WO2013008878A1 - エッチング方法及び装置 - Google Patents

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plasma
substrate
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道菅　隆
佐々木　勝
光 鎌田
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • the present invention relates to an etching method and apparatus for etching a substrate by converting a processing gas introduced into a processing vessel into plasma.
  • an etching process is performed in which a processing gas is introduced into a processing container and the processing gas is turned into plasma to dry-etch the substrate. In this etching step, it is necessary to vary the type of processing gas depending on the type of film to be etched.
  • a halogen-based processing gas containing a halogen element such as HBr or Cl 2 is introduced into the processing container.
  • a CF-based processing gas containing carbon and fluorine is introduced into a processing container.
  • etching with different types of processing gases has been performed in separate processing vessels.
  • the processing container using the halogen-based gas and the processing container using the CF-based gas are dedicated to each other and perform etching processing for different films. Then, in order to stabilize the etching rate of the substrate, every time one substrate is etched, dry cleaning is performed to remove deposits attached to the surface of the processing container (for example, Patent Document 1, Patent). Reference 2).
  • the same processing vessel can be used to shift from a processing vessel using a halogen-based gas to a processing vessel using a CF-based gas, or vice versa, the number of processing vessels can be reduced.
  • the number of substrates waiting to be processed can be reduced, so that the entire etching process can be speeded up.
  • the types of deposits (etching reaction products) adhering to the surface of the processing container are different. For this reason, there exists a possibility that a particle may affect a board
  • an object of the present invention is to provide an etching method and apparatus capable of switching a plurality of etching processes having different film types and gas types in the same processing vessel.
  • a first processing gas is introduced into a processing container, the first processing gas is converted into plasma, and a film on the first substrate is etched.
  • An etching step of the second step a second processing gas having a different gas type from the first processing gas is introduced into the processing container, and the second processing gas is converted into a plasma to form a second different in the film and the film type.
  • a cleaning gas is introduced into the processing vessel, the cleaning gas is turned into plasma, and the reaction product deposited in the processing vessel in the first etching step.
  • the second switching process is performed to remove reaction products deposited in the processing vessel in the second etching process.
  • a first etching step is performed in which a first processing gas is introduced into a processing container, the first processing gas is turned into plasma, and a film on a substrate is etched.
  • a second etching step of introducing a second processing gas having a gas type different from that of the first processing gas, converting the second processing gas into plasma and etching a film on a substrate having a different film type from the film;
  • the first etching step and the second etching step are switched, and during the transition from the first etching step to the second etching step, A first switching process step of introducing a cleaning gas into the processing vessel, converting the cleaning gas into plasma, and removing reaction products accumulated in the processing vessel in the first etching step; And / or, during the transition from the second etching step to the first etching step, a cleaning gas is introduced into the processing container, and the cleaning gas is turned into plasma so that the second etching step In this etching method, a second etching step of introducing a
  • Still another embodiment of the present invention provides a first etching for introducing a first processing gas into a processing container, converting the first processing gas into plasma, and etching a film on a substrate, and the processing container with the first etching gas.
  • the first etching is performed by switching in the same processing container and introducing a cleaning gas into the processing container and converting the cleaning gas into plasma during the transition from the first etching to the second etching.
  • the reaction product deposited in the processing container is removed and a cleaning gas is introduced into the processing container during the transition from the second etching to the first etching.
  • a cleaning gas is introduced into the processing container during the transition from the second etching to the first etching.
  • an etching apparatus comprising a control unit for removing the reaction products deposited into the processing chamber at said second etching by plasma cleaning gas.
  • the present invention it is possible to perform a plurality of etching processes in the same processing container.
  • the cleaning gas is turned into plasma, and reaction products deposited in the processing container are removed, the etching rate and the amount of particles generated after switching are changed when the processing container is switched. Can be equivalent.
  • FIG. 1 shows a conceptual diagram of switching between the first etching step S1 and the second etching step S3.
  • the first etching step S1 is shown on the left side of FIG. 1, and the second etching step S3 is shown on the right side of FIG.
  • a halogen-based gas is used as the first processing gas, and a film containing silicon, for example, a polysilicon film is etched.
  • the right side of FIG. 1 shows a step of etching the insulating film using a CF-based gas as the second processing gas.
  • the insulating film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like. In this embodiment, an example of etching a silicon oxide film is shown.
  • a gate electrode 2a is etched to form a gate electrode 2a on a wafer W as a substrate.
  • the silicon nitride film 1, the polysilicon film 2, and the antireflection layer 3 are sequentially formed.
  • the silicon nitride film 1 and the polysilicon film 2 are formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD).
  • An ArF photoresist is applied to the surface of the antireflection layer 3.
  • a mask pattern is transferred to the photoresist layer by exposure.
  • the exposed photoresist layer is developed.
  • a resist pattern 4a is formed on the surface of the antireflection layer 3 after development.
  • the wafer on which the resist pattern 4a is formed is carried into an RLSA etching apparatus as an etching apparatus.
  • the detailed structure of the RLSA etching apparatus will be described later.
  • the polysilicon film 2 is etched using the resist pattern 4a as a mask. By etching, a gate electrode 2a corresponding to the resist pattern 4a is formed.
  • a gas obtained by mixing a plasma excitation gas and an etching gas is introduced as a first processing gas into the processing container of the RLSA etching apparatus.
  • a plasma excitation gas an inert gas, for example, at least one of Ar, He, Ne, Kr and Xe is used.
  • an etching gas a gas containing a halogen element, for example, HBr, Cl 2 is used.
  • a gas containing oxygen for example, O 2 or CO gas is added.
  • Table 1 shows an example of processing conditions when the polysilicon film is etched.
  • a first processing gas is introduced into the processing container, and after the processing container is depressurized to a predetermined pressure, a microwave is introduced into the processing container using RLSA, and the first processing gas in the processing container is turned into plasma. . Then, the polysilicon film 2 is etched by the first processing gas that has been turned into plasma. When the polysilicon film 2 is etched, SiBrO, SiClO, etc., which are reaction products of the etching gas and the polysilicon film, are deposited on the inner wall surface of the processing container.
  • the etching of the silicon oxide film 5 on the right side of FIG. 1 is performed in order to form the spacer 5a on the side wall of the gate electrode 2a.
  • a silicon oxide (SiO 2 ) film 5 is formed on the surface of the wafer W and the surface of the gate electrode 2a by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • the wafer W on which the silicon oxide film 5 is formed is transferred to an RLSA (registered trademark) etching apparatus.
  • RLSA registered trademark
  • the silicon oxide film 5 laminated on the surface of the wafer W and the surface of the gate electrode 2a is etched back, and a spacer 5a is formed on the side wall of the gate electrode 2a.
  • a gas obtained by mixing a plasma excitation gas and an etching gas is introduced as a second processing gas into the processing container of the RLSA etching apparatus.
  • the plasma excitation gas an inert gas, for example, at least one of Ar, He, Ne, Kr and Xe is used.
  • the etching gas a gas in which at least one selected from the group of CH 2 F 2 , CHF 3 , and CH 3 F and at least one selected from the group of O 2 , CO, CN, and N 2 is mixed. Used.
  • a mixed gas of Ar, CHF 3 , and O 2 is used. Table 2 shows an example of processing conditions when the silicon oxide film 5 is etched.
  • a second processing gas is introduced into the processing container, and after the processing container is depressurized to a predetermined pressure, a microwave is introduced into the processing container using a slot antenna, and the second processing gas in the processing container is turned into plasma. Let Then, the silicon oxide film 5 is etched by the second processing gas that has been turned into plasma. When the silicon oxide film 5 is etched, a process in which the etching selectivity of the silicon oxide film to the silicon nitride film 1 or the polysilicon film 2a is increased is required. Therefore, etching of the silicon nitride film 1 and the polysilicon film 2a is suppressed by performing etching while depositing deposits (C, CFx). Deposits derived from the CF-based gas are deposited on the surface of the wafer W or the processing container.
  • FIG. 2 shows a flowchart of an etching method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, when switching from the first etching step S1 to the second etching step S3, the first switching processing step S2 is performed. This first switching processing step S2 is also performed in the RLSA etching apparatus.
  • a gas containing fluorine is introduced into the processing container as a cleaning gas.
  • a mixed gas of SF 6 , O 2 and Ar is used as the cleaning gas.
  • Ar is used as a plasma excitation gas.
  • the cleaning gas is turned into plasma in the processing container, and reaction products such as SiBrO and SiClO deposited in the processing container in the first etching step are removed.
  • SF 6 is used to remove Si in a reaction product such as SiBrO or SiClO as SiF.
  • O 2 is used to remove carbon in the resist film using CO or the like.
  • CF-based gas such as CF 4 or CF 4 O 2 may be used, or NF 3 may be used.
  • an inert gas such as He, Ne, Kr and Xe may be used.
  • the first switching process can be performed in a waferless state where the wafer W is not placed on the mounting table of the processing container.
  • the first switching process S2 is performed in two stages, a low pressure process and a high pressure process.
  • the low pressure is 10 mT (Torr) or more and less than 100 mT.
  • the high pressure is 100 mT or more and 300 mT or less. Table 3 shows an example of processing conditions for the first switching process.
  • the plasma in the processing container When the pressure in the processing container is lowered, the plasma diffuses throughout the processing container. For this reason, the whole cleaning including the lower part of a processing container is attained.
  • the inside of the processing container is set to a high pressure, the plasma density at the upper part of the processing container becomes relatively high, so that the dielectric window and the upper side wall of the processing container can be effectively cleaned.
  • the second switching processing step S4 is performed. This second switching process step S4 is also performed in the RLSA etching apparatus.
  • a gas containing O 2 is introduced into the processing container as a cleaning gas.
  • O 2 is used as the cleaning gas
  • Ar is used as the plasma excitation gas.
  • N 2 may be added to O 2 as in the ashing process.
  • the cleaning gas is turned into plasma, and reaction products such as C and CF deposited in the processing container in the second etching step are removed.
  • O 2 is used to remove C in reaction products such as C and CF as CO or the like.
  • the second switching processing step S4 can be performed in a waferless state where the wafer W is not placed on the mounting table of the processing container.
  • the second switching process S4 may be performed in two stages, a high pressure process and a low pressure process.
  • Table 4 shows an example of processing conditions for the second switching process.
  • the high pressure processing step is performed first, and the low pressure processing step is performed second.
  • the plasma concentration at the upper part of the processing container becomes relatively high, so that the dielectric window and the upper side wall of the processing container can be effectively cleaned.
  • the plasma diffuses entirely in the processing container, so that the entire cleaning including the lower part of the processing container becomes possible.
  • an RLSA etching apparatus is used, but other etching apparatuses capable of generating plasma are also available. Can be used.
  • the configuration of the RLSA etching apparatus is as follows.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the RLSA etching apparatus.
  • the RLSA etching apparatus uses microwaves as a plasma source. When microwave-excited plasma is used, plasma with a low electron temperature and high density can be generated in the region where the etching process is performed.
  • the RLSA etching apparatus includes a cylindrical processing container 10 made of aluminum, stainless steel, or the like.
  • the processing container 10 is grounded.
  • a mounting table 12 on which the wafer W is placed is provided in the center of the bottom of the processing vessel 10.
  • the mounting table 12 is held by a cylindrical support 14 that extends upward from the bottom of the processing container 10.
  • the mounting table 12 is made of an insulating material such as alumina or aluminum nitride, and is formed in a disk shape.
  • a lower electrode to which a high frequency is applied is provided in the mounting table 12.
  • An annular exhaust path 18 is provided between the inner surface of the processing vessel 10 and the cylindrical wall portion 16 that surrounds the cylindrical support portion 14 and extends upward from the bottom of the processing vessel 10.
  • An annular baffle plate 20 is disposed above the exhaust path 18, and an exhaust port 22 is provided below the exhaust path 18.
  • a large number of exhaust ports 22 are provided in the annular exhaust path 18 at equal angular intervals in the circumferential direction.
  • Each exhaust port 22 is connected to an exhaust device 26 via an exhaust pipe 24.
  • the exhaust device 26 includes a vacuum pump such as a turbo molecular vacuum pump (TMP) that evacuates the processing container 10 and reduces the pressure to a desired pressure.
  • TMP turbo molecular vacuum pump
  • the gate valve 28 opens and closes a transfer port through which the wafer W is carried in and out of the treatment container.
  • the mounting table 12 is electrically connected to a high-frequency power source 30 that applies an RF bias voltage to the mounting table 12 via a matching unit 32 and a power supply rod 34.
  • the high frequency power supply 30 outputs a high frequency of a relatively low frequency of 13.56 MHz, for example, at a predetermined power level. Such a low frequency is suitable for adjusting the energy of ions attracted to the wafer W on the mounting table 12.
  • the matching unit 32 has a blocking capacitor for generating a self-bias.
  • An electrostatic chuck 36 is provided on the top surface of the mounting table 12.
  • the electrostatic chuck 36 holds the wafer W on the mounting table 12 by electrostatic force.
  • the electrostatic chuck 36 includes an electrode 36a formed of a conductor film, and a pair of insulating films 36b and 36c that sandwich the electrode 36a vertically.
  • the DC power supply 40 is electrically connected to the electrode 36a through the switch 42.
  • the DC voltage applied to the electrostatic chuck 36 from the DC power source 40 generates a Coulomb force for holding the wafer W on the electrostatic chuck 36.
  • a focus ring 38 surrounding the wafer W is provided on the outer periphery of the electrostatic chuck 36.
  • a cooling medium path 44 is provided inside the mounting table 12.
  • the cooling medium path 44 extends in the circumferential direction and is formed in an annular shape.
  • a cooling medium or cooling water having a predetermined temperature is supplied to the cooling medium path 44 from the chiller unit (not shown) through the conduit 46 so as to circulate through the conduit 46 and the cooling medium path 44.
  • a heat conduction gas such as He gas is supplied between the wafer W and the electrostatic chuck through a supply pipe 50 from a gas supply unit (not shown).
  • the planar antenna 55 includes a disk-shaped dielectric window 52 made of a dielectric such as quartz, ceramic, alumina (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN), and a disk-shaped slot antenna plate 54.
  • the dielectric window 52 is attached to the processing container 10 so as to seal the inside of the processing container 10 and functions as a ceiling portion of the processing container 10 facing the mounting table 12.
  • the slot antenna plate 54 is arranged on the upper surface of the dielectric window 52 and has a number of slots distributed concentrically.
  • the slot antenna plate 54 is electromagnetically coupled to the microwave transmission line 58 via a dielectric plate 56 made of a dielectric such as quartz, ceramic, alumina (Al 2 O 3 ), or aluminum nitride (AlN).
  • the dielectric plate 56 shortens the wavelength of the microwave propagating through the inside.
  • the microwave transmission line 58 includes a waveguide 62, a waveguide / coaxial tube converter 64, and a coaxial tube 66, and transmits the microwave output from the microwave generator 60 to the slot antenna plate 54.
  • the waveguide 62 is formed of, for example, a rectangular pipe, and transmits microwaves from the microwave generator 60 to the converter 64 in the TE mode.
  • the converter 64 connects the waveguide 62 to the coaxial tube 66 and converts the TE mode microwave propagating in the waveguide 62 into the TEM mode microwave propagating in the coaxial tube 66.
  • the converter 64 is formed in a conical shape that is pointed downward, and its upper part is coupled to the waveguide 62 and its lower part is coupled to the inner conductor 68 of the coaxial tube 66.
  • the coaxial tube 66 extends vertically downward from the converter 64 toward the upper center of the processing container 10 and is connected to the slot antenna plate 54.
  • the coaxial tube 66 has an outer conductor 70 and an inner conductor 68.
  • the outer conductor 70 has an upper end coupled to the waveguide 62 and a lower end extending vertically downward coupled to the dielectric plate 56.
  • the inner conductor 68 has its upper end connected to the converter 64 and extends vertically downward until its lower end reaches the slot antenna plate 54.
  • the microwave propagates between the outer conductor 70 and the inner conductor 68 in the TEM mode.
  • the microwave output from the microwave generator 60 is transmitted through the microwave transmission line 58 including the waveguide 62, the converter 64, and the coaxial tube 66, passes through the dielectric plate 56, and then is supplied to the slot antenna plate 54. Is done.
  • the microwave diffuses in the dielectric plate 56 in the radial direction and is radiated into the processing container 10 through the slot of the slot antenna plate 54. As a result, the gas immediately below the dielectric window 52 is excited, and plasma is generated in the processing chamber 10.
  • An antenna back plate 72 is provided on the top surface of the dielectric plate 56.
  • the antenna back plate 72 is made of aluminum, for example.
  • a flow path 74 connected to a chiller unit (not shown) is formed in the antenna back plate 72.
  • a cooling medium or cooling water having a predetermined temperature circulates in the flow path 74 and the pipes 76 and 78.
  • the antenna back plate 72 functions as a cooling jacket that absorbs heat generated in the dielectric plate 56 and the like, and conducts heat to the outside.
  • the gas introduction path 80 is provided so as to penetrate the inner conductor 68 of the coaxial tube 66.
  • One end of the first gas introduction pipe 84 is connected to the upper end opening 80 a of the gas introduction path 80, and the other end is connected to the processing gas supply source 82.
  • a gas injection port 86 that opens toward the processing container 10 is formed.
  • the processing gas from the processing gas supply source 82 flows through the first gas introduction pipe 84 and the gas introduction path 80 in the inner conductor 68, and the gas injection port 86. Is sprayed toward the mounting table 12 located below.
  • the processing gas is drawn to an annular exhaust path 18 surrounding the mounting table 12 by an exhaust device 26.
  • a flow rate regulator 90 (MFC) and a valve 92 that turns on and off are provided in the middle of the first gas introduction pipe 84.
  • a second gas introduction unit 94 for supplying a processing gas to the processing container 10 is provided.
  • the second gas introduction unit 94 includes a gas ring 91 disposed in the processing container 10 and a gas supply pipe 100 connected to the gas ring 91.
  • the gas ring 91 is formed in a hollow ring shape, and has a large number of side injection ports 92 on the side surface on the inner peripheral side thereof with an equal angular interval in the circumferential direction. A large number of side injection ports 92 open in the plasma region of the processing vessel 10.
  • the gas supply pipe 100 is connected to the gas ring 91 and the processing gas supply source 82. In the middle of the gas supply pipe 100, a flow rate regulator 102 (MFC) and a valve 104 for turning on and off are provided.
  • MFC flow rate regulator
  • the processing gas from the processing gas supply source 82 is introduced into the gas ring 91 through the gas supply pipe 100.
  • the internal pressure of the gas ring 91 that is filled with the processing gas is uniform in the circumferential direction, and the processing gas is uniformly sprayed in the horizontal direction from the large number of side surface injection ports 92 to the plasma region in the processing container 10.
  • FIG. 4 shows an example of the slot pattern of the slot antenna plate 54.
  • the slot antenna plate 54 has a large number of slots 54b and 54c arranged concentrically. Specifically, two types of slots whose longitudinal directions are orthogonal to each other are alternately arranged concentrically. The distance between the concentric circles in the radial direction is determined based on the wavelength of the microwave propagating through the slot antenna plate 54 in the radial direction. According to this slot pattern, the microwave is converted into a plane wave having two polarization components orthogonal to each other, and the plane wave is radiated from the slot antenna plate 54.
  • the slot antenna plate 54 configured in this manner is effective for uniformly radiating microwaves into the processing container 10 from the entire area of the antenna, and generates uniform and stable plasma below the antenna. Is suitable.
  • the slot antenna plate 54 configured in this way is called RLSA (Radial Line Slot Antenna). An etching apparatus provided with this is called an RLSA etching apparatus.
  • the entire operation is controlled by a control unit (not shown).
  • the control unit is composed of, for example, a microcomputer.
  • the control unit switches between the first etching step S1 and the second etching step S3 according to the flowchart shown in FIG.
  • the overall control apparatus stores a procedure for processing the wafer W.
  • the overall control device uses the RLSA etching device as the polysilicon film etching device or the device for etching the silicon oxide film according to the processing procedure.
  • the RLSA etching apparatus can be used as a substitute for the failed process module.
  • FIG. 5 shows a conceptual diagram of a semiconductor manufacturing system equipped with four RLSA etching apparatuses as process modules.
  • PM1 and PM2 in the figure are polysilicon film etching process modules, and PM3 and PM4 are silicon oxide film etching process modules. These process modules are radially connected to a vacuum transfer module 6 disposed in the center. Load lock modules 7 and 8 are connected to the vacuum transfer module 6.
  • the atmospheric transfer module T1 is connected to the load lock modules 7 and 8.
  • the atmospheric transfer module T1 includes load ports L1, L2, and L3 in which cassettes for storing a plurality of (for example, 25) wafers W are arranged.
  • the vacuum transfer module 6 accommodates a transfer robot so that the wafer W can be transferred between the load lock modules 7 and 8 and the process modules PM1 to PM4.
  • Gate valves G1 to G6 are arranged between the process modules PM1 to PM4, the load lock modules 7 and 8 and the vacuum transfer module 6, and the gate valves G1 to G6 are opened and closed as the wafer W is transferred.
  • the atmospheric transfer module T1 accommodates a transfer robot so that the wafer W can be transferred between the load lock modules 7 and 8 and the load ports L1, L2, and L3.
  • Gate valves G7 and G8 are arranged between the atmospheric transfer module T1 and the load lock modules 7 and 8, and the gate valves G7 and G8 are opened and closed as the wafer W is transferred.
  • the operations of the process modules PM1 to PM4, the load lock modules 7 and 8, the vacuum transfer module 6, and the atmospheric transfer module T1 are controlled by control units attached to the respective modules. These control units are connected to the overall control apparatus via a network such as a LAN. Control of each module by each control unit is controlled in an integrated manner by an overall control device. The overall control device controls these modules in accordance with a predetermined processing procedure. For example, when etching a polysilicon film, the wafer W accommodated in the load port L1 is transferred to the polysilicon film etching process modules PM1 and PM2, and the wafer W processed by the process modules PM1 and PM2 is loaded into the load port. Carry out to L1.
  • the wafer W accommodated in the load port L2 is transferred to the silicon oxide film etching process modules PM3 and PM4, and the wafer W processed by the process modules PM3 and PM4 is loaded into the load port. Carry out to L2.
  • the processing of the polysilicon film etching wafer W is delayed.
  • the polysilicon film etching wafer W can be processed by switching the silicon oxide film etching process module PM4 to the polysilicon film etching process module. Thereby, the residence time of the cassette provided with the polysilicon film etching wafer W can be reduced.
  • the switching signal from the overall control device is generated as follows, for example.
  • the monitor of the overall control device displays that PM1 is a polysilicon film etching process module.
  • the monitor has a touch panel type switch.
  • the overall control apparatus detects that the switch has been pressed and transmits a switching signal to the process module PM4.
  • the overall control apparatus rewrites the stored processing procedure and transfers the wafer W scheduled to be processed by PM1 to PM4.
  • the switching of the process module PM4 is completed, it is displayed on the monitor of the overall control device that the switching has been completed.
  • a switching signal may be automatically transmitted to PM4 when the overall control apparatus detects a failure in PM1.
  • the cleaning process was performed every time one wafer was etched according to the cleaning recipe so that the etching rate did not fluctuate.
  • the cleaning process was O 2 dry cleaning, and was performed in a state where the wafer was not placed on the mounting table (waferless).
  • the cleaning process is performed at a pressure equivalent to the etching process, for example, 20 mTorr.
  • the switching process takes longer than the cleaning process performed for each wafer. For this reason, deposits that could not be removed by the cleaning process can be removed.
  • the switching process can include a process having a higher processing pressure than the cleaning process. Thereby, the dielectric window and the processing container upper side wall can be effectively cleaned.
  • the cleaning process is usually for 1 to 2 minutes.
  • the time for the switching process may be at least twice that of the cleaning process, preferably about 5 to 10 times.
  • an idle time was taken, for example, 10 minutes, and then a seasoning process (O 2 dry cleaning, 2 minutes) was performed.
  • the polysilicon film was etched under the conditions shown in Table 1.
  • cleaning was performed every time one wafer was etched according to the cleaning recipe so that the etching rate did not fluctuate.
  • the cleaning is SF 6 / O 2 dry cleaning in which the wafer is not placed on the mounting table (wafer-less).
  • NPPC non plasma particle cleaning
  • FIG. 6 shows the results of measuring the etching rate of the wafers arranged in the slots 1 and 25 of the first lot and the wafer arranged in the slot 1 of the second lot.
  • the average value of the etching rate of the slot 1 of the first lot was 2202 / min, and the average value of the etching rate of the slot 25 of the first lot was 2198 / min.
  • the average etching rate of slot 1 of the second lot was 2215 ⁇ / min.
  • the difference between the actual value of the etching rate when only the polysilicon film was etched in the past and 2215 ⁇ / min was less than ⁇ 0.5%.
  • the number of particles having a size of 0.13 ⁇ m or more was one.
  • the broken line in FIG. 6 represents uniformity. It has been found that the etching rate can be stabilized and the number of particles can be reduced by an appropriate switching process as in the case of etching only the polysilicon film.
  • the polysilicon film was etched under the conditions shown in Table 1.
  • a cleaning process was performed every time one wafer was etched according to the cleaning recipe so that the etching rate did not fluctuate.
  • the cleaning process is SF 6 / O 2 dry cleaning in which the wafer is not placed on the mounting table (wafer-less).
  • the cleaning process is performed at a pressure equivalent to the etching process, for example, 20 mTorr.
  • the switching process takes longer than the cleaning process performed for each wafer. For this reason, deposits that could not be removed by the cleaning process can be removed.
  • the switching process can include a process having a higher processing pressure than the cleaning process. Thereby, the dielectric window and the processing container upper side wall can be effectively cleaned.
  • the cleaning process is usually for 1 to 2 minutes.
  • the cleaning time for the switching process may be at least twice the cleaning time performed for each wafer, preferably about 5 to 10 times.
  • SF 6 used for the cleaning of the switching process was discharged, and a seasoning process (O 2 dry cleaning, 300 mT, 5 min + 20 mT, 5 min) for adjusting the environment inside the processing container was performed.
  • a seasoning process O 2 dry cleaning, 300 mT, 5 min + 20 mT, 5 min
  • the silicon oxide film was etched under the conditions shown in Table 2.
  • cleaning was performed every time one wafer was etched according to the cleaning recipe so that the etching rate did not fluctuate.
  • the cleaning is O 2 dry cleaning in which the wafer is not placed on the mounting table (wafer-less).
  • NPPC non plasma particle cleaning
  • seasoning treatment O 2 dry cleaning, 300 mT, 5 min + 20 mT, 5 min
  • Wafers with a silicon oxide film formed were placed in the slots 1, 15 and 25 of the second lot, and dummy wafers with a silicon oxide film formed were placed in the remaining slots.
  • the etching rate and particles in slot 1 of the second lot were measured.
  • the third lot was etched in the same manner as the second lot.
  • FIG. 7 shows the measurement results.
  • the average etching rate of the wafer in slot 1 of the first lot was 524 ⁇ / min, and the average etching rate of the wafer in slot 5 was 532 ⁇ / min.
  • the average value of the etching rates of the silicon oxide films of the second lot and the third lot was 531 ⁇ / min, and the variation rate was ⁇ 1.3%.
  • the minimum value of the etching rate was 525 / min, and the maximum value was 539 / min.
  • the number of particles of 0.13 ⁇ m or more when the first lot was completed was 14, and the number of particles when the second lot was completed was 4. By the switching process, the etching rate could be stabilized as in the second and third lots even in the first lot.
  • processing up to the fourth wafer in the first lot may be performed on the dummy wafer, and processing from the fifth wafer onward may be performed on the actual product wafer. Note that the number of particles allowed in the normal etching state is less than 40.
  • a wafer in which a multilayer film including a silicon oxide film and a polysilicon film is stacked is used, and the polysilicon film on the wafer is changed from the step of etching the silicon oxide film on the wafer (second etching step).
  • a switching process (second switching process) is performed.
  • a cleaning gas containing oxygen is introduced into the processing container while the wafer is placed on the mounting table, and the cleaning gas is turned into plasma to react with C, CF, etc. deposited on the wafer and the processing container. Remove the product. Reaction products such as C and CF are generated due to the step of etching the silicon oxide film on the wafer (second etching step).
  • Example 3 switching is performed during the transition from the step of etching the polysilicon film on the wafer (first etching step) to the step of etching the silicon nitride film on the wafer (second etching step).
  • Processing first switching processing is performed.
  • a cleaning gas containing fluorine is introduced into the processing container, the cleaning gas is turned into plasma, and the reaction of SiBrO, SiClO, etc. deposited on the wafer and the processing container is performed. Remove the product. Reaction products such as SiBrO and SiClO are generated due to the first etching step.
  • FIG. 8 shows a process diagram of a double patterning forming method in which the first and second etching steps and the first and second switching steps are performed.
  • the first and second etching steps and the first and second switching steps are performed in the RLSA etching apparatus.
  • a silicon nitride film 111, a polysilicon film 112, and an antireflection layer 113 are sequentially stacked on a wafer W made of silicon or the like.
  • the silicon nitride film 111 and the polysilicon film 112 are formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD).
  • a photoresist made of ArF is applied to the surface of the antireflection layer 113.
  • a mask pattern is transferred to the photoresist by exposure to form a latent image.
  • the exposed photoresist is developed.
  • a resist pattern 114a is formed on the surface of the antireflection layer 113 after development.
  • the antireflection film 113 is etched using the resist pattern 114a as a mask.
  • the polysilicon film 112 is etched using the resist pattern 114a as a mask to form the polysilicon film 112 in the same pattern as the resist pattern 114a, for example, a line / space pattern 112a.
  • line width: interval between lines 1: 3.
  • a silicon oxide film 115 having a conformal thickness (constant thickness) is formed on the line / space pattern 112a.
  • the silicon oxide film 115 is formed, for example, by chemical vapor deposition (CVD) using TEOS gas as a source gas.
  • the silicon oxide film 115 is formed on the upper surface of the line / space pattern 112a, that is, on the upper surface of the line 112a, the left and right side walls of the line 112a, and the upper surface of the silicon nitride film 111 between the lines 112a.
  • the thickness of the silicon oxide film 115 formed on the side wall of the line 112a matches the width of the line 112a. Since the interval between the adjacent lines 112a is three times the width of the line 112a, a space 120 having a width equal to the width of the line 112a is formed between the silicon oxide films 115 formed on the side walls of the adjacent lines 112a. Free.
  • an insulating film such as a silicon nitride film can be used.
  • the spacer 115a made of the silicon oxide film 115 on the side wall of the line 112a it is formed on the upper surface of the line 112a and the upper surface of the silicon nitride film 111 between the lines 112a.
  • the silicon oxide film 115 to be etched is etched.
  • Ar as a plasma excitation gas
  • CHF 3 gas as an etching gas
  • O 2 gas for strengthening the spacer 115a are introduced into the processing container of the RLSA etching apparatus. These gases are turned into plasma and the silicon oxide film 115 is etched. At the end of etching, a deposit 116 derived from the CF-based gas is deposited on the surface of the processing container 119.
  • FIG. 8 the processing container 119 is shown only in FIGS. 8D to 8F, and is omitted in FIGS. 8A to 8C.
  • the switching process is performed under the conditions shown in Table 5.
  • O 2 gas as a cleaning gas and Ar as a plasma excitation gas are introduced into the processing container. It is also possible to mix CO and / or CO 2 with the O 2 gas.
  • Ar gas is introduced into the processing vessel for plasma ignition. After ignition, only O 2 gas as a cleaning gas is introduced into the processing container, or a gas in which Ar gas is mixed with O 2 gas is introduced into the processing container.
  • the plasma-generated O 2 deposits C, CF, etc. deposited on the surface of the processing vessel 119 are oxidized and removed to CO or the like.
  • the main purpose of the switching process is to remove the deposit 116 deposited on the surface of the processing container 119.
  • the surface of the wafer W that is, the silicon nitride film 111 and the line 112a is adjusted. It is also possible to remove the deposit 116 attached to the surface.
  • FIG. 8E shows a state in which the deposit 116 is removed by the switching process.
  • the switching process is performed in a non-bias state in which no bias is applied to the processing container mounting table, and the pressure in the processing container is 100 mT or more and 300 mT or less.
  • the substrate By substantially not applying an RF bias to the substrate, the substrate can be prevented from being processed.
  • An RF bias in a range that does not substantially affect the substrate may be applied.
  • the line 112a made of polysilicon is removed by etching. Since the deposit 116 on the line 112a has been removed, the line 112a can be etched.
  • Ar as a plasma excitation gas
  • HBr and / or Cl 2 as an etching gas
  • O 2 and / or CO gas for controlling the shape of the spacer 115a are introduced into the processing container. These lines are turned into plasma to etch the polysilicon line 112a.
  • the etching of the line 112a is performed, the number of the spacers 115a that is twice the number of the resist patterns 114a is formed.
  • a deposit 117 such as SiBrO or SiClO, which is a reaction product of the etching gas and the polysilicon film, is formed on the surface of the processing vessel 119. accumulate.
  • a switching process for removing the deposit 117 is performed.
  • Ar as a plasma excitation gas and SF 6 and O 2 as cleaning gases are introduced into the processing container.
  • the cleaning gas is turned into plasma, and the deposit 117 deposited on the surface of the processing container 119 is removed.
  • the main purpose of the switching process is to remove the deposit 117 deposited on the surface of the processing container 119.
  • the switching process adheres to the surface of the wafer W, that is, the surface of the spacer 115a and the surface of the silicon nitride film 111.
  • the deposit 117 can also be removed.
  • a mask pattern 111a of the silicon nitride film 111 is formed. Since the deposit 117 on the silicon nitride film 111 is removed, the silicon nitride film 111 can be etched. In etching the silicon nitride film 111, Ar as a plasma excitation gas and CHF 3 gas as an etching gas are introduced into the processing container. These gases are turned into plasma and the silicon nitride film 111 is etched. Through the above steps, double patterning is formed on the wafer W.
  • FIG. 9 shows the experimental results of the etching rate of KrF photoresist under different pressures.
  • the switching process hereinafter referred to as O 2 flash
  • O 2 flash the switching process
  • the KrF photoresist can be regarded as a deposit containing carbon
  • the relationship between the O 2 flash condition and the etching rate can be known.
  • 9A to 9D the unit of the horizontal axis is mm, and the unit of the vertical axis is ⁇ . 0 on the horizontal axis represents the center of the substrate W.
  • the X-axis, Y-axis, V-axis, and W-axis etching rates on the substrate W are shown.
  • the etching rate when the pressure is 20 mT, the etching rate is 114.0 nm in 10 seconds, and maintains a high value. If the etching rate is high, recesses (dents) may occur in the base, so that it is necessary to reduce the etching rate.
  • the etching rate is 87.7 nm in 10 seconds, and still maintains a high value. Since the etching rate of the KrF photoresist when the pressure is 60 mT is still high, it is necessary to perform O 2 flash at a pressure higher than 60 mT in order to further reduce the etching rate.
  • the etching rate when the pressure is 100 mT, the etching rate is 39.7 nm in 10 seconds, which is a low value. In order to make the etching rate lower than 39.7 nm / 10 sec, the O 2 flash is desirably performed at 100 mT or more. According to FIG. 9D, at 200 mT, the etching rate is 20.5 nm in 10 seconds, which is a lower value. Since the etching rate can be made lower than that at 100 mT, the O 2 flush may be performed at 200 mT.
  • FIG. 10 shows the experimental results of the etching rate of the KrF photoresist when the microwave power is changed.
  • the O 2 flash is performed by supplying each microwave power of 1500 W, 2000 W, 3000 W to the KrF photoresist under a pressure of 100 mT for 5 seconds.
  • the etching rate is 9.3 nm for 2 seconds, which is a low value.
  • the etching rate is 12.6 nm in 2 seconds, which is a little higher but still low.
  • the etching rate is 24.2 nm for 2 seconds, which is twice as high as 2000 W.
  • the microwave power is preferably set to 2000W. Since the etching rate can be lowered when the microwave power is 1500 W, it may be set to 1500 W.
  • the present invention can be variously modified and changed in consideration of the above teaching.
  • About a concrete embodiment it is possible to add various modification and change in the range which does not deviate from the range of the present invention.
  • idle time and seasoning processing are performed for measurement, but are not essential in actual processing.
  • an idle process and a seasoning process may be provided in order to reduce the influence of the cleaning gas used in the switching process.
  • the waferless dry cleaning is performed.
  • the present invention is not limited to this, and a dry cleaning using a dummy wafer may be performed. In this case, it takes time to transport the dummy wafer, but damage to the mounting table 12 can be suppressed.
  • the cleaning process is performed every time one wafer is etched.
  • the present invention is not limited to this.
  • the cleaning process may be performed once every five wafers are etched. . Further, the cleaning process may not be performed.
  • the polysilicon film etching process and the oxide film etching process are performed, but the present invention is not limited to this, and a process of performing an oxide film etching process after the polysilicon film etching process, or an oxide film
  • the present invention can also be applied to a process of performing a polysilicon film etching process after the etching process.
  • a silicon nitride film may be etched instead of a silicon oxide film as an insulating film.

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Abstract

　同一の処理容器内において、エッチングすべき膜種、及び処理ガスの種類が異なる複数のエッチング工程を切り替えることができるエッチング方法を提供する。　本発明のエッチング方法は、エッチングすべき膜種、及び処理ガスの種類が異なる第一及び第二のエッチング工程Ｓ１，Ｓ３を備える。第一のエッチング工程Ｓ１から第二のエッチング工程Ｓ３に移行する間に、処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて第一のエッチング工程において処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第一の切替え処理工程Ｓ２を行う。そして、第二のエッチング工程Ｓ３から第一のエッチング工程Ｓ１に移行する間に、処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて第二のエッチング工程において処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第二の切替え処理工程Ｓ４を行う。

Description

エッチング方法及び装置
　本発明は、処理容器に導入された処理ガスをプラズマ化させて基板にエッチングを行うエッチング方法及び装置に関する。
　半導体ウェハやＦＰＤ基板等の製造プロセスにおいて、処理容器に処理ガスを導入し、処理ガスをプラズマ化させて基板をドライエッチングするエッチング工程が行われる。このエッチング工程において、エッチングすべき膜種に応じて処理ガスの種類を異ならせる必要がある。
　例えば、基板上のポリシリコン膜をエッチングする場合、処理容器にＨＢｒ，Ｃｌ２等のハロゲン元素を含むハロゲン系の処理ガスが導入される。一方、基板上に積層された絶縁膜、例えば酸化シリコン膜をエッチングする場合、処理容器に炭素とフッ素を含むＣＦ系の処理ガスが導入される。
　従来、処理ガスの種類が異なるエッチングは、それぞれ別々の処理容器で行われていた。つまり、ハロゲン系ガスを使用する処理容器及びＣＦ系ガスを使用する処理容器は、それぞれ専用化され、異なる膜を対象としたエッチング処理を行っていた。そして、基板のエッチングレートを安定化させるために、一枚の基板をエッチングする毎に、処理容器の表面に付着した堆積物を除去するドライクリーニングが行われていた（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
特開平７－７８８０２号公報 特開平５－２９１２１３号公報
　同一の処理容器で、ハロゲン系ガスを使用する処理容器からＣＦ系ガスを使用する処理容器へ、又はその逆に移行させることができれば、処理容器の数を減らすことができる。また、処理容器を切り替えてエッチング処理を行うことにより、処理待ちの基板を減らすことができるため、エッチング工程全体の迅速化が図れる。
　しかし、従来、ガス種及び膜種が異なるエッチングは、それぞれ別々の処理容器で行うのが常識であった。なぜならば、一つの処理容器において、ポリシリコン膜をエッチングする工程から絶縁膜をエッチングする工程に移行すると、基板のエッチングレートが安定しなかったり、基板上に処理容器の表面に付着する堆積物（エッチングの反応生成物）に起因するパーティクルが発生したりするという問題が懸念されるからである。絶縁膜をエッチングする工程からポリシリコン膜をエッチングする工程に移行する場合でも同様である。ポリシリコン膜をエッチングする工程と絶縁膜をエッチングする工程とでは、処理容器の表面に付着する堆積物（エッチングの反応生成物）の種類が異なる。このため、パーティクルが基板処理に影響を与え、意図するエッチングを阻害する虞がある。さらに、処理容器の表面やすきまに前のエッチング工程の堆積物が残ると、後のエッチング工程のエッチングレートが安定しなくなる。
　そこで本発明は、同一の処理容器内において、膜種及びガス種が異なる複数のエッチング工程を切り替えることができるエッチング方法及び装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様は、処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて第一の基板上の膜をエッチングする第一のエッチング工程と、前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる第二の基板上の膜をエッチングする第二のエッチング工程と、を備え、同一の前記処理容器内において前記第一のエッチング工程と前記第二のエッチング工程とを切り替えて行い、前記第一のエッチング工程から前記第二のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第一の切替え処理工程を行い、及び／又は、前記第二のエッチング工程から前記第一のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第二の切替え処理工程を行うエッチング方法である。
　本発明の他の態様は、処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板上の膜をエッチングする第一のエッチング工程と、前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる基板上の膜をエッチングする第二のエッチング工程と、を備え、同一の前記処理容器内において前記第一のエッチング工程と前記第二のエッチング工程とを切り替えて行い、前記第一のエッチング工程から前記第二のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第一の切替え処理工程を行い、及び／又は、前記第二のエッチング工程から前記第一のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第二の切替え処理工程を行うエッチング方法である。
　本発明のさらに他の態様は、処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板上の膜をエッチングする第一のエッチング、及び前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる基板上の膜をエッチングする第二のエッチングを、同一の前記処理容器内において切り替えて行い、前記第一のエッチングから前記第二のエッチングに移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチングにおいて前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去し、前記第二のエッチングから前記第一のエッチングに移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチングにおいて前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する制御部を備えるエッチング装置である。
　本発明によれば、同一の処理容器で複数のエッチング処理を行うことが可能になる。処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させ、処理容器内に堆積する反応生成物を除去するので、切り替え後のエッチングレート及びパーティクル発生量を、処理容器を切り替えて処理を行う時と同等にすることができる。
本発明の一実施形態のエッチング方法の概念図 本発明の第一の実施形態のエッチング方法の工程図 ＲＬＳＡエッチング装置の概略断面図 スロットアンテナ板のスロットパターンの一例を示す平面図 四つのＲＬＳＡエッチング装置を装備する半導体製造システムの概念図 本発明の第一の実施例の実験結果を示す図 本発明の第二の実施例の実験結果を示す図 本発明の第三の実施例のダブルパターニングの工程図 異なる圧力の下でのＫｒＦフォトレジストのエッチングレートの実験結果を示すグラフ 異なるマイクロ波パワーの下でのＫｒＦフォトレジストのエッチングレートの実験結果を示すグラフ
　以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態のエッチング方法を説明する。図１には、第一のエッチング工程Ｓ１と第二のエッチング工程Ｓ３との切り替えの概念図が示される。図１の左側には、第一のエッチング工程Ｓ１が示され、図１の右側には、第二のエッチング工程Ｓ３が示されている。
　第一のエッチング工程Ｓ１においては、第一の処理ガスとしてハロゲン系ガスを用い、シリコンを含む膜、例えばポリシリコン膜をエッチングする。図１の右側には、第二の処理ガスとしてＣＦ系ガスを用い、絶縁膜をエッチングする工程が示される。絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等である。この実施形態では、酸化シリコン膜をエッチングする例を示す。
　図１の左側の、ポリシリコン膜２のエッチングは、基板としてのウェハＷ上にゲート電極２ａを形成するために行われる。シリコン等からなるウェハＷ上には、窒化シリコン膜１、ポリシリコン膜２、及び反射防止層３（ＢＡＲＣ）が順番に形成される。窒化シリコン膜１及びポリシリコン膜２は例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）により形成される。反射防止層３の表面には、ＡｒＦフォトレジストが塗布される。フォトレジスト層には、露光によりマスクパターンが転写される。露光されたフォトレジスト層は現像処理される。現像後に反射防止層３の表面には、レジストパターン４ａが形成される。
　レジストパターン４ａが形成されたウェハは、エッチング装置としてのＲＬＳＡエッチング装置に搬入される。ＲＬＳＡエッチング装置の詳細な構造については後述する。ＲＬＳＡエッチング装置では、レジストパターン４ａをマスクとしてポリシリコン膜２をエッチングする。エッチングにより、レジストパターン４ａに対応したゲート電極２ａが形成される。
　ＲＬＳＡエッチング装置の処理容器には、第一の処理ガスとして、プラズマ励起用ガスとエッチングガスとを混合したガスが導入される。プラズマ励起用ガスとしては、不活性ガス、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅの少なくとも一つが用いられる。エッチングガスとしては、ハロゲン元素を含むガス、例えばＨＢｒ，Ｃｌ２が用いられる。エッチング対象の形状を制御するため、酸素を含むガス、例えば、Ｏ２，ＣＯガスを添加する。
　表１にポリシリコン膜をエッチングするときの処理条件の一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　処理容器内に第一の処理ガスを導入し、処理容器を所定の圧力に減圧した後、ＲＬＳＡを用いて処理容器にマイクロ波を導入し、処理容器内の第一の処理ガスをプラズマ化させる。そして、プラズマ化させた第一の処理ガスによって、ポリシリコン膜２をエッチングする。ポリシリコン膜２をエッチングすると、エッチングガスとポリシリコン膜との反応生成物であるＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等が処理容器の内壁表面に堆積する。
　図１の右側の、酸化シリコン膜５のエッチングは、ゲート電極２ａの側壁にスペーサ５ａを形成するために行われる。ウェハＷの表面及びゲート電極２ａの表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜５が化学的気相成長（ＣＶＤ）法により形成される。
　酸化シリコン膜５が形成されたウェハＷは、ＲＬＳＡ（登録商標）エッチング装置に搬送される。ＲＬＳＡエッチング装置では、ウェハＷの表面及びゲート電極２ａの表面に積層された酸化シリコン膜５をエッチバックし、ゲート電極２ａの側壁にスペーサ５ａを形成する。
　ＲＬＳＡエッチング装置の処理容器には、第二の処理ガスとして、プラズマ励起用ガスとエッチングガスとを混合したガスが導入される。プラズマ励起用ガスとしては、不活性ガス、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅの少なくとも一つが用いられる。エッチングガスとしては、ＣＨ２Ｆ２，ＣＨＦ３，及びＣＨ３Ｆの群から選ばれる少なくとも一つ、並びにＯ２，ＣＯ，ＣＮ，及びＮ２の群から選ばれる少なくとも一つを混合したガスが用いられる。酸化シリコン膜５をエッチングするこの例では、Ａｒ、ＣＨＦ３、Ｏ２の混合ガスが使用される。表２に酸化シリコン膜５をエッチングするときの処理条件の一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　処理容器内に第二の処理ガスを導入し、処理容器を所定の圧力に減圧した後、スロットアンテナを用いて処理容器にマイクロ波を導入し、処理容器内の第二の処理ガスをプラズマ化させる。そして、プラズマ化させた第二の処理ガスによって、酸化シリコン膜５をエッチングする。酸化シリコン膜５をエッチングするとき、窒化シリコン膜１やポリシリコン膜２ａに対する酸化シリコン膜のエッチング選択比を高めた処理が求められる。そこで、堆積物（Ｃ，ＣＦｘ）を堆積しながらのエッチングすることによって、窒化シリコン膜１やポリシリコン膜２ａのエッチングを抑制する。ＣＦ系ガス由来の堆積物がウェハＷや処理容器の表面に堆積する。
　図２は、本発明の一実施形態のエッチング方法のフローチャートを示す。図２に示すように、第一のエッチング工程Ｓ１から第二のエッチング工程Ｓ３に切り替えるときに、第一の切替え処理工程Ｓ２が行われる。この第一の切替え処理工程Ｓ２もＲＬＳＡエッチング装置内で行われる。
　第一の切替え処理工程Ｓ２において、処理容器にはクリーニングガスとしてフッ素を含むガスが導入される。この実施形態では、クリーニングガスとしてＳＦ６，Ｏ２及びＡｒの混合ガスが用いられる。Ａｒは、プラズマ励起用ガスとして使用される。処理容器内においてクリーニングガスはプラズマ化され、第一のエッチング工程において処理容器内に堆積したＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等の反応生成物が除去される。ＳＦ６はＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等の反応生成物中のＳｉをＳｉＦにして除去するのに用いられる。Ｏ２はレジスト膜中の炭素をＣＯ等にして除去するのに用いられる。ＳＦ６以外にもＣＦ４，ＣＦ４Ｏ２等のＣＦ系のガスを用いてもよいし、ＮＦ３を用いてもよい。Ａｒ以外にも不活性ガス、例えば、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅを用いてもよい。第一の切替え処理工程は、処理容器の載置台にウェハＷが載せられていないウェハレスの状態で行うことができる。
　第一の切替え処理工程Ｓ２は、低圧処理と高圧処理の二段階で行われる。低圧は１０ｍＴ（Ｔｏｒｒ）以上１００ｍＴ未満である。高圧は１００ｍＴ以上３００ｍＴ以下である。表３は第一の切替え処理工程の処理条件の一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　処理容器内の圧力を低圧にすると、処理容器内にプラズマが全体的に拡散する。このため、処理容器の下部まで含めた全体的なクリーニングが可能になる。処理容器内を高圧にすると、処理容器の上部のプラズマの密度が比較的高くなるので、誘電体窓および処理容器上部側壁の効果的なクリーニングが可能になる。低圧処理工程と高圧処理工程の二段階で処理することにより、処理容器の全体を短時間でクリーニングすることができる。
　第二のエッチング工程Ｓ３から第一のエッチング工程Ｓ１に移行する間に、第二の切替え処理工程Ｓ４が行われる。この第二の切替え処理工程Ｓ４もＲＬＳＡエッチング装置内で行われる。
　第二の切替え処理工程Ｓ４において、処理容器にはクリーニングガスとしてＯ２を含むガスが導入される。この実施形態では、クリーニングガスとしてＯ２が用いられ、プラズマ励起用ガスとしてＡｒが用いられる。アッシング処理のようにＯ２にＮ２を添加してもよい。クリーニングガスはプラズマ化され、第二のエッチング工程において処理容器内に堆積したＣ，ＣＦ等の反応生成物が除去される。Ｏ２はＣ，ＣＦ等の反応生成物中のＣをＣＯ等にして除去させるのに用いられる。第二の切替え処理工程Ｓ４は、処理容器の載置台にウェハＷが載せられていないウェハレスの状態で行うことができる。
　第二の切替え処理工程Ｓ４は、高圧処理と低圧処理の二段階で行われていてもよい。表４は第二の切替え処理工程の処理条件の一例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　第二の切替え処理工程Ｓ４においては、第一の切替え処理工程Ｓ２と異なり、初めに高圧処理工程を行い、二番目に低圧処理工程を行う。高圧処理工程では、処理容器の上部のプラズマの濃度が比較的高くなるので、誘電体窓および処理容器上部側壁の効果的なクリーニングが可能になる。低圧処理工程では、プラズマが処理容器内に全体的に拡散するので、処理容器の下部まで含めた全体的なクリーニングが可能になる。高圧処理工程と低圧処理工程の二工程で処理することにより、処理容器の全体を短時間でクリーニングすることができる。
　上記第一及び第二のエッチング工程Ｓ１，Ｓ３、並びに第一及び第二の切替え処理Ｓ２，Ｓ４においては、ＲＬＳＡエッチング装置が使用されているが、プラズマを生成することができる他のエッチング装置も使用することができる。ＲＬＳＡエッチング装置の構成は以下の通りである。
　図３は、ＲＬＳＡエッチング装置の概略断面図を示す。ＲＬＳＡエッチング装置は、プラズマ源としてマイクロ波を利用する。マイクロ波励起プラズマを利用すると、エッチング処理を行う領域において低電子温度、高密度のプラズマを生成することができる。
　ＲＬＳＡエッチング装置は、アルミニウム、ステンレス等からなる筒状の処理容器１０を備える。処理容器１０は接地されている。
　初めに、ＲＬＳＡエッチング装置の処理容器１０にマイクロ波励起プラズマを発生させることに直接的に貢献しない構成要素や部材について説明する。
　処理容器１０の底部の中央には、ウェハＷが載せられる載置台１２が設けられる。載置台１２は処理容器１０の底部から上方に伸びる円筒状の支持部１４により保持される。載置台１２は、例えばアルミナや窒化アルミニウム等の絶縁材料からなり、円盤状に形成される。載置台１２内には、高周波が印加される下部電極が設けられている。
　処理容器１０の内側面と、円筒状の支持部１４を囲み、処理容器１０の底部から上方に伸びる円筒状の壁部１６との間には、円環形状の排気経路１８が設けられる。排気経路１８の上部には円環形状のバッフルプレート２０が配置され、排気経路１８の下部には排気口２２が設けられる。載置台１２の上のウェハＷに関して対称に分布する均一なガスの流れを得るために、円環形状の排気経路１８には周方向に等しい角度間隔を空けて多数の排気口２２が設けられる。各排気口２２は排気パイプ２４を介して排気装置２６に接続される。排気装置２６は、処理容器１０内を真空にし、所望の圧力に減圧するターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプを備える。ゲートバルブ２８は、ウェハＷが処置容器から搬出入される搬送口を開閉する。
　載置台１２は、整合器３２、電力供給ロッド３４を介して載置台１２にＲＦバイアス電圧を印加する高周波電源３０に電気的に接続される。高周波電源３０は、所定の電力レベルにおいて、例えば１３．５６ＭＨｚの比較的低い周波数の高周波を出力する。このような低い周波数は、載置台１２上のウェハＷに引きつけられるイオンのエネルギを調整するのに適している。整合器３２は、自己バイアスを発生させるためのブロッキングコンデンサ(blocking condenser)を有する。
　載置台１２の上面には、静電チャック３６が設けられる。静電チャック３６は、載置台１２上にウェハＷを静電力によって保持する。静電チャック３６は、導体膜から形成される電極３６ａと、電極３６ａを上下に挟む一対の絶縁膜３６ｂ，３６ｃと、を備える。直流電源４０は、スイッチ４２を介して電極３６ａに電気的に接続される。直流電源４０から静電チャック３６に印加される直流電圧は、静電チャック３６上にウェハＷを保持するためのクーロン力を生じさせる。静電チャック３６の外周には、ウェハＷを囲むフォーカスリング３８が設けられる。
　載置台１２の内部には、冷却媒体経路４４が設けられる。冷却媒体経路４４は周方向に伸び、円環形状に形成される。所定温度の冷却媒体又は冷却水が、導管４６及び冷却媒体経路４４を循環するようにチラーユニット（図示せず）から導管４６を介して冷却媒体経路４４に供給される。冷却媒体の温度を調整することにより、静電チャック３６上のウェハＷの温度を調整することができる。さらに、Ｈｅガス等の熱伝導ガスがウェハＷと静電チャックとの間に、ガス供給部（図示せず）から供給パイプ５０を介して供給される。
　次に、ＲＬＳＡエッチング装置の処理容器１０内にマイクロ波プラズマを発生させるのに貢献する要素や部材を説明する。
　平面アンテナ５５は、石英、セラミック、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる円盤状の誘電体窓５２と、円盤状のスロットアンテナ板５４と、を備える。誘電体窓５２は、処理容器１０の内部を密封するように処理容器１０に取り付けられ、載置台１２に対向する処理容器１０の天井部として機能する。スロットアンテナ板５４は誘電体窓５２の上面の上に配置され、同心円状に分布する多数のスロットを有する。スロットアンテナ板５４は、石英、セラミック、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの誘電体からなる誘電体板５６を介して電磁的にマイクロ波伝送ライン５８に連結される。誘電体板５６は、その内部を伝播するマイクロ波の波長を短縮する。
　マイクロ波伝送ライン５８は、導波路６２と、導波路／同軸管変換器６４と、同軸管６６と、を有し、マイクロ波発生器６０から出力されたマイクロ波をスロットアンテナ板５４に伝送する。導波路６２は、例えば矩形状のパイプから形成され、マイクロ波発生器６０から変換器６４にＴＥモードでマイクロ波を伝送する。
　変換器６４は、導波路６２を同軸管６６に連結させ、導波路６２内を伝播するＴＥモードのマイクロ波を同軸管６６内を伝搬するＴＥＭモードのマイクロ波に変換する。変換器６４は、下方に向かって尖った円錐形状に形成され、その上部が導波路６２に結合され、その下部が同軸管６６の内側導体６８に結合される。
　同軸管６６は、変換器６４から処理容器１０の上部中央に向かって垂直下方に伸び、スロットアンテナ板５４に連結される。同軸管６６は、外側導体７０と、内側導体６８と、を有する。外側導体７０は、その上端部が導波路６２に結合され、垂直下方に伸びる下端部が誘電体板５６に結合される。内側導体６８はその上端部が変換器６４に接続され、その下端部がスロットアンテナ板５４に到達するまで垂直下方に伸びる。マイクロ波は外側導体７０と内側導体６８との間をＴＥＭモードで伝播する。
　マイクロ波発生器６０から出力されたマイクロ波は、導波路６２、変換器６４、同軸管６６を含むマイクロ波伝送ライン５８を伝送され、誘電体板５６を通過した後、スロットアンテナ板５４に供給される。マイクロ波は誘電体板５６を半径方向に拡散し、スロットアンテナ板５４のスロットを介して処理容器１０内に放射される。これにより、誘電体窓５２の直下のガスが励起され、処理容器１０内にプラズマが発生する。
　誘電体板５６の上面にはアンテナ背面プレート７２が設けられる。アンテナ背面プレート７２は例えばアルミニウムからなる。アンテナ背面プレート７２には、チラーユニット（図示せず）に接続される流路７４が形成される。所定温度の冷却媒体又は冷却水は流路７４及びパイプ７６，７８内を循環する。アンテナ背面プレート７２は誘電体板５６等に発生する熱を吸収する冷却ジャケットとして機能し、熱を外部に伝導する。
　この実施形態では、ガス導入路８０は同軸管６６の内側導体６８を貫通するように設けられる。第一のガス導入パイプ８４は、その一端がガス導入路８０の上端開口部８０ａに接続され、その他端が処理ガス供給源８２に接続される。誘電体窓５２の中央には、処理容器１０に向かって開口するガス噴射口８６が形成される。上記の構成を備える第一のガス導入部８８において、処理ガス供給源８２からの処理ガスは、第一のガス導入パイプ８４、及び内側導体６８内のガス導入路８０を流れ、ガス噴射口８６から下方に位置する載置台１２に向かって噴射される。処理ガスは排気装置２６によって載置台１２を囲む円環状の排気経路１８に引かれている。第一のガス導入パイプ８４の途中には流量調整器９０（ＭＦＣ）と、オンオフを行うバルブ９２が設けられる。
　この実施形態では、第一のガス導入部８８に加えて、処理容器１０に処理ガスを供給するための第二のガス導入部９４が設けられる。第二のガス導入部９４は、処理容器１０内に配置されるガスリング９１と、ガスリング９１に接続されるガス供給管１００と、を備える。ガスリング９１は中空のリング形状に形成され、その内周側の側面には周方向に等しい角度間隔を空けて多数の側面噴射口９２を有する。多数の側面噴射口９２は処理容器１０のプラズマ領域内で開口する。ガス供給管１００は、ガスリング９１及び処理ガス供給源８２に接続される。ガス供給管１００の途中には、流量調整器１０２（ＭＦＣ）、及びオンオフを行うバルブ１０４が設けられる。
　第二のガス導入部９４において、処理ガス供給源８２からの処理ガスはガス供給管１００を介してガスリング９１に導入される。処理ガスが充満するガスリング９１の内部圧力は、周方向において均一になり、多数の側面噴射口９２から処理容器１０内のプラズマ領域に均一に水平方向に処理ガスが噴射される。
　図４は、スロットアンテナ板５４のスロットパターンの一例を示す。スロットアンテナ板５４は、同心円状に配列する多数のスロット５４ｂ，５４ｃを有する。詳しくは、長手方向が直交する二種類のスロットが同心円状に交互に配列される。同心円の半径方向の間隔は、スロットアンテナ板５４を半径方向に伝播するマイクロ波の波長に基づいて定められる。このスロットパターンによれば、マイクロ波は互いに直交する二つの偏波成分を備える平面波に変換され、平面波がスロットアンテナ板５４から放射される。このように構成されたスロットアンテナ板５４は、アンテナの全領域から処理容器１０内に均一にマイクロ波を放射するのに効果的であり、アンテナの下方に均一な安定したプラズマを生成するのに適している。このように構成されたスロットアンテナ板５４は、ＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)と呼ばれる。これを備えたエッチング装置を、ＲＬＳＡエッチング装置と呼ぶ。
　排気装置２６、高周波電源３０、直流電源４０、スイッチ４２、マイクロ波発生器６０、処理ガス供給源８２、チラーユニット（図示せず）、熱伝導ガス供給部（図示せず）等の個々の作動、及び全体の作動は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部は、例えばマイクロコンピュータ等から構成される。
　制御部は後述する統括制御装置からの切替え信号を受信したとき、図２に示されるフローチャートに従って、第一のエッチング工程Ｓ１と第二のエッチング工程Ｓ３とを切り替える。統括制御装置には、ウェハＷを処理する手順が記憶されている。統括制御装置は、処理手順に従って、ＲＬＳＡエッチング装置をポリシリコン膜エッチング装置として使用したり、酸化シリコン膜エッチングする装置として使用したりする。
　ＲＬＳＡエッチング装置の制御部に切り換え機能を組み込むことにより、例えば複数のプロセスモジュールの一つが故障したときに、故障したプロセスモジュールの代替えとしてＲＬＳＡエッチング装置を使用することもできる。
　図５は、プロセスモジュールとして四つのＲＬＳＡエッチング装置を装備する半導体製造システムの概念図を示す。図中のＰＭ１及びＰＭ２は、ポリシリコン膜エッチング用プロセスモジュールであり、ＰＭ３及びＰＭ４は、酸化シリコン膜エッチング用プロセスモジュールである。これらのプロセスモジュールは、中央に配置される真空搬送モジュール６に放射状に接続される。真空搬送モジュール６には、ロードロックモジュール７，８が接続される。
　ロードロックモジュール７，８には、大気搬送モジュールＴ１が接続される。大気搬送モジュールＴ１は、複数毎（例えば２５枚）のウェハＷを収容するカセットが配置されるロードポートＬ１、Ｌ２，Ｌ３を備える。真空搬送モジュール６には、搬送用のロボットが収容されており、ロードロックモジュール７，８とプロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ４との間でウェハＷを搬送できるようになっている。プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ４，ロードロックモジュール７，８と真空搬送モジュール６との間にはゲートバルブＧ１～Ｇ６が配置され、ウェハＷの搬送に伴ってゲートバルブＧ１～Ｇ６が開閉される。大気搬送モジュールＴ１には、搬送用のロボットが収容されており、ロードロックモジュール７、８とロードポートＬ１，Ｌ２，Ｌ３との間でウェハＷを搬送できるようになっている。大気搬送モジュールＴ１とロードロックモジュール７，８との間にはゲートバルブＧ７，Ｇ８が配置され、ウェハＷの搬送に伴ってゲートバルブＧ７，Ｇ８が開閉される。
　プロセスモジュールＰＭ１～ＰＭ４、ロードロックモジュール７，８、真空搬送モジュール６、及び大気搬送モジュールＴ１の動作は、それぞれのモジュールに付設された制御部によって制御される。これらの制御部は、ＬＡＮ等のネットワークを介して統括制御装置に接続されている。各制御部による各モジュールの制御は統括制御装置により統括して制御される。統括制御装置は、あらかじめ定められた処理手順に従って、これらのモジュールを制御する。例えば、ポリシリコン膜をエッチングするときは、ロードポートＬ１に収容されたウェハＷをポリシリコン膜エッチング用プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２に搬送し、プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２で処理がなされたウェハＷをロードポートＬ１に搬出する。一方、酸化シリコン膜をエッチングするときは、ロードポートＬ２に収容されたウェハＷを酸化シリコン膜エッチング用プロセスモジュールＰＭ３，ＰＭ４に搬送し、プロセスモジュールＰＭ３，ＰＭ４で処理がなされたウェハＷをロードポートＬ２に搬出する。
　例えば、ポリシリコン膜エッチング用プロセスモジュールＰＭ１が故障したとき、ポリシリコン膜エッチング用ウェハＷの処理が遅れてしまう。このとき、酸化シリコン膜エッチング用プロセスモジュールＰＭ４をポリシリコン膜エッチング用プロセスモジュールに切り替えることにより、ポリシリコン膜エッチング用ウェハＷを処理することができる。これにより、ポリシリコン膜エッチング用ウェハＷを備えたカセットの滞留時間を低減することができる。
　統括制御装置による切替え信号は、例えば以下のように生成される。統括制御装置のモニターには、ＰＭ１がポリシリコン膜エッチング用プロセスモジュールであることが表示される。モニターにはタッチパネル式のスイッチがあり、オペレータがモニター上のスイッチを押すと、統括制御装置はスイッチが押されたことを検知し、切替え信号をプロセスモジュールＰＭ４に送信する。これと同時に、統括制御装置は、記憶された処理手順を書き換え、ＰＭ１で処理する予定のウェハＷをＰＭ４に搬送する。プロセスモジュールＰＭ４の切り替えが終了すると、統括制御装置のモニターに切り替えが完了したことが表示される。なお、オペレータによるスイッチ操作の替わりに、統括制御装置がＰＭ１の障害を検知したとき、自動的にＰＭ４に切替え信号を送信するようにしてもよい。
　（酸化シリコン膜→ポリシリコン膜への切替え）
　以下のように、酸化シリコン膜のスペーサエッチングからポリシリコン膜のエッチングに切り替えた。そして、切り替え後のポリシリコン膜のエッチングレート及びパーティクルの発生量を測定した。
　まず、酸化シリコン膜のスペーサのエッチングを、処理ガスの流量をＡｒ／ＣＨＦ３／Ｏ２＝４５０／５０／２ｓｃｃｍに設定し、表２に示す条件で行った。このとき、エッチングレートが変動しないように、クリーニングレシピに従って、ウェハを一枚エッチングする毎にクリーニング処理を行った。クリーニング処理は、Ｏ２ドライクリーニングであり、ウェハを載置台に置かない（ウェハレスの）状態で行われた。クリーニング処理は、エッチング処理と同等の圧力、例えば、２０ｍＴｏｒｒにて行われる。
　次に、表４に示す条件で切替え処理を行い、処理容器の表面に付着している堆積物を除去した。切替え処理は、ウェハ毎に行われるクリーニング処理よりも時間が長い。このため、クリーニング処理で除去しきれなかった堆積物を除去できる。また、切り替え処理は、クリーニング処理よりも、処理圧力の高い工程を含むことができる。これにより、誘電体窓および処理容器上部側壁を効果的にクリーニングすることができる。なお、クリーニング処理は、通常１～２分間である。切替え処理の時間は、クリーニング処理の２倍以上、好ましくは、５～１０倍程度であればよい。
　次に、処理容器内の環境を整えるため、アイドル時間を例えば１０分間とり、その後、シーズニング処理（Ｏ２ドライクリーニング、２分間）を行った。そして、ポリシリコン膜のエッチングを表１に示す条件で行った。このとき、エッチングレートが変動しないように、クリーニングレシピに従って、ウェハを一枚エッチングする毎にクリーニングを行った。クリーニングは、ウェハを載置台に置かない（ウェハレスの）、ＳＦ６／Ｏ２ドライクリーニングである。
　ウェハは２５枚で１ロットのものを使用した。１番目のロットのスロット１及び２５にポリシリコン膜が形成されたウェハを配置し、スロット２－２３にベアシリコンからなるダミーウェハを配置した。そして、スロット１及び２５のウェハのエッチングレートを測定した。
　１番目のロットのエッチングと２番目のロットのエッチングとの間に、プラズマをたてずにパーティクルを除去するＮＰＰＣ（non plasma particle cleaning）、及びシーズニング処理（Ｏ２ドライクリーニング、２分間）を行った。２番目のロットのスロット１にもポリシリコン膜が形成されたウェハを配置し、２番目のロットのスロット１のエッチングレート及びパーティクルを測定した。
　図６は、１番目のロットのスロット１，２５に配置されたウェハ、及び２番目のロットのスロット１に配置されたウェハのエッチングレートを測定した結果を示す。１番目のロットのスロット１のエッチングレートの平均値は２２０２Å／ｍｉｎであり、１番目のロットのスロット２５のエッチングレートの平均値は２１９８Å／ｍｉｎであった。２番目のロットのスロット１のエッチングレートの平均値は２２１５Å／ｍｉｎであった。過去にポリシリコン膜のエッチングのみを行ったときのエッチングレートの実績値の２２１５Å／ｍｉｎとの差は、±０．５％未満であった。また、０．１３μｍ以上のパーティクルの数は１個であった。図６中破線は均一性を表す。適切な切替え処理により、ポリシリコン膜のみをエッチングしときと同等にエッチングレートを安定させることができ、パーティクルも少なくできることがわかった。
　（ポリシリコン膜→酸化シリコン膜への切り替え）
　以下のように、ポリシリコン膜のエッチングから酸化シリコン膜のスペーサエッチングに切り替えた。そして、切り替え後の酸化シリコン膜のエッチングレート及びパーティクルの発生量を測定した。
　まず、ポリシリコン膜のエッチングを、表１に示す条件で行った。エッチングレートが変動しないように、クリーニングレシピに従って、ウェハを一枚エッチングする毎にクリーニング処理を行った。クリーニング処理は、ウェハを載置台に置かない（ウェハレスの）、ＳＦ６／Ｏ２ドライクリーニングである。クリーニング処理は、エッチング処理と同等の圧力、例えば、２０ｍＴｏｒｒにて行われる。
　次に、表３に示す条件で切替え処理を行い、処理容器の表面に付着している堆積物を除去した。切替え処理は、ウェハ毎に行われるクリーニング処理よりも時間が長い。このため、クリーニング処理で除去しきれなかった堆積物を除去できる。また、切り替え処理は、クリーニング処理よりも、処理圧力の高い工程を含むことができる。これにより、誘電体窓および処理容器上部側壁を効果的にクリーニングすることができる。なお、クリーニング処理は、通常１～２分間である。切替え処理のクリーニング時間は、ウェハ毎に行われるクリーニング時間の２倍以上、好ましくは、５～１０倍程度であればよい。
　次に、切替え処理のクリーニングに用いたＳＦ６を排出し、処理容器内の環境を整えるためのシーズニング処理（Ｏ２ドライクリーニング、３００ｍＴ，５ｍｉｎ＋２０ｍＴ，５ｍｉｎ）を行った。そして、酸化シリコン膜のエッチングを表２に示す条件で行った。このとき、エッチングレートが変動しないように、クリーニングレシピに従って、ウェハを一枚エッチングする毎にクリーニングを行った。クリーニングは、ウェハを載置台に置かない（ウェハレスの）、Ｏ２ドライクリーニングである。
　ウェハは２５枚で１ロットのものを使用した。１番目のロットのスロット１－５，１０，１５，２５に酸化シリコン膜が形成されたウェハを配置し、残りのスロットに酸化シリコン膜が形成されたダミーウェハを配置した。そして、スロット１－５，１０，１５，２５のウェハのエッチングレートを測定した。
　１番目のロットのエッチングと２番目のロットのエッチングとの間に、プラズマをたてずにパーティクルを除去するＮＰＰＣ（non plasma particle cleaning）、及びシーズニング処理（Ｏ２ドライクリーニング、３００ｍＴ，５ｍｉｎ＋２０ｍＴ，５ｍｉｎ）を行った。２番目のロットのスロット１，１５，２５にも酸化シリコン膜が形成されたウェハを配置し、残りのスロットに酸化シリコン膜が形成されたダミーウェハを配置した。２番目のロットのスロット１のエッチングレート及びパーティクルを測定した。三番目のロットも２番目のロットと同様にエッチングした。
　図７は、測定結果を示す。１番目のロットのスロット１のウェハのエッチングレートの平均値は５２４Å／ｍｉｎであり、スロット５のウェハのエッチングレートの平均値は５３２Å／ｍｉｎであった。２番目のロット及び３番目のロットの酸化シリコン膜のエッチングレートの平均値は５３１Å／ｍｉｎであり、変動率は±１．３％であった。エッチングレートの最小値は５２５Å／ｍｉｎであり、最大値は５３９Å／ｍｉｎであった。１番目のロットが終了した時点での０．１３μｍ以上のパーティクルの数は１４個であり、２番目のロットが終了した時点でのパーティクルの数は４個であった。切替え処理により、１番目のロットのときでも、２番目、３番目のロットと同等にエッチングレートを安定化させることができた。よりエッチングレートを安定化させたい場合には、１番目のロットの４枚目までをダミーウェハに対する処理とし、５枚目以降から実製品のウェハに対する処理とすればよい。なお、通常のエッチング処理状態においての許容されるパーティクルの数は、４０個未満である。
　（ウェハ上の多層膜をエッチングするときの切替え）
　実施例３においては、酸化シリコン膜及びポリシリコン膜を含む多層膜が積層されたウェハを用い、ウェハ上の酸化シリコン膜をエッチングする工程（第二のエッチング工程）からウェハ上のポリシリコン膜をエッチングする工程（第一のエッチング工程）に移行する間に、切替え処理（第二の切替え処理）を行う。この切替え処理は、ウェハを載置台に置いた状態で、処理容器内に酸素を含むクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させてウェハ上及び処理容器内に堆積したＣ，ＣＦ等の反応生成物を除去する。Ｃ，ＣＦ等の反応生成物は、ウェハ上の酸化シリコン膜をエッチングする工程（第二のエッチング工程）に起因して生じたものである。
　また、実施例３においては、ウェハ上のポリシリコン膜をエッチングする工程（第一のエッチング工程）からウェハ上の窒化シリコン膜をエッチングする工程（第二のエッチング工程）に移行する間に、切替え処理（第一の切替え処理）を行う。この切替え処理は、ウェハを載置台に置いた状態で、処理容器内にフッ素を含むクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させてウェハ上及び処理容器内に堆積したＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等の反応生成物を除去する。ＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等の反応生成物は、第一のエッチング工程に起因して生じたものである。
　図８は、第一及び第二のエッチング工程、並びに第一及び第二の切替え工程が行われるダブルパターニングの形成方法の工程図を示す。第一及び第二のエッチング工程、並びに第一及び第二の切替え工程は、ＲＬＳＡエッチング装置内で行われる。
　図８（Ａ）に示すように、シリコン等からなるウェハＷ上には、窒化シリコン膜１１１、ポリシリコン膜１１２、及び反射防止層１１３（ＢＡＲＣ）が順番に積層される。窒化シリコン膜１１１及びポリシリコン膜１１２は、例えば化学的気相成長（ＣＶＤ）により形成される。反射防止層１１３の表面には、ＡｒＦからなるフォトレジストが塗布される。フォトレジストには、露光によりマスクパターンが転写され潜像が形成される。露光されたフォトレジストは現像処理される。現像後に反射防止層１１３の表面には、レジストパターン１１４ａが形成される。レジストパターン１１４ａは、例えばライン／スペースパターンに形成される。レジストパターン１１４ａにおいて、ライン幅：ライン間の間隔＝１：３に形成される。反射防止膜１１３はレジストパターン１１４ａをマスクとしてエッチングされる。
　次に、図８（Ｂ）に示すように、レジストパターン１１４ａをマスクとしてポリシリコン膜１１２をエッチングし、ポリシリコン膜１１２をレジストパターン１１４ａと同一のパターン、例えばライン／スペースパターン１１２ａに形成する。ライン／スペースパターン１１２ａにおいて、ライン幅：ライン間の間隔＝１：３に形成される。
　次に、図８（Ｃ）に示すように、ライン／スペースパターン１１２ａ上に、膜厚がコンフォーマルな（膜厚が一定な）酸化シリコン膜１１５を形成する。酸化シリコン膜１１５は、例えばＴＥＯＳガスを原料ガスとして用いた化学的気相成長（ＣＶＤ）により形成される。
　酸化シリコン膜１１５は、ライン／スペースパターン１１２ａの上面に、すなわちライン１１２ａの上面、ライン１１２ａの左右の側壁、及びライン１１２ａ間の窒化シリコン膜１１１の上面に形成される。ライン１１２ａの側壁に形成される酸化シリコン膜１１５の厚さは、ライン１１２ａの幅に一致する。隣り合うライン１１２ａ間の間隔は、ライン１１２ａの幅の３倍であるから、隣り合うライン１１２ａの側壁に形成された酸化シリコン膜１１５の間には、ライン１１２ａの幅に等しい幅のスペース１２０が空く。酸化シリコン膜１１５の代わりに、窒化シリコン膜等の絶縁膜を用いることもできる。
　次に、図８（Ｄ）に示すように、ライン１１２ａの側壁に酸化シリコン膜１１５からなるスペーサ１１５ａを形成するために、ライン１１２ａの上面及びライン１１２ａ間の窒化シリコン膜１１１の上面に形成される酸化シリコン膜１１５をエッチングする。
　ＲＬＳＡエッチング装置の処理容器には、例えば、プラズマ励起用ガスとしてのＡｒ、エッチングガスとしてのＣＨＦ３ガス、スペーサ１１５ａを強化するためのＯ２ガスが導入される。これらのガスをプラズマ化させて、酸化シリコン膜１１５をエッチングする。エッチング終了時、処理容器１１９の表面には、ＣＦ系ガス由来の堆積物１１６が堆積する。
　なお、図８において、処理容器１１９を図８（Ｄ）～（Ｆ）のみに示しており、図８（Ａ）～（Ｃ）では省略している。
　次に、表５に示す条件で切替え処理を行う。この切替え処理によって、処理容器１１９の表面に付着している堆積物１１６が除去される。処理容器には、クリーニングガスとしてのＯ２ガス、及びプラズマ励起用ガスとしてのＡｒが導入される。Ｏ２ガスにＣＯ及び／又はＣＯ２を混合することもできる。Ａｒガスはプラズマの着火のために処理容器に導入される。着火後はクリーニングガスとしてのＯ２ガスのみが処理容器に導入されるか、又はＯ２ガスにＡｒガスが混合されたガスが処理容器に導入される。Ｏ２ガスをプラズマ化させると、プラズマ化したＯ２が処理容器１１９の表面に堆積したＣ，ＣＦ等の堆積物１１６をＣＯ等に酸化して除去する。
　切替え処理は処理容器１１９の表面に堆積した堆積物１１６を除去するのを主眼とするが、表５に示すように条件を整えることによって、ウェハＷの表面、すなわち窒化シリコン膜１１１及びライン１１２ａの表面に付着した堆積物１１６を除去することも可能である。図８（Ｅ）は、切替え処理によって堆積物１１６を除去した状態を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５に示すように、切替え処理は、処理容器の載置台にバイアスを印加しないノンバイアスの状態で、かつ処理容器内の圧力が１００ｍＴ以上３００ｍＴ以下の高圧で行われる。実質的に基板にＲＦバイアスを印加しないことで、基板には処理がなされないようにすることができる。実質的に基板に影響を与えない範囲のＲＦバイアスが印加されてもよい。
　次に、図８（Ｆ）に示すように、ポリシリコンからなるライン１１２ａのみをエッチングして除去する。ライン１１２ａ上の堆積物１１６は除去されているので、ライン１１２ａのエッチングが可能になる。処理容器には、例えば、プラズマ励起用ガスとしてのＡｒ、エッチングガスとしてのＨＢｒ及び／又はＣｌ２、スペーサ１１５ａの形状を制御するためのＯ２及び／又はＣＯガスが導入される。これらのガスをプラズマ化させて、ポリシリコンからなるライン１１２ａのエッチングを行う。ライン１１２ａのエッチングを行うと、レジストパターン１１４ａの倍の数のスペーサ１１５ａが形成される。
　ハロゲン元素を含むエッチングガスを用いて、ポリシリコンからなるライン１１２ａをエッチングすると、処理容器１１９の表面には、エッチングガスとポリシリコン膜との反応生成物であるＳｉＢｒＯ，ＳｉＣｌＯ等の堆積物１１７が堆積する。
　次に、堆積物１１７を除去するための切替え処理を行う。処理容器には、例えば、プラズマ励起用ガスとしてのＡｒ、クリーニングガスとしてのＳＦ６及びＯ２が導入される。クリーニングガスはプラズマ化され、処理容器１１９の表面に堆積した堆積物１１７が除去される。
　切替え処理は処理容器１１９の表面に堆積した堆積物１１７を除去するのを主眼とするが、条件を整えることによって、ウェハＷの表面、すなわちスペーサ１１５ａの表面及び窒化シリコン膜１１１の表面に付着した堆積物１１７も除去することも可能である。
　次に、図８（Ｇ）に示すように、酸化シリコン膜１１５のスペーサ１１５ａをマスクとして窒化シリコン膜１１１をエッチングすると、窒化シリコン膜１１１のマスクパターン１１１ａが形成される。窒化シリコン膜１１１上の堆積物１１７は除去されているので、窒化シリコン膜１１１のエッチングが可能になる。窒化シリコン膜１１１のエッチングにあたり、処理容器には、プラズマ励起用ガスとしてのＡｒ、エッチングガスとしてのＣＨＦ３ガスが導入される。これらのガスをプラズマ化させて、窒化シリコン膜１１１をエッチングする。以上の工程を経て、ウェハＷ上にダブルパターニングが形成される。
　以下に、Ｏ２ガスを含むクリーニングガスをプラズマ化させる切替え処理の条件を表５のように特定した理由を説明する。
　図９は、異なる圧力の下でのＫｒＦフォトレジストのエッチングレートの実験結果を示す。この実験では、切替え処理（以下、Ｏ２フラッシュという）は、各圧力の下、１０秒間、３０００Ｗのマイクロ波パワーをＫｒＦフォトレジストに供給することによって行われた。ＫｒＦフォトレジストはカーボンを含む堆積物とみなすことができるので、Ｏ２フラッシュの条件とエッチングレートとの関係を知ることができる。図９（Ａ）～（Ｄ）において、横軸の単位はｍｍであり、縦軸の単位はÅである。横軸の０は基板Ｗの中心を表す。基板Ｗ上のＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｗ軸のエッチングレートが示されている。図９（Ａ）によれば、圧力が２０ｍＴのとき、エッチングレートは１０秒間で１１４．０ｎｍであり、高い値を保つ。エッチングレートが高ければ、下地にリセス（凹み）が発生するおそれがあるので、エッチングレートを低くする必要がある。
　図９（Ｂ）によれば、圧力が６０ｍＴのとき、エッチングレートは１０秒間で８７．７ｎｍであり、まだ高い値を保つ。圧力が６０ｍＴのときのＫｒＦフォトレジストのエッチングレートはまだ高い値なので、エッチングレートをさらに低くするために、Ｏ２フラッシュを６０ｍＴよりも高い圧力で行う必要がある。
　図９（Ｃ）によれば、圧力が１００ｍＴのとき、エッチングレートは１０秒間で３９．７ｎｍであり、低い値になる。エッチングレートを３９．７ｎｍ／１０ｓｅｃより低くするため、Ｏ２フラッシュは１００ｍＴ以上で行われるのが望ましい。図９（Ｄ）によれば、２００ｍＴのとき、エッチングレートは１０秒間で２０．５ｎｍであり、より低い値になる。１００ｍＴのときよりもエッチングレートを低くすることができるので、Ｏ２フラッシュは２００ｍＴで行われてもよい。
　図１０は、マイクロ波パワーを変化させたときのＫｒＦフォトレジストのエッチングレートの実験結果を示す。Ｏ２フラッシュは、１００ｍＴの圧力の下、５秒間、１５００Ｗ、２０００Ｗ、３０００Ｗの各マイクロ波パワーをＫｒＦフォトレジストに供給することによって行われる。
　図１０（Ａ）によれば、１５００Ｗのとき、エッチングレートは２秒間で９．３ｎｍであり、低い値になる。図１０（Ｂ）によれば、２０００Ｗのとき、エッチングレートは２秒間で１２．６ｎｍであり、少し高くなるもののまだ低い値を保つ。図１０（Ｃ）によれば、３０００Ｗのとき、エッチングレートは２秒間で２４．２ｎｍであり、２０００Ｗのときの倍の高い値になる。エッチングレートを低くするために、マイクロ波パワーは２０００Ｗに設定されるが望ましい。マイクロ波パワーが１５００Ｗのときはよりエッチングレートを低くすることができるので、１５００Ｗに設定されてもよい。
　なお、本発明は、上記教示を考慮して様々に修正・変化可能である。具体的な実施態様については、本発明の範囲から逸脱しない範囲で種々の変形・変更を加えることが可能である。
　本実施の形態では、測定のためアイドル時間およびシーズニング処理を行ったが、実際の処理において、必須ではない。また、実際の処理において、切替え処理で用いたクリーニングガスの影響を低減させるため、アイドルおよびシーズニング処理を設けてもよい。
　また、本実施の形態では、ウェハレスのドライクリーニングを行ったが、これに限らず、ダミーウェハを用いたドライクリーニングを行ってもよい。この場合、ダミーウェハを搬送するための時間がかかるが、載置台１２へのダメージを抑制することができる。
　また、本実施の形態では、ウェハを一枚エッチングする毎にクリーニング処理を行うこととしたが、これに限らず、例えば、ウェハ５枚をエッチングする度に１度クリーニング処理を行うこととしてもよい。また、クリーニング処理を行わなくてもよい。
　また、本実施の形態では、ポリシリコン膜エッチング処理と酸化膜エッチング処理をそれぞれ行うこととしたが、これに限らず、ポリシリコン膜エッチング処理後に、酸化膜エッチング処理を行う工程、または、酸化膜エッチング処理後に、ポリシリコン膜エッチング処理を行う工程にも適用することができる。
　また、本実施の形態では、ウェットメンテナンスや、複数毎のダミーウェハを長時間ランニングすることがないため、ウェットメンテナンスにかかる時間やランニングに必要なダミー基板を削減することができる。
　例えば絶縁膜として酸化シリコン膜の替わりに窒化シリコン膜をエッチングしてもよい。
　本明細書は、２０１１年７月１３日出願の特願２０１１－１５５１７１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
２…ポリシリコン膜（シリコンを含む膜）
２ａ…ゲート電極
５…酸化シリコン膜（絶縁膜）
５ａ…スペーサ
１０…処理容器
５４…スロットアンテナ板
７，８…ロードロックモジュール
６…真空搬送モジュール
ＰＭ１～ＰＭ４…プロセスモジュール
Ｗ…ウェハ（基板）
Ｓ１…第一のエッチング工程
Ｓ２…第一の切替え処理工程
Ｓ３…第二のエッチング工程
Ｓ４…第二の切替え処理工程

Claims (12)

  1. 　処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて第一の基板上の膜をエッチングする第一のエッチング工程と、
    　前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる第二の基板上の膜をエッチングする第二のエッチング工程と、を備え、
    　同一の前記処理容器内において前記第一のエッチング工程と前記第二のエッチング工程とを切り替えて行い、
    　前記第一のエッチング工程から前記第二のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第一の切替え処理工程を行い、及び／又は、前記第二のエッチング工程から前記第一のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第二の切替え処理工程を行うエッチング方法。
  2. 　前記第一のエッチング工程において、前記処理容器にハロゲン元素を含む前記第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板に形成されたシリコンを含む膜をエッチングし、
    　前記第二のエッチング工程において、前記処理容器に炭素及びフッ素を含む前記第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて基板に形成された絶縁膜をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 　前記第一の切替え処理工程において、前記処理容器にフッ素を含むクリーニングガスを導入することを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
  4. 　前記第二の切替え処理工程において、前記処理容器に酸素を含むクリーニングガスを導入することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエッチング方法。
  5. 　前記第一の切替え処理工程及び前記第二の切替え処理工程の少なくとも一方は、
    　前記処理容器内を高圧にして前記クリーニングガスをプラズマ化させる高圧処理工程と、
    　前記処理容器内を低圧にして前記クリーニングガスをプラズマ化させる低圧処理工程と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエッチング方法。
  6. 　第一のエッチング工程に対する第一のクリーニング処理工程、及び／又は、第二のエッチング工程に対する第二のクリーニング処理工程を備え、
    前記第一の切り替え処理工程、及び／又は前記第二の切替え処理工程は、第一のクリーニング処理工程、及び／又は、第二のクリーニング処理工程よりも高圧力の処理を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のエッチング方法。
  7. 　前記第一及び前記第二のエッチング工程、並びに前記第一及び前記第二の切替え処理工程において、
    　プラズマを励起するために、ＲＬＳＡ(Radial Line Slot Antenna)を使用してマイクロ波を前記処理容器に導入することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のエッチング方法。
  8. 　前記第一のエッチング工程は、基板上にゲート電極を形成するためのエッチングであり、
    　前記第二のエッチング工程は、基板上のゲート電極の側壁にスペーサを形成するためのエッチングであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のエッチング方法。
  9. 　処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板上の膜をエッチングする第一のエッチング工程と、
    　前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる基板上の膜をエッチングする第二のエッチング工程と、を備え、
    　同一の前記処理容器内において前記第一のエッチング工程と前記第二のエッチング工程とを切り替えて行い、
    　前記第一のエッチング工程から前記第二のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第一の切替え処理工程を行い、及び／又は、前記第二のエッチング工程から前記第一のエッチング工程に移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチング工程において前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する第二の切替え処理工程を行うエッチング方法。
  10. 　前記第一のエッチング工程において、前記処理容器にハロゲン元素を含む前記第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板に形成されたシリコンを含む膜をエッチングし、
    　前記第二のエッチング工程において、前記処理容器に炭素及びフッ素を含む前記第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて基板に形成された絶縁膜をエッチングし、
    　前記第二のエッチング工程から前記第一のエッチングに移行する間の前記第二の切替え処理工程において、前記処理容器に酸素を含むクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチング工程において基板上及び前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去することを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
  11. 　処理容器に第一の処理ガスを導入し、前記第一の処理ガスをプラズマ化させて基板上の膜をエッチングする第一のエッチング、及び前記処理容器に前記第一の処理ガスとガス種の異なる第二の処理ガスを導入し、前記第二の処理ガスをプラズマ化させて前記膜と膜種の異なる基板上の膜をエッチングする第二のエッチングを、同一の前記処理容器内において切り替えて行い、
    　前記第一のエッチングから前記第二のエッチングに移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第一のエッチングにおいて前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去し、
    　前記第二のエッチングから前記第一のエッチングに移行する間に、前記処理容器にクリーニングガスを導入し、クリーニングガスをプラズマ化させて前記第二のエッチングにおいて前記処理容器内に堆積した反応生成物を除去する制御部を備えるエッチング装置。
  12. 　基板を収容する搬入モジュールと、
    　請求項１１に記載のエッチング装置を含み、基板に処理を施す複数のプロセスモジュールと、
    　処理がなされた基板を収容する搬出モジュールと、
    　前記搬入モジュール、前記複数のプロセスモジュール及び前記搬出モジュール間で基板を搬送する搬送モジュールと、
    　前記搬入モジュール、前記複数のプロセスモジュール、前記搬出モジュール及び前記搬送モジュールを統括して制御する統括制御装置と、を備え、
    　前記搬送モジュールが前記搬入モジュールに収容された基板を前記プロセスモジュールに搬送し、前記プロセスモジュールで処理がなされた基板を前記搬出モジュールに搬送する半導体製造システムにおいて、
    　前記統括制御装置は、オペレータが切替えスイッチを操作したとき、又は前記複数のプロセスモジュールのいずれかで発生した障害を検知したとき、前記エッチング装置に切替え信号を送信し、
    　前記エッチング装置は、前記統括制御装置からの切替え信号を受信したとき、前記第一のエッチングと前記第二のエッチングとを切り替える制御部を備える半導体製造システム。
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