WO2025205253A1 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

基板処理方法および基板処理装置

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WO2025205253A1
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gas
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pressure
processing vessel
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翼 川口
卓司 佐古
典之 小林
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/24—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials
    • H10P50/242—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of semiconductor materials of Group IV materials

Definitions

  • this substrate processing apparatus 1 stores wafers W having SiO2 films formed on their surfaces in a processing vessel 11 in which a vacuum atmosphere is formed, and etches the SiO2 films by the COR processing described in the section on background art. More specifically, the substrate processing apparatus 1 supplies HF gas and NH3 gas as processing gases to the wafers W, and performs a process of altering the SiO2 films to generate reaction products, and a process of stopping the supply of processing gases to sublimate the reaction products, thereby removing the SiO2 films.
  • the reaction products are ammonia fluorosilicate (AFS).
  • the present disclosure provides a substrate processing method and substrate processing apparatus that can improve the in-plane processing uniformity of a substrate.
  • Various aspects and embodiments of the present disclosure can improve the in-plane processing uniformity of a substrate.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate processing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in pressure and supply amount of each gas during etching in the reference example.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the distribution of etching amounts in a reference example.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of an etching process in a reference example.
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of an etching process in the reference example.
  • FIG. 4C is a diagram showing an example of an etching process in the reference example.
  • FIG. 4D is a diagram showing an example of an etching process in the reference example.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of an etching process in a reference example.
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of an etching process in the reference example.
  • FIG. 4C is a diagram showing an example of an etching process in the reference example.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of changes in pressure and supply amount of each gas during etching in this embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the in-plane uniformity of the etching amount in the reference example and this embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram showing an example of an etching process in this embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram showing an example of an etching process in this embodiment.
  • FIG. 7C is a diagram showing an example of an etching process in this embodiment.
  • FIG. 7D is a diagram showing an example of an etching process in this embodiment.
  • FIG. 7E is a diagram showing an example of an etching process in this embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of a substrate processing method according to this embodiment.
  • uneven distribution of gas may occur depending on the gas flow, depending on the structure of the processing vessel, such as the placement of gas supply ports, exhaust ports, and gate valves for loading and unloading substrates into the processing vessel.
  • uneven distribution of gas occurs in an area of the substrate, differences in the progress of processing occur between areas with high gas concentration and areas with low gas concentration. This causes uneven processing of the substrate, reducing the in-plane uniformity of processing of the substrate.
  • This disclosure therefore provides technology that can improve the in-plane uniformity of processing on a substrate.
  • a stage 21 that supports the substrate W is provided within the processing vessel 11.
  • a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate W.
  • a heating unit 22 is embedded within the stage 21 to heat the substrate W placed on the stage 21.
  • the heating unit 22 is configured as a flow path that forms part of a circulation path through which a temperature-regulating fluid, such as water, flows, and the substrate W is heated by heat exchange with the fluid.
  • the heating unit 22 may be configured as a heater such as a resistance heater.
  • lifting pins are provided within the stage 21 to transfer the substrate W to and from a transport device (not shown).
  • a shower head 26 is provided at the top of the processing vessel 11, facing the stage 21.
  • a gas supply unit 30 is connected to the shower head 26 via pipes 31 to 34.
  • the gas supply unit 30 has gas supply sources 36 to 39 and flow rate controllers 35a to 35d.
  • Pipe 31 is connected to gas supply source 36 via flow rate controller 35a.
  • Pipe 32 is connected to gas supply source 37 via flow rate controller 35b.
  • Pipe 33 is connected to gas supply source 38 via flow rate controller 35c.
  • Pipe 34 is connected to gas supply source 39 via flow rate controller 35d.
  • Gas supply source 36 is a source of HF (hydrogen fluoride) gas, and the flow rate of the HF gas supplied from gas supply source 36 is adjusted by flow rate controller 35a, and the HF gas is supplied to shower head 26 via piping 31.
  • HF hydrogen fluoride
  • the gas supply source 39 is a supply source of N2 (nitrogen) gas, and the flow rate of the N2 gas supplied from the gas supply source 39 is adjusted by the flow rate controller 35d, and the N2 gas is supplied to the shower head 26 via the pipe 34.
  • a gas containing at least one of Ar gas and N2 gas is an example of an inert gas.
  • Each gas supplied to the shower head 26 is supplied into the processing vessel 11 in a shower-like manner from a plurality of outlets formed on the lower surface of the shower head 26. Note that the inert gas does not necessarily have to be added to the processing gas.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of changes in pressure and supply amount of each gas during etching in a reference example, in which a substrate W is etched using the substrate processing apparatus 1 illustrated in FIG.
  • the supply of processing gas and inert gas and the exhaust of gas from the processing vessel 11 are continuously performed, resulting in a flow of processing gas and inert gas within the processing vessel 11.
  • an uneven distribution of gas occurs according to the gas flow, depending on the structure of the processing vessel 11, such as the arrangement of the outlet of the shower head 26, the arrangement of the exhaust pipe 23, and the arrangement of the openings 12 formed in the side wall of the processing vessel 11.
  • a difference in the rate of etching progress occurs between areas of the substrate W where the processing gas concentration is high and areas of the substrate W where the processing gas concentration is low.
  • the etching amount of the substrate W becomes uneven, and as shown in Figure 3, for example, the in-plane uniformity of the etching amount of the substrate W decreases.
  • the exhaust pipe 23 is located at the upper right of the substrate W, and the flow of processing gas is concentrated at the upper right of the substrate W.
  • the etching amount at the upper right of the substrate W is large and the etching amount at the lower left is small.
  • etching of the substrate W in the reference example proceeds, for example, as shown in Figures 4A to 4D.
  • Figures 4A to 4D are diagrams showing an example of the etching process in the reference example.
  • a substrate W having a pattern 40 formed on a silicon oxide film on its surface is prepared in a processing vessel 11. Then, a processing gas containing HF gas and NH3 gas and an inert gas containing N2 gas and Ar gas are supplied into the processing vessel 11, and ammonium fluoride (AF) 41 is deposited on the surface of the substrate W by a gas-phase reaction between NH3 and N2 , as shown in Fig. 4B, for example.
  • AF ammonium fluoride
  • the processing vessel 11 is sealed when etching the substrate W. This blocks the flow of processing gas within the processing vessel 11, suppressing uneven distribution of processing gas within the processing vessel 11 due to the flow of processing gas. This improves the in-plane uniformity of the etching amount of the substrate W.
  • etching of the substrate W proceeds, for example, as shown in Figures 7A to 7E.
  • Figures 7A to 7E are diagrams showing an example of the etching process in this embodiment.
  • a substrate W having a pattern 40 formed on a silicon oxide film on its surface is prepared in a processing chamber 11. Then, the temperature of the substrate W is controlled to a first temperature, and a processing gas containing HF gas and NH3 gas and an inert gas containing N2 gas and Ar gas are supplied into the processing chamber 11, and the pressure inside the processing chamber 11 is adjusted to a first pressure. Then, AF41 is deposited on the surface of the substrate W by a gas-phase reaction between NH3 and N2 , as shown in Fig. 7B, for example.
  • the flow rate of each gas, the first temperature, and the first pressure are, for example, as follows: In the following values, 1 sccm is approximately 1.69 ⁇ 10 ⁇ 3 pa ⁇ m 3 /s, and 1 mT is approximately 0.133 Pa.
  • the processing vessel 11 is sealed at the first pressure. While the processing vessel 11 is sealed, the AF41 deposited on the surface of the substrate W reacts with the silicon oxide film on the surface of the substrate W, forming AFS42 on the surface of the substrate W, as shown in Figure 7C, for example. Because the processing vessel 11 is sealed, the AF41 in the processing vessel 11 is consumed by the formation of AFS42, as shown in Figure 7D, for example.
  • AFS 42 does not sublimate and remains on the sidewalls of the pattern 40.
  • the presence of AFS 42 on the sidewalls of the pattern 40 increases the mechanical strength of the pattern 40 compared to when AFS 42 is not present on the sidewalls. Therefore, even if compressive stress occurs when the small amount of AF 41 remaining between adjacent patterns 40 sublimes, pattern collapse between the adjacent patterns 40 is less likely to occur than in the reference example.
  • Step S12 is an example of process (a).
  • a processing gas containing HF gas and NH3 gas, and an inert gas containing N2 gas and Ar gas are supplied into the processing vessel 11 at predetermined flow rates.
  • step S13 the pressure inside the processing vessel 11 is adjusted (step S13).
  • step S13 the gas inside the processing vessel 11 is exhausted by the exhaust unit 25, and the pressure inside the processing vessel 11 is controlled by the pressure control valve 24 to be the first pressure.
  • Step S14 is an example of process (b).
  • step S14 the supply of the processing gas and inert gas and the exhaust of gas from the processing vessel 11 are stopped, and the processing vessel 11 is sealed at a first pressure.
  • step S15 it is determined whether a predetermined time has elapsed since the processing vessel 11 was sealed.
  • the predetermined time is the time required to obtain a predetermined etching amount, and is, for example, a time in the range of 10 seconds to 600 seconds. If the predetermined time has not elapsed since the processing vessel 11 was sealed (step S15: No), the process shown in step S15 is executed again.
  • Step S15 if a predetermined time has elapsed since the gas in the processing vessel 11 was sealed (Step S15: Yes), exhaust of the gas in the processing vessel 11 is resumed (Step S16).
  • Step S16 is an example of process (c).
  • an inert gas is supplied into the processing vessel 11 to purge the surface of the substrate W (Step S17).
  • Steps S16 and S17 the pressure in the processing vessel 11 is adjusted so that the pressure in the processing vessel 11 is equal to or lower than the second pressure.
  • step S18 the gate valve 13 is opened, and the substrate W is unloaded from the processing vessel 11 through the opening 12. This completes the substrate processing method shown in this flowchart.
  • step (b) the substrate is etched using a processing gas in a sealed processing chamber. Furthermore, the etching of the substrate is isotropic etching. This can improve the in-plane uniformity of the amount of etching on the substrate.
  • the first pressure is within the range of 20 mT or more and 50,000 mT or less
  • the second pressure is within the range of 0.1 mT or more and 1,000 mT or less.
  • the temperature of the substrate is controlled to a first temperature in step (b), and is also controlled to the same temperature in step (c).
  • the temperature of the substrate may be controlled to a second temperature higher than the first temperature.
  • step (b) continues for a time period ranging from 10 seconds to 600 seconds. This allows the ammonium fluoride produced by the gas-phase reaction of hydrogen fluoride gas and ammonia gas in step (b) to be consumed in the production of ammonium fluorosilicate.
  • step (a) the control unit controls the gas supply unit, exhaust unit, and pressure adjustment unit to supply processing gas into the processing vessel and exhaust the processing gas from the processing vessel, adjusting the pressure inside the processing vessel to a first pressure.
  • step (b) the control unit controls the gas supply unit and exhaust unit to stop the supply and exhaust of processing gas and seal the processing vessel at the first pressure.
  • step (c) the processing gas inside the processing chamber is exhausted by controlling the exhaust unit. This improves the in-plane processing uniformity of the substrate.
  • steps (a), (b), and (c) are each performed once, but the disclosed technology is not limited to this.
  • steps (a), (b), and (c) may be repeatedly performed multiple times in this order. This allows ammonium fluoride produced by the gas-phase reaction of hydrogen fluoride gas and ammonia gas to be supplied sufficiently to the surface of the substrate, even if the volume inside the processing vessel 11 is small, and the desired etching amount can be achieved.
  • step (b), and (c) may be changed.
  • the pressure, duration, etc. of step (b) may be changed.
  • the substrate processing apparatus 1 is an apparatus that performs etching on substrates W, but the disclosed technology is not limited to this. In other forms, the disclosed technology can also be applied to other apparatuses, such as film formation apparatuses and modification apparatuses, as long as they process substrates W using gas.
  • the substrate processing apparatus 1 performs isotropic etching on the substrate W, but the disclosed technology is not limited to this. In another embodiment, the disclosed technology can also be applied to a substrate processing apparatus that performs anisotropic etching on the substrate W.

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

基板処理方法は、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）を含む。工程（ａ）では、基板が収容された処理容器内に処理ガスが供給されると共に、処理容器内の処理ガスが排気される。工程（ｂ）では、処理ガスの供給および排気が停止されることにより、処理容器内が密封される。工程（ｃ）では、処理容器内の処理ガスが排気される。

Description

基板処理方法および基板処理装置
　本開示の種々の側面および実施形態は、基板処理方法および基板処理装置に関する。
　下記の特許文献１には、「この基板処理装置１は真空雰囲気が形成される処理容器１１内に、表面にＳｉＯ２膜が形成されたウエハＷを格納し、背景技術の項目で述べたＣＯＲ処理によって当該ＳｉＯ２膜をエッチングする装置である。より具体的に述べると、基板処理装置１は、ＨＦガス及びＮＨ３ガスを処理ガスとして上記のウエハＷに供給し、ＳｉＯ２膜を変質させて反応生成物を生成させる処理と、処理ガスの供給を停止して、反応生成物を昇華させる処理と、を行い、ＳｉＯ２膜を除去する。上記の反応生成物は、アンモニアフルオロシリケート（ＡＦＳ）である。」ことが開示されている。
特許第７４１５５９４号公報
　本開示は、基板に対する処理の面内均一性を向上させることができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
　本開示の一側面における基板処理方法は、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）を含む。工程（ａ）では、基板が収容された処理容器内に処理ガスが供給されると共に、処理容器内の処理ガスが排気される。工程（ｂ）では、処理ガスの供給および排気が停止されることにより、処理容器内が密封される。工程（ｃ）では、処理容器内の処理ガスが排気される。
　本開示の種々の側面および実施形態によれば、基板に対する処理の面内均一性を向上させることができる。
図１は、本実施形態における基板処理装置の一例を示す概略断面図である。 図２は、参考例のエッチングにおける圧力および各ガスの供給量の変化の一例を示す図である。 図３は、参考例におけるエッチング量の分布の一例を示す図である。 図４Ａは、参考例におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図４Ｂは、参考例におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図４Ｃは、参考例におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図４Ｄは、参考例におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図５は、本実施形態のエッチングにおける圧力および各ガスの供給量の変化の一例を示す図である。 図６は、参考例および本実施形態におけるエッチング量の面内均一性の一例を示す図である。 図７Ａは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図７Ｂは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図７Ｃは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図７Ｄは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図７Ｅは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。 図８は、本実施形態における基板処理方法の一例を示すフローチャートである。
　以下に、基板処理方法および基板処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により、開示される基板処理方法および基板処理装置が限定されるものではない。
　ところで、ガスを用いた基板の処理では、ガス供給口の配置、排気口の配置、処理容器内に基板を出し入れするためのゲートバルブの配置等の処理容器の構造によって、ガスの流れに応じてガスの分布に偏りが発生する場合がある。基板の領域においてガスの分布に偏りが発生すると、ガスの濃度が高い領域とガスの濃度が低い領域との間で処理の進行度合いに差が生まれる。これにより、基板の処理に偏りが発生し、基板の処理の面内均一性が低下する。
　そこで、本開示は、基板に対する処理の面内均一性を向上させることができる技術を提供する。
［基板処理装置１の構成］
　図１は、本実施形態における基板処理装置１の一例を示す概略断面図である。本実施形態における基板処理装置１は、処理ガスを用いて等方性エッチングを行うエッチング装置である。基板処理装置１は、処理容器１１を備える。処理容器１１の側壁には、基板Ｗの搬入および搬出を行うための開口１２が形成されている。開口１２は、ゲートバルブ１３によって開閉される。
　処理容器１１内には、基板Ｗを支持するステージ２１が設けられている。本実施形態において、基板Ｗの表面には、シリコン酸化膜が形成されている。ステージ２１内には、ステージ２１に載せられた基板Ｗを加熱するための加熱部２２が埋め込まれている。加熱部２２は、例えば水などの温度調整用の流体が流通する循環路の一部をなす流路として構成されており、当該流体との熱交換により基板Ｗが加熱される。他の例として、加熱部２２は、例えば抵抗加熱体等のヒータにより構成されてもよい。また、ステージ２１内には、図示しない搬送装置との間で基板Ｗの受け渡しを行うための図示しない昇降ピンが設けられている。
　また、処理容器１１の下部には、排気管２３および圧力制御バルブ２４を介して、真空ポンプ等の排気部２５が接続されている。圧力制御バルブ２４は、圧力調整部の一例である。排気部２５によって処理容器１１内のガスが排気され、圧力制御バルブ２４によって処理容器１１内の圧力が調整される。
　処理容器１１内の上部には、ステージ２１に対向するように、シャワーヘッド２６が設けられている。シャワーヘッド２６には、配管３１～配管３４を介してガス供給部３０が接続されている。ガス供給部３０は、ガス供給源３６～ガス供給源３９および流量制御器３５ａ～流量制御器３５ｄを有する。配管３１は、流量制御器３５ａを介してガス供給源３６に接続されている。配管３２は、流量制御器３５ｂを介してガス供給源３７に接続されている。配管３３は、流量制御器３５ｃを介してガス供給源３８に接続されている。配管３４は、流量制御器３５ｄを介してガス供給源３９に接続されている。
　ガス供給源３６は、ＨＦ（フッ化水素）ガスの供給源であり、ガス供給源３６から供給されたＨＦガスは、流量制御器３５ａによって流量が調整され、配管３１を介してシャワーヘッド２６に供給される。
　ガス供給源３７は、ＮＨ3（アンモニア）ガスの供給源であり、ガス供給源３７から供給されたＮＨ3ガスは、流量制御器３５ｂによって流量が調整され、配管３２を介してシャワーヘッド２６に供給される。
　ガス供給源３８は、Ａｒ（アルゴン）ガスの供給源であり、ガス供給源３８から供給されたＡｒは、流量制御器３５ｃによって流量が調整され、配管３３を介してシャワーヘッド２６に供給される。Ａｒガスは希ガスの一例である。
　ガス供給源３９は、Ｎ2（窒素）ガスの供給源であり、ガス供給源３９から供給されたＮ2ガスは、流量制御器３５ｄによって流量が調整され、配管３４を介してシャワーヘッド２６に供給される。ＡｒガスおよびＮ2ガスの少なくともいずれかを含むガスは、不活性ガスの一例である。シャワーヘッド２６に供給されたそれぞれのガスは、シャワーヘッド２６の下面に形成された複数の吐出口から処理容器１１内にシャワー状に供給される。なお、不活性ガスは、処理ガスに添加されなくてもよい。
　基板処理装置１は、制御部１０を有する。制御部１０は、メモリ、プロセッサ、および入出力インターフェイスを有する。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラム、および、各処理の条件を含むレシピ等が格納されている。プロセッサは、メモリから読み出したプログラムを実行し、メモリ内に記憶されたレシピに基づいて、入出力インターフェイスを介して、基板処理装置１の各部を制御する。例えば、制御部１０のプロセッサは、入出力インターフェイスを介して、圧力制御バルブ２４および流量制御器３５ａ～流量制御器３５ｄを制御する。
［参考例における処理］
　図２は、参考例のエッチングにおける圧力および各ガスの供給量の変化の一例を示す図である。参考例では、図１に例示された基板処理装置１を用いて基板Ｗのエッチングが行われる。
　参考例におけるエッチングの処理では、例えば図２に示されるように、エッチングの工程において、ＨＦガスおよびＮＨ3ガスを含む処理ガスと、Ｎ2ガスおよびＡｒガスを含む不活性スが処理容器１１内に供給される。そして、パージ工程において、処理ガスの供給が停止され、基板Ｗが所定の温度に加熱され、不活性ガスによって基板Ｗの表面がパージされる。そして、排気工程において、不活性ガスの供給が停止され、処理容器１１内のガスが排気される。
　ここで、参考例におけるエッチング工程では、処理ガスおよび不活性ガスの供給と処理容器１１内の排気とが継続して行われており、処理容器１１内には処理ガスおよび不活性ガスの流れが生じている。そのため、処理容器１１内では、シャワーヘッド２６の吐出口の配置、排気管２３の配置、処理容器１１の側壁に形成された開口１２の配置等の処理容器１１の構造によって、ガスの流れに応じたガスの分布の偏りが発生する。処理ガスの分布に偏りが発生すると、処理ガスの濃度が高い基板Ｗの領域と処理ガスの濃度が低い基板Ｗの領域との間でエッチングの進行度合いに差が生まれる。
　そのため、基板Ｗのエッチング量に偏りが発生し、例えば図３に示されるように、基板Ｗのエッチング量の面内均一性が低下する。図３の例では、基板Ｗの右上の方に排気管２３が配置されており、基板Ｗの右上の方に処理ガスの流れが集中する。そのため、基板Ｗの右上のエッチング量が多く、左下のエッチング量が少なくなっている。
　また、参考例における基板Ｗのエッチングは、例えば図４Ａ～図４Ｄのように進む。図４Ａ～図４Ｄは、参考例におけるエッチングの過程の一例を示す図である。
　まず、例えば図４Ａに示されるように、表面のシリコン酸化膜にパターン４０が形成された基板Ｗが処理容器１１内に準備される。そして、処理容器１１内にＨＦガスおよびＮＨ3ガスを含む処理ガスと、Ｎ2ガスおよびＡｒガスを含む不活性ガスとが処理容器１１内に供給され、ＮＨ3とＮ2との気相反応により、例えば図４Ｂに示されるように、基板Ｗの表面にフッ化アンモニウム（ＡＦ）４１が積層される。
　基板Ｗの表面に積層されたＡＦ４１は、基板Ｗの表面のシリコン酸化膜と反応し、例えば図４Ｃに示されるように、基板Ｗの表面にフッ化ケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）４２を形成する。そして、処理ガスの供給が停止され、基板Ｗが所定の温度に加熱され、不活性ガスによって基板Ｗの表面がパージされる。これにより、ＡＦ４１およびＡＦＳ４２が昇華し、基板Ｗの表面から除去される。
　しかし、ＡＦ４１およびＡＦＳ４２が昇華する際に、ＡＦ４１およびＡＦＳ４２の圧縮応力によって隣接するパターンが引き寄せられ、例えば図４Ｄに示されるように、パターン倒れが発生する場合がある。パターン４０のアスペクト比が大きくなるに従って、パターン倒れが発生する確率が高まる。
［本実施形態における処理］
　図５は、本実施形態のエッチングにおける圧力および各ガスの供給量の変化の一例を示す図である。本実施形態においても、図１に例示された基板処理装置１を用いて基板Ｗのエッチングが行われる。
　本実施形態におけるエッチングの処理では、例えば図５に示されるように、ＨＦガスおよびＮＨ3ガスを含む処理ガスと、Ｎ2ガスおよびＡｒガスを含む不活性ガスが処理容器１１内に供給される。そして、処理容器１１内が第１の圧力となるように処理容器１１内のガスの排気量が調整され、基板Ｗの温度が第１の温度に調整される。そして、処理ガスおよび不活性ガスの供給と処理容器１１内のガスの排気が停止され、処理容器１１内が第１の圧力の状態で密封される。本実施形態では、処理容器１１内が密封されている間に、基板Ｗのエッチングが進行する。
　その後、処理容器１１内に不活性ガスの供給が再開され、処理容器１１内の排気が再開されることにより、基板Ｗの表面が不活性ガスによりパージされる。処理容器１１内の排気が行われることにより、処理容器１１内の圧力が第１の圧力よりも低い第２の圧力以下の圧力に制御される。
　ここで、本実施形態では、基板Ｗのエッチングの際に、処理容器１１内が密封される。これにより、処理容器１１内の処理ガスの流れが遮断され、処理ガスの流れに起因する処理容器１１内の処理ガスの分布の偏りが抑制される。これにより、基板Ｗのエッチング量の面内均一性が向上する。
　図６は、参考例および本実施形態におけるエッチング量の面内均一性の一例を示す図である。図６に例示された面内均一性（％）は、値が小さい程、面内均一性が良いことを表す。本実施形態では、例えば図６に示されるように、参考例に比べてエッチング量の面内均一性が向上している。特に、エッチング量が小さい場合に、参考例よりも面内均一性の改善効果が大きい。
　また、本実施形態における基板Ｗのエッチングは、例えば図７Ａ～図７Ｅのように進む。図７Ａ～図７Ｅは、本実施形態におけるエッチングの過程の一例を示す図である。
　まず、例えば図７Ａに示されるように、表面のシリコン酸化膜にパターン４０が形成された基板Ｗが処理容器１１内に準備される。そして、基板Ｗの温度が第１の温度に制御され、処理容器１１内にＨＦガスおよびＮＨ3ガスを含む処理ガスと、Ｎ2ガスおよびＡｒガスを含む不活性ガスとが供給され、処理容器１１内が第１の圧力となるように調整される。そして、ＮＨ3とＮ2との気相反応により、例えば図７Ｂに示されるように、基板Ｗの表面にＡＦ４１が積層される。
　本実施形態において、各ガスの流量、第１の温度、および第１の圧力は、例えば以下の通りである。なお、以下の値において、１ｓｃｃｍは、約１．６９×１０-3ｐａ・ｍ3／ｓであり、１ｍＴは、約０．１３３Ｐａである。
　ＨＦガス：２０ｓｃｃｍ以上かつ１０００ｓｃｃｍ以下
　ＮＨ3ガス：２０ｓｃｃｍ以上かつ１０００ｓｃｃｍ以下
　ＮＨ3ガスに対するＨＦガスの流量比：０．１以上かつ１０以下
　Ｎ2ガス：１００ｓｃｃｍ以上かつ２０００ｓｃｃｍ以下
　Ａｒガス：２０ｓｃｃｍ以上かつ１０００ｓｃｃｍ以下
　処理ガスに対する不活性ガスの流量比：０以上かつ２０以下
　基板Ｗの温度：１０℃以上かつ１３５℃以下
　第１の圧力：２０ｍＴ以上かつ５００００ｍＴ以下
　次に、処理ガスおよび不活性ガスの供給と処理容器１１内のガスの排気が停止され、処理容器１１内が第１の圧力の状態で密封される。処理容器１１内が密封されている間、基板Ｗの表面に積層されたＡＦ４１は、基板Ｗの表面のシリコン酸化膜と反応し、例えば図７Ｃに示されるように、基板Ｗの表面にＡＦＳ４２を形成する。処理容器１１内が密封されているため、処理容器１１内のＡＦ４１は、例えば図７Ｄに示されるようにＡＦＳ４２の形成により消費される。
　ここで、図７Ｄに例示された状態では、表面にＡＦＳ４２が形成されたパターン４０の間にＡＦ４１が存在しないか、存在するとしても参考例の場合よりも非常に少ない。隣接するパターン４０の間にＡＦ４１が存在しない場合、ＡＦ４１が昇華する際のＡＦ４１の圧縮応力は発生しない。そのため、隣接するパターン４０の間でのパターン倒れの発生が抑えられる。
　また、隣接するパターン４０の間にＡＦ４１が残存する場合でも、隣接するパターン４０の間に残存するＡＦ４１の量は少ないため、隣接するパターン４０の間のＡＦ４１が昇華する際のＡＦ４１の圧縮応力は参考例の場合よりも小さい。そのため、隣接するパターン４０の間でのパターン倒れは発生し難い。
　また、図７Ｄに例示された状態では、処理容器１１内が高圧（第１の圧力）に維持されているため、ＡＦＳ４２は昇華せず、パターン４０の側壁に存在し続ける。ＡＦＳ４２がパターン４０の側壁に存在することにより、ＡＦＳ４２が側壁に存在しない場合に比べて、パターン４０の機械的強度が増す。そのため、隣接するパターン４０の間にわずかに残存するＡＦ４１が昇華する際の圧縮応力が発生したとしても、参考例の場合よりも、隣接するパターン４０の間でのパターン倒れは発生し難い。
　次に、処理容器１１内に不活性ガスの供給が再開され、処理容器１１内の排気が再開されることにより、基板Ｗの表面がパージされる。また、処理容器１１内の排気が行われることにより、処理容器１１内の圧力が第１の圧力よりも低い第２の圧力以下の圧力となる。
　本実施形態において、第２の圧力およびパージにおける各ガスの流量等は、例えば以下の通りである。
　Ｎ2ガス：１００ｓｃｃｍ以上かつ２０００ｓｃｃｍ以下
　Ａｒガス：２０ｓｃｃｍ以上かつ１０００ｓｃｃｍ以下
　基板Ｗの温度：１０℃以上かつ１３５℃以下
　第２の圧力：０．１ｍＴ以上かつ１０００ｍＴ以下
　処理容器１１内の圧力が第２の圧力以下の圧力となることにより、基板Ｗ上のＡＦＳ４２が昇華する。例えば図７Ｄに示されるように、ＡＦＳ４２は、隣接するパターン４０の間にはほとんど存在しない。そのため、ＡＦＳ４２が昇華する際の圧縮応力によって隣接するパターン４０は引き寄せられない。従って、ＡＦＳ４２が昇華することにより、例えば図７Ｅに示されるように、パターン倒れを発生させることなく、パターン４０の表面のエッチングを行うことができる。
［基板処理方法］
　図８は、本実施形態における基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図８に例示された各処理は、制御部１０が基板処理装置１の各部を制御することにより実現される。
　まず、基板Ｗが処理容器１１内に搬入される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、ゲートバルブ１３が開かれ、開口１２を介して基板Ｗが処理容器１１内に搬入され、ステージ２１の上に載せられる。そして、ゲートバルブ１３が閉じられる。
　次に、基板Ｗの温度が調整される（ステップＳ１１）。ステップＳ１１では、ステージ２１に埋め込まれた加熱部２２によって基板Ｗの温度が第１の温度となるように調整される。
　次に、処理容器１１内に処理ガスが供給される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２は、工程（ａ）の一例である。ステップＳ１２では、処理容器１１内に、ＨＦガスおよびＮＨ3ガスを含む処理ガスと、Ｎ2ガスおよびＡｒガスを含む不活性ガスが、それぞれ所定の流量で供給される。
　次に、処理容器１１内の圧力が調整される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、排気部２５によって処理容器１１内のガスが排気され、圧力制御バルブ２４によって処理容器１１内の圧力が第１の圧力となるように制御される。
　次に、処理容器１１内が密封される（ステップＳ１４）。ステップＳ１４は、工程（ｂ）の一例である。ステップＳ１４では、処理ガスおよび不活性ガスの供給と処理容器１１内のガスの排気が停止され、処理容器１１内が第１の圧力の状態で密封される。
　次に、処理容器１１内を密封してから所定時間が経過したか否かが判定される（ステップＳ１５）。所定時間は、予め定められたエッチング量が得られるために要する時間であり、例えば１０秒以上６００秒以下の範囲内の時間である。処理容器１１内を密封してから所定時間が経過していない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、再びステップＳ１５に示される処理が実行される。
　一方、処理容器１１内のガスを密封してから所定時間が経過した場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、処理容器１１内のガスの排気が再開される（ステップＳ１６）。ステップＳ１６は、工程（ｃ）の一例である。そして、処理容器１１内に、不活性ガスが供給されることにより、基板Ｗの表面がパージされる（ステップＳ１７）。ステップＳ１６およびＳ１７では、処理容器１１内の圧力が第２の圧力以下の圧力となるように処理容器１１内の圧力が調整される。
　次に、不活性ガスの供給が停止され、基板Ｗが処理容器１１内から搬出される（ステップＳ１８）。ステップＳ１８では、ゲートバルブ１３が開かれ、開口１２を介して基板Ｗが処理容器１１内から搬出される。そして、本フローチャートに示された基板処理方法が終了する。
　以上、実施形態について説明した。上記したように、本実施形態における基板処理方法は、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）を含む。工程（ａ）では、基板（基板Ｗ）が収容された処理容器（処理容器１１）内に処理ガスが供給されると共に、処理容器内の処理ガスが排気される。工程（ｂ）では、処理ガスの供給および排気が停止されることにより、処理容器内が密封される。工程（ｃ）では、処理容器内の処理ガスが排気される。これにより、基板に対する処理の面内均一性を向上させることができる。
　また、上記した実施形態において、工程（ｂ）では、密封された処理容器内で、処理ガスにより基板に対してエッチングが行われる。また、基板に対するエッチングは、等方性エッチングである。これにより、基板に対するエッチング量の面内均一性を向上させることができる。
　また、上記した実施形態において、処理ガスには、ハロゲン含有ガスおよび塩基性ガスが含まれ、基板には、シリコン酸化膜等のシリコン含有膜が含まれる。これにより、基板に対するエッチングを行うことができる。
　また、上記した実施形態において、工程（ａ）では、処理容器内の圧力が第１の圧力となるように調整され、工程（ｂ）では、処理容器内の圧力が第１の圧力の状態で密封され、工程（ｃ）では、処理容器内の圧力が第１の圧力より低い第２の圧力以下の圧力に制御される。これにより、フッ化水素ガスおよびアンモニアガスの気相反応で生成されたフッ化アンモニウムとシリコン含有膜との反応のより生成されたフッ化ケイ酸アンモニウムを除去することができる。
　また、上記した実施形態において、第１の圧力は、２０ｍＴ以上５００００ｍＴ以下の範囲内の圧力であり、第２の圧力は、０．１ｍＴ以上１０００ｍＴ以下の範囲内の圧力である。これにより、工程（ｂ）ではフッ化ケイ酸アンモニウムの昇華を抑制し、工程（ｃ）ではフッ化ケイ酸アンモニウムの昇華を促進することができる。
　また、上記した実施形態において、工程（ｂ）では、基板の温度が第１の温度に制御され、工程（ｃ）においても同じ温度に制御される。別の実施形態の例として、基板の温度が第１の温度より高い第２の温度に制御されてもよい。
　また、上記した実施形態において、工程（ｂ）は、１０秒以上６００秒以下の範囲内の時間継続される。これにより、工程（ｂ）において、フッ化水素ガスおよびアンモニアガスの気相反応で生成されたフッ化アンモニウムをフッ化ケイ酸アンモニウムの生成に消費することができる。
　また、上記した実施形態における基板処理装置（基板処理装置１）は、処理容器（処理容器１１）と、ガス供給部（ガス供給部３０）と、排気部（排気部２５）と、圧力調整部（圧力制御バルブ２４）と、制御部（制御部１０）とを備える。処理容器は、基板（基板Ｗ）を収容する。ガス供給部は、処理容器内に処理ガスを供給する。排気部は、処理容器内の処理ガスを排気する。圧力調整部は、処理容器内の圧力を調整する。制御部は、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）を実行するように構成される。工程（ａ）では、ガス供給部、排気部、および圧力調整部を制御することにより、処理容器内に処理ガスを供給すると共に、処理容器内の処理ガスを排気し、処理容器内の圧力が第１の圧力となるように調整する。工程（ｂ）では、ガス供給部および排気部を制御することにより、処理ガスの供給および排気を停止し、処理容器内を第１の圧力の状態で密封する。工程（ｃ）では、排気部を制御することにより、処理容器内の処理ガスを排気する。これにより、基板に対する処理の面内均一性を向上させることができる。
［その他］
　なお、本願に開示された技術は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　例えば、上記した実施形態では、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）がそれぞれ１回ずつ実行されるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）が、この順番で複数回繰り返し実行されてもよい。これにより、処理容器１１内の容積が小さい場合でも、フッ化水素ガスおよびアンモニアガスの気相反応で生成されたフッ化アンモニウムを基板の表面に十分に供給することができ、所望のエッチング量を達成することができる。
　なお、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）の繰り返し回数の増加に伴って、工程（ａ）および工程（ｂ）では、処理ガスと不活性ガスとの混合比率が変更されてもよい。また、工程（ａ）、工程（ｂ）、および工程（ｃ）の繰り返し回数の増加に伴って、工程（ｂ）の圧力や継続時間等が変更されてもよい。
　また、上記した実施形態では、基板処理装置１は、基板Ｗに対してエッチングを実施する装置であるが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、ガスを用いて基板Ｗの処理を行う装置であれば、成膜装置や改質装置等の他の装置に対しても開示の技術を適用することができる。
　また、上記した実施形態では、基板処理装置１は、基板Ｗに対して等方性エッチングを実施するが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、基板Ｗに対して異方性エッチングを実施する基板処理装置に対しても、開示の技術を適用することができる。
　また、上記した実施形態では、基板処理装置１は、シリコン酸化膜を含む基板Ｗに対してエッチングを行うが、開示の技術はこれに限られない。他の形態として、基板処理装置１は、シリコン窒化膜、炭化シリコン膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、炭素含有シリコン窒化膜等の他のシリコン含有膜を含む基板Ｗに対してエッチングを行ってもよい。
　なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　また、上記の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
（ａ）基板が収容された処理容器内に処理ガスを供給すると共に、前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と、
（ｂ）前記処理ガスの供給および排気を停止することにより、前記処理容器内を密封する工程と、
（ｃ）前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と
を含む基板処理方法。
（付記２）
　前記工程（ｂ）では、密封された前記処理容器内で、前記処理ガスにより前記基板に対してエッチングを行う、付記１に記載の基板処理方法。
（付記３）
　前記エッチングは、等方性エッチングである、付記２に記載の基板処理方法。
（付記４）
　前記処理ガスには、フッ化水素ガスおよびアンモニアガスが含まれ、
　前記基板には、シリコン含有膜が含まれる、付記２または３に記載の基板処理方法。
（付記５）
　前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、炭化シリコン膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、または炭素含有シリコン窒化膜である、付記４に記載の基板処理方法。
（付記６）
　前記工程（ａ）では、前記処理容器内の圧力が第１の圧力となるように調整され、
　前記工程（ｂ）では、前記処理容器内の圧力が前記第１の圧力の状態で密封され、
　前記工程（ｃ）では、前記処理容器内の圧力が前記第１の圧力より低い第２の圧力以下の圧力に制御される付記４または５に記載の基板処理方法。
（付記７）
　前記第１の圧力は、２０ｍＴ以上５００００ｍＴ以下の範囲内の圧力であり、
　前記第２の圧力は、０．１ｍＴ以上１０００ｍＴ以下の範囲内の圧力である、付記６に記載の基板処理方法。
（付記８）
　前記工程（ｂ）では、前記基板の温度が第１の温度に制御され、
　前記工程（ｃ）では、前記基板の温度が前記第１の温度より高い第２の温度に制御される、付記４から７のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（付記９）
　前記第１の温度は、１０℃以上１３５℃以下の範囲内の温度である、付記８に記載の基板処理方法。
（付記１０）
　前記工程（ｂ）は、１０秒以上６００秒以下の範囲内の時間継続される、付記４から９のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（付記１１）
　前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）、および前記工程（ｃ）は、この順番で複数回繰り返し実行される、付記１から１０のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（付記１２）
　基板を収容する処理容器と、
　前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
　前記処理容器内の前記処理ガスを排気する排気部と、
　前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
　制御部と
を備え、
　前記制御部は、
（ａ）前記ガス供給部、前記排気部、および前記圧力調整部を制御することにより、前記処理容器内に処理ガスを供給し、前記処理容器内の処理ガスを排気し、前記処理容器内の圧力が第１の圧力となるように調整する工程と、
（ｂ）前記ガス供給部および前記排気部を制御することにより、前記処理ガスの供給および排気を停止し、前記処理容器内を前記第１の圧力の状態で密封する工程と、
（ｃ）前記排気部を制御することにより、前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と
を実行するように構成される基板処理装置。
Ｗ　基板
１　基板処理装置
１０　制御部
１１　処理容器
１２　開口
１３　ゲートバルブ
２１　ステージ
２２　加熱部
２３　排気管
２４　圧力制御バルブ
２５　排気部
２６　シャワーヘッド
３０　ガス供給部
３１　配管
３２　配管
３３　配管
３４　配管
３５　流量制御器
３６　ガス供給源
３７　ガス供給源
３８　ガス供給源
３９　ガス供給源
４０　パターン
４１　ＡＦ
４２　ＡＦＳ

Claims (12)

  1. （ａ）基板が収容された処理容器内に処理ガスを供給すると共に、前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と、
    （ｂ）前記処理ガスの供給および排気を停止することにより、前記処理容器内を密封する工程と、
    （ｃ）前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と
    を含む基板処理方法。
  2. 　前記工程（ｂ）では、密封された前記処理容器内で、前記処理ガスにより前記基板に対してエッチングを行う、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 　前記エッチングは、等方性エッチングである、請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 　前記処理ガスには、フッ化水素ガスおよびアンモニアガスが含まれ、
    　前記基板には、シリコン含有膜が含まれる、請求項２または３に記載の基板処理方法。
  5. 　前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、炭化シリコン膜、シリコン酸窒化膜、炭素含有シリコン酸化膜、または炭素含有シリコン窒化膜である、請求項４に記載の基板処理方法。
  6. 　前記工程（ａ）では、前記処理容器内の圧力が第１の圧力となるように調整され、
    　前記工程（ｂ）では、前記処理容器内の圧力が前記第１の圧力の状態で密封され、
    　前記工程（ｃ）では、前記処理容器内の圧力が前記第１の圧力より低い第２の圧力以下の圧力に制御される請求項４に記載の基板処理方法。
  7. 　前記第１の圧力は、２０ｍＴ以上５００００ｍＴ以下の範囲内の圧力であり、
    　前記第２の圧力は、０．１ｍＴ以上１０００ｍＴ以下の範囲内の圧力である、請求項６に記載の基板処理方法。
  8. 　前記工程（ｂ）では、前記基板の温度が第１の温度に制御され、
    　前記工程（ｃ）では、前記基板の温度が前記第１の温度より高い第２の温度に制御される、請求項４に記載の基板処理方法。
  9. 　前記第１の温度は、１０℃以上１３５℃以下の範囲内の温度である、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 　前記工程（ｂ）は、１０秒以上６００秒以下の範囲内の時間継続される、請求項４に記載の基板処理方法。
  11. 　前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）、および前記工程（ｃ）は、この順番で複数回繰り返し実行される、請求項１に記載の基板処理方法。
  12. 　基板を収容する処理容器と、
    　前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、
    　前記処理容器内の前記処理ガスを排気する排気部と、
    　前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
    　制御部と
    を備え、
    　前記制御部は、
    （ａ）前記ガス供給部および前記排気部を制御することにより、前記処理容器内に処理ガスを供給すると共に、前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と、
    （ｂ）前記ガス供給部および前記排気部を制御することにより、前記処理ガスの供給および排気を停止し、前記処理容器内を密封する工程と、
    （ｃ）前記排気部を制御することにより、前記処理容器内の処理ガスを排気する工程と
    を実行するように構成される基板処理装置。
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