JPWO2015011829A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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真 檜山
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Abstract

【課題】基板面内において、高い選択性を有するエッチングを実現する。【解決手段】 上記課題を解決するために、少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、前記載置部が設けられた処理容器と、前記基板へエッチングガスを供給するガス供給系と、前記エッチングガスを前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御する温度制御部と、 前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、を有する基板処理装置を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、ドライエッチングによる基板処理装置、半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置においては、更なる高集積化を図る為にパターンの微細化が進められている。微細パターンを実現するために、犠牲膜形成工程やエッチング工程を用いた様々な手法が検討されている。これらの工程を活用することで、極細の溝や柱を有するパターンを形成することが可能となる。
エッチング方法として、ウェットエッチングやプラズマドライエッチングが存在する。ドライエッチングに関しては、例えば文献１に開示されている。
特開２０１１−４４４９３
高品質な微細パターンを形成する際は、隣接するパターン間の距離や、パターンの強度、パターンの均一性等を考慮する必要がある。それらを実現するために、基板面内において、高い選択性を有するエッチング方法が求められている。
上記課題を解決するために、
少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、
前記載置部が設けられた処理容器と、
前記基板へエッチングガスを供給するガス供給系と、
前記エッチングガスを前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御する温度制御部と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
を有する基板処理装置を提供する。
更には、
少なくともシリコンを含有する第一の膜と前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板にエッチングガスを供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と
を有する半導体装置の製造方法を提供する。
このようにすることで、高い選択性を有するエッチングを実現することができるので、高品質な微細パターンを形成することが可能となる。
本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略横断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置が有する処理ユニットを説明するための縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る処理ユニットが有するサセプタの縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係るコントローラを説明するための構造図である。 本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置が処理するデバイスの構造を説明するための縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る処理フローを説明する図である。 本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置が処理するデバイスの構造を説明するための縦断面図である。 本発明の好ましい実施形態に係る基板処理装置が処理するデバイスの構造を説明するための縦断面図である。
次に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。 本発明は、例えば半導体製造装置で用いられる基板処理方法に関するものである。特に反応性ガスを基板表面に供給して、エッチング処理を行う基板処理方法に関する。
（第一実施形態）（基板処理装置） 本発明の好ましい実施形態においては、半導体製造装置や基板処理装置として用いられるエッチング装置により、半導体装置の製造方法、及び基板処理方法が実現される。 図１は、本発明の好ましい実施形態に係るエッチング装置を説明するための概略横断面図であり、図２は、本発明の好ましい実施形態に係るエッチング装置を説明するための概略縦断面図である。図１、図２に示されるように、エッチング装置１０は、ＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）１００と、ロードロックチャンバ部２００と、トランスファーモジュール部３００と、エッチング処理がなされる処理室として用いられるプロセスチャンバ部４００とを備えている。
ＥＦＥＭ１００は、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）１１０、１２０及びそれぞれのＦＯＵＰからロードロックチャンバへウエハを搬送する第１の搬送部である大気搬送ロボット１３０を備える。 ＦＯＵＰには２５枚の基板としてのウエハが搭載され、大気搬送ロボット１３０のアーム部がＦＯＵＰから５枚ずつウエハを抜き出す。
ロードロックチャンバ部２００は、ロードロックチャンバ２５０、２６０と、ＦＯＵＰから搬送されたウエハ６００をロードロックチャンバ２５０、２６０内でそれぞれ保持するバッファユニット２１０、２２０を備えている。バッファユニット２１０、２２０は、ボート２１１、２２１とその下部のインデックスアセンブリ２１２、２２２とを備えている。ボート２１１（２２１）と、その下部のインデックスアセンブリ２１２（２２２）は、θ軸２１４（２２４）により同時に回転する。
トランスファーモジュール部３００は、搬送室として用いられるトランスファーモジュール３１０を備えており、先述のロードロックチャンバ２５０、２６０は、ゲートバルブ３１１、３１２を介して、トランスファーモジュール３１０に取り付けられている。トランスファーモジュール３１０には、第２の搬送部として用いられる真空アームロボットユニット３２０が設けられている。
プロセスチャンバ部４００は、処理ユニット４１０、４２０を備えている。処理ユニット４１０、４２０は、ゲートバルブ３１３、３１４を介してトランスファーモジュール３１０に取り付けられている。
処理ユニット４１０、４２０は、後述するウエハ６００を載置するサセプタテーブル４１１、４２１を備えている。サセプタテーブル４１１、４２１をそれぞれ貫通してリフターピン４１３、４２３が設けられている。リフターピン４１３、４２３は、Ｚ軸４１２、４２２の方向に、それぞれ上下する。さらには、ガスバッファ空間４３０、４４０を有する。
後述するように、ガスバッファ空間４３０、４４０は、空間を形成する壁４３１、４４１をそれぞれ備えている。ガスバッファ空間４３０、４４０の上部には、ガス供給孔がそれぞれ設けられている。
更に、各構成に電気的に接続されるコントローラ５００を有する。コントローラ５００は各構成の動作を制御する。
以上のように構成されたエッチング装置１０においては、ＦＯＵＰ１１０、１２０からロードロックチャンバ２５０（２６０）へとウエハ６００が搬送される。この際、まず、図２に示されるように、大気搬送ロボット１３０が、ＦＯＵＰのポッドにツィーザを格納し、５枚のウエハをツィーザ上へ載置する。このとき、取り出すウエハの高さ方向の位置に合わせて、大気搬送ロボット１３０のツィーザ及びアームを上下させる。
ウエハをツィーザへ載置した後、大気搬送ロボット１３０がθ軸１３１方向に回転し、バッファユニット２１０（２２０）のボート２１１（２２１）にウエハを搭載する。このとき、ボート２１１（２２１）のＺ軸２３０方向の動作により、ボート２１１（２２１）は、大気搬送ロボット１３０から２５枚のウエハ６００を受け取る。２５枚のウエハを受け取った後、ボート２１１（２２１）の最下層にあるウエハがトランスファーモジュール部３００の高さ位置に合うよう、ボート２１１（２２１）をＺ軸２３０方向に動作させる。
ロードロックチャンバ２５０（２６０）においては、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内にバッファユニット２１０（２２０）によって、保持されているウエハ６００を、真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１に搭載する。θ軸３２５方向で真空アームロボットユニット３２０を回転し、さらにＹ軸３２６方向にフィンガーを延伸し、処理ユニット４１０（４２０）内のサセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。
ここで、ウエハ６００を、フィンガー３２１からサセプタテーブル４１１（４２１）へ移載する際のエッチング装置１０の動作を説明する。
真空アームロボットユニット３２０のフィンガー３２１とリフターピン４１３（４２３）との協働により、ウエハ６００を、サセプタテーブル４１１（４２１）上に移載する。また、逆の動作により、処理が終了したウエハ６００をサセプタテーブル４１１（４２１）から、真空アームロボットユニット３２０によって、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内のバッファユニット２１０（２２０）にウエハ６００を移載する。
以上のように構成されたエッチング装置１０では、ロードロックチャンバ２５０（２６０）へウエハ６００が搬送され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）内が真空引き（真空置換）され、ロードロックチャンバ２５０（２６０）から、トランスファーモジュール３１０を経てウエハ６００が処理ユニット４１０（４２０）へと搬送され、処理ユニット４１０（４２０）でウエハ６００からエッチング対象物の除去がなされ（除去工程）、エッチング対象物の除去がなされたウエハ６００が、トランスファーモジュール３１０を経て再びロードロックチャンバ２５０（２６０）へ搬送される。
（基板処理装置における処理ユニット） 図３は処理ユニット４１０の詳細を示した図であり、以下に説明する。尚、先述の処理ユニット４２０は、処理ユニット４１０と同じ構成である。
処理ユニット４１０は、半導体基板や半導体素子にエッチングを施す処理ユニットである。処理ユニット４１０は、図３に示すように、ガスバッファ室４３０、半導体基板などのウエハ６００を収容する処理室４４５を備えている。例えば、架台としての水平なベースプレート４４８の上部にガスバッファ室４３０を配置し、ベースプレート４４８の下部に処理室４４５を配置して構成される。
ガスバッファ室４３０には、ガス導入口４３３から反応ガスが供給される。ガスバッファ室４３０の壁４３１は、高純度の石英硝子やセラミックスにて筒状に形成された所謂チャンバである。壁４３１は、軸線が垂直になるように配置され、トッププレート４５４と、トッププレート４５４とは異なる方向に設けられた処理室４４５によって上下端が気密に封止される。トッププレート４５４は壁４３１及び外側シールド４３２の上端に支持されている。
トッププレート４５４は、壁４３１の一端を塞ぐ蓋部４５４ａと、蓋部４５４ａを支持する支持部４５４ｂから構成される。
蓋部４５４ａのほぼ中央には、ガス導入口４３３が設けられている。壁４３１の先端とフランジ部分、支持部４５４ｂとの間にはＯリング４５３が設けられ、ガスバッファ室４３０を気密にするよう構成している。
壁４３１の下方の処理室４４５の底面には、複数（例えば４本）の支柱４６１によって支持される基板載置部としてのサセプタ４５９が設けられる。サセプタ４５９には、サセプタテーブル４１１、サセプタ４５９の内部に設けられ、サセプタ上のウエハを加熱する基板加熱部としてのヒータ４６３、後述する冷却剤流路４６４が具備される。
サセプタ４５９の下方には、排気板４６５が配設される。排気板４６５は、ガイドシャフト４６７を介して底板４６９に支持され、底板４６９は処理室４４５の下面に気密に設けられる。昇降板４７１がガイドシャフト４６７をガイドとして昇降自在に動くように設けられる。昇降板４７１は、少なくとも３本のリフターピン４１３を支持している。
図３に示されるように、リフターピン４１３は、サセプタ４５９のサセプタテーブル４１１を貫通する。そして、リフターピン４１３の頂には、ウエハ６００を支持する支持部４１４が設けられている。支持部４１４は、サセプタ４５９の中心方向に延出している。リフターピン４１３の昇降によって、ウエハ６００をサセプタテーブル４１１に載置し、あるいはサセプタテーブル４１１から持ち上げることができる。
底板４６９を経由して、昇降駆動部４９０の昇降シャフト４７３が昇降板４７１に連結されている。昇降駆動部が昇降シャフト４７３を昇降させることで、昇降板４７１とリフターピン４１３を介して、支持部４１４が昇降する。尚、図３においては、支持部４１４が取り付けられた状態のリフターピン４１３が図示されている。
サセプタ４５９と排気板４６５の間に、バッフルリング４５８が設けられる。バッフルリング４５８、サセプタ４５９、排気板４６５で第一排気室４７４が形成される。円筒状のバッフルリング４５８は、通気孔が多数均一に設けられている。従って、第一排気室４７４は、処理室４４５と仕切られ、また通気孔によって、処理室４４５と連通している。
排気板４６５に、排気連通孔４７５が設けられる。排気連通孔４７５によって、第一排気室４７４と第二排気室４７６が連通される。第二排気室４７６には、重力方向に延伸された排気管４８０が連通されており、排気管４８０には、上流から圧力調整バルブ４７９、排気ポンプ４８１が設けられている。サセプタ４５９の下方であり、更に重力方向に排気管４８０を設けることで、供給されたガスは処理室４４５に留まることなく排気される。従って、担当者によるメンテナンス時、ガスの接触による危険度を低減することができる。ガス排気部は、排気管４８０、圧力調整バルブ４７９を少なくとも有する。排気ポンプ４８１をガス排気部に含めても良い。
壁４３１の上部のトッププレート４５４には、第一のガス供給ユニット４８２と第二のガス供給ユニット４８３が接続されている。第一のガス供給ユニット４８２（第一のガス供給部）は、ガス導入口４３３に接続されるガス供給管４８２ａ、ガス供給管４８２ａに接続される不活性ガス供給管４８２ｅを有する。ガス供給管４８２ａの上流には、第一のガスのガス源４８２ｂが接続されている。ガス供給管４８２ａには、上流から、マスフローコントローラ４８２ｃ、開閉弁４８２ｄが設けられている。ガス供給管４８２ｅの上流には、不活性ガスのガス源４８２ｆが接続されている。不活性ガス供給管４８２ｅには、上流からマスフローコントローラ４８２ｇ、開閉弁４８２ｈが設けられている。
マスフローコントローラ４８２ｃ、開閉弁４８２ｄを制御することで、第一のガスの流量を制御する。また、マスフローコントローラ４８２ｇ、開閉弁４８２ｈを制御することで、不活性ガスの流量を制御する。不活性ガスは、ガス供給管４８２ａの残ガスをパージするパージガスとして、更にはガス供給管４８２ａに供給される第一のガスのキャリアガスとして用いられる。
ガス供給ユニット４８２は、ガス供給管４８２ａ、マスフローコントローラ４８２ｃ、開閉弁４８２ｄを少なくとも有する。尚、第一のガス供給ユニット４８２には、パージガス供給管４８２ｅ、マスフローコントローラ４８２ｇ、開閉弁４８２ｈを含めても良い。更には、第一のガスのガス源４８２ｂ、不活性ガスのガス源４８２ｆを含めても良い
。
第一のガスとして、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、五フッ化臭素（ＢｒＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）の内、いずれかのガスが用いられる。
第二のガス供給ユニット４８３は、壁４３１の上部のトッププレート４５４において、ガス供給ユニット４８２と隣接するように接続されている。ガス供給ユニット４８３（第二のガス供給部）は、ガス導入口４３３に接続されるガス供給管４８３ａを有する。ガス供給管４８３ａの上流には、第二のガスのガス源４８３ｂが接続されている。ガス供給管４８３ａには、上流から、マスフローコントローラ４８３ｃ、開閉弁４８３ｄが設けられている。
マスフローコントローラ４８３ｃ、開閉弁４８３ｄを制御することで、ガスの流量を制御する。第二のガス供給ユニット４８３は、ガス供給管４８３ａ、マスフローコントローラ４８３ｃ、開閉弁４８３ｄを少なくとも有する。尚、第二のガス供給ユニット４８３にガス源４８３ｂを含めても良い。
第二のガスとして、例えば窒素（Ｎ２）等の不活性ガスが用いられる。この不活性ガスは、第一のガスの希釈ガスとして、もしくは処理室内の残ガスのパージガスとして用いられる。
本実施形態においては、第一のガス供給ユニットと第二のガス供給ユニットの供給孔を共通のガス導入口４３３としたが、それに限るものではなく、ガス供給部それぞれに対応したガス供給孔を設けても良い。
マスフローコントローラ４８２ｃ、４８３ｃ、圧力調整バルブ４７９を制御し、ガスの供給量や処理室４４５からのガス排気量を調整することで、処理室４４５内の圧力や供給されるガスの分圧が調整される。
ガスバッファ室４３０内には、板部４８４ａと、その板部４８４ａに複数設けられた孔部４８４ｂとを有する多孔性のシャワープレート４８４が設けられている。ガス供給孔３４３から供給されたガスはシャワープレート４８４の板部４８４ａにぶつかり、孔部４８４ｂを介してウエハ６００の表面に供給される。このように、供給されたガスはシャワープレート４８４によって均一に分散され、ウエハ６００上に供給される。
各構成は、電気的にコントローラ５００に接続され、制御される。例えば、コントローラ５００は、マスフローコントローラ４８２ｃ、４８３ｃ、開閉弁４８２ｄ、４８３ｄ、圧力調整バルブ４７９、昇降駆動部４９０等を制御する。更には、後述するヒータ制御部４８５、冷却剤流量制御部４８６制御する。
図４はサセプタ４５９の詳細説明図である。サセプタテーブル４１１には、ヒータ４６３及び冷却剤流路４６４が内包されている。ヒータ４６３及びサセプタ冷却剤流路４６４はサセプタテーブル４１１内に設けられ、サセプタ４５９上に載置されるウエハ６００の温度を制御する。
ヒータ４６３は、ヒータ電力供給線４８７を介して、ヒータ制御部４８５に接続される。ヒータ４６３の近傍には、サセプタ４５９やサセプタ上に載置されるウエハ６００の温度を検出するための温度検出部４８８が設けられている。温度検出部４８８はコントローラ５００に電気的に接続され、温度検出部４８８で検出された温度データはコントローラ５００に入力される。コントローラ５００は検出された温度データに基づき、ヒータ温度制御部４８５にヒータ４６３へ供給する電力量を制御するよう指示し、ウエハ６００が所望の温度となるようヒータ４６３を制御する。
サセプタ冷却剤流路４６４は、外部冷却剤流路４８９を介して、冷却剤源やその流量を制御する構成を含めた冷却剤流量制御ユニット４９１が接続されている。サセプタ冷却剤流路４６４や外部冷却剤流路４８９では矢印４８９ｃ方向に冷却剤が流れる。冷却剤流量制御ユニット４９１の上流には、サセプタ冷却剤流路４６４を流れた冷却剤の温度を検出する冷却剤温度検出部４９２が設けられる。冷却剤温度検出部４９２はコントローラ５００と電気的に接続され、冷却剤温度検出部４９２で検出された温度データはコントローラ５００に入力される。コントローラ５００は、検出された温度データに基づき、ウエハ６００が所望の温度となるよう、冷却剤流量制御部４８６に冷却剤流量を制御するよう指示し、冷却剤の流量を制御する。
尚、本実施形態においては、ヒータ温度制御部４８５及び冷却剤流量制御部４８６をコントローラ５００と別構成として説明したが、それに限るものではなく、コントローラ５００がヒータ温度制御部４８８及び冷却剤流量制御部４８６を兼ねても良い。冷却剤流量制御部４８６、ヒータ温度制御部４８８をまとめて温度制御部と呼ぶ。なお、温度制御部として、ヒータ４６３、冷却剤流路４６４を含めても良い。更には、冷却剤供給ユニット４９１、外部冷却剤流路４８９、冷却剤温度検出部４９２、ヒータ電力供給線４８７を温度制御部に含めても良い。また、ヒータ４６３、冷却剤流路４６４をまとめて温度調整機構と呼ぶ。上記のように、温度制御部と温度調整機構によってウエハ温度が制御される。
続いて、コントローラ５００の具体的構成について説明する。図５に示す様に、制御部（制御手段）であるコントローラ５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５００ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５００ｂ、記憶装置５００ｃ、Ｉ／Ｏポート５００ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ５００ｂ、記憶装置５００ｃ、Ｉ／Ｏポート５００ｄは、内部バス５００ｅを介して、ＣＰＵ５００ａとデータ交換可能な様に構成されている。コントローラ５００には、例えばタッチパネル等として構成された入力装置５０１が接続されている。
記憶装置５００ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置５００ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。更には、エッチングガスの種類毎に処理条件が記憶されている。ここで、処理条件とは、そのウエハやサセプタの温度帯、処理室の圧力、ガスの分圧、ガス供給量、冷却剤流量、処理時間など、基板を処理する際の条件を言う。
尚、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ５００に実行させ、所定の結果を得ることが出来る様に組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。尚、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、ＲＡＭ５００ｂは、ＣＰＵ５００ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域（ワークエリア）として構成されている。
Ｉ／Ｏポート５００ｄは、上述の昇降駆動部４９０、ヒータ温度制御部４８５、ＡＰＣバルブ４７９、マスフローコントローラ４７７，４８３、開閉弁４７８，４８４、排気ポンプ４８１、大気搬送ロボット１３０、ゲートバルブ３１３，３１４、真空アームロボットユニット３２０、冷却剤流量制御部４８６等に接続されている。
ＣＰＵ５００ａは、記憶装置５００ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置５０１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置５００ｃからプロセスレシピを読み出す様に構成されている。そして、ＣＰＵ５００ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿う様に、昇降駆動部４９０によるリフターピン４１３の上下動作、基板加熱機構４６３によるウエハ６００の加熱動作、ＡＰＣバルブ４７９による圧力調整動作、マスフローコントローラ４８２ｃ、４８２ｇ、４８３ｃと開閉弁４８２ｄ、４８２ｈ、４８３ｄによる処理ガスの流量調整動作、等を制御する様に構成されている。
尚、コントローラ５００は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ（ＵＳＢ Ｆｌａｓｈ Ｄｒｉｖｅ）やメモリカード等の半導体メモリ）１２３を用意し、係る外部記憶装置１２３を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ５００を構成することができる。尚、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置１２３を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置１２３を介さずにプログラムを供給する様にしてもよい。尚、記憶装置５００ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。尚、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置５００ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
（基板処理方法）
続いて、本発明の基板処理装置を用いた基板処理の一例について、図６、７を用いて以下に説明する。基板処理装置の各部の動作は、コントローラ５００によって制御される。
（処理ウエハの説明）
本実施形態において処理されるウエハ６００に形成された膜について、図６を用いて説明する。図６は半導体メモリの一種であるＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を作成する一工程において形成されたデバイス構造を説明する図である。図６（Ａ）は本実施形態のエッチング処理を行う前のデバイス構造であり、図６（Ｂ）は本実施形態のエッチング処理を行った後のデバイス構造である。本実施形態のエッチング処理では、後述する犠牲膜であるシリコン（Ｓｉ）を含有した第三の層６０６を除去する。第三の層６０６は、シリコンを主成分とした膜である。
ウエハ６００には、ゲート電極と、金属を主成分としたキャパシタ下部電極と、キャパシタ下部電極を形成する際に使用した犠牲膜等が形成されている。キャパシタ下部電極を形成する金属を主成分とした膜は、犠牲膜よりもシリコン含有率が少ない膜である。本実施形態では、犠牲膜の除去工程（エッチングプロセス）が行われる。シリコン含有率とは、膜の組成比におけるシリコンの割合を言う。
以下に、本発明のエッチングプロセスについて具体的に説明する。
ウエハ６００上にはゲート電極６０１が複数形成され、それぞれのゲート電極６０１下方の左右にはソース／ドレインが形成されている。ソース／ドレインのいずれかには、キャパシタ下部電極６０２に接続されるプラグ６０３が電気的に接続される。キャパシタ下部電極６０２は筒状の柱で構成され、後の工程で形成される誘電膜の面積を増加するため、内周を繰り抜いた円柱状で構成される。キャパシタ下部電極６０２の材料として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）が用いられている。
ゲート電極６０１、プラグ６０３及び図中省略のビットライン電極が内包された第一の層６０４は、電極間を絶縁する絶縁膜等で形成されている。第一の層６０４の上方には、エッチングストッパ膜である第二の層６０５が形成されている。第二の層６０５の上方であって、キャパシタ下部電極の周囲には、犠牲膜であるシリコン（Ｓｉ）を主成分とした第三の層６０６が形成されている。犠牲膜をエッチングした後、下部電極６０２の内周、及びエッチングにより露出された外周に誘電膜が形成される。
従来、第三の層６０６はウェットエッチングにて除去されていた。しかしながら、近年の微細化に伴うパターンの強度不足により、ウェットエッチングを行う際、エッチング溶液の圧力によりパターンが倒壊することがあった。従って、微細化パターンにおけるエッチングプロセスでは、パターンを倒壊させないことが求められている。
（基板処理方法）
本実施形態においては、微細化パターンを倒壊させないためにエッチングガスを用いる。以下、図７を用いてエッチング方法を説明する。
（初期冷却剤流量制御工程 Ｓ１０２）
冷却剤供給部４８６は冷却剤流量制御ユニット４９１を制御し、予め設定された液量と液温に調整された冷却剤を、外部冷却剤流路４８９ａ、冷却剤流路４６４、冷却剤流路４８９ｂ間を矢印４８９ｃの方向に循環させる。
（初期ヒータ温度調整工程 Ｓ１０４）
ヒータ温度制御部４８５は、予め設定された初期電力をヒータ４６３に供給し、所望の温度となるようヒータ４６３を発熱させる。
（サセプタ温度検出工程 Ｓ１０６）
初期冷却剤流量制御工程Ｓ１０２及び初期ヒータ温度調整工程Ｓ１０４の後、温度検出部４８８はサセプタ４５９の温度を検出する。検出されたサセプタ温度の情報はコントローラ５００に入力される。
（サセプタ温度判定工程 Ｓ１０８）
コントローラ５００は、検出された温度データが予め定められた温度範囲であると判定した場合、即ち「Ｙｅｓ」の場合、次の基板載置工程Ｓ２０２に移行する。
検出された温度データが、予め定められた温度範囲と異なる情報である場合、即ち「Ｎｏ」である場合、予め定められた温度になるまで、初期冷却剤流量制御工程Ｓ１０２及び初期ヒータ温度調整工程Ｓ１０４と、その後のサセプタ温度検出工程を繰り返す。
Ｓ１０２からＳ１０８はウエハを処理する前の準備段階であり、ここではＳ１０２からＳ１０８を初期工程と呼ぶ。
（ウエハ載置工程 Ｓ２０２）
サセプタ温度が予め定められた温度範囲となったら、真空アームロボット３２０のフィンガー３２１が、処理室４４５へウエハ６００を搬送する。具体的には、ウエハ６００を搭載したフィンガー３２１が、処理室４４５に進入し、フィンガー３２１が、上昇されたリフターピン４１３にウエハ６００を載置する。リフターピン４１３の先端は、サセプタテーブル４１１から浮いた状態で維持される。ウエハ６００は、リフターピン４１３上に、つまりサセプタテーブル４１１から浮いた状態で受け渡される。
（エッチングガス供給/ウエハ処理工程 Ｓ２０４）
ウエハ６００が載置されると、ウエハ６００は温度制御部によって後述する所定の温度範囲に加熱され、維持される。ここで、所定の温度範囲とは、エッチングガスが外部からの強力なエネルギーを得ずとも、高い選択性を維持できる温度範囲を言う。例えば、二フッ化キセノンの場合、室温（２０℃程度）以上１３０℃の間であり、七フッ化ヨウ素の場合３０℃以上１００℃以下である。この時、温度の下限は、例えば、温度の制御性やガスが液化しない温度を考慮して決定する。
ここで、外部からの強力なエネルギーとは、例えばエッチングガスに印加される高周波電力を言う。高周波電力を印加するとガスがプラズマ状態となり、それによってエッチング処理を行う場合が考えられる。ところが、プラズマ状態のガスでエッチングを行った場合、ウエハにプラズマ誘起ダメージが発生することがあり、それが回路の品質劣化につながってしまう。プラズマ誘起ダメージとは、例えばチャージングダメージや、イオンによるダメージ等である。
そこで、プラズマ誘起ダメージによって品質劣化を引き起こす膜を有する基板に対しては、ノンプラズマ状態のガスで高い選択性のエッチングが可能となるよう、温度幅を所望の温度に制御する。プラズマ誘起ダメージによって品質劣化を引き起こす膜とは、例えば金属で構成される回路や電極を言う。
尚、「高い選択性」とは、例えばシリコンを主成分とした第一の膜（以下シリコン膜）のエッチング比を、第一の膜よりもシリコン含有率が少ない膜（例えば金属を主成分とした膜）である第二の膜よりも高くすることを言う。具体的には、第二の膜のエッチング速度よりシリコン膜のエッチング速度を高くすることを言う。より良くは、第二の膜をエッチングせずに、シリコン膜をエッチングすることを言う。このようにすることで、高いアスペクト比であるキャパシタ下部電極を有するウエハにおいても、残渣の無いエッチングが可能となる。
次に、ガス供給ユニット４８３を制御して、希釈ガスとしての窒素ガスを処理室４４５内に供給する。それと併行して、ガス供給ユニット４８２を制御して、ガス導入口４３３から処理室４４５内にエッチングガスを供給する。すなわち、エッチングガスを基板へ供給する。エッチングガスとして、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、五フッ化臭素（ＢｒＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）の内、いずれかが用いられる。供給されたエッチングガスは、シャワープレート４８４の板部４８４ａにぶつかり、孔部４８４ｂを介して、拡散された状態でウエハ６００に供給される。拡散することで、均一にウエハ６００上にガスが供給されるため、ウエハ面内（本実施例においては第三の膜３０６）を均一にエッチングすることが可能となる。
各ガス供給ユニットは０．１ｓｌｍから１０ｓｌｍのうち、所定のガス流量に設定される。例えば、３ｓｌｍに設定される。処理室の圧力は、例えば１Ｐａから１３００Ｐａのうち、所定の圧力に設定される。例えば１００Ｐａに設定される。
ところで、上記エッチングガスはシリコン膜と接触し反応すると発熱する性質を有する。発生した反応熱は熱伝導により金属膜や基板に伝導し、その結果金属膜の特性劣化や基板の反りが発生することが考えられる。更には、ウエハ６００の温度が所定の温度範囲から外れ、エッチングガスが高い選択性を失うことが考えられる。
エッチングガスの濃度とエッチングレートは比例関係にあり、更にはエッチングレートと反応熱量は比例関係にあるため、エッチングガスの濃度を高くしてエッチングレートを上昇させる場合、上記の現象がより顕著となる。
そこで、エッチングガスと共に希釈ガスを処理室４４５に供給することで、エッチングガスの濃度を薄め、反応熱による過度な温度上昇を抑制する。希釈ガスの供給量は、例えばエッチングガスの供給量よりも多くする。
なお、ここでは希釈ガスとエッチングガスの供給をほぼ同時に開始したが、それに限るものではなく、より良くは、希釈ガスを供給した後にエッチングガスを供給するのが良い。この場合、例えばハロゲンのような希釈ガスよりも重い物質を含み、更には外部からの強力なエネルギーを得ずにエッチング可能なガスに優位である。仮にハロゲンを含むガスと希釈ガスを同時に供給した場合、希釈ガスよりも先にハロゲンを含むガスが基板上に到達する。即ち、濃度の高いエッチングガスが希釈ガスよりも先に基板上位到達してしまう。この場合、早急にエッチングされるため、急激に温度が上昇し、エッチングの高い選択性を失うことが考えられる。それを防ぐために、希釈ガスを供給した後にエッチングガスを供給するのが望ましい。
より良くは、希釈ガス雰囲気で処理室が満たされた状態で、処理室の圧力が安定してからエッチングガスを供給する。これは、希釈ガス量がエッチングガス量に対して十分に多い場合であって、例えばエッチングの深さを制御するプロセス等に有効である。圧力が安定した状態でエッチングを行うので、エッチングレートを安定させることができる。その結果エッチングの深さを制御し易くなる。
更に本実施形態においては、エッチングガスがウエハと接触する間、ウエハ６００を所望の温度範囲に維持することで、高いエッチングレートの維持、基板を構成する膜の特性劣化の防止、基板の反りの防止、高い選択性の維持のいずれか、もしくはそれらのいずれかの組み合わせを同時に達成する。
（ウエハ温度検出工程 Ｓ２０６） 前述のように、エッチングガスがウエハ６００と接触する間、反応熱によってウエハ６００が加熱される。ここでは、反応熱によって加熱されたウエハ６００の温度を温度検出部４８８が検出する。
（ウエハ温度判定工程 Ｓ２０８） ウエハ温度検出工程Ｓ２０６で検出された温度データは、コントローラ５００に入力される。コントローラ５００は、温度データが所望の温度の範囲か否かを判定する。所望の温度範囲である場合、即ち「Ｙｅｓ」の場合、Ｓ２１４のヒータ制御・冷却剤流量制御維持工程に移行する。検出された温度データが所望の温度の範囲ではない場合、即ち「Ｎｏ」の場合ウエハ温度が所望の温度となるよう温度制御部を調整する工程（Ｓ２１０、Ｓ２１２）へ移行する。
（ヒータ温度調整工程 Ｓ２１０） ウエハ温度判定工程Ｓ２０８にて、ウエハ温度が所定の温度範囲ではないと判定されたら、ヒータ温度制御部４６８はヒータ４６３への電力供給量を制御する。本実施形態の場合、反応熱によりウエハ６００の温度が所定の温度範囲の上限値よりも高い温度に上昇しているため、所望の温度に維持するためにヒータ４６３の温度を下降させる。
（冷却剤流量調整工程 Ｓ２１２） ウエハ温度が所定の温度範囲ではないと判定されたら、冷却剤流量制御部４８６は冷却剤の流量や温度を制御する。本実施形態の場合、反応熱によりウエハ６００の温度が所定の温度範囲の上限値よりも高い温度に上昇しているため、所望の温度に維持するために冷却剤の流量を増加又は温度を低下させる。このようにすることで、ウエハ６００の冷却効率を高める。
ヒータ温度調整工程S２１０や冷却剤流量調整工程Ｓ２１２のようにヒータ４６３と冷却剤流量を制御することで、ウエハ６００が所定の温度範囲となるよう調整する。調整後、ウエハ温度検出工程Ｓ２０６に移動し、所定の温度範囲なるまで繰り返す。
尚、本実施形態ではヒータ温度調整工程Ｓ２１０の後に冷却剤流量調整工程Ｓ２１２を実施しているが、それに限るものでない。例えば、ウエハ温度判定工程の後に、冷却剤流量調整工程を行い、その後ヒータ温度調整工程を実施しても良い。もしくは、ウエハ温度判定工程Ｓ２０８の後に、冷却剤流量調整工程Ｓ２１０とヒータ温度調整工程Ｓ２１２を並行して実施しても良い。
更には、本実施形態においてはウエハ６００の温度を下降させるために、ヒータ４６３の温度を下降させ、冷却剤の流量を増加させるように制御したが、それに限るものでなく、ヒータ４６３の制御と冷却剤流量の制御の協働により、結果的にウエハ６００の温度が低下するよう制御すれば良い。
また、ウエハ６００の温度が、所望の温度の幅の下限値よりも低くなってしまった場合、ヒータ４６３の制御と冷却剤流量の制御の協働により、結果的にウエハ６００の温度が上昇するよう制御すれば良い。
（ヒータ制御・冷却剤流量制御維持工程 Ｓ２１４） ウエハ温度判定工程Ｓ２０８にて、ウエハ温度が所定の温度範囲と判定されたら、それを維持するために、ヒータの制御と冷却剤流量の制御を維持し、ウエハ６００の温度を維持する。
（処理時間判定工程 Ｓ２１６） 処理時間が所定の時間経過したか否かを判定する。所定の時間を経過していると判定された場合、即ち「Ｙｅｓ」の場合、Ｓ２１８に移動する。所定の時間を経過していないと判定された場合、即ち「Ｎｏ」の場合、ウエハ処理を引き続き行う。
（ガス供給停止工程 Ｓ２１８） 処理時間判定工程Ｓ２１６で所定の時間経過したと判定されたら、ウエハ６００のエッチング処理が終了したと判定し、ガス供給ユニット４８２を制御してエッチングガスの供給を停止する。エッチングガスの供給を停止した後、エッチングガスが処理室に残らないよう、ガス供給ユニット４８２のパージガス供給系を制御してガス供給管４８２ａの残ガスを排出すると共に、ガス供給ユニット４８３を制御して不活性ガスを反応室４４５内に供給し、処理室の雰囲気を排気する。
（ウエハ搬出工程 Ｓ２２０） ガス供給を停止後、ウエハ６００を載置した逆の手順で、ウエハを処理室４４５から搬出する。
ウエハ載置工程Ｓ２０２からウエハ搬出工程２２０までを基板処理工程と呼ぶ。
以上の処理により得られる代表的な効果は次の通りである。（１）パターンに対する圧力がウェットエッチングに用いる薬液よりも低いエッチングガスを使用するので、微細パターン形成する際に、パターンの倒壊を防ぐことができる。（２）エッチングの高い選択性を実現する温度に維持するので、アスペクト比の高い微細パターンにおいても、他の膜に悪影響を及ぼさずに処理することができる。（３）シリコン膜と金属膜を有する基板に対しても、金属膜の特性を劣化させずに、シリコン膜を除去することが可能となる。（４）ノンプラズマ状態のガスでエッチング処理するため、プラズマ誘起ダメージを防ぐことができる。
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態を説明する。第二実施形態は、図８に記載のデバイスをエッチング処理する点で第一実施形態と異なる。以下第一実施形態の相違点を中心に、第二実施形態を説明する。
図８は本実施形態におけるエッチング対象デバイスの構造を説明する説明図である。図８（ａ）は図８（ｂ）のβ―β線におけるデバイス構造の断面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）を矢印αの視線から、つまり上部から見た図である。図８（ｃ）は、本実施形態のエッチング処理を行った後のデバイス構造である。本実施形態のエッチング処理では、後述するように、犠牲膜であるシリコン（Ｓｉ）を含有した第三の層６０６を除去する。第三の層６０６は、シリコンを主成分とした膜である。
ウエハ６００には、ゲート電極と、金属を主成分としたキャパシタ下部電極と、キャパシタ下部電極を形成する際に使用した犠牲膜、電極支持膜等が形成されている。キャパシタ下部電極を形成する金属を主成分とした膜、電極支持膜は、犠牲膜よりもシリコン含有率が少ない膜である。本実施形態では、犠牲膜の除去工程（エッチングプロセス）が行われる。
以下に、本発明のエッチング工程について具体的に説明する。
ウエハ６００上にはゲート電極６０１が複数形成され、それぞれのゲート電極６０１下部の左右にはソース/ドレインが形成されている。ソース/ドレインのいずれかには、キャパシタ下部電極６０２に接続されるプラグ６０３が電気的に接続される。キャパシタ下部電極６０２は筒状の柱で構成され、後の工程で形成される誘電膜の面積を増加するため、内周を繰り抜いた円柱状で構成される。キャパシタ下部電極６０２の材料として、例えばＴｉＮ（窒化チタン）が用いられている。
ゲート電極６０１とプラグ６０３が内包された第一の層６０４は、電極間を絶縁する絶縁膜等で形成されている。第一の層６０４の上方には、エッチングストッパ膜である第二の層６０５が形成されている。第二の層６０５の上方であって、キャパシタ下部電極の周囲には、犠牲膜であるＳｉを主成分とした第三の層６０６が形成されている。犠牲膜をエッチングした後、下部電極６０２の内周、及びエッチングにより露出された外周に誘電膜が形成される。
下部キャパシタ電極６０２間には、キャパシタ下部電極６０２の側面を支持する電極支持膜８０１が形成されている。電極支持膜８０１は第三の層６０６の上面を覆うように設けられており、犠牲膜６０６を除去する際のキャパシタ下部電極６０２への構造的負荷を分散させている。
電極支持膜８０１はキャパシタ下部電極６０２間を結ぶ板部８０１ａと、板部８０１ａに設けられた孔部８０１ｂを有する。孔部８０１ｂは、板部８０１ａの下方に、エッチングガスを供給する導入孔である。このようにして、キャパシタ下部電極６０２の倒壊を防ぐ補助構造を形成している。
犠牲膜６０６をエッチングする際、ウェットエッチングとプラズマエッチングが考えられるが、それぞれ次の問題が起きる。ウェットエッチングの場合、孔部８０１ｂに溶液を流し込んでエッチングした後、その溶液を除去する際の乾燥工程にて、薬液の粘性や表面張力によって、キャパシタ下部電極６０２が倒壊してしまう。
一方、プラズマエッチングの場合、アクティブ状態のプラズマを犠牲膜６０６の底部まで到達させる必要があることから、ウエハ６００を載置しているサセプタにプラズマを引き込む電極が必要となる。電極によって引き寄せられたエッチングガスは異方性エッチングを行う。そのため、板部８０１ａの直下８０２にプラズマが回り込まないという問題がある。従って、板部８０１ａの直下８０２に、犠牲膜である第三の層６０６が残ってしまう。
そこで、本実施形態においては、選択性の高いエッチングガスを用いて処理をする。エッチングガスとして、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、五フッ化臭素（ＢｒＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）の内、いずれかが用いられる。
本実施形態においても、実施形態１と同様に、ウエハ６００の温度を所定の範囲に収めるよう温度制御部を制御する。孔部８０１ｂから供給されたエッチングガスは板部８０１ａの直下８０２にガスが回り込み、直下８０２の犠牲膜を除去する。
このように、エッチングガスを所定の温度範囲で処理することで、パターンの倒壊を防ぎつつ、電極６０２や板部８０１ａをエッチングせずに犠牲膜６０６を残渣なくエッチング処理することが可能となる。
以上の処理により得られる代表的な効果は次の通りである。（１）パターンの倒壊を防ぐ補助構造の膜を有した基板に対しては、補助構造直下の膜を残渣無く除去することが可能となる。
（第三実施形態）
続いて、第三実施形態を説明する。第三実施形態は、エッチング対象膜の側断面積が深さによって異なる場合の膜を有するデバイスのエッチング処理に関するものである点で第一実施例と異なる。以下第一実施形態の相違点を中心に、第三実施形態を説明する。
第三実施形態で処理されるデバイスは、エッチング対象膜であるシリコンを含有した第一の膜と、第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜を有する。更には、エッチング対象膜である第一の膜の側断面積がウエハに近づくほど大きくなるものである。エッチング対象物の量が増えると反応熱も増えるため、即断面積が増加した箇所までエッチング処理が進むと急激にウエハ６００の温度が上昇する。第一の膜は、シリコンを主成分とした膜である。
このような場合、急激に温度が上昇することでウエハ温度が所定の温度範囲外になり、エッチングの高い選択性を失ってしまう恐れがある。そこで、急激な温度上昇に追従して、ウエハ温度を所定の温度範囲に収める必要がある。
本実施形態においては、ウエハ温度検出工程Ｓ２０６にて検出されたウエハ温度がウエハ温度判定工程Ｓ２０８にて所定の温度範囲外と判断されたら、次の理由により、ヒータ４６３を優先して制御する。
本実施形態においては、ウエハ温度を制御する構成として、ヒータ４６３と冷却剤流路４６４が存在する。冷却剤流路４６４に流れる冷却剤は、冷却剤流量制御部４８６の制御によって制御される。例えば、ウエハ温度が高いと判断されたら、冷却材の流量を多くし、ウエハ温度が低いと判断されたら冷却材の流量を少なくするよう制御される。このように、外部冷却剤流路４８９を循環する際に冷却された冷却剤の流量を制御することで、ウエハ温度を調整する。
一方、ヒータ４６３は、例えば抵抗加熱で構成され、供給される電力に応じて温度を調整することが可能なものである。従って、温度を急激に変化させる際は、冷却剤流路に流れる冷却剤の流量又は温度を制御するだけでなく、温度変化の追従能力が高いヒータによる制御を組み合わせるのが望ましい。そこで、本実施形態においては、急激な温度上昇に対応するために、ヒータを優先して制御する。
なお、本実施形態においては、選択性の高いエッチングガスを用いて処理をする。エッチングガスとして、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、五フッ化臭素（ＢｒＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）の内、いずれかが用いられる。
以上の処理により得られる代表的な効果は次の通りである。（１）エッチング対象膜の側断面積が深さによって異なる場合の膜を有するデバイスにおいても、高い選択性を維持することができる。
（第四実施形態）
続いて、第四実施形態を説明する。第四実施形態は、図９に記載のデバイスをエッチングする点で第一実施形態と異なる。図９のデバイスは、レジストを除去する際のローディングエフェクト効果によりシリコンハードマスクの高さが異なるものである。以下第一実施形態の相違点を中心に、第四実施形態を説明する。
図９は本実施形態におけるエッチング対象デバイスの構造を説明する説明図である。図９（ａ）はデバイス構造の断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の９０６をハードマスクとして補助膜９０４をエッチングした後の図である。図９（ｃ）は、本実施形態のエッチング処理を行った後のデバイス構造である。本実施形態のエッチング処理では、後述するように、ハードマスク９０６を除去する。
以下に具体的に説明する。
ウエハ６００には、ハードマスクとして用いられる第一の膜やエッチングストッパ膜として使用される第二の膜等が形成されている。ハードマスクとして用いられる第一の膜は、シリコンを含有し、それを主成分として構成される。エッチングストッパ膜として使用される第二の膜は、ハードマスクとして使用される第一の膜よりもシリコン含有率が少ない膜である。本実施形態では、ハードマスクの除去工程（エッチングプロセス）が行われる。
以下に、本実施形態におけるエッチング工程について説明する。
図９は本実施形態におけるエッチング対象デバイスの説明図であり、デバイス構造の断面図である。ここでは、垂直型トランジスタの形成を例にして説明する。
図９（Ａ）のウエハ６００には、垂直型ピラー９０１周囲の下方に設けられたサラウンドゲート９０２と上方に設けられたスペーサ９０３が形成される。微細化された垂直型ピラー９０１は強度が弱いため、その倒壊を防ぐべく、補助膜９０４がピラー間に埋め込まれている。スペーサ９０３の上部周囲には、垂直型ピラー９０１間の溝をエッチングプロセスによって形成する際に使用された第一のハードマスクパターン９０５が形成されている。
第一のハードマスクパターン９０５上には、シリコンを主成分とした膜である第二のハードマスクパターン９０６が形成されている。スペーサ９０２や第一のハードマスク９０５のシリコン含有率は、第二のハードマスクパターン９０６のシリコン含有率よりも少なく構成されている。補助膜９０４は、第二のハードマスクパターン９０６をマスクとしてエッチング処理され、図９（Ｂ）のように垂直型ピラー９０１が倒壊せずに溝９０７が形成される。この後、第二のハードマスクパターン９０６を本実施形態のエッチング処理にて除去する。
ここで、ハードマスクパターン９０６は、ハードマスクパターン９０６上に形成されマスクとして用いたレジスト膜を除去する際、ローディングエフェクト効果によって高さにばらつきが発生する。ローディング効果はウエハのパターンの粗密により膜除去の速度が異なる現象であり、パターンが疎の状態ではレジスト除去の速度が速く、パターンが密の場合はレジスト除去の速度が遅い。そのため、レジストを除去する際のエッチングガスの影響によってハードマスクの高さが異なる。或いは、ハードマスクパターン９０６を堆積する際に、下地の影響による成膜速度の違いからハードマスクの高さが異なる。
本実施形態においては、パターンが疎の部分のハードマスク９０６ａとパターンが密の部分のハードマスク９０６ｂを有する。ハードマスク９０６ａはハードマスク９０６ｂよりも高く構成されている。
ハードマスク９０６をエッチングする際、ウェットエッチングとプラズマエッチングが考えられるが、それぞれエッチングレートが均一であるために次の問題が起きてしまう。第一に、ハードマスク９０６ａを残渣なく除去するためのエッチング時間に設定した場合、ハードマスク９０６ａとハードマスク９０６ｂは残渣無くエッチングされるが、ハードマスク９０６ｂ下方のエッチングストッパ膜９０１も大きくエッチングされてしまうという問題が起きる。
第二に、ハードマスク９０６ｂを残渣なく除去するためのエッチング時間に設定した場合、ハードマスク９０６ｂは残渣無くエッチングされるが、ハードマスク９０６ａの一部はエッチングされないという問題が起きる。
そこで、本実施形態においては、選択性の高いエッチングガスを用いて処理をする。エッチングガスとして、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、五フッ化臭素（ＢｒＦ５）、七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）の内、いずれかが用いられる。
本実施形態においても、実施形態１と同様に、ウエハ６００の温度を所定の範囲に収めるよう温度制御部を制御する。
ウエハ６００の上方から供給されたエッチングガスはハードマスク９０６ａ、ハードマスク９０６ｂに供給され、エッチングガスとハードマスク９０６が反応し、エッチング処理が開始される。
エッチングガスは高い選択性を有するため、ハードマスク９０６ａがエッチングされる時間エッチングガスをウエハ６００に供給したとしても、ハードマスク９０６ｂがエッチングされるに過ぎず、第一のハードマスク９０５やスペーサ９０２はエッチングされない。
以上の処理により得られる代表的な効果は次の通りである。（１）ローディングエフェクト効果等によってエッチング対象物の高さが異なったとしても、他のデバイス構造に影響なく、エッチング処理が可能となる。
＜他の実施形態＞
以上、実施形態を具体的に説明したが、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上記実施形態ではエッチングプロセスを例にして説明したが、それに限るものではなく、対象の膜を選択して除去するプロセスであればよい。例えば、アッシングプロセスや、エッチングプロセスの残渣除去プロセスなどのプロセスに用いても良い。
また、上記実施形態においてはノンプラズマ状態のガスで処理することが記載されているが、プラズマ誘起ダメージによって品質劣化しない膜であれば、プラズマ状態のガスで処理しても良い。この場合、温度制御部はプラズマ状態のガスで高い選択性を維持可能な温度に制御する。
また、本実施形態では枚葉装置を例にして説明したが、例えば基板を積み重ねた縦型装置でも良い。この場合、処理室の外に設けられたヒータ等を温度制御部が制御することで、ウエハ温度を制御する。
また、本実施形態ではヒータ及び冷却剤供給路を用いてウエハ温度を調整したが、それに限らず、温度の微調整の必要が無いプロセスであれば、冷却剤を用いずに、追従性の高いヒータで温度調整をしても良い。
また、本実施形態ではヒータ及び冷却剤供給路を用いてウエハ温度を調整したが、それに限らず、液化温度が室温より低い温度のエッチングガスであれば、ヒータを用いずに、冷却剤で温度調整をしても良い。又、循環させる液温を調整することで、冷却と加熱の両方の機能を持った温度制御機構としても良い。
また、本実施形態ではシリコン膜よりもエッチング速度の遅い膜として、例えば金属膜である窒化チタン（ＴｉＮ）を例に説明したが、それに限るものではなく、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、アモルファス・カーボン（ａ−Ｃ）のいずれか、またはその組み合わせで構成される構造物であれば良い。
以下に本発明の好ましい態様について付記する。
＜付記１＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、
前記載置部が設けられた処理容器と、
前記基板へエッチングガスを供給するガス供給系と、
前記エッチングガスを前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御する温度制御部と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
を有する基板処理装置。
＜付記２＞
前記温度制御部は、前記載置部に設けられたヒータを有し、
前記温度制御部は、前記ヒータの温度を制御し、前記基板の温度を制御する付記１記載の基板処理装置。
＜付記３＞
前記温度制御部は、前記基板載置内に冷却材が供給される冷却材流路を有し、
前記温度制御部は、前記冷却剤流路に流れる冷却材の流量を制御する付記１記載の基板処理装置。
＜付記４＞
前記ガス供給系は、前記エッチングガスを供給する第一のガス供給系と、不活性ガスを供給する第二のガス供給系を有し、ガスを供給する際、前記不活性ガスの供給を開始し、その後前期不活性ガスが前記基板の周囲に存在する状態で、前記エッチングガスを供給するよう第一のガス供給系、及び第二のガス供給系を制御する付記１記載の基板処理装置。
＜付記５＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、
前記載置部が設けられた処理容器と、
エッチングガスを供給するガス供給系と、
前記載置部の内部に設けられたヒータと、
前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記ヒータの温度を制御する温度制御部と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
を有する基板処理装置。
＜付記６＞
前記第二の膜は金属膜である付記５記載の基板処理装置。
＜付記７＞
前記載置部には、冷媒が供給される冷却機構が設けられ、
前記温度制御部は、前記ヒータの温度を制御すると共に、前記冷却剤の供給を制御する付記５記載の基板処理装置。
＜付記８＞
前記ガス供給系は、前記エッチングガスを供給する第一のガス供給系と、不活性ガスを供給する第二のガス供給系を有し、ガスを供給する際、前記不活性ガスの供給を開始し、その後前記エッチングガスを供給するよう第一のガス供給系、及び第二のガス供給系を制御する付記５記載の基板処理装置。
＜付記９＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、
前記載置部が設けられた処理容器と、
エッチングガスを基板に供給するガス供給系と、
前記載置部の内部に設けられたヒータと、
前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記ヒータの温度を制御する温度制御部と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
を有する基板処理装置。
＜付記１０＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
エッチングガスを基板に供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
＜付記１１＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
エッチングガスを基板に供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
前記基板を処理室から搬出する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
＜付記１２＞
少なくともシリコンを含有する犠牲膜と、前記犠牲膜の間に設けられた複数の柱状の金属膜と、前記柱間であって前記犠牲膜上に設けられたサポート膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
エッチングガスを基板に供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記金属膜のエッチング速度よりも前記犠牲膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
前記サポート膜の下方に形成された犠牲膜をエッチングした後、前記基板を処理室から搬出する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
＜付記１３＞
少なくともシリコンを含有する第一の膜と前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とを有する基板を処理室に搬入し、
エッチングガスを基板に供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気し、
前記基板を処理室から搬出するよう制御するプログラム。
５００ コントローラ
４１０ 処理ユニット
４１１ サセプタテーブル
４１３ リフターピン
４３０ ガスバッファ空間
４４５ 処理室
４８０ 排気管
４８２ 第一のガス供給ユニット
４８３ 第二のガス供給ユニット
６００ ウエハ
６０１ ゲート電極
６０２ キャパシタ下部電極
６０６ 犠牲膜

Claims (5)

  1. 少なくともシリコンを含有する第一の膜と、前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とが形成された基板が載置される載置部と、
    前記載置部が設けられた処理容器と、
    前記基板へエッチングガスを供給するガス供給系と、
    前記エッチングガスを前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御する温度制御部と、
    前記処理容器内の雰囲気を排気する排気系と、
    を有する基板処理装置。
  2. 前記温度制御部は、前記載置部に設けられたヒータを有し、
    前記温度制御部は、前記ヒータの温度を制御し、前記基板の温度を制御する請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記ガス供給系は、前記エッチングガスを供給する第一のガス供給系と、不活性ガスを供給する第二のガス供給系を有し、ガスを供給する際、前記不活性ガスの供給を開始し、その後前期不活性ガスが前記基板の周囲に存在する状態で、前記エッチングガスを供給するよう第一のガス供給系、及び第二のガス供給系を制御する請求項１記載の基板処理装置。
  4. 少なくともシリコンを含有する第一の膜と前記第一の膜よりもシリコン含有率が少ない第二の膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
    前記基板にエッチングガスを供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記第二の膜のエッチング速度よりも前記第一の膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と、
    前記基板を処理室から搬出する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。
  5. 少なくともシリコンを含有する犠牲膜と、前記犠牲膜の間に設けられた柱状の金属膜とを有する基板を処理室に搬入する工程と、
    前記基板にエッチングガスを供給し、前記エッチングガスが前記基板と接触する間、前記金属膜のエッチング速度よりも前記犠牲膜のエッチング速度が高くなるよう前記基板の温度を制御しつつ、前記処理室内の雰囲気を排気する工程と
    前記基板を処理室から搬出する工程と
    を有する半導体装置の製造方法。

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