JP2019096666A - エッチング方法及びこれを用いた窪みパターンの埋め込み方法 - Google Patents

エッチング方法及びこれを用いた窪みパターンの埋め込み方法 Download PDF

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紘樹 三浦
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Abstract

【課題】本発明は、基板の表面に形成された窪みパターンの深さ方向におけるエッチング量を制御可能なエッチング方法及びこれを用いた窪みパターンの埋め込み方法を提供することを目的とする。【解決手段】処理室内で基板の表面に形成された窪みパターン内の膜をＶ字の断面形状にエッチングするエッチング方法であって、前記窪みパターンの内部よりも前記基板の表面のエッチングレートが高くなるような条件に前記処理室内の２つ以上のパラメータを設定する工程と、前記条件の下でエッチングガスを前記基板の表面に供給する工程と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、エッチング方法及びこれを用いた窪みパターンの埋め込み方法に関する。
従来から、処理室内に設けられた回転テーブル上に基板を載置し、回転テーブルを回転させながらエッチングガスを処理室内に供給し、基板の表面に形成された膜をエッチングするエッチング工程を含む基板処理方法であって、処理室を、回転テーブルの回転方向に沿ってエッチングガスが供給される処理領域と、エッチングガスが供給されずにパージガスが供給されるパージ領域とに区画し、回転テーブルを１回転させたときに基板が処理領域とパージ領域とを１回ずつ通過するようにし、回転テーブルの回転速度を変化させることにより、膜をエッチングするエッチングレート又はエッチング後の膜の表面粗さを制御する基板処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる基板処理方法では、回転速度を変化させることにより回転テーブルの表面のガス濃度に変化が生じることを利用して、エッチングレート又はエッチング後の膜の表面粗さを制御し、所望の膜質を得ている。
特開２０１６−５１８８４号公報
しかしながら、回転テーブルの回転速度を変化させるだけでは、基板の表面のエッチングガスの濃度を制御することがはできるが、窪みパターンの深さ方向におけるエッチングレートの制御までは困難である。
そこで、本発明は、基板の表面に形成された窪みパターンの深さ方向におけるエッチング量を制御可能なエッチング方法及びこれを用いた窪みパターンの埋め込み方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るエッチング方法は、処理室内で基板の表面に形成された窪みパターン内の膜をＶ字の断面形状にエッチングするエッチング方法であって、
前記窪みパターンの内部よりも前記基板の表面のエッチングレートが高くなるような条件に前記処理室内の２つ以上のパラメータを設定する工程と、
前記条件の下でエッチングガスを前記基板の表面に供給する工程と、を有する。
本発明によれば、窪みパターンの深さ方向におけるエッチング量を制御することができる。
本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の断面図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の斜視図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の概略上面図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置のガスノズル及びノズルカバーの構成図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の一部断面図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の他の一部断面図である。 本発明の実施形態に係るエッチング方法を含む窪みパターン埋め込み方法の一連の工程を示した図である。 ボイドが発生する従来の成膜方法の一例を示した図である。 本実施形態に係るエッチング方法に関連するパラメータの有効性及び有効な設定値を見付け出すために行ったエッチング条件を示した表である。 図９の水準Ｎｏ．１〜６についてエッチングを行った後のＳＥＭ画像と測定値を示した表である。 図１０に示した評価結果をグラフ化して示した図である。 本実施例において用いたサンプルのトレンチＴの形状を示した図である。 本実施例の実施結果を示した図である。 比較例に係る実施結果を示した図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
［基板処理装置］
まず、本発明の本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を好適に実施可能な基板処理装置について説明する。
図１は、本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の断面図であり、図２は、本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の斜視図である。また、図３は、本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法を実施可能な基板処理装置の一例の概略上面図である。
図１から図３までを参照すると、この基板処理装置は、ほぼ円形の平面形状を有する扁平な真空容器（処理室、チャンバ）１と、この真空容器１内に設けられ、真空容器１の中心に回転中心を有する回転テーブル２と、を備えている。真空容器１は、有底の円筒形状を有する容器本体１２と、容器本体１２の上面に対して、例えばＯリングなどのシール部材１３（図１）を介して気密に着脱可能に配置される天板１１とを有している。
回転テーブル２は、中心部にて円筒形状のコア部２１に固定され、このコア部２１は、鉛直方向に伸びる回転軸２２の上端に固定されている。回転軸２２は真空容器１の底部１４を貫通し、その下端が回転軸２２（図１）を鉛直軸回りに回転させる駆動部２３に取り付けられている。回転軸２２及び駆動部２３は、上面が開口した筒状のケース体２０内に収納されている。このケース体２０はその上面に設けられたフランジ部分が真空容器１の底部１４の下面に気密に取り付けられており、ケース体２０の内部雰囲気と外部雰囲気との気密状態が維持されている。
回転テーブル２の表面には、図２及び図３に示すように回転方向（周方向）に沿って複数（図示の例では５枚）の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗを載置するための円形状の凹部２４が設けられている。なお図３には便宜上１個の凹部２４だけにウエハＷを示す。この凹部２４は、ウエハＷの直径（例えば３００ｍｍ）よりも僅かに例えば４ｍｍ大きい内径と、ウエハＷの厚さにほぼ等しい深さとを有している。したがって、ウエハＷを凹部２４に載置すると、ウエハＷの表面と回転テーブル２の表面（ウエハＷが載置されない領域）とが同じ高さになる。
図２及び図３は、真空容器１内の構造を説明する図であり、説明の便宜上、天板１１の図示を省略している。図２及び図３に示すように、回転テーブル２の上方には、各々例えば石英からなる第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２、エッチングガスノズル３３、及び分離ガスノズル４１、４２が配置されている。図示の例では、真空容器１の周方向に間隔をおいて、搬送口１５（後述）から時計回り（回転テーブル２の回転方向）にエッチングガスノズル３３、分離ガスノズル４１、第１の成膜ガスノズル３１、分離ガスノズル４２、及び第２の成膜ガスノズル３２の順に配列されている。これらのガスノズル３１、３２、３３、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１ａ、３２ａ、３３ａ、４１ａ、及び４２ａ（図３）が容器本体１２の外周壁に固定され、真空容器１の外周壁から真空容器１内に導入されている。そして、容器本体１２の半径方向に沿って回転テーブル２に対してノズルが平行に伸びるように取り付けられている。
本実施形態に係る窪みパターン埋め込み方法においては、第１の成膜ガスノズル３１から供給する第１の成膜ガスとして、例えば、Ｓｉ含有ガスを用いることができる。Ｓｉ含有ガスとしては、種々のガスを用いることができるが、例えばＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）ガスを用いてもよい。また、第２の成膜ガスノズル３１２から供給する第２の成膜ガスとして、例えば、酸化ガスを用いてもよい。酸化ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガス及び／又はオゾン（Ｏ３）ガスを用いてもよい。これにより、ＳｉＯ２膜をウエハＷ上に形成することができる。
なお、本実施形態に係るエッチング方法のみを実施する場合には、成膜を行う必要は無いので第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２は必ずしも設ける必要は無い。一方、本実施形態に係る窪みパターンの埋め込み方法を実施する場合には、成膜を行う必要があるので、第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２を設けるようにする。
また、エッチングガスノズル３３から供給するエッチングガスとしては、クリーニング等に用いられるフッ素含有ガス等を用いてもよく、例えば、ＣｌＦ３を用いるようにしてもよい。エッチングガスとしては、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨ３Ｆ、ＣＨＦ３、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、ＢＣｌ３、ＮＦ３等、フッ素系ガスを含むハロゲン系ガスを用いることができるが、エッチング可能なガスであれば、特に限定は無い。即ち、エッチングガスの種類は問わず、用途に応じて種々のエッチングガスを用いることができる。また、必要に応じてリモートプラズマ等を搭載し、活性化したエッチングガスを供給するようにしてもよい。
なお、図２及び図３において、第２の成膜ガスノズル３２に対し、回転テーブル２の回転方向下流側にエッチングガスノズル３３が配置されているが、この配置関係は逆でもよい。即ち、第２の成膜ガスノズル３２に対し、回転テーブル２の回転方向上流側にエッチングガスノズル３３が配置されてもよい。また、第２の成膜ガスノズル３２とエッチングガスノズル３３との相対位置も特に限定されず、種々の位置に第２の成膜ガスノズル３２及びエッチングガスノズル３３を配置することができる。
上述のように、エッチングガス及びエッチング方法については、種々のガス及び方法を採用することができる。例えば、ＣｌＦ３等のＦ含有ガスを用いて高温エッチングによりエッチングしてもよいし、ＮＦ３等のＦ含有ガスをプラズマにより分解し、Ｆラジカルによるエッチングを行ってもよい。
第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２には、それずれ第１及び第２の成膜ガスが貯留される第１及び第２の成膜ガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。また、第１及び第２のエッチングガスノズル３１、３２には、それぞれ第１及び第２のエッチングガスが貯留される第１及び第２のエッチングガス供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。
第１及び第２の成膜ガスは、成膜しようとする膜に応じて、種々の成膜ガスを用いることができる。本実施形態においては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜する場合を例に挙げて説明する。この場合、第１の成膜ガスとしては、シリコン含有ガスを用いる。具体的なシリコン含有ガスは特に限定されるものではないが、上述のＴＤＭＡＳの他、例えば３ＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２）３Ｈ）、４ＤＭＡＳ（テトラキスジメチルアミノシラン、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ３）２））４）等のアミノシラン系や、ＴＣＳ（テトラクロロシラン、ＳｉＣｌ４）、ＤＣＳ（ジクロロシラン、ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＳｉＨ４（モノシラン）、ＨＣＤ（ヘキサクロロジシラン、Ｓｉ２Ｃｌ６）等を好ましく用いることができる。
また、第２の成膜ガスとしては、上述のように、酸化ガスを好ましく用いることができる。酸化ガスとしては、酸素ガス及び／又はオゾンガスを好ましく用いることができる。特に緻密なシリコン酸化膜が得られることから、酸化ガスはオゾンガスを含んでいることが好ましい。
なお、ＳｉＮ膜を成膜する場合には、第１の成膜ガスをシリコン含有ガスとし、第２の成膜ガスをアンモニア含有ガスとすればよい。また、ＴｉＮ膜を成膜する場合には、第１の成膜ガスをＴｉＣｌ４ガスとし、第２の成膜ガスをアンモニア含有ガスとすればよい。このように、成膜する膜の種類に応じて、第１の成膜ガス及び第２の成膜ガスを定めればよい。本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法においては、エッチング対象となる膜は特に限定されておらず、用途に応じて種々の膜をエッチング又は埋め込み成膜することができる。
また、分離ガスノズル４１、４２には、ＡｒやＨｅなどの希ガスやＮ２ガス（窒素ガス）などの不活性ガスの供給源が開閉バルブや流量調整器（ともに不図示）を介して接続されている。不活性ガスとしては特に限定されるものではなく、上記のように希ガスや、Ｎ２ガス等を用いることができるが、例えばＮ２ガスを好ましく用いることができる。なお、これらの不活性ガスは、いわゆるパージガスとして用いられる。
第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２及びエッチングガスノズル３３は、回転テーブル２に向かって下方に開口する複数のガス吐出孔３４（図５参照）が、第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２及びエッチングガスノズル３３の長さ方向に沿って配列されている。ガス吐出孔３４の配置については特に限定されるものではないが、例えば１０ｍｍの間隔で配列することができる。第１の成膜ガスノズル３１の下方領域は、第１の成膜ガスをウエハＷに吸着させるための第１の処理領域Ｐ１となる。第２の成膜ガスノズル３２及びエッチングガスノズル３３の下方領域は、第２の処理領域Ｐ２となる。第２の処理領域Ｐ２には、第２の成膜ガスノズル３２とエッチングガスノズル３３とが共存しているが、エッチングを行う際には、第２の成膜ガスノズル３２からは第２の成膜ガス（例えば酸化ガス）を供給しないか、希ガスやＮ２ガス等のパージガスを供給し、エッチングガスノズル３３からエッチングガスを供給することにより、第２の処理領域Ｐ２内でエッチング工程を行うことができる。なお、この場合、第１の処理領域Ｐ１においても、第１の成膜ガスノズル３１から第１の成膜ガス（例えばシリコン含有ガス）を供給しないか、希ガスやＮ２ガス等のパージガスを供給する。
一方、成膜を行う際には、第１及び第２のエッチングガスノズル３１、３２からはエッチングガスを供給しないか、又は希ガスやＮ２ガス等のパージガスを供給し、第２の成膜ガスノズル３２から第２の成膜ガスを供給することにより、第１及び第２の処理領域Ｐ１、Ｐ２内で成膜工程を行うことができる。
図２及び図３に示すように、第１の成膜ガスノズル３１には、ノズルカバー３５が設けられていることが好ましい。以下、図４を参照しながら、ノズルカバー３５について説明する。ノズルカバー３５は、第１のガスノズル３１の長手方向に沿って延び、コ字型の断面形状を有する基部３６を有している。基部３６は、第１の成膜ガスノズル３１を覆うように配置されている。基部３６の長手方向に延びる２つの開口端の一方には、整流板３７Ａが取り付けられ、他方には、整流板３７Ｂが取り付けられている。本実施形態においては、整流板３７Ａ、３７Ｂは回転テーブル２の上面と平行に取り付けられている。また、本実施形態においては、図２及び図３に示すように、回転テーブル２の回転方向に対して第１の成膜ガスノズル３１の上流側に整流板３７Ａが配置され、下流側に整流板３７Ｂが配置されている。
図４（ｂ）に明瞭に示されるように、整流板３７Ａ、３７Ｂは、第１のガスノズル３１の中心軸に対して左右対称に形成されている。また、整流板３７Ａ、３７Ｂの回転テーブル２の回転方向に沿った長さは、回転テーブル２の外周部に向かうほど長くなっており、このため、ノズルカバー３５は、概ね扇形状の平面形状を有している。ここで、図４（ｂ）に点線で示す扇の開き角度θは、後述する凸状部４（分離領域Ｄ）のサイズをも考慮して決定されるが、例えば５°以上９０°未満であることが好ましく、具体的には例えば８°以上１０°未満であることが更に好ましい。
なお、本実施形態においては、第１の成膜ガスノズル３１のみにノズルカバー３５が設けられた例を示したが、第２の成膜ガスノズル３２及びエッチングガスノズル３３についても、同様のノズルカバー３５を設けてもよい。
図２及び図３を参照すると、真空容器１内には２つの凸状部４が設けられている。凸状部４は、頂部が円弧状に切断された略扇型の平面形状を有し、本実施形態においては、内円弧が突出部５（後述）に連結し、外円弧が、真空容器１の容器本体１２の内周面に沿うように配置されている。図５は、第１の成膜ガスノズル３１から第２の成膜ガスノズル３２まで回転テーブル２の同心円に沿った真空容器１の断面を示している。図示のとおり、凸状部４は、天板１１の裏面に取り付けられている。このため、真空容器１内には、凸状部４の下面である平坦な低い天井面４４（第１の天井面）と、この天井面４４の周方向両側に位置する、天井面４４よりも高い天井面４５（第２の天井面）とが存在している。
また、図５に示すとおり、凸状部４には周方向中央において溝部４３が形成されており、溝部４３は、回転テーブル２の半径方向に沿って延びている。溝部４３には、分離ガスノズル４２が収容されている。もう一つの凸状部４にも同様に溝部４３が形成され、ここに分離ガスノズル４１が収容されている。なお、図中に示す参照符号４２ｈは、分離ガスノズル４２に形成されるガス吐出孔である。ガス吐出孔４２ｈは、分離ガスノズル４２の長手方向に沿って所定の間隔（例えば１０ｍｍ）をあけて複数個形成されている。また、ガス吐出孔４２ｈの開口径は例えば０．３ｍｍから１．０ｍｍとすることができる。図示を省略するが、分離ガスノズル４１にも同様にガス吐出孔を形成することができる。
高い天井面４５の下方の右側及び左側の空間４８１、４８２には、第１の成膜ガスノズル３１、第２の成膜ガスノズル３２がそれぞれ設けられている。第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２は、天井面４５から離間してウエハＷの近傍に設けられている。なお、図５に示すように、第１の成膜ガスノズル３１が設けられる高い天井面４５の下方の空間４８１と、第２の成膜ガスノズル３２が設けられる高い天井面４５の下方の空間４８２が設けられる。
低い天井面４４は、狭い空間である分離空間Ｈを回転テーブル２に対して形成している。分離ガスノズル４２から不活性ガス、例えばＮ２ガスが供給されると、このＮ２ガスは、分離空間Ｈを通して空間４８１及び空間４８２へ向かって流れる。このとき、分離空間Ｈの容積は空間４８１及び４８２の容積よりも小さいため、Ｎ２ガスにより分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くすることができる。すなわち、空間４８１及び４８２の間において、分離空間Ｈは圧力障壁を提供する。しかも、分離空間Ｈから空間４８１及び４８２へ流れ出るＮ２ガスは、第１の処理領域Ｐ１からの第１の成膜ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の成膜ガスとに対するカウンターフローとして働く。したがって、第１の処理領域Ｐ１からの第１の成膜ガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２成膜のガスとが分離空間Ｈにより分離される。よって、真空容器１内において第１の成膜ガスと、第２の成膜ガスとが混合して反応することを抑制できる。なお、エッチングガス供給時も、分離空間Ｈはエッチングガスが第１の処理領域Ｐ１に流入することを防止する。
なお、回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さｈ１は、成膜時の真空容器１内の圧力、回転テーブル２の回転速度、供給する分離ガス（Ｎ２ガス）の供給量などを考慮し、分離空間Ｈの圧力を空間４８１及び４８２の圧力に比べて高くするのに適した高さに設定することが好ましい。
このように、分離空間Ｈが形成された分離領域Ｄは、パージガスをウエハＷに対して供給する領域とも言えるので、パージガス供給領域と呼んでもよい。
再び図１〜図３を参照すると、天板１１の下面には、回転テーブル２を固定するコア部２１の外周を囲むように突出部５が設けられている。この突出部５は、本実施形態においては、凸状部４における回転中心側の部位と連続しており、突出部５の下面は天井面４４と同じ高さに形成されている。
先に参照した図１は、図３のＩ−Ｉ'線に沿った断面図であり、天井面４５が設けられている領域を示している一方、図６は、天井面４４が設けられている領域を示す一部断面図である。図６に示すように、略扇型の凸状部４の周縁部（真空容器１の外縁側の部位）には、回転テーブル２の外端面に対向するようにＬ字型に屈曲する屈曲部４６を形成することができる。この屈曲部４６は、回転テーブル２と容器本体１２の内周面との間の空間を通して、空間４８１及び空間４８２（図５）の間でガスが流通するのを抑制できる。扇型の凸状部４は、天板１１に設けられ、天板１１が容器本体１２から取り外せるようになっていることから、屈曲部４６の外周面と容器本体１２との間には僅かに隙間がある。屈曲部４６の内周面と回転テーブル２の外端面との隙間、及び屈曲部４６の外周面と容器本体１２との隙間は、例えば回転テーブル２の上面に対する天井面４４の高さと同様の寸法に設定することができる。
再び図３を参照すると、回転テーブル２と容器本体の内周面との間において、空間４８１と連通する第１の排気口６１０と、空間４８２と連通する第２の排気口６２０とが形成されている。第１の排気口６１０及び第２の排気口６２０は、図１に示すように各々排気管６３０を介して真空排気手段である例えば真空ポンプ６４０に接続されている。なお図１中、圧力調整器６５０が設けられている。
回転テーブル２と真空容器１の底部１４との間の空間には、図１及び図６に示すように加熱手段であるヒータユニット７を設けることができ、回転テーブル２を介して回転テーブル２上のウエハＷを、プロセスレシピで決められた温度に加熱できる。回転テーブル２の周縁付近の下方側には、回転テーブル２の下方の空間へガスが侵入するのを抑えるために、リング状のカバー部材７１が設けられている。図６に示すように、このカバー部材７１は、回転テーブル２の外縁部及び外縁部よりも外周側を下方側から臨むように設けられた内側部材７１ａと、この内側部材７１ａと真空容器１の内壁面との間に設けられた外側部材７１ｂと、を備えた構成にできる。外側部材７１ｂは、凸状部４の外縁部に形成された屈曲部４６の下方にて、屈曲部４６と近接して設けられ、内側部材７１ａは、回転テーブル２の外縁部下方（及び外縁部よりも僅かに外側の部分の下方）において、ヒータユニット７を全周に亘って取り囲んでいる。
図１に示すように、ヒータユニット７が配置されている空間よりも回転中心寄りの部位における底部１４は、回転テーブル２の下面の中心部付近におけるコア部２１に接近するように上方側に突出して突出部１２ａをなしている。この突出部１２ａとコア部２１との間は狭い空間になっている。また、底部１４を貫通する回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間が狭くなっていて、これら狭い空間はケース体２０に連通している。そしてケース体２０にはパージガスであるＮ２ガスを狭い空間内に供給してパージするためのパージガス供給管７２が設けられている。さらに、真空容器１の底部１４には、ヒータユニット７の下方において周方向に所定の角度間隔で、ヒータユニット７の配置空間をパージするための複数のパージガス供給管７３が設けられている（図６には一つのパージガス供給管７３を示す）。さらにまた、ヒータユニット７と回転テーブル２との間には、ヒータユニット７が設けられた領域へのガスの侵入を抑えるために、外側部材７１ｂの内周壁（内側部材７１ａの上面）から突出部１２ａの上端部との間を周方向に亘って覆う蓋部材７ａが設けられている。蓋部材７ａは例えば石英で作製することができる。
パージガス供給管７２からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、回転軸２２の貫通孔の内周面と回転軸２２との隙間と、突出部１２ａとコア部２１との間の隙間とを通して、回転テーブル２と蓋部材７ａとの間の空間を流れ、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。また、パージガス供給管７３からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスは、ヒータユニット７が収容される空間から、蓋部材７ａと内側部材７１ａとの間の隙間（不図示）を通して流出し、第１の排気口６１０又は第２の排気口６２０（図３）から排気される。これらＮ２ガスの流れにより、真空容器１の中央下方の空間と、回転テーブル２の下方の空間とを通して、空間４８１及び空間４８２内のガスが混合するのを抑制することができる。
また、真空容器１の天板１１の中心部には分離ガス供給管５１が接続されていて、天板１１とコア部２１との間の空間５２に分離ガスであるＮ２ガスを供給するように構成できる。この空間５２に供給された分離ガスは、突出部５と回転テーブル２との狭い空間５０（図６）を介して回転テーブル２のウエハ載置領域側の表面に沿って周縁に向けて吐出される。空間５０は分離ガスにより空間４８１及び空間４８２よりも高い圧力に維持され得る。したがって、空間５０により、第１の処理領域Ｐ１に供給される第１の成膜ガスと、第２の処理領域Ｐ２に供給される第２の成膜ガス及びエッチングガスとが、中心領域Ｃを通って混合することが抑制される。すなわち、空間５０（又は中心領域Ｃ）は分離空間Ｈ（又は分離領域Ｄ）と同様に機能することができる。
さらに、真空容器１の側壁には、図２、図３に示すように、外部の搬送アーム１０と回転テーブル２との間で基板であるウエハＷの受け渡しを行うための搬送口１５を形成できる。この搬送口１５は図示しないゲートバルブにより開閉できる。この場合、回転テーブル２におけるウエハ載置領域である凹部２４はこの搬送口１５に臨む位置にて搬送アーム１０との間でウエハＷの受け渡しを行うこととなる。このため、回転テーブル２の下方側において受け渡し位置に対応する部位に、凹部２４を貫通してウエハＷを裏面から持ち上げるための受け渡し用の昇降ピン及びその昇降機構（いずれも図示せず）を設けることができる。
また、本実施形態による基板処理装置には、図１に示すように、装置全体の動作のコントロールを行うためのコンピュータからなる制御部１００を設けることができる。制御部１００のメモリ内には、制御部１００の制御の下に、後述する基板処理方法を基板処理装置に実施させるプログラムが格納することができる。このプログラムは後述の基板処理方法を実行するようにステップ群が組まれており、ハードディスク、コンパクトディスク、光磁気ディスク、メモリカード、フレキシブルディスクなどの媒体１０２に記憶されており、所定の読み取り装置により記憶部１０１へ読み込まれ、制御部１００内にインストールできる。
［基板処理方法］
次に、上述の基板処理装置を用いた本発明の実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法について説明する。本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法は、種々の膜に対して適用可能であるが、本実施形態においては、シリコン酸化膜のエッチング及び埋め込み成膜にについて説明する。なお、既に説明した構成要素については、上述の実施形態に係る基板処理装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
図７は、本発明の実施形態に係るエッチング方法を含む窪みパターン埋め込み方法の一連の工程を示した図である。
図７（ａ）は、成膜前のウエハＷに形成されたトレンチＴの断面形状の一例を示した図である。図７（ａ）〜（ｄ）においては、ウエハＷの表面に形成された窪みパターンがトレンチＴの例を挙げて説明するが、窪みパターンは、ビアホールや不規則な形状であってもよい。また、ウエハＷはシリコンウエハの場合を例に挙げて説明するが、他のシリコン化合物からなるウエハＷであってもよい。
図７（ａ）において、トレンチＴの断面形状が、深さ方向において、上部及び底部の幅よりも中央（中段）部分の幅が広くなった形状となっている。ウエットエッチングを用いてトレンチＴを形成した場合、深さ方向における中央部分が上部及び底部よりも窪みパターンの幅が広くなる現象はしばしば発生する。このような中央部の幅が広くなった断面形状を有するトレンチＴが表面に形成されたウエハＷが、真空容器１内に搬入される。
具体的には、図１乃至図６で説明した基板処理装置において、図示しないゲートバルブを開き、図２、３に示されるように、外部から搬送アーム１０により搬送口１５を介してウエハＷを回転テーブル２の凹部２４内に受け渡す。この受け渡しは、凹部２４が搬送口１５に臨む位置に停止したときに凹部２４の底面の貫通孔を介して真空容器１の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このようなウエハＷの受け渡しを、回転テーブル２を間欠的に回転させて行い、回転テーブル２の５つの凹部２４内に夫々ウエハＷを載置する。
続いてゲートバルブを閉じ、真空ポンプ６４０により真空容器１内を引き切りの状態にした後、分離ガスノズル４１、４２から分離ガスであるＮ２ガスを所定の流量で吐出し、分離カス供給管５１及びパージガス供給管７２、７３からもＮ２ガスを所定の流量で吐出する。これに伴い、圧力調整手段６５０により真空容器１内を予め設定した処理圧力に調整する。次いで、回転テーブル２を時計回りに例えば１２０ｒｐｍの回転速度で回転させながらヒータユニット７によりウエハＷを例えば６２０℃に加熱する。
図７（ｂ）は、第１の成膜工程の一例を示した図である。第１の成膜工程においては、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition，原子層堆積法）により、トレンチＴの形状に沿ったコンフォーマルな膜８０を形成する。膜８０の種類は、種々の膜であってよいが、ここでは、ＳｉＯ２膜を形成した例を挙げて説明する。
第１の成膜工程では、第１の成膜ガスノズル３１からはＳｉ含有ガスを供給し、第２の成膜ガスノズル３２からは酸化ガスを供給する。エッチングガスノズル３３からは、Ｎ２ガスをパージガスとして供給するか、又は何もガスを供給しない。なお、Ｓｉ含有ガスは、種々のガスを用いることができるが、本実施形態では、ＴＤＭＡＳを用いた例を挙げて説明する。また、酸化ガスも、種々のガスを用いることができるが、ここでは、オゾンガスを用いた例を挙げて説明する。
ウエハＷが第１の処理領域Ｐ１を通過したときに、原料ガスであるＴＤＭＡＳが第１の成膜ガスノズル３１から供給されてウエハＷの表面上に吸着する。表面上にＴＤＭＡＳが吸着したウエハＷは、回転テーブル２の回転により分離ガスノズル４２を有する分離領域Ｄを通過してパージされた後、第２の処理領域Ｐ２に入る。第２の処理領域では、第２の成膜ガスノズル３２からオゾンガスが供給され、ＴＤＭＡＳに含まれるＳｉ成分がオゾンガスにより酸化され、反応生成物であるＳｉＯ２がトレンチＴを含むウエハＷの表面に堆積する。第２の処理領域Ｐ２を通過したウエハＷは、分離ガスノズル４１を有する分離領域Ｄを通過してパージされた後、第１の処理領域Ｐ１に入る。ここでまた第１の成膜ガスノズル３１からＴＤＭＡＳが供給され、ＴＤＭＡＳがウエハＷの表面に吸着する。そして、ここから同様のサイクルを繰り返すことにより、ウエハＷの表面に反応生成物であるＳｉＯ２が堆積し、ＳｉＯ２膜が成膜される。このような原料ガス（ＴＤＭＡＳ）と酸化ガス（オゾン）が交互にウエハＷの表面に供給されるサイクルを繰り返すことにより、ＳｉＯ２膜の原子層（正確には分子層）が順次堆積し、トレンチＴを含むウエハＷの表面形状に沿ったコンフォーマルな膜８０がＡＬＤにより形成される。コンフォーマルな膜８０であるため、中段の幅が上部及び底部よりも広いトレンチＴの形状はそのまま膜８０の表面形状となる。このままＡＬＤ成膜を継続すると、中段の部分の隙間が上部及び底部よりも大きいため、上端が先に塞がり、中央部にボイドが発生するおそれがある。
図８は、そのようなボイドが発生する従来の成膜方法の一例を示した図である。図８に示される通り、中段の幅が上部よりも広い断面形状を有するトレンチＴをコンフォーマルな膜８０で埋め込んでゆくと、トレンチＴの上端が塞がった時に、トレンチＴの内部にボイド８５が発生してしまい、埋め込みが不十分となるおそれがある。
そこで、本実施形態に係る窪みパターンの埋め込み方法では、図７（ｂ）に示した成膜工程の後、トレンチＴの上部のみエッチングするエッチング工程を実施し、トレンチＴの上部の開口を広くして膜８０の表面の断面形状をＶ字に形成する。
図７（ｃ）は、エッチング工程の一例を示した図である。エッチング工程では、トレンチＴの深さ方向において、トレンチＴの上部のエッチングレートがトレンチ中央部及び底部のエッチングレートよりも十分に高くなるようなエッチングを行う。
そのようなエッチングを行うためには、エッチングガスがトレンチＴの上部で消費され、トレンチＴの内部にあまり到達しないような条件に真空容器１内を設定し、その条件下でエッチングを行う。
まず、図７（ｂ）に示した第１の成膜工程の終了に伴い、第１の成膜ガスノズル３１からのＴＤＭＡＳの供給及び第２の成膜ガスノズル３２からのオゾンガスの供給を停止する。第１及び第２の成膜ガスノズル３１、３２からのガスの供給はそのまま停止してもよいし、Ｎ２ガス等の不活性ガスを供給してもよい。
図７（ｂ）の第１の成膜工程が完全に終了したら、エッチング工程の条件設定を行う。具体的には、回転テーブル２の回転速度を所定の高速の速度に設定し、真空容器１内の圧力を、エッチングガスがトレンチＴの内部にあまり到達しないような所定の高圧の圧力に設定する。
ここで、回転テーブル２の回転速度を高く設定するのは、回転テーブル２の回転速度が速い方が、エッチングガスがトレンチＴの内部に到達し難くなるからである。つまり、回転テーブル２が高速で回転すると、エッチングガスノズル３３から供給されたエッチングガスとの接触時間が短くなり、エッチングガスが表面に留まっているうちにウエハＷが分離領域Ｄに到達してしまい、エッチングガスがトレンチＴの奥まで到達し難い状態とすることができる。
また、真空容器１内の圧力を高くするのは、エッチングガスの分子の平均自由行程を短くし、エッチングガスの拡散を抑制し、トレンチＴの内部にまでエッチングガスが拡散して入り込むのを抑制するためである。
このように、回転テーブル２の回転速度を高速に設定し、真空容器１内の圧力を高圧に設定することにより、２つの条件が協働し、エッチングガスがトレンチＴの内部に入り込み難い状態を作り出すことができる。
回転テーブル２の回転速度は、用途により種々の値に設定できるが、例えば、成膜工程で１２０ｒｐｍに設定されていたら、６０〜７００ｒｐｍの範囲内の所定回転速度に設定してもよく、好ましくは１４０〜３００ｒｐｍの範囲内の所定回転速度に設定してもよく、例えば、１８０ｒｐｍの回転速度に設定してもよい。同様に、真空容器１内の圧力は、例えば、１〜２０Ｔｏｒｒの範囲内の所定圧力に設定してもよく、好ましくは４〜８Ｔｏｒｒの範囲内の所定圧力に設定してもよく、具体的には、５Ｔｏｒｒに設定してもよい。
２つ以上のパラメータを、エッチングガスがトレンチＴの内部に入り込み難い条件に設定することにより、２つのパラメータが協働し、エッチングガスがトレンチＴの内部に入り込むのを効果的に抑制することができる。
このような条件に設定した後、エッチングガスノズル３３からエッチングガスを供給する。エッチングガスは、膜８０を適切にエッチングできれば種々のエッチングガスを用いることができるが、例えば、フッ素を含有するガスを用いてもよい。本実施形態では、エッチングガスとしてＣｌＦ３を用いた例を挙げて説明する。真空容器１内を所定の高圧に設定し、回転テーブル２を所定の高速で回転させながらエッチングガスノズルからＣｌＦ３をウエハＷに供給することにより、図７（ｃ）に示されるように、エッチングガス９０がウエハＷの表面及びトレンチＴの上部付近で消費され、トレンチＴの内部にまで到達しない状態で膜８０をエッチングすることができる。これにより、トレンチＴ内にＶ字の断面形状を有する膜８０を形成することができる。かかるＶ字の断面形状により、トレンチＴの上部の開口を十分に広くすることができる。
なお、エッチング工程が終了したら、エッチングガスノズル３３からのエッチングガス９０の供給を停止する。エッチングガスノズル３３は、そのままエッチングガスの供給を停止した状態のままであってもよいし、Ｎ２等の不活性ガスを代わりに供給してもよい。
図７（ｄ）は、第２の成膜工程の一例を示した図である。第２の成膜工程では、第１の成膜工程と同じ条件に真空容器１内が再び設定され、Ｖ字形状を有する膜８０が形成されたトレンチＴに、膜８０ａを埋め込む埋め込み成膜が行われる。なお、膜８０と膜８０ａは同じ種類の膜が形成され、ＳｉＯ２膜がトレンチＴ内に埋め込まれる。最終的には、トレンチＴがＳｉＯ２膜で充填される。
なお、第２の成膜工程は、第１の成膜工程と同じ条件で行ってよいので、本実施形態においては、回転テーブル２の回転速度は１２０ｒｐｍに設定され、真空容器１内の圧力は６．７Ｔｏｒｒに再び設定される。第１の成膜ガスノズル３１からはＴＤＭＡＳが供給され、第２の成膜ガスノズル３２からはオゾンガスが供給される。
ＡＬＤ成膜により、コンフォーマルな膜８０ａが形成されるが、膜８０がＶ字の断面形状を有するため、トレンチＴの上端の開口は大きく開口した状態が保たれ、内部にボイド８５を発生させることなくトレンチＴを膜８０、８０ａで埋め込むことができる。
このように、本実施形態に係る窪みパターンの埋め込み方法によれば、ボイド８５を発生させることなくトレンチＴ内を膜８０、８０ａで埋め込むことができる。トレンチＴ内を膜８０、８０ａで埋め込んだら、成膜ガスノズル３１、３２からの成膜用のガスの供給を停止し、回転テーブル２も停止させ、搬入と逆の順序でウエハＷを搬出し、ウエハＷの処理を終了する。
ここで、第２の成膜工程を実施しているときに、トレンチＴの開口が塞がってきたら、図７（ｃ）のエッチング工程と図７（ｄ）の第２の成膜工程を複数回繰り返してもよい。これにより、Ｖ字の断面形状を再度形成することができ、ボイドを発生させること無く埋め込み成膜を行うことができる。
また、上述のように、エッチングガスをリモートプラズマ装置等で活性化し、活性化したエッチングガスを用いてエッチング工程を実施してもよい。この場合、エッチングガスノズル３３に代えてシャワーヘッドを用いて活性化したエッチングガスを供給してもよい。
更に、第１及び／又は第２の成膜工程を実施する際、プラズマによる膜８０の改質を行うようにしてもよい。この場合、ＩＣＰ（誘導結合型）プラズマにより酸化ガスを活性化して供給してもよい。このように、エッチングガス及び成膜用のガスの供給は、用途に応じて種々の方法で行うことができる。
なお、従来の窪みパターンの埋め込み方法では、エッチング工程が基板処理装置の真空容器１内ではなく、外部のエッチング装置により行われる場合が一般的であったが、本実施形態に係る窪みパターンの埋め込み方法では、同一の真空容器１内でｉｎ−ｓｉｔｕで成膜−エッチング−成膜工程を順次行うことができる。これにより、スループットを向上させることができるとともに、ボイド８５を発生させること無くトレンチＴの埋め込み成膜を行うことができ、品質及び生産性の双方を向上させることができる。
また、図７で示した中段の幅が上部よりも広くなったトレンチＴについてもボイド８５を発生させることなく埋め込み成膜を実行することができ、種々のパターンを有するウエハＷに高品質の埋め込み成膜を実施することができる。
次に、発明者等が本発明を創出するまでに行った実験結果について説明する。
図９は、本実施形態に係るエッチング方法に関連するパラメータの有効性及び有効な設定値を見付け出すために行ったエッチング条件を示した表である。
図９（ａ）は、実験に用いたサンプルの形状と測定位置を示した図である。図９（ａ）に示されるように２５０ｎｍの開口幅、７．５μｍの深さを有するトレンチＴをサンプルとし、ウエハＷの表面上をＴｏｐ、表面から３．７μｍの深さの位置をＭｉｄｄｌｅ、表面から７．５μｍの深さの底面をＢｏｔｔｏｍとして各測定点に設定した。アスペクト比は、３０である。また、サンプル位置はウエハＷの中心位置とした。
エッチング条件としては、ウエハＷの温度を６２０℃に設定し、エッチングガスとしてＣｌＦ３を用い、流量を１０００ｓｃｃｍに設定した。真空容器１内の圧力と回転テーブル２の回転速度をパラメータとして種々設定して実験を行った。
図９（ｂ）は、実験において設定したパラメータの一覧である。上述のように、エッチング条件としては温度、圧力、回転速度、ＣｌＦ３流量があり、温度は６２０℃、ＣｌＦ３の流量は１０００ｓｃｃｍで固定した。圧力は、５Ｔｏｒｒをリファレンスの標準圧力とし、低い設定値を２Ｔｏｒｒ、高い設定値を９．５Ｔｏｒｒに設定して実験を行った。また、回転テーブル２の回転速度については、６０ｒｐｍをリファレンスとし、低い設定値を１０ｒｐｍ、高い設定値を１８０ｒｐｍに設定した。
図９（ｂ）に示されるように、リファレンスを基準（水準Ｎｏ．１）とし、回転速度のみを低下させる場合（水準Ｎｏ．２）、回転速度のみを上昇させる場合（水準Ｎｏ．３）、圧力のみを低下させる場合（水準Ｎｏ．４）、圧力のみを上昇させる場合（水準Ｎｏ．５）、回転速度及び圧力の双方を上昇させる場合（水準Ｎｏ．６）、の５通りの設定について実験を行った。
図１０は、図９の水準Ｎｏ．１〜６についてエッチングを行った後のＳＥＭ画像と測定値を示した表である。
図１０において、各水準の測定点Ｔｏｐ、Ｍｉｄｄｌｅ、ＢｏｔｔｏｍにおけるＳＥＭ画像、エッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）、及びエッチングのステップカバレッジ（％）が示されている。Ｖ字の断面形状を形成するためには、Ｔｏｐのエッチングレートが高く、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが低い値を示すことが好ましい。
圧力が５Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の回転速度が６０ｒｐｍのリファレンスの水準Ｎｏ．１では、Ｔｏｐのエッチングレートが７．８（ｎｍ／ｍｉｎ）、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが１．４（ｎｍ／ｍｉｎ）となっている。
リファレンスから回転テーブル２の回転速度のみを１０ｒｐｍに低下させた水準Ｎｏ．２では、Ｔｏｐのエッチングレートが６．８（ｎｍ／ｍｉｎ）、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが１．６（ｎｍ／ｍｉｎ）となっており、リファレンスよりもＶ字が弱まった悪化した結果となっている。かかる結果から、回転テーブル２の回転速度を低下させると、Ｖ字の断面形状は形成し難いと考えられる。
リファレンスから回転テーブル２の回転速度のみを１８０ｒｐｍに上昇させた水準Ｎｏ．３では、Ｔｏｐのエッチングレートが６．２（ｎｍ／ｍｉｎ）とリファレンスよりも低下しているが、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが０．２（ｎｍ／ｍｉｎ）と大幅に低下しており、リファレンスよりもＶ字の断面形状が得られていることが分かる。水準Ｎｏ．２及びＮｏ．３の結果を踏まえ、回転テーブル２の回転速度を上昇させた方がＶ字の断面形状を形成し易いことが分かる。
リファレンスから真空容器１の圧力のみを２Ｔｏｒｒに低下させた水準Ｎｏ．４では、Ｔｏｐのエッチングレートが３．８（ｎｍ／ｍｉｎ）と低下し、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが０．６（ｎｍ／ｍｉｎ）も低下した。Ｂｏｔｔｏｍの低下も大きいが、Ｔｏｐのエッチングレートがリファレンスの１／２よりも小さくなっており、低下幅が大きいため、Ｖ字の断面形状は得られていない結果と言える。かかる結果から、真空容器１の圧力を低下させると、Ｖ字の断面形状は形成し難いと考えられる。
リファレンスから真空容器１の圧力のみを９．５Ｔｏｒｒに上昇させた水準Ｎｏ．５では、Ｔｏｐのエッチングレートが１４．７（ｎｍ／ｍｉｎ）とリファレンスよりも大幅に増加した。また、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートも０．７（ｎｍ／ｍｉｎ）と低下しており、リファレンスよりもＶ字の断面形状が得られていることが分かる。水準Ｎｏ．４及びＮｏ．５の結果を踏まえ、真空容器１の圧力を増加させた方がＶ字の断面形状を形成し易いことが分かる。
リファレンスから真空容器１の圧力を９．５Ｔｏｒｒに増加させるとともに、回転テーブル２の回転速度を１８０ｒｐｍに増加させた水準Ｎｏ．６では、Ｔｏｐのエッチングレートが１１．４（ｎｍ／ｍｉｎ）とリファレンスよりも大幅に増加するとともに、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが０．２（ｎｍ／ｍｉｎ）とリファレンスよりも大幅に低下した。リファレンスよりもＶ字の断面形状が得られていることが分かる。Ｔｏｐのエッチングレートは、１１．４（ｎｍ／ｍｉｎ）と真空容器１の圧力のみを増加させた水準Ｎｏ．５の１４．７（ｎｍ／ｍｉｎ）よりも少し低いが、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが０．２（ｎｍ／ｍｉｎ）と水準Ｎｏ．５の０．７（ｎｍ／ｍｉｎ）よりも大幅に低いので、全体としては水準Ｎｏ．５よりもＶ字の断面形状が得られていることが分かる。
このように、真空容器１の圧力を増加させ、かつ回転テーブル２の回転速度を増加させることにより、Ｖ字の断面形状が得られるＶ字エッチングを行うことができる。即ち、Ｖ字の断面形状の形成に有効な２つのパラメータを変化させることにより、１つのパラメータのみで調整するよりも良好な結果が得られることが分かった。
なお、これらの代わりに、エッチングガスをウエハＷの表面付近で消費させるためには、エッチングガスの流量を低下させたり、エッチングガスの流速を低下させたりすることも有効である。エッチングガスの流量を低下させるのは、エッチングガスが不足する状態を作り出すことにより、エッチングガスがトレンチＴの内部にまでは行き渡らず、ウエハＷの表面付近で消費されるエッチングガスが増加するからである。また、エッチングガスの流速を低下させるのは、エッチングガスの勢いを弱め、トレンチＴの内部までエッチングガスが到達するのを抑制できるからである。これらのパラメータのうち、２つ以上を組み合わせて調整することにより、Ｖ字の断面形状を形成するＶ字エッチングを行うことができる。
図１１は、図１０に示した評価結果をグラフ化して示した図である。図１１において、縦軸はエッチングレートを示しており、各水準Ｎｏ．１〜６におけるＴｏｐ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートが棒グラフで左からＴｏｐ、Ｍｉｄｄｌｅ、Ｂｏｔｔｏｍの順で示されている。図１０で説明した通り、圧力のみ増加させた水準Ｎｏ．５がＴｏｐのエッチングレートは最も高いが、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートも少し高くなっている。一方、圧力及び回転速度の双方を増加させた水準Ｎｏ．６では、Ｔｏｐのエッチングレートは水準Ｎｏ．５よりもやや低いものの、Ｂｏｔｔｏｍのエッチングレートも低いため、全体としては最もＶ字の断面形状が得られていることが分かる。
このように、２つ以上のパラメータを用いてエッチング条件を変化させることにより、Ｖ字エッチングが可能となることが分かる。上述のように、エッチングガスの流量（濃度）及びエッチングガスの流速もパラメータとして機能し得ると考えられるため、これらのパラメータを２つ以上組み合わせることにより、効果的にＶ字の断面形状をエッチングで得ることができる。そして、Ｖ字の断面形状をエッチングで形成することにより、深さ方向において中央部が上部よりも幅が広くなっている窪みパターンに埋め込みを行う場合であっても、Ｖ字エッチングにより窪みパターンの上端の開口を広げ、ボイドを発生させること無く埋め込み成膜を行うことができる。
なお、本実施形態においては、回転テーブル式の基板処理装置を用い、回転テーブル２の回転速度をパラメータの１つとした例を挙げて説明したが、回転速度が高ければ、ウエハＷとエッチングガスの接触時間が短く設定されていることを意味し、回転速度が低ければ、ウエハＷとエッチングガスとの接触時間が長く設定されていることを意味する。よって、回転テーブル式の基板処理装置ではなく、縦方向に所定間隔を開けて複数枚のウエハＷを積載可能なウエハ保持具（ウエハボート）にウエハＷを積載し、縦長の処理容器にウエハＷを入れて処理容器を加熱しながら処理容器内に供給するガスの種類を切り替えて成膜等の基板処理を行う縦型熱処理装置の場合には、エッチングガスの供給時間の設定を変化させることにより、本実施形態の回転速度の設定を変化させることと同様の効果を得ることができる。また、サセプタ（回転テーブル）上に１枚のウエハＷを載置して供給ガスを切り替えて成膜等の基板処理を行う装置の場合にも、エッチングガスの供給時間の設定を変化させることにより、本実施形態の回転速度の設定を変化させるのと同様の効果を得ることができる。真空容器１内の圧力の設定については、各装置の処理容器内の圧力に同様に適用することができる。よって、本実施形態に係るエッチング方法及び窪みパターンの埋め込み方法は、回転テーブル式のＡＬＤ装置以外の装置にも適用することができる。
［実施例］
次に、本発明を実施した実施例について説明する。
図１２は、本実施例において用いたサンプルのトレンチＴの形状を示した図である。図１２に示されるように、トレンチの幅が２５０ｎｍ、トレンチＴの深さが７．５μｍのトレンチＴをサンプルとして用いた。
実施例の成膜条件としては、第１及び第２の成膜工程において、真空容器１の圧力を６．７Ｔｏｒｒに設定し、回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍに設定した。また、原料ガスとしては、ＴＤＭＡＳを３００ｓｃｃｍの流量設定とし、Ｎ２をキャリアガスとして８００ｓｃｃｍの流量設定として第１の成膜ガスノズル３１から供給した。また、Ｏ２／Ｏ３を６０００ｓｃｃｍの流量で供給した。
エッチング条件としては、真空容器１の圧力を５Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の回転速度を１８０ｒｐｍ、エッチングガスとしてＣｌＦ３を１００ｓｃｃｍの流量でエッチングガスノズル３３から供給した。
このような条件で、図７（ａ）〜（ｄ）で説明したように、第１の成膜工程、エッチング工程、第２の成膜工程の順に一連の埋め込み成膜のプロセスを実施した。
図１３は、本実施例の実施結果を示した図である。図１３に示されるように、Ｎｏ．１〜３の総てのサンプルにおいて、ボイド無くトレンチを埋め込むことができ、良好な結果が得られた。
図１４は、比較例に係る実施結果を示した図である。比較例においては、エッチング工程を行わず、第１及び第２の成膜工程のみを実施した。図１４に示されるように、Ｎｏ。１〜Ｎｏ．３の総てのサンプルにおいて、ボイドが生じて十分な埋め込みができなかった。ＡＬＤ成膜はカバレージが良好なため、図７（ａ）に示したような深さ方向中央部が上部よりも幅が広い形状を有する窪みパターンでは、トレンチ形状を修正できず、ボイドが発生してしまう。この点、本実施例に係るエッチング方法及び窪みパターン埋め込み方法によれば、Ｖ字エッチングを行うことにより、膜の断面形状をＶ字にしてから最終埋め込みを行うことにより、ボイドの発生を確実に防止しつつ埋め込みを行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ 真空容器
２ 回転テーブル
４１、４２ 分離ガスノズル
１００ 制御部
３１、３２ 成膜ガスノズル
３３ エッチングガスノズル
Ｗ 基板（半導体ウエハ）
Ｐ１ 第１の処理領域
Ｐ２ 第２の処理領域
Ｄ 分離領域

Claims (13)

  1. 処理室内で基板の表面に形成された窪みパターン内の膜をＶ字の断面形状にエッチングするエッチング方法であって、
    前記窪みパターンの内部よりも前記基板の表面のエッチングレートが高くなるような条件に前記処理室内の２つ以上のパラメータを設定する工程と、
    前記条件の下でエッチングガスを前記基板の表面に供給する工程と、を有するエッチング方法。
  2. 前記条件は、前記処理室内の圧力を所定圧力以上として前記処理室内の前記エッチングガスの平均自由行程を低下させる条件を含む請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記条件は、前記エッチングガスと前記基板との接触時間を所定時間以下とする条件を含む請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記処理室内には、前記基板を周方向に沿って保持可能な回転テーブルが設けられ、
    該回転テーブルの周方向に沿った一部の領域に前記基板の表面に前記エッチングガスを供給可能なエッチングガス供給領域が設けられ、
    前記回転テーブルを所定回転速度以上で回転させることにより、前記基板が前記エッチングガス供給領域を通過する時間を前記所定時間以下にする請求項３に記載のエッチング方法。
  5. 前記所定圧力は１〜２０Ｔｏｒｒ以下の範囲内で設定され、
    前記所定回転速度は６０〜７００ｒｐｍの範囲内で設定される請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 前記エッチングガスは、ハロゲン系ガスである請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  7. 前記エッチングガスは、活性化されて供給される請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  8. 前記窪みパターンは、深さ方向における中央部の幅が底部及び上部よりも広い形状を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  9. 前記膜はシリコン酸化膜である請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  10. 処理室内において、基板の表面に形成された窪みパターン内に、前記窪みパターンの形状に沿ったコンフォーマルな膜を形成する工程と、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載されたエッチング方法を前記処理室内で実施し、前記コンフォーマルな膜をＶ字の断面形状にエッチングする工程と、
    前記処理室内において、前記Ｖ字の断面形状を有する前記コンフォーマルな膜上に、前記Ｖ字の断面形状に沿ったコンフォーマルな膜を形成する工程と、を有する窪みパターンの埋め込み方法。
  11. 前記Ｖ字の断面形状に沿ったコンフォーマルな膜を形成する工程は、前記窪みパターンを完全に埋め込むまで実施される請求項１０に記載の窪みパターンの埋め込み方法。
  12. 前記コンフォーマルな膜をＶ字の断面形状にエッチングする工程及び前記Ｖ字の断面形状に沿ったコンフォーマルな膜を形成する工程を２回以上繰り返す請求項１０に記載の窪みパターンの埋め込み方法。
  13. 前記コンフォーマルな膜はシリコン酸化膜である請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の窪みパターンの埋め込み方法。
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