば、特許文献１の技術を用いるとＳｉＮ膜１２が除去されてしまう。

そこで、本実施形態では、次のような基板処理を行って自然酸化膜１４などの酸化膜を除去する。図４は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの一例を説明する図である。図４（Ａ）には、図３と同様に、自然酸化膜１４が形成されたウエハＷが示されている。

最初に、ウエハＷにシリコン含有膜を成膜する。例えば、図４（Ｂ）に示すように、Atomic Layer Deposition（ＡＬＤ）により、ウエハＷにＳｉＯ_２膜２０を成膜する。例えば、プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０からシリコン（Ｓｉ）を含有する原料ガスを処理室１０２に供給してウエハＷ表面に原料ガスを吸着させる。ウエハＷに吸着する原料ガスの吸着量は、供給時間と共に増加し飽和する。ここで言う飽和とは、最表面に化学吸着が進み、それ以上化学吸着が進まない状態や、吸着するサイトがすべて占有されて吸着が進まない状態である。次いで、プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０から反応ガスを処理室１０２に供給すると共に、高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に高周波電力を印加してプラズマを生成する。これにより、反応ガスが活性化し、ウエハＷに吸着した原料ガスを反応ガスの活性種が改質して成膜される。原料ガスとしては、例えば、トリジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）が用いられる。反応ガスとしては、酸素（Ｏ_２）ガス等の酸化ガスを用いることができる。反応ガスは、プラズマ化されてウエハＷに供給される。ＡＬＤを用いて成膜を行う場合、プラズマ処理装置１００は、原料ガスおよび反応ガスを交互に供給するサイクルを複数回繰り返すことにより、所望の膜厚の薄膜を形成する。ＡＬＤでは、ウエハＷに吸着する原料ガスの吸着量を飽和させているため、パターンＰの上面、側面および底面に膜を均一に成膜できる。

次に、エッチングガス、例えば、フルオロカーボンガスを用いてプラズマを生成してウエハＷに対して異方性のエッチング処理を行ってＡＬＤ膜（ＳｉＯ_２膜２０）をエッチバックする。プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０から、Ｃ_４Ｆ_８ガスなどのフルオロカーボンガス（ＣｘＦｙ）を処理室１０２に供給すると共に、高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に高周波電力を印加してプラズマを形成してエッチングする。フルオロカーボンガスを用いてエッチングすると、ウエハＷの表面に堆積物が多く生じて膜２１が形成される。一方、図４（Ｃ）に示すように、パターンＰの底部のＳｉＯ_２膜２０および自然酸化膜１４上がエッチングされて除去される。

次に、ＡＬＤ膜（ＳｉＯ_２膜２０）を除去するChemical Removal（ＣＲ）処理を行う。ＣＲ処理とは、化学反応により除去対象を除去（エッチング）する処理である。ＣＲ処理の詳細は、後述する。これにより、図４（Ｄ）に示すように、ＳｉＮ膜１２にダメージがある場合でも、ＳｉＮ膜１２が除去されることを抑制しつつ自然酸化膜１４を除去できる。

なお、図４の例では、ウエハＷの非エッチング対象とされた、パターンＰの底部以外の領域に選択的にＳｉＯ_２膜２０を成膜するため、ＡＬＤによりＳｉＯ_２膜２０を等方的に成膜した後、異方性エッチングによりエッチバックした。しかし、成膜方法は、ＡＬＤに限定されるものではなく、何れの方式であってもよい。例えば、成膜方法は、Chemical Vapor Deposition（ＣＶＤ）、Physical Vapor Deposition（ＰＶＤ）、Direct Current Superposition（ＤＣＳ）、不飽和ＡＬＤであってもよい。不飽和ＡＬＤは、原料ガスの吸着を飽和させない、あるいは、ウエハＷに吸着した原料ガスの改質を飽和させない、あるいは、原料ガスの吸着とウエハＷに吸着した原料ガスの改質を飽和させない、ＡＬＤである。不飽和ＡＬＤは、原料ガスを表面全体に吸着させない場合の他、完全に改質させない場合もある。ＤＣＳは、電極材料をスパッタし基板上に成膜する成膜方法である。例えば、ＤＣＳでは、プラズマ処理装置において、電極材料を含んだ上部電極に負の直流電圧を印加して電極材料をスパッタし基板上に成膜する。ＤＣＳの詳細については、例えば、米国特許出願公開第２０１８／０１５１３３３号明細書に開示されている。

図５は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの他の一例を説明する図である。図５（Ａ）には、図３と同様に、自然酸化膜１４が形成されたウエハＷが示されている。

最初に、ウエハＷにシリコン含有膜を成膜する。例えば、図５（Ｂ）に示すように、ＣＶＤにより、ウエハＷにＳｉＯ_２膜２０を成膜する。例えば、プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０から、例えば、ＳｉＣｌ_４ガス、Ｏ₂ガスを処理室１０２に供給すると共に、高周波電源１５０からアンテナ素子１４２に高周波電力を印加してプラズマを形成してウエハＷにＳｉＯ_２膜２０を成膜する。

次に、例えば、フルオロカーボンガスを用いてプラズマを生成してウエハＷに対して異方性のエッチング処理を行ってＳｉＯ_２膜２０をエッチバックする。これにより、図５（Ｃ）に示すように、パターンＰの底部のＳｉＯ_２膜２０および自然酸化膜１４上が主にエッチングされて除去される。

次に、ＳｉＯ_２膜２０を除去するＣＲ処理を行う。ＣＲ処理の詳細は、後述する。これにより、図５（Ｄ）に示すように、ＳｉＮ膜１２にダメージがある場合でも、ＳｉＮ膜１２が取れることを抑制しつつ自然酸化膜１４を除去できる。

図６は、実施形態に係る酸化膜を除去する基板処理の流れの他の一例を説明する図である。図６（Ａ）には、図３と同様に、自然酸化膜１４が形成されたウエハＷが示されている。

最初に、ウエハＷにシリコン含有膜を成膜する。例えば、図６（Ｂ）に示すように、不飽和ＡＬＤにより、ウエハＷにＳｉＯ_２膜２０を成膜する。不飽和ＡＬＤでは、ウエハＷの表面やパターンＰの側面となる部分にＳｉＯ_２膜２０が成膜される。このため、エッチバックを行うことなく、ウエハＷの非エッチング対象とされた、パターンＰ底部以外の領域に選択的にＳｉＯ_２膜２０を成膜できる。

次に、ＳｉＯ_２膜２０を除去するＣＲ処理を行う。ＣＲ処理の詳細は、後述する。これにより、図６（Ｃ）に示すように、ＳｉＮ膜１２にダメージがある場合でも、ＳｉＮ膜１２が除去されることを抑制しつつ自然酸化膜１４を除去できる。

次に、本実施形態に係るＣＲ処理について説明する。図７は、実施形態に係るＣＲ処理の流れの一例を説明する図である。図７（Ａ）に示すウエハＷは、下地となるＳｉ層１０上に、ＳｉＯ_２膜２０が設けられている。

最初に、ＳｉＯ_２膜２０が設けられているウエハＷの表層に、反応層をプラズマにより形成する。プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０から、ＮＦ_３ガス、ＮＨ_３ガス、Ａｒガスなどのガスを導入し、プラズマを生成する。これにより、図７（Ａ）に示すように、ＮＨｘＦｙが生成される。例えば、以下のような反応により、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４・ＨＦなどのＮＨｘＦｙが生成される。

ＮＦ_３＋ＮＨ_３ →ＮＨｘＦｙ（ＮＨ_４Ｆ＋ＮＨ_４・ＨＦなど）

生成されたＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４・ＨＦは、ＳｉＯ_２膜と以下のように反応し、図７（Ｂ）に示すように、反応層として（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６（アンモニウムフルオロシリケート（ammonium fluorosilicate）が形成される。以下、（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を「ＡＦＳ」とも称する。なお、ＣＲ処理では、ＡＦＳの形成をガス供給のみで行ってもよい。例えば、ＨＦガスとＮＨ_３ガスを供給することで、ＡＦＳを形成できる。ＡＦＳは、プラズマを用いて成膜すると、反応速度が向上し、プラズマを用いずに成膜するとダメージレスで成膜できる。

ＮＨｘＦｙ＋ＳｉＯ_２→（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６＋Ｈ_２Ｏ↑

ＡＦＳは、１００℃よりも高くなると昇華する。このため、反応層を形成する際、ウエハＷを１００℃以下の所定温度に制御する。プラズマ処理装置１００は、例えば、ヒータ電源１１２からヒータ１１１へ供給する電力を制御してヒータ１１１の発熱量を制御することで、ウエハＷを１００℃以下の所定温度に制御する。

次に、ウエハＷにエネルギーを与えて反応層を除去する。反応層は、例えば、電子線、プラズマ、熱、マイクロ波などにより反応層にエネルギーを与えることで除去できる。例えば、図７（Ｃ）に示すように、ウエハＷを加熱して反応層を除去する。本実施形態では、ウエハＷを１００℃以上の所定温度（例えば、３００℃）に加熱する。これにより、以下に示すような反応が生じて（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６が昇華する。これにより、ウエハＷから膜（例えば、ＳｉＯ_２膜２０）が除去される。なお、反応層を電子線、プラズマ、マイクロ波などによりエネルギーを与えて除去してもよい。

（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６ →ＳｉＦ_４＋２ＮＨ_３+２ＨＦ

ここで、プラズマ処理装置１００により、ウエハＷを、例えば、３００℃に加熱した場合、載置台１１０の温度も高くなり、次のウエハＷに対して基板処理が実施可能となるまで時間が長くなり、生産性が低下する。ＡＦＳ形成後のウエハＷを加熱装置２００に搬送し、加熱装置２００によりウエハＷを１００℃以上の所定温度（例えば、３００℃）に加熱する。このように、プラズマ処理装置１００と加熱装置２００により基板処理を実施することで、処理間の温度昇降の時間を削減できるので基板処理の生産性を向上させることができる。なお、本実施形態では、プラズマ処理装置１００と加熱装置２００により基板処理を実施する場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、プラズマ処理装置１００によりウエハＷを加熱して反応層を除去してもよい。これにより、単一のプラズマ処理チャンバ１０２で基板処理を実施できる。

ＣＲ処理は、ＳｉまたはＳｉＮのエッチングレートに比べてＳｉＯ_２を高いエッチングレートで除去できる。図８は、実施形態に係るＣＲ処理によるエッチング量の一例を示す図である。図８には、ＮＦ_３ガス、ＮＨ_３ガスなどのガスを導入しつつプラズマを生成するプラズマ処理時間を変えた場合の、Ｓｉ、ＳｉＮおよびＳｉＯ_２のエッチング量の変化が示されている。図８に示すように、ＣＲ処理は、ＳｉおよびＳｉＮに比べてＳｉＯ_２のエッチング量が大きく、ＳｉまたはＳｉＮのエッチングレートに比べてＳｉＯ_２を高いエッチングレートで除去できる。

なお、ＣＲ処理では、パーティクルの除去やウエハＷの状態を調整するために加熱、プラズマ処理等の前処理を実施してもよい。

次に、本実施形態に係る基板処理の流れを簡単に説明する。図９は、実施形態に係る基板処理の流れの一例を示すフローチャートである。ウエハＷは、基板処理を実施する際に、搬送機構によって搬送されて加熱装置２００およびプラズマ処理装置１００に提供される。ウエハＷには、例えば、図３に示したように、自然酸化膜１４が形成されている。

ウエハＷにシリコン含有膜を成膜する（ステップＳ１０）。例えば、プラズマ処理装置１００は、ＡＬＤによりウエハＷにＳｉＯ_２膜２０を成膜する。そして、プラズマ処理装置１００は、フルオロカーボンガスを用いてプラズマを生成してウエハＷに対して異方性のエッチング処理を行ってＳｉＯ_２膜２０をエッチバックする。これにより、パターンＰの底部のＳｉＯ_２膜２０および自然酸化膜１４がエッチングされる。なお、例えば、図６に示した不飽和ＡＬＤなどにより、ウエハＷの表面やパターンＰの側面にＳｉＯ_２膜２０を成膜できる場合、エッチバックは行わなくてもよい。

次に、ウエハＷの状態を調整するために加熱、プラズマ処理、インヒビター吸着等の前処理を実施する（ステップＳ１１）。例えば、プラズマ処理装置１００は、ヒータ電源１１２からヒータ１１１へ電力を供給してヒータ１１１によりウエハＷをプレヒートする。

次に、反応層（例えばＡＦＳ）が昇華しないように、ウエハＷを１００℃以下の所定温度に制御する（ステップＳ１２）。例えば、プラズマ処理装置１００は、ヒータ電源１１２からヒータ１１１へ供給する電力を制御してヒータ１１１の発熱量を制御することで、ウエハＷを１００℃以下の所定温度に制御する。

次に、ウエハＷの表層に反応層を形成する（ステップＳ１３）。例えば、プラズマ処理装置１００は、ガス供給部１２０から、ＮＦ_３ガス、ＮＨ_３ガス、ＡｒガスなどのＣＲ処理に用いる各種のガスを導入すると共にプラズマを生成する。これにより、ウエハＷには、反応層として、ＡＦＳの層が形成される。

次に、ウエハＷを加熱して反応層（例えばＡＦＳ）を昇華させることで反応層を除去する（ステップＳ１４）。例えば、ウエハＷを加熱装置２００に搬送し、加熱装置２００によりウエハＷを１００℃以上の所定温度（例えば、３００℃）に加熱する。これにより、ウエハＷからＳｉＯ_２膜２０が除去される。

なお、本実施形態に係る基板処理では、ステップＳ１０～Ｓ１４を１回実施する流れを例示したが、必要に応じてステップＳ１０～Ｓ１４を複数回繰り返してもよい。

以上のように、本実施形態に係る基板処理では、パターンＰを有する処理対象の基板（ウエハＷ）の第１領域（パターンＰの底部以外の領域）に選択的にシリコン含有膜（ＳｉＯ_２）を成膜する。次に、基板処理では、シリコン含有膜が成膜された基板の表層に反応層（ＡＦＳ）をプラズマにより形成する。次に、基板処理では、基板を加熱して反応層を除去することで基板の第１領域以外の第２領域（パターンＰの底部）に形成されたシリコン含有膜を除去する。これにより、本実施形態に係る基板処理は、第２領域に形成されたシリコン含有膜を除去できる。

また、基板（ウエハＷ）は、シリコン層１０に設けられたＳｉＯ_２膜１１にシリコン層１０に到達するパターンＰが形成され、ＳｉＯ_２膜１１の上面およびパターンＰの側面がＳｉＮ膜１２で覆われ、パターンＰの底部のシリコン層１０に自然酸化膜１４が形成されている。基板処理では、少なくともパターンＰの側面にＳｉＯ_２膜２０を成膜する。基板処理では、ＮＦ_３ガスおよびＮＨ_３ガスを供給しつつプラズマを生成してＳｉＯ_２膜２０および自然酸化膜１４と反応させて反応層として（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を形成する。また、基板処理では、反応層を除去することで自然酸化膜１４を除去する。これにより、本実施形態に係る基板処理は、ＳｉＮ膜１２にダメージがある場合でも、ＳｉＮ膜１２が取れることを抑制しつつ自然酸化膜１４を除去できる。

また、基板処理では、基板の温度を１００℃以下として反応層を形成する。また、基板処理では、基板の温度を１００℃以上として反応層を昇華させる。これにより、本実施形態に係る基板処理は、シリコン含有膜を除去するエッチング量を制御できる。

以上、実施形態について説明してきたが、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。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

例えば、実施形態では、処理対象の基板を半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。処理対象の基板は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。

また、実施形態では、プラズマ処理装置１００をＩＣＰ型のプラズマ処理装置とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。プラズマ処理装置１００は、任意の形式のプラズマ処理装置であってよい。例えば、プラズマ処理装置１００は、容量結合型平行平板のプラズマ処理装置であってよい。また、プラズマ処理装置１００は、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ、リモートソースで生成したラジカルリッチプラズマを配管等を介して処理室１０２に供給するリモートソース型などのプラズマ処理装置であってよい。

また、実施形態では、ウエハＷの加熱をヒータで行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ウエハＷを加熱できれば、何れの加熱方式を用いてもよい。例えば、ウエハＷをプラズマや、赤外線ランプ、電子線照射などで加熱してもよい。

また、実施形態では、プラズマ処理装置１００と加熱装置２００により基板処理を実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。実施形態に係る基板処理は、プラズマ処理装置１００、加熱装置２００以外の装置も組み合わせて実施してもよい。

また、本実施形態に係る基板処理では、ウエハＷに形成されたＳｉＯ_２などのシリコン含有膜と同種のシリコン含有膜（ＳｉＯ_２）を成膜する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基板処理では、ＳｉＯ_２と異なるＳｉＮなどのシリコン含有膜を成膜してもよい。例えば、図６に示した基板処理では、ＳｉＯ_２膜２０を成膜したが、ＳｉＯ_２膜２０の代わりに、ウエハＷに対してＣＶＤやＡＬＤによりＳｉＮ膜を成膜することで、パターンＰの上面やパターンＰの側面にＳｉＮ膜を成膜できる。自然酸化膜１４は、ＣＲ処理を行うことで除去できる。また、ＳｉＮ膜１２は、新たなＳｉＮ膜で覆われる。このため、ＳｉＮ膜１２にダメージがある場合でも、ＣＲ処理によるＳｉＮ膜１２が除去されることを抑制できる。

また、図９に示した基板処理の流れでは、ステップＳ１０の後、前処理（ステップＳ１１）を実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前処理（ステップＳ１１）は、ステップＳ１０の前に実施してもよく、ステップＳ１２の後に実施してもよい。

また、実施形態に係る基板処理は、パターンを有する処理対象の基板を提供する工程と、基板に膜を成膜する工程と、基板の表層に反応層をプラズマにより形成する工程と、基板にエネルギーを与えて反応層を除去する工程と、を有する。これにより、その他の様々な効果が得られることを見出した。以下、一例を用いて効果を説明する。

例えば、ＣＲ処理で形成される反応層の量は温度依存を持つ。このため、ＣＲ処理は、反応層を形成する際のウエハＷの温度に応じて、ＳｉＯ_２膜を除去する量が変化する。図１０は、実施形態に係るウエハの温度の変化によるエッチング量の変化の一例を示す図である。図１０には、ウエハＷの温度を１０℃、５０℃、９０℃とした場合での、反応層を生成する処理時間に対するエッチング量の変化が示されている。ウエハＷの温度を１０℃とした場合は、処理時間が長くなるほどエッチング量が増加する。一方、ウエハＷの温度を９０℃とした場合は、エッチングがほぼ生じず、処理時間が長くなってもエッチング量がゼロ付近を推移する。一方、ウエハＷの温度を５０℃とした場合は、処理時間が短いとエッチング量が処理時間に応じて若干増加するが、処理時間が長くなるとエッチング量が増加せず、エッチング量が飽和する。図１０の例では、ウエハＷの温度が５０℃の場合、処理時間が４０秒以降、エッチング量が増加せず、エッチング量が飽和している。よって、ＣＲ処理では、反応層を形成する際のウエハＷの温度を制御することにより、ＳｉＯ_２膜を除去する量を制御できる。反応層を形成する際のウエハＷの温度をエッチング量が飽和する温度（例えば、５０℃）としたＣＲ処理を繰り返すことで、ＳｉＯ_２膜のエッチング量を精度よく制御できる。また、成膜処理とＣＲ処理を組み合わせて実施することで、ＳｉＯ_２膜の膜厚を精度よく制御できる。

また、ＣＲ処理は、ウエハＷのＳｉＯ_２膜１１に形成されたパターンＰの粗密ある場合、同じ処理を行っても、パターンＰの粗密に応じて、パターンＰのエッチング量が変化する場合がある。また、ＣＲ処理は、パターンＰのエッチング量が、反応層を形成する際のウエハＷの温度によっても変化量が変化する。例えば、ＣＲ処理では、温度が低い場合、粗いパターンＰの方が密なパターンＰよりも大きく幅が変化し、温度が高い場合、密なパターンＰの方が粗いパターンＰよりも大きく幅が変化する。よって、ＣＲ処理は、反応層を形成する際のウエハＷの温度を制御することで、パターンＰの幅を制御できる。

また、成膜処理とＣＲ処理を実施することで、ライン状のパターンＰのLine Width Roughness（ＬＷＲ）、Line Edge Roughness（ＬＥＲ）が改善する。図１１は、実施形態に係るライン状のパターンのＬＷＲ、ＬＥＲの改善を説明する図である。図１１（Ａ）には、ライン状のパターンＰが示されている。成膜処理では、パターンＰと同種の膜を成膜する。例えば、パターンＰがＳｉＯ_２膜に形成されている場合、成膜処理では、ＣＶＤによりＳｉＯ_２を成膜する。ＣＶＤでは、パターンＰの間の幅が広いところに多く成膜され、パターンＰの間の幅が狭いところに少なく成膜される。これにより、図１１（Ｂ）に示すように、ライン状のパターンＰは、側面の凹凸が軽減される。しかし、パターンＰ間の幅は、成膜によって狭くなる。そこで、ライン状のパターンＰにＣＲ処理を実施する。例えば、反応層を生成する際のウエハＷの温度を５０℃としてＣＲ処理を実施する。ＣＲ処理は、等方的にエッチングする。これにより、図１１（Ｃ）に示すように、パターンＰ間の幅を当初と同等に戻すことができる。この図１１（Ａ）～（Ｃ）に示す成膜処理とＣＲ処理を繰り返し実施することで、ライン状のパターンＰのＬＷＲ、ＬＥＲが改善する。

また、成膜処理とＣＲ処理を実施することで、パターンＰの形状を制御できる。成膜処理は、成膜方法によって成膜される領域および成膜量が異なる。例えば、ＣＶＤは、パターンＰの上部に多く成膜される。ＡＬＤは、一様に成膜される。ＣＲ処理は、パターンＰの下部よりも上部が若干多くエッチングする。よって、ＣＶＤ、ＡＬＤなどの成膜処理とＣＲ処理を繰り返し実施することで、パターンＰの形状を制御できる。

図１２は、実施形態に係るパターンの形状の変化の一例を示す図である。図１２（Ａ）には、ウエハＷが示されている。ウエハＷは、下地層３０（例えばシリコン層）上に、パターンＰが設けられている。パターンＰは、例えば、ＳｉＯ_２膜に形成されている。図１２（Ａ）では、パターンＰは、上部の幅が下部の幅よりも小さいテーパー状の形状とされている。例えば、ＣＶＤにより、パターンＰと同種のＳｉＯ_２膜３１をウエハＷに成膜する。ＣＶＤでは、上部（Top）ほど厚く成膜される。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、パターンＰは、上部の幅が下部の幅と同程度（断面が矩形状）になる。その後、ＳｉＯ_２膜をＣＲ処理する。ＣＲ処理は、等方的に略一様にエッチングする。これにより、図１２（Ｃ）に示すように、パターンＰを、上部の幅と下部の幅がほぼ等しく、側面が垂直な形状とすることができる。この後下地のエッチング対象膜をエッチングしてもよい。

図１３は、実施形態に係るパターンの形状の変化の他の一例を示す図である。図１３（Ａ）には、初期状態のパターンＰが示されている。初期状態のパターンＰは、上部の幅と下部の幅がほぼ等しく、側面が垂直な形状とされている。図１３（Ｂ）には、初期状態のパターンＰにＣＶＤを実施した場合のパターンＰの一例を示している。ＣＶＤは、成膜時間が長くなるほど、上部が厚く成膜される。ＣＶＤの成膜時間を適切に制御することで、パターンＰは、上部の幅が下部の幅よりも大きい逆テーパー状の形状となる。次に、ＳｉＯ２膜３２をＣＲ処理する。ＣＲ処理は、等方的に略一様にエッチングする。これにより、図１３（Ｃ）に示すように、パターンＰを、下部の幅が当初より小さい、逆テーパー状の形状することができる。形状変更後のパターンを用いてエッチング対象膜をエッチングしてもよい。

図１４は、実施形態に係るパターンの形状の変化の他の一例を示す図である。図１４（Ａ）には、下地層３０上にパターンＰが設けられている。また、例えば、ＣＶＤとＣＲ処理を行うことで、パターンＰの上部にＳｉＯ_２膜３１が形成されている。パターンＰは、ＳｉＯ_２膜３１が形成されたことにより、上部の幅と下部の幅が初期状態とほぼ等しい状態で、高さが増加している。さらにＣＲ処理を行うと、図１４（Ｂ）に示すように、パターンＰの幅を小さくすることができる。形状変更後のパターンを用いてエッチング対象膜をエッチングしてもよい。

このように成膜処理とＣＲ処理を実施することで、パターンＰの形状（マスクの形状）を制御できる。

また、成膜処理で成膜するシリコン含有膜や、有機膜などの膜は、エッチングのマスクとして用いることができる。また、成膜処理で成膜するシリコン含有膜や、有機膜などの膜は、エッチングの保護膜として用いることができる。

図１５は、実施形態に係る膜をマスクとして用いたエッチングの一例を示す図である。図１５（Ａ）に示すように、ウエハＷには、被エッチング膜４０が設けられている。被エッチング膜４０は、例えば、Ｓｉ膜またはＳｉＮ膜である。被エッチング膜４０上には、マスク４１（例えば、ＳｉＯ_２膜）が設けられている。マスク４１には、パターンＰが形成されている。例えば、ＣＶＤまたはＡＬＤにより、ウエハＷにマスク４１と同種の膜４２（例えば、ＳｉＯ_２膜）を成膜する。これにより、マスク４１を厚くできる。マスク４１を用いて、被エッチング膜４０をエッチングする。被エッチング膜４０がＳｉ膜である場合、ハロゲンガスでエッチングする。被エッチング膜４０がＳｉＮ膜である場合、ＣＨＦ系ガスでエッチングする。ここで、図１５（Ａ）に示すように、マスク４１を厚くできることから、被エッチング膜４０をより長時間エッチングできる。図１５（Ｂ）に示すように、被エッチング膜４０は、パターンＰに沿ってエッチングされる。そして、膜４２を除去する。例えば、ＳｉＯ_２膜を除去するＣＲ処理を行う。これにより、図１５（Ｃ）に示すように、マスク４１および膜４２などのＳｉＯ_２膜を除去できる。

図１６は、実施形態に係る膜を保護膜として用いたエッチングの一例を示す図である。図１６（Ａ）に示すように、ウエハＷには、被エッチング膜４０が設けられている。被エッチング膜４０は、例えば、Ｓｉ膜または、ＳｉＮ膜である。被エッチング膜４０上には、マスク４１（例えば、ＳｉＯ_２膜）が設けられている。マスク４１には、パターンＰが形成されている。被エッチング膜４０は、パターンＰに沿ってエッチングされてホールＨが形成されている。例えば、ＡＬＤにより、ウエハＷに膜４２（例えば、ＳｉＯ_２膜）を成膜する。これにより、図１６（Ａ）に示すように、マスク４１の表面および被エッチング膜４０のホールＨの内面が膜４２で覆われ、保護される。そして、異方性エッチングによりウエハＷをエッチングする。これにより、図１６（Ｂ）に示すように、ホールＨの側壁を膜４２で保護しつつホールＨをさらに深くエッチングできる。そして、ＳｉＯ_２膜を除去するＣＲ処理を行う。これにより、図１６（Ｃ）に示すように、マスク４１および膜４２を除去できる。

次に、上述したような、エッチング処理を含んだ基板処理の流れを説明する。図１７は、実施形態に係る基板処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。図１７に示す基板処理は、図９に示したＳ１０の後に、さらにウエハＷのエッチングする工程（ステップＳ２０）を含む。これにより、パターン（マスク）を保護できるので、被エッチング膜４０をより長時間エッチングできる。また、ホールＨの側壁を保護しつつホールＨをさらに深くエッチングできる。なお、図１７に示した基板処理の流れでは、ステップＳ１０の後、ステップＳ２０を実施する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ２０は、ステップＳ１４の後に実施してもよい。

ところで、ＣＲ処理は、ＳｉＯ_２膜などのシリコン含有膜に反応層（ＡＦＳ）を形成し、反応層を昇華させることで、シリコン含有膜をエッチングする。しかし、シリコン含有膜に、反応層の形成や、反応層の昇華を阻害する阻害要因となる膜を形成した場合、ＣＲ処理は、シリコン含有膜のエッチングが阻害される。図１８Ａは、実施形態に係る阻害要因となる膜の一例を示す図である。例えば、カーボン膜には、ＡＦＳを形成できない。このため、シリコン含有膜５０にカーボンの膜（以下「カーボン膜」とも称する。）５１が形成されている場合、ＣＲ処理を実施してもＡＦＳが形成されないため、シリコン含有膜５０のエッチングが阻害される。図１８Ｂは、実施形態に係る阻害要因となる膜の他の一例を示す図である。例えば、ＳｉＣｌ_４やＳｉＢｒ_４のガスを供給すると、シリコン含有膜５０には、ＳｉＣｌｘやＳｉＢｒｘによる膜５２を成膜される。シリコン含有膜５０にＳｉＣｌｘやＳｉＢｒｘの膜５２が形成されている場合、ＡＦＳの形成でＮＦ_３ガス、ＮＨ_３ガス、Ａｒガスが供給されると、膜５２は、ＡＦＳと共に、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４Ｂｒなどの揮発しにくい物質による膜５３に改質される。このため、シリコン含有膜５０にＳｉＣｌｘやＳｉＢｒｘの膜５２が形成されている場合、ＣＲ処理を実施してもＡＦＳが揮発しにくくなるため、シリコン含有膜５０のエッチングが阻害される。

図１９は、実施形態に係るＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。図１９（Ａ）には、ウエハＷの一例が示されている。ウエハＷは、下地となる下地層３０（例えばシリコン層）上に、ＳｉＯ_２膜３２が設けられている。ＳｉＯ_２膜３２には、パターンＰが形成されている。図１９は、ウエハＷに阻害要因となる膜を設けていない場合のＣＲ処理によるパターンＰの形状の変化を示している。ＣＲ処理では、ＮＦ_３ガス、ＮＨ_３ガス、Ａｒガスなどの各種のガスを導入すると共にプラズマを生成する。これにより、ＳｉＯ_２膜３２には、図１９（Ｂ）に示すように、ＡＦＳの層３３が形成される。そして、ＣＲ処理では、ウエハＷを加熱し、ＡＦＳの層３３を除去する。これにより、図１９（Ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３２がエッチングされて各パターンＰが全体的に小さくなり、パターンＰ間の幅が広くなってなる。

図２０は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。図２０（Ａ）には、図１９と同様に、パターンＰが形成されたウエハＷが示されている。図２０は、阻害要因となる膜を成膜した場合のＣＲ処理によるパターンの形状の変化を示している。例えば、ＣＨ_４やＡｒのガスを供給すると共にプラズマを生成して、図２０（Ｂ）に示すように、阻害要因となる膜としてカーボン膜５１をウエハＷに成膜する。なお、カーボン膜５１は、ＡＬＤにより成膜してもよい。このカーボン膜５１が形成されたウエハＷにＣＲ処理を実施した場合、カーボン膜５１にＡＦＳが形成されないため、図２０（Ｃ）に示すように、エッチングされない。カーボン膜５１は、Ｏ_２ガスを供給すると共にプラズマを生成することで、図２０（Ｄ）に示すように、除去できる。

図２１は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの変化の一例を示す図である。図２１の「初期」には、ウエハＷに形成されたパターンＰの初期形状が示されている。また、パターンＰの高さ（Height）が示されている。また、パターンＰ上部でのパターンＰ間の幅がTop－CD（Critical Dimension）として示されている。

図２１の「ＣＲ」は、阻害要因となる膜を設けずに、ＣＲ処理を実施した際のパターンＰの形状の変化を示している。「ＣＲ」は、ＣＲ処理を５サイクル実施した結果である。「ＣＲ」は、パターンＰの高さが初期状態から減少している。また、「ＣＲ」では、パターンＰの幅が初期状態から減少してため、パターンＰ間の幅（Top－CD）が初期状態から増加している。

図２１の「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」は、阻害要因となる膜としてＳｉＣｌｘを成膜してＣＲ処理を実施した際のパターンＰの形状の変化を示している。「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」は、ＳｉＣｌ_４ガスを供給しつつプラズマを生成してＳｉＣｌｘの膜をＳｉＯ_２膜３２に成膜した後、ＣＲ処理を実施し、Ｏ_２ガスを供給しつつプラズマを生成してＳｉＣｌｘを除去することを１サイクルとし、５サイクル実施した結果である。「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」では、ＳｉＣｌｘを成膜した影響でパターンＰの高さが初期状態から若干増加している。また、「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」では、ＳｉＣｌｘを成膜した影響でパターンＰの幅が横方向にも若干増加しており、パターンＰ間の幅（Top－CD）が初期状態から若干減少している。

図２１の「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」は、阻害要因となる膜としてカーボン膜を成膜してＣＲ処理を実施した際のパターンＰの形状の変化を示している。「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」では、ＳｉＣｌ_４ガスを供給しつつプラズマを生成してカーボン膜をＳｉＯ_２膜３２に成膜した後、ＣＲ処理を実施し、Ｏ_２ガスを供給しつつプラズマを生成してカーボン膜を除去することを１サイクルとし、５サイクル実施した結果である。「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」では、パターンＰの高さおよびパターンＰ間の幅が初期状態と同程度なっている。

図２２は、実施形態に係るパターンの高さ、幅の変化の一例を示す図である。図２２の下部には、図２１に示した「ＣＲ」、「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」についての「初期」からのパターンＰの高さ（Height）の変化量、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が示されている。なお、パターンＰは、両側面がそれぞれエッチングされるため、パターンＰの幅の変化量は、「初期」からのパターンＰ間の幅（Top－CD）の変化量の１／２の値としている。また、図２２の上部には、「ＣＲ」、「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」についての「初期」からのパターンＰの高さ（Height）の変化量、パターンＰの幅（CD/2）の変化量をエッチング量としてグラフに示している。例えば、「ＣＲ」は、パターンＰの高さ（Height）の変化量が９ｎｍ、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が８．４ｎｍとなっており、パターンＰが縦方向および横方向にもエッチングされている。「ＳｉＣｌ４＋ＣＲ」は、パターンＰの高さ（Height）の変化量が－４．２ｎｍ、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が－０．６ｎｍとなっており、ＳｉＣｌｘを成膜した影響でパターンＰが縦方向に増加している。「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」は、パターンＰの高さ（Height）の変化量が０．９０５ｎｍ、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が－１．３ｎｍとなっており、パターンＰの高さおよびパターンＰ間の幅の変化が小さいことからパターンＰのエッチングが阻害されている。

実施形態に係る基板処理では、このような阻害要因となる膜を成膜した後、ＣＲ処理を実施することで、パターンＰの形状を制御できる。図２３は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの形状の変化の一例を説明する図である。図２３（Ａ）には、図１９と同様に、パターンＰが形成されたウエハＷが示されている。例えば、ＣＨ_４やＡｒのガスを供給すると共にプラズマを生成して、図２３（Ｂ）に示すように、阻害要因となる膜としてカーボン膜５１をウエハＷに成膜する。なお、カーボン膜５１は、ＡＬＤにより成膜してもよい。そして、Ｏ_２ガスを導入してプラズマを生成することで、図２３（Ｃ）に示すように、パターンＰの上部のカーボン膜５１を除去する。Ｏ_２ガスによるプラズマは、パターンＰの上部側からカーボン膜５１をエッチングする。このため、プラズマの処理時間等の条件を調整することで、パターンＰの上部のカーボン膜５１を除去できる。このようにパターンＰの上部のカーボン膜５１が除去されたウエハＷにＣＲ処理を実施する。ＣＲ処理では、図２３（Ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２膜１１は、カーボン膜５１が除去されたパターンＰの上部にＡＦＳの層３３が形成され。このため、パターンＰの上部側がエッチングされる。そして、Ｏ_２ガスを供給すると共にプラズマを生成してカーボン膜５１を除去する。これにより、図２３（Ｅ）に示すように、パターンＰの幅を大きく変えることなく、パターンＰの高さを低くすることができる。

図２４は、実施形態に係る成膜処理およびＣＲ処理によるパターンの変化の一例を示す図である。図２４には、図２１に示した「初期」、「ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」のパターンＰの形状の変化が示されている。

図２４の「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」は、図２３に示したように、阻害要因となる膜としてカーボン膜５１を成膜し、パターンＰの上部のカーボン膜５１を除去してＣＲ処理を実施した際のパターンＰの形状の変化を示している。「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」では、パターンＰの高さが初期状態から減少している。また、「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」では、パターンＰの幅が初期状態から若干減少しており、パターンＰ間の幅が初期状態から若干増加している。この理由は、パターンＰの上側のカーボン膜５１が除去されてパターンＰの上側の側面もエッチングされてしまうためである。図２３に示すように、「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」では、パターンＰの上側で幅が減少している。

図２５は、実施形態に係るパターンの高さ、幅の変化の一例を示す図である。図２５の下部には、図２４に示した「ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」についての「初期」からのパターンＰの高さ（Height）の変化量、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が示されている。「ＣＲ」および「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」は、図２２と同じものを示している。また、図２４の上部には、「ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋ＣＲ」、「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」についての「初期」からのパターンＰの高さ（Height）の変化量、パターンＰの幅（CD/2）の変化量をエッチング量としてグラフに示している。「Ｃａｒｂｏｎ＋Ｍｏｄ．＋ＣＲ」は、パターンＰの高さ（Height）の変化量が１１．６ｎｍ、パターンＰの幅（CD/2）の変化量が３．５６５ｎｍとなっており、パターンＰの横方向よりも縦方向が大きくエッチングされる。このように、阻害要因となる膜の成膜処理とＣＲ処理を実施することで、パターンＰを横方向よりも縦方向に大きくエッチングでき、パターンＰの形状（マスクの形状）を制御できる。

また、上記の実施形態に係るプラズマ処理装置１００では、ウエハＷが載置される載置台１１０の載置面全面にヒータ１１１を１つ設けて、ウエハＷの温度を制御する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。載置台１１０の載置面を複数のゾーンに分割し、それぞれのゾーンにヒータ１１１を設けて、ゾーンごとにウエハＷの温度を制御してもよい。載置台１１０の載置面は、同心円状に分割されてもよく、さらに、周方向に分割されてもよい。図２６は、実施形態に係る載置台の載置面のゾーン分割の一例を示す図である。図２６には、載置台１１０の載置面１１５が示されている。載置面１１５にはウエハＷが載置される。載置面１１５は、複数のゾーン１１６に分割されている。図２６の例では、載置面１１５は、同心円状に分割され、さらに周方向に分割されている。成膜処理およびＣＲ処理は、温度によって成膜量やエッチング量が変化する。よって、このように載置面１１５を複数のゾーン１１６に分割し、ゾーン１１６ごとにウエハＷの温度を制御することで、各ゾーン１１６に対応するウエハＷの領域ごとにパターンＰの形状を制御できる。例えば、成膜処理では、ウエハＷのセンターとエッジとでパターンＰのＣＤがばらつくことが多い。そこで、載置台１１０の載置面１１５の各ゾーン１１６の温度をＣＤのばらつきが小さくなるように温度制御することで、形成されるパターンＰのＣＤをそろえることができる。なお、温度制御は、パターンＰのＣＤを均一にする制御に限定されるものではなく、パターンＰのＣＤがあえて不均一となるように制御してもよい。例えば、後工程でパターンＰのＣＤがウエハＷのセンターとエッジで不均一となる場合、後工程の後にパターンＰのＣＤの均一とするため、ウエハＷのセンターとエッジでパターンＰのＣＤが不均一となるように各ゾーン１１６の温度を制御してもよい。

図２７は、実施形態に係る被処理体の温度と成膜量との関係の一例を説明するための図である。基板処理装置において処理されるウエハＷは例えば、直径約３００ｍｍの円盤形状である。ウエハＷに対して成膜処理を実行するときウエハＷの温度によって成膜量が変動することが知られている。図２７の（Ａ）は、ウエハＷの温度と成膜量との関係を示す。（Ａ）に示すように、ウエハＷ温度が高くなると成膜量は増加し、ウエハＷ温度が低くなると成膜量が減少する。

他方、エッチング等の処理時にはウエハＷの中心部分では形状異常（例えばボーイング）が小さく、ウエハＷのエッジ部分で形状異常が大きくなる傾向があることが知られている。

そこで、形状異常が小さい傾向がある中心部の温度を、形状異常が大きい傾向があるエッジ部よりも低くなるよう載置台１１０の各ゾーン１１６の温度を制御する。このように制御すれば、形成される膜の膜厚をウエハＷの半径方向位置に応じて調整することができ、形成される膜の面内均一性を向上できる。

また、膜厚制御のために図２７の（Ｂ）に示すように径方向および周方向に分割された複数のゾーンを設けて、各々独立に温度制御できるようにすることで、面内均一性の向上以外にも、温度制御を利用できる。例えば、ウエハＷの位置ごとに形成する膜の厚みを変える等の処理も実現できる。

１０ Ｓｉ層
１１ ＳｉＯ_２膜
１２ ＳｉＮ膜
１４ 自然酸化膜
５１ カーボン膜
５２ 膜
１００ プラズマ処理装置
２００ 加熱装置
Ｐ パターン
Ｗ ウエハ

Claims (9)

1. パターンを有する処理対象の基板を提供する工程と、
   前記基板に膜を成膜する工程と、
   前記基板の表層に反応層をプラズマにより形成する工程と、
   前記基板にエネルギーを与えて前記反応層を除去する工程と、
   を有し、
   前記成膜する工程は、前記基板の第１領域に選択的にシリコン含有膜を成膜し、
   前記除去する工程は、前記反応層を除去することで前記基板の第１領域以外の第２領域に形成されたシリコン含有膜を除去する
   基板処理方法。
2. パターンを有する処理対象の基板を提供する工程と、
   前記基板に膜を成膜する工程と、
   前記基板の表層に反応層をプラズマにより形成する工程と、
   前記基板にエネルギーを与えて前記反応層を除去する工程と、
   を有し、
   前記基板は、シリコン層に設けられたＳｉＯ_２膜に当該シリコン層に到達するパターンが形成され、ＳｉＯ_２膜の上面およびパターンの側面がＳｉＮ膜で覆われ、パターンの底部のシリコン層に自然酸化膜が形成され、
   前記成膜する工程は、少なくともパターンの側面にＳｉＯ_２膜を成膜し、
   前記形成する工程は、ＮＦ_３ガスおよびＮＨ_３ガスを供給しつつプラズマを生成してＳｉＯ_２膜および自然酸化膜と反応させて反応層として（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を形成し、
   前記除去する工程は、前記反応層を除去することで前記自然酸化膜を除去する
   基板処理方法。
3. 前記形成する工程は、前記基板の温度を１００℃以下として前記反応層を形成し、
   前記除去する工程は、前記基板の温度を１００℃以上として前記反応層を昇華させる
   請求項１又は２に記載の基板処理方法。
4. 前記成膜する工程は、前記基板に形成されたシリコン含有膜と同種のシリコン含有膜を成膜する
   請求項１に記載の基板処理方法。
5. 前記成膜する工程は、前記基板に形成されたシリコン含有膜と異種のシリコン含有膜を成膜する
   請求項１に記載の基板処理方法。
6. エッチングする工程をさらに含む請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。
7. 基板処理方法において、
   プラズマを用いてパターンを有する基板にシリコン含有膜を含む膜を成膜する工程であって、成膜領域を制御して前記成膜領域に成膜量を制御するように制御される、前記成膜する工程と、
   前記成膜する工程後、前記膜の表面にアンモニウムフルオロシリケート(ammonium fluorosilicate)を含む反応層を形成するように前記基板が配置された処理室にプラズマを生成する工程と、
   前記反応層を除去するように前記膜の前記表面に前記反応層が形成された前記基板にエネルギーを与える工程と、を含み、
   前記プラズマを生成する工程で、前記基板は１００℃以下に設定され、
   前記基板にエネルギーを与える工程で、前記基板は１００℃以上に設定され、
   前記方法は、前記パターンの一部を除去して前記パターンの大きさ、形状の一方又は両方を変更する工程を更に含む、
   基板処理方法。
8. 基板処理方法において、
   パターンを有する基板に膜を成膜する工程と、
   前記成膜する工程後、前記膜の表面に反応層を形成するように前記基板が配置された処理室にプラズマを生成する工程と、
   前記反応層を除去するように前記膜の前記表面に前記反応層が形成された前記基板にエネルギーを与える工程と、を含み、
   前記基板の前記パターンは、シリコン層に到達するように前記シリコン層に設けられた第１のＳｉＯ_２膜上に形成され、前記第１のＳｉＯ_２膜の上面及び前記パターンの側面がＳｉＮ膜で覆われ、前記パターンの底部のシリコン層に自然酸化膜が形成され、
   前記成膜する工程で、第２のＳｉＯ_２膜が少なくとも前記パターンの前記側面に形成され、
   前記プラズマを生成する工程で、前記プラズマは前記処理室に反応ガスを供給しつつ生成し、前記第２のＳｉＯ_２膜及び前記自然酸化膜は前記反応ガスと反応して前記反応層を形成し、
   前記基板にエネルギーを与える工程で、前記自然酸化膜は前記反応層を除去することで除去される、
   基板処理方法。
9. 基板処理方法において、
   基板のシリコン層に設けられた第１のシリコン含有膜にパターンを形成することにより、前記パターンの底部の前記シリコン層に自然酸化膜が形成されるようにする工程と、
   前記第１のシリコン含有膜の上面及び前記パターンの側面をＳｉＮ膜で覆う工程と、
   少なくとも前記パターンの前記側面に第２シリコン含有膜を成膜する工程と、
   前記第２シリコン含有膜の表面に反応層を形成するように前記基板が配置された処理室にプラズマを生成する工程と、
   前記反応層を除去するように前記第２シリコン含有膜の前記表面に前記反応層が形成された前記基板にエネルギーを与える工程とを含む、
   基板処理方法。

Images