JP7312160B2 - エッチング装置及びエッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法に関する。
シリコン基板の表面に形成されたシリコン酸化膜をエッチングするための装置及び方法が知られている。例えば特許文献１には、真空槽と、アンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスを供給する第１ガス供給部と、三フッ化窒素ガスを供給する第２ガス供給部と、を備えた酸化膜除去装置が開示されている。この酸化膜除去装置では、フッ素と水素とを含むエッチャント（例えばＮＦｘＨｙ）によってシリコン酸化膜が除去される。
しかしながら、特許文献１に記載のように、フッ素と水素とを含むエッチャントを用いてシリコン酸化膜をエッチングした場合、基板の面内におけるエッチング量の分布が不均一となることがあった。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、シリコン酸化膜のエッチング量の基板の面内における均一性を向上させることが可能なエッチング装置及びエッチング方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るエッチング装置は、フッ化水素とアンモニアとを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング装置である。
前記エッチング装置は、チャンバと、ガス供給部と、水蒸気供給部と、制御部と、を具備する。
前記チャンバは、前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されることが可能に構成される。
前記ガス供給部は、前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能に構成される。
前記水蒸気供給部は、水蒸気を前記チャンバに供給することが可能に構成される。
前記制御部は、エッチング処理時に、前記処理ガス又は前記前駆体ガス、及び前記水蒸気を前記チャンバに供給するように、前記ガス供給部及び前記水蒸気供給部を制御する。
前記エッチング装置は、チャンバと、ガス供給部と、水蒸気供給部と、制御部と、を具備する。
前記チャンバは、前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されることが可能に構成される。
前記ガス供給部は、前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能に構成される。
前記水蒸気供給部は、水蒸気を前記チャンバに供給することが可能に構成される。
前記制御部は、エッチング処理時に、前記処理ガス又は前記前駆体ガス、及び前記水蒸気を前記チャンバに供給するように、前記ガス供給部及び前記水蒸気供給部を制御する。
前記制御部は、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の分圧で水蒸気を前記チャンバに供給するように、前記水蒸気供給部を制御してもよい。
前記ガス供給部は、
水素を含むガス又は水素ラジカルの少なくとも一方を含む第１の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第１のガス供給ラインと、
フッ素を含むガス又はフッ素ラジカルの少なくとも一方を含む第２の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第２のガス供給ラインと、を有し、
前記フッ化水素は、前記チャンバ内で前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスとが反応することで生成されてもよい。
水素を含むガス又は水素ラジカルの少なくとも一方を含む第１の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第１のガス供給ラインと、
フッ素を含むガス又はフッ素ラジカルの少なくとも一方を含む第２の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第２のガス供給ラインと、を有し、
前記フッ化水素は、前記チャンバ内で前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスとが反応することで生成されてもよい。
この場合、前記第１のガス供給ラインは、水素を含むガスから水素ラジカルを生成するラジカル生成部を有していてもよい。
前記チャンバは、
前記基板が配置されることが可能な処理室と、
前記ガス供給部に接続されたガス供給室と、
複数の貫通孔を含み、前記ガス供給室と前記処理室との間に配置されたシャワープレートと、を有していてもよい。
前記基板が配置されることが可能な処理室と、
前記ガス供給部に接続されたガス供給室と、
複数の貫通孔を含み、前記ガス供給室と前記処理室との間に配置されたシャワープレートと、を有していてもよい。
この場合、前記水蒸気供給部は、前記ガス供給室に接続されてもよい。
本発明の他の形態に係るエッチング方法は、フッ化水素とアンモニアとを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング方法である。
前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されたチャンバに、前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスが供給される。
水蒸気が前記チャンバに供給される。
前記水蒸気が供給された前記チャンバにおいて、前記処理ガスを用いて前記シリコン酸化膜がエッチングされる。
前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されたチャンバに、前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスが供給される。
水蒸気が前記チャンバに供給される。
前記水蒸気が供給された前記チャンバにおいて、前記処理ガスを用いて前記シリコン酸化膜がエッチングされる。
さらに、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の分圧で水蒸気が前記チャンバに供給されてもよい。
本発明によれば、シリコン酸化膜のエッチング量の基板の面内における均一性を向上させることができる。
［本発明の概要］
本発明は、フッ化水素（ＨＦ）とアンモニア（ＮＨ３）とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法に関する。
本発明は、フッ化水素（ＨＦ）とアンモニア（ＮＨ３）とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング装置及びエッチング方法に関する。
上記処理ガスは、シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されたチャンバ内に供給される。上記処理ガスでは、ＨＦとＮＨ３とが反応して、以下のような反応が生じる。
ＨＦ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ…（１）
これにより、アンモニアフッ化物（ＮＨ４Ｆ）が生成される。生成されたＮＨ４Ｆは、基板の表面のシリコン酸化膜と反応する。この反応は、以下の式（２）で表される。
ＳｉＯ２＋６ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３…（２）
ＨＦ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ…（１）
これにより、アンモニアフッ化物（ＮＨ４Ｆ）が生成される。生成されたＮＨ４Ｆは、基板の表面のシリコン酸化膜と反応する。この反応は、以下の式（２）で表される。
ＳｉＯ２＋６ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３…（２）
このように、ＮＨ４Ｆとシリコン酸化膜のＳｉＯ２とが反応することで、基板の表面に、１００～２００℃で容易に熱分解するアンモニア錯体からなる反応生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が生成される。これにより、シリコン酸化膜がエッチングされる。
式（２）の反応では、上記反応生成物とともに、Ｈ２ＯとＮＨ３が生成される。このＨ２Ｏは、基板の表面で生成されるため、Ｈ２Ｏの分布量は、例えば基板の中央部よりも周縁部において少なくなり得る。
本発明者らの知見によると、式（２）の反応は、主に、ＮＨ４Ｆから電離したフッ素（Ｆ－）がＳｉＯ２にアタックすることで生じ、Ｈ２Ｏは、このフッ素の電離に関与するものと考えられる。このため、基板の表面におけるＨ２Ｏの分布の偏りによって、基板の面内におけるエッチング量の偏りが生じると考えられる。
そこで、本発明では、上記エッチング処理において、上記処理ガスに加えて、水蒸気（Ｈ２Ｏガス）をチャンバ内に供給することを特徴とする。これにより、詳細を後述するように、Ｈ２Ｏの基板の表面における分布の偏りが抑制され、基板の面内におけるエッチング量の均一性が向上する。
なお、基板の表面においては、供給又は生成されたＨ２Ｏの一部が液体となり得る。このため、気体のＨ２Ｏガスを示す際には「水蒸気」と表記し、気体及び液体のＨ２Ｏを示す場合には「Ｈ２Ｏ」と表記する。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面に記載されたＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する方向を示す。
＜第１の実施形態＞
［エッチング装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング装置１００を示す模式的な断面図である。
図１に示すように、エッチング装置１００は、チャンバ１０と、ガス供給部２０と、水蒸気供給部３０と、制御部４０と、を備える。エッチング装置１００は、ＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのドライエッチング装置であって、例えば、チャンバ１０の外部でラジカルを生成することが可能なリモートプラズマエッチング装置である。
［エッチング装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング装置１００を示す模式的な断面図である。
図１に示すように、エッチング装置１００は、チャンバ１０と、ガス供給部２０と、水蒸気供給部３０と、制御部４０と、を備える。エッチング装置１００は、ＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのドライエッチング装置であって、例えば、チャンバ１０の外部でラジカルを生成することが可能なリモートプラズマエッチング装置である。
チャンバ１０は、シリコン酸化膜を表面に有する基板Ｗが配置されることが可能に構成される。チャンバ１０は、本実施形態において、チャンバ本体１１と、基板支持部１２と、を有する。
チャンバ本体１１は、例えば金属製の真空槽として構成される。チャンバ本体１１は、底部１１１と、天板１１２と、側壁１１３とを含む。チャンバ本体１１は、天板１１２が分離可能に構成されてもよいし、底部１１１、天板１１２及び側壁１１３が一体に構成されてもよい。さらに、チャンバ本体１１は、真空ポンプに接続された排気口１１４を有し、当該排気口１１４から排気されることが可能に構成される。排気口１１４は、例えば底部１１１に配置される。
天板１１２は、底部１１１とＺ軸方向に対向して配置される。本実施形態において、天板１１２には、後述するガスヘッド１３が取り付けられている。天板１１２は、例えば、後述する第１のガス供給ライン２１と接続されＺ軸方向に開口した開口を有していてもよい。
基板支持部１２は、例えば、基板Ｗを配置することが可能なステージとして構成される。基板支持部１２は、基板Ｗを配置する支持面１２１を含む。支持面１２１は、例えば、天板１１２とＺ軸方向に対向するように配置される。
チャンバ１０は、本実施形態において、シャワープレート１３１を有するガスヘッド１３によって内部が区画される。すなわち、チャンバ１０は、さらに、基板Ｗが配置されることが可能な処理室１４と、後述するガス供給部２０に接続されたガス供給室１５と、処理室１４とガス供給室１５との間に配置されたシャワープレート１３１と、を有する。ガス供給室１５は、本実施形態において、支持面１２１とＺ軸方向に対向して配置される。
シャワープレート１３１は、本実施形態において、ガスヘッド１３の一部として構成される。ガスヘッド１３は、シャワープレート１３１と、ヘッド本体１３２とを含む。
シャワープレート１３１は、複数の貫通孔１３３を有する。貫通孔１３３は、ガス供給室１５から処理室１４へ向けてガスを噴出するガス噴出孔として機能する。シャワープレート１３１は、例えば、複数の貫通孔１３３が支持面１２１とＺ軸方向に対向するように配置される。
ヘッド本体１３２は、シャワープレート１３１と天板１１２との間に配置される。ヘッド本体１３２とシャワープレート１３１との間に形成されたガスヘッド１３の内部空間が、ガス供給室１５を形成する。ヘッド本体１３２は、例えば、後述する第１のガス供給ライン２１と接続されＺ軸方向に開口した開口１３４と、シャワープレート１３１と対向するプレート対向面１３５と、プレート対向面１３５と開口１３４とを接続し、開口１３４の周囲に配置された環状のテーパ面１３６と、を含む。
ガス供給部２０は、上記処理ガス又は処理ガスの前駆体ガスをチャンバ１０に供給することが可能に構成される。
処理ガスは、上述のように、ＨＦとＮＨ３とを含む反応性のガスである。
前駆体ガスは、処理ガスの前駆体を含むガスである。
ガス供給部２０は、ＨＦガスとＮＨ３ガスをチャンバ１０に供給してもよい。あるいは、ガス供給部２０は、前駆体ガスをチャンバ１０に供給してもよい。後者の場合、例えば、ガス供給部２０によって供給された前駆体ガスがチャンバ１０内で反応することで、処理ガスが生成される。
なお、処理ガス及び前駆体ガスは、通常の気体だけでなく、ラジカル状態の原子を含んでいてもよい。
処理ガスは、上述のように、ＨＦとＮＨ３とを含む反応性のガスである。
前駆体ガスは、処理ガスの前駆体を含むガスである。
ガス供給部２０は、ＨＦガスとＮＨ３ガスをチャンバ１０に供給してもよい。あるいは、ガス供給部２０は、前駆体ガスをチャンバ１０に供給してもよい。後者の場合、例えば、ガス供給部２０によって供給された前駆体ガスがチャンバ１０内で反応することで、処理ガスが生成される。
なお、処理ガス及び前駆体ガスは、通常の気体だけでなく、ラジカル状態の原子を含んでいてもよい。
ガス供給部２０は、本実施形態において、第１のガス供給ライン２１と、第２のガス供給ライン２２と、を有する。
第１のガス供給ライン２１は、水素を含むガス又は水素ラジカルの少なくとも一方を含む第１の前駆体ガスをチャンバ１０に供給することが可能に構成される。「水素を含むガス」は、ラジカル状態でない水素ガス（Ｈ２）又は水素化合物を含むガスを意味し、「水素ラジカル」は、ラジカル状態の水素ガス（Ｈ＊）を意味する。第１の前駆体ガスは、例えば、Ｈ＊及びＮＨ３ガスを含む。
第１のガス供給ライン２１は、例えば、水素を含むガスから水素ラジカルを生成するラジカル生成部２１１と、チャンバ１０に開口した第１の供給口２１２と、ラジカル生成部２１１と第１の供給口２１２とを接続する第１の配管２１３と、を含む。
ラジカル生成部２１１は、リモートプラズマ源として構成される。ラジカル生成部２１１は、具体的には、マイクロ波プラズマ源、高周波プラズマ源、容量結合プラズマ源、誘導結合プラズマ源等であってもよい。本実施形態において、ラジカル生成部２１１は、マイクロ波プラズマ源として構成され、例えば、放電管と、マイクロ波源と、を含む。放電管には、図示しないガス源から水素を含むガスが導入される。放電管は、第１の配管２１３に接続される。マイクロ波源は、例えば、励起したマイクロ波を放電管に照射する。ラジカル生成部２１１に導入される「水素を含むガス」は、例えば、ＮＨ３ガスとキャリアガスである窒素（Ｎ２）ガスとの混合ガスである。
第１の供給口２１２は、本実施形態において、ガス供給室１５に開口する。第１の供給口２１２は、例えば、シャワープレート１３１とＺ軸方向に対向する位置に開口し、ヘッド本体１３２の開口１３４と接続される。
第２のガス供給ライン２２は、フッ素を含むガス又はフッ素ラジカルの少なくとも一方を含む第２の前駆体ガスをチャンバ１０に供給することが可能に構成される。「フッ素を含むガス」は、ラジカル状態でないフッ素ガス（Ｆ２）又はフッ素化合物を含むガスを意味し、「フッ素ラジカル」は、ラジカル状態のフッ素ガス（Ｆ＊）を意味する。第２の前駆体ガスは、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスである。
第２のガス供給ライン２２は、例えば、チャンバ１０に開口した第２の供給口２２１と、第２の供給口２２１に接続された第２の配管２２２と、を含む。
第２の供給口２２１は、本実施形態において、ガス供給室１５に開口する。第２の供給口２２１は、例えば、ヘッド本体１３２のテーパ面１３６に開口する。第２のガス供給ライン２２は、複数の第２の供給口２２１を含んでいてもよく、これらの第２の供給口２２１が、第１の供給口２１２を囲むようにテーパ面１３６に配置されていてもよい。
第２の供給口２２１は、本実施形態において、ガス供給室１５に開口する。第２の供給口２２１は、例えば、ヘッド本体１３２のテーパ面１３６に開口する。第２のガス供給ライン２２は、複数の第２の供給口２２１を含んでいてもよく、これらの第２の供給口２２１が、第１の供給口２１２を囲むようにテーパ面１３６に配置されていてもよい。
本実施形態では、第１のガス供給ライン２１と第２のガス供給ライン２２とがガス供給室１５に接続される。これにより、ガス供給室１５内で第１の前駆体ガス及び第２の前駆体ガスが反応して上述のエッチングのための処理ガスが生成されるとともに、当該処理ガスがガス供給室１５内で拡散する。したがって、当該処理ガスが、シャワープレート１３１を介して基板Ｗ上に均一に供給される。
水蒸気供給部３０は、水蒸気をチャンバ１０に供給することが可能に構成される。水蒸気は、エッチング促進ガスとして機能する。水蒸気供給部３０によって水蒸気がチャンバ１０に供給されることで、基板Ｗの表面全体に水蒸気が供給され、基板Ｗの面内におけるＨ２Ｏの分布の偏りが抑制される。したがって、基板Ｗの面内におけるエッチング量の均一性が向上する。
水蒸気供給部３０は、例えば、チャンバ１０に開口した第３の供給口３１と、第３の供給口３１に接続された第３の配管３２と、を含む。
第３の供給口３１は、本実施形態において、ガス供給室１５に開口する。第３の供給口３１は、図１に示す例では、ヘッド本体１３２のテーパ面１３６に開口する。水蒸気供給部３０は、複数の第３の供給口３１を含んでいてもよく、これらの第３の供給口３１が、第１の供給口２１２を囲むようにテーパ面１３６に配置されていてもよい。図１に示す例では、第３の供給口３１は、第２の供給口２２１の下流側に配置される。
第３の配管３２には、例えば、液体の水から水蒸気を生成する気化器が接続されていてもよい。
第３の配管３２には、例えば、液体の水から水蒸気を生成する気化器が接続されていてもよい。
本実施形態では、水蒸気供給部３０がガス供給室１５に接続されることで、水蒸気がガス供給室１５内で拡散する。これにより、水蒸気が、シャワープレート１３１を介して基板Ｗ上に均一に供給される。したがって、基板Ｗの面内におけるＨ２Ｏの分布の偏りがより効果的に抑制され、基板Ｗの面内におけるエッチング量の均一性がより向上する。
制御部４０は、エッチング処理時に、処理ガス又は前駆体ガス、及び水蒸気をチャンバ１０に供給するように、ガス供給部２０及び水蒸気供給部３０を制御する。
制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現される。制御部４０は、少なくともガス供給部２０及び水蒸気供給部３０を制御できればよいが、エッチング装置１００全体を制御するように構成されてもよい。
制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータに用いられるハードウェア要素および必要なソフトウェアにより実現される。制御部４０は、少なくともガス供給部２０及び水蒸気供給部３０を制御できればよいが、エッチング装置１００全体を制御するように構成されてもよい。
［エッチング方法］
図２は、本実施形態のエッチング方法を説明するためのフロー図である。
以下、上記構成のエッチング装置１００を用いたエッチング方法について説明する。
図２は、本実施形態のエッチング方法を説明するためのフロー図である。
以下、上記構成のエッチング装置１００を用いたエッチング方法について説明する。
まず、図１に示すように、チャンバ１０には、シリコン酸化膜を表面に有する基板Ｗが配置される。基板Ｗは、例えばシリコン基板である。シリコン酸化膜は、自然酸化膜であってもよいし、酸化処理等によって形成された膜であってもよい。チャンバ１０は、所定の圧力まで減圧される。
そして、図２に示すように、ガス供給部２０が、基板Ｗが配置されたチャンバ１０に、ＨＦとＮＨ３とを含む処理ガス又は当該処理ガスの前駆体ガスを供給する（ステップＳ１）。つまり、制御部４０が、処理ガス又は前駆体ガスを供給するように、ガス供給部２０を制御する。
ステップＳ１では、例えば制御部４０が、水素を含むガス又は水素ラジカルの少なくとも一方を含む第１の前駆体ガスをチャンバ１０に供給するように、第１のガス供給ライン２１を制御する。
第１のガス供給ライン２１では、例えば、原料ガスとして、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスがラジカル生成部２１１に導入される。ラジカル生成部２１１では、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの一部がラジカル状態となってＨ＊及びＮ＊が生成される。この結果、第１の前駆体ガスは、例えば、ＮＨ３ガス、Ｈ＊、Ｎ２ガス及びＮ＊を含む。
第１のガス供給ライン２１では、例えば、原料ガスとして、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスがラジカル生成部２１１に導入される。ラジカル生成部２１１では、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの一部がラジカル状態となってＨ＊及びＮ＊が生成される。この結果、第１の前駆体ガスは、例えば、ＮＨ３ガス、Ｈ＊、Ｎ２ガス及びＮ＊を含む。
また、例えば制御部４０が、フッ素又はフッ素ラジカルを含む第２の前駆体ガスをチャンバ１０に供給するように、第２のガス供給ライン２２を制御する。第２の前駆体ガスは、例えばＮＦ３ガスである。
本実施形態では、チャンバ１０のガス供給室１５において第１の前駆体ガスと第２の前駆体ガスとが混合し、以下の式（３）の反応が生じる。
Ｈ＊＋ＮＦ３→ＨＦ＋ＮＦ２…（３）
これにより、ガス供給室１５では、ＨＦと、第１のガス供給ライン２１でラジカル状態とならなかったＮＨ３とを含む処理ガスが生成される。上記反応で生じたＨＦは、反応性が高い状態である。
Ｈ＊＋ＮＦ３→ＨＦ＋ＮＦ２…（３）
これにより、ガス供給室１５では、ＨＦと、第１のガス供給ライン２１でラジカル状態とならなかったＮＨ３とを含む処理ガスが生成される。上記反応で生じたＨＦは、反応性が高い状態である。
一方で、図２に示すように、水蒸気供給部３０が、水蒸気をチャンバに供給する（ステップＳ２）。つまり、制御部４０が、水蒸気を供給するように、水蒸気供給部３０を制御する。本実施形態では、水蒸気がガス供給室１５に供給され、シャワープレート１３１を介して処理室１４へ供給される。ステップＳ２における好適な条件等については、後述する。
続いて、図２に示すように、水蒸気が供給されたチャンバ１０において、ＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜がエッチングされる（ステップＳ３）。本ステップでは、制御部４０が、エッチング処理時に、処理ガス又は前駆体ガス、及び水蒸気をチャンバ１０に供給するように、ガス供給部２０及び水蒸気供給部３０を制御する。
ガス供給室１５では、処理ガスに含まれるＨＦとＮＨ３によって、上述の式（１）の反応が生じ、アンモニアフッ化物（ＮＨ４Ｆ）が生成される。式（１）を再掲する。
ＨＦ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ…（１）
生成されたＮＨ４Ｆは、例えばシャワープレート１３１を介して処理室１４へ供給される。
ＨＦ＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ…（１）
生成されたＮＨ４Ｆは、例えばシャワープレート１３１を介して処理室１４へ供給される。
処理室１４へ供給されたＮＨ４Ｆは、基板Ｗの表面のシリコン酸化膜と反応する。ＮＨ４Ｆとシリコン酸化膜のＳｉＯ２とが反応することで、上述の式（２）の反応が生じ、基板Ｗの表面に、アンモニア錯体からなる反応生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が生成される。式（２）を再掲する。
ＳｉＯ２＋６ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３…（２）
ＳｉＯ２＋６ＮＨ４Ｆ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３…（２）
本実施形態における「シリコン酸化膜のエッチング」とは、上記反応生成物が生成されることを意味する。この反応生成物は、後に基板Ｗを所定温度（例えば１００～２００℃）で加熱することにより、熱分解して除去される。反応生成物の除去は、同一のチャンバ１０で行ってもよいし、異なるチャンバで行ってもよい。
ステップＳ３においては、反応生成物を効率よく生成する観点から、基板Ｗを－５℃以上５０℃以下に維持してもよい。
ステップＳ３においては、反応生成物を効率よく生成する観点から、基板Ｗを－５℃以上５０℃以下に維持してもよい。
式（２）で生じたＨ２Ｏは、反応生成物とともに基板Ｗの表面で生成されるため、基板Ｗの外側では生成されない。つまり、この反応由来のＨ２Ｏの分布量は、基板Ｗの周縁部において中央部よりも少なくなる。上述のように、Ｈ２Ｏは、ＮＨ４Ｆによるシリコン酸化膜のエッチングに関与すると考えられる。基板Ｗの表面におけるＨ２Ｏの分布の偏りがある場合、反応生成物の生成量に偏りが生じ、基板Ｗの面内においてエッチング量の偏りが生じ得る。
そこで、本実施形態では、水蒸気供給部３０によって水蒸気が供給されたチャンバ１０において、上記エッチング処理が行われる。これにより、エッチング処理中に水蒸気がチャンバ１０内に拡散し、基板Ｗの面内全体に万遍なく供給される。したがって、基板Ｗの面内において一様に、上記式（２）の反応が促進される。この結果、基板Ｗの面内において、反応生成物の生成量の偏りが抑制され、エッチング量の均一性が向上する。
ステップＳ２では、制御部４０が、例えば、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の分圧で水蒸気をチャンバ１０に供給するように、水蒸気供給部３０を制御する。これにより、基板Ｗの面内全体に拡散するために十分な量の水蒸気がチャンバ１０内に供給され、基板Ｗの面内におけるＨ２Ｏの分布の偏りがより効果的に解消される。したがって、基板Ｗの面内におけるエッチング量の均一性がより向上する。
なお、ステップＳ３におけるエッチング処理において、チャンバ１０内の圧力は、例えば、１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下とすることができ、さらに１０Ｐａ以上５００Ｐａ以下とすることもできる。
なお、ステップＳ３におけるエッチング処理において、チャンバ１０内の圧力は、例えば、１０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下とすることができ、さらに１０Ｐａ以上５００Ｐａ以下とすることもできる。
ステップＳ２において、制御部４０は、ガス供給部２０によるガスの供給と同時に、水蒸気の供給を開始するように、水蒸気供給部３０を制御してもよい。これにより、エッチング処理の開始とともに水蒸気が基板Ｗの面内全体に拡散し、基板Ｗの面内のエッチング量の偏りがより確実に抑制される。
［実施例］
以下、実施例及び比較例を用いて、本実施形態の作用効果を具体的に説明する。
以下、実施例及び比較例を用いて、本実施形態の作用効果を具体的に説明する。
実施例として、図１に示すような水蒸気供給部を有するエッチング装置を用いて、表面にシリコン酸化物を有するシリコン基板をエッチングした。シリコン基板は、半径約１５０ｍｍの円形の基板とした。
第１のガス供給ラインに、原料ガスとして、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスを導入した。ラジカル生成部におけるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、放電電力は１８００ｋＷとした。
第２のガス供給ラインに、ＮＦ３を導入した。
水蒸気供給部に、水蒸気を導入した。
エッチング処理中のチャンバ内の圧力は約５００Ｐａに調整した。ＮＨ３ガスの分圧は約５６Ｐａ、Ｎ２ガスの分圧は約４３０Ｐａ、ＮＦ３ガスの分圧は約１２Ｐａ、水蒸気の分圧は約２Ｐａとなるように調整した。
エッチング処理中の基板の温度は、約２０℃とした。
第１のガス供給ラインに、原料ガスとして、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの混合ガスを導入した。ラジカル生成部におけるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、放電電力は１８００ｋＷとした。
第２のガス供給ラインに、ＮＦ３を導入した。
水蒸気供給部に、水蒸気を導入した。
エッチング処理中のチャンバ内の圧力は約５００Ｐａに調整した。ＮＨ３ガスの分圧は約５６Ｐａ、Ｎ２ガスの分圧は約４３０Ｐａ、ＮＦ３ガスの分圧は約１２Ｐａ、水蒸気の分圧は約２Ｐａとなるように調整した。
エッチング処理中の基板の温度は、約２０℃とした。
比較例として、水蒸気供給部を有さないエッチング装置を用いて、水蒸気をチャンバ内に供給せずに、表面にシリコン酸化物を有するシリコン基板をエッチングした。
第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインには、実施例と同一のガスを導入した。ラジカル生成部における放電条件及びエッチング処理中の基板の温度も同一とした。
エッチング処理中のチャンバ内の圧力は約５００Ｐａに調整した。ＮＨ３ガスの分圧は約５６Ｐａ、Ｎ２ガスの分圧は約４３２Ｐａ、ＮＦ３ガスの分圧は約１２Ｐａとなるように調整した。
第１のガス供給ラインと第２のガス供給ラインには、実施例と同一のガスを導入した。ラジカル生成部における放電条件及びエッチング処理中の基板の温度も同一とした。
エッチング処理中のチャンバ内の圧力は約５００Ｐａに調整した。ＮＨ３ガスの分圧は約５６Ｐａ、Ｎ２ガスの分圧は約４３２Ｐａ、ＮＦ３ガスの分圧は約１２Ｐａとなるように調整した。
図３及び図４は、実施例及び比較例のエッチング処理における基板の面内のエッチング量の分布を示すグラフであり、横軸が基板内における位置（ｍｍ）、縦軸がエッチング量（ｎｍ）を示す。図３は、実施例の結果を示し、図４は比較例の結果を示す。
図４に示すように、水蒸気を供給していない比較例のエッチング処理では、基板の周縁部において、エッチング量が大きく変化していた。
それに対し、図３に示すように、水蒸気を供給した実施例のエッチング処理では、比較例の結果と比較して、基板の周縁部におけるエッチング量の変化が抑制されていた。
それに対し、図３に示すように、水蒸気を供給した実施例のエッチング処理では、比較例の結果と比較して、基板の周縁部におけるエッチング量の変化が抑制されていた。
これらの結果から、ＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする際に、チャンバ内に水蒸気を供給することによって、基板の面内のエッチング量の均一性が向上することがわかった。
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係るエッチング装置１００Ａを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ａは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ａを備える。
以下の各実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分を主に説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るエッチング装置１００Ａを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ａは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ａを備える。
以下の各実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分を主に説明する。
水蒸気供給部３０Ａは、例えば、チャンバ１０に開口した第３の供給口３１Ａと、第３の供給口３１Ａに接続された第３の配管３２Ａと、を含む。
第３の供給口３１Ａは、例えば、ヘッド本体１３２のプレート対向面１３５に開口する。図５に示す例では、水蒸気供給部３０Ａが、プレート対向面１３５に開口した複数の第３の供給口３１Ａを含んでいるが、単一の第３の供給口３１Ａを含んでいてもよい。
これによっても、水蒸気がガス供給室１５内で拡散し、シャワープレート１３１を介して基板Ｗの面内全体に均一に供給される。したがって、基板Ｗの面内のエッチング量の均一性が十分に向上する。
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態に係るエッチング装置１００Ｂを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｂは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｂを備える。
図６は、本発明の第３の実施形態に係るエッチング装置１００Ｂを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｂは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｂを備える。
図６に示すように、水蒸気供給部３０Ｂは、第１の配管２１３に開口した第３の供給口３１Ｂと、第３の供給口３１Ｂに接続された第３の配管３２Ｂと、を含む。本実施形態では、水蒸気が、第３の配管３２Ｂと、第１のガス供給ライン２１の第１の配管２１３の一部と、を通ってチャンバ１０に供給される。
これにより、水蒸気がガス供給室１５の上流から供給され、ガス供給室１５内でより均一に拡散できる。したがって、シャワープレート１３１を介して、水蒸気が基板Ｗの面内全体により均一に供給され、基板Ｗの面内のエッチング量の均一性がより一層向上する。
＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態に係るエッチング装置１００Ｃを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｃは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｃを備える。
図７は、本発明の第４の実施形態に係るエッチング装置１００Ｃを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｃは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｃを備える。
図７に示すように、水蒸気供給部３０Ｃは、第２の配管２２２に開口した第３の供給口３１Ｃと、第３の供給口３１Ｃに接続された第３の配管３２Ｃと、を含む。つまり、本実施形態では、水蒸気が、第３の配管３２Ｃと、第２のガス供給ライン２２の第２の配管２２２の一部と、を通ってチャンバ１０に供給される。図７に示す例では、水蒸気供給部３０Ｃが、単一の第３の供給口３１Ｃを含むが、複数の第２の配管２２２に接続された複数の第３の供給口３１Ｃを含んでいてもよい。
これによっても、水蒸気がガス供給室１５の上流から供給され、ガス供給室１５内でより均一に拡散できる。したがって、シャワープレート１３１を介して、水蒸気が基板Ｗの面内全体により均一に供給され、基板Ｗの面内のエッチング量の均一性がより一層向上する。
＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態に係るエッチング装置１００Ｄを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｄは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｄを備える。
図８は、本発明の第５の実施形態に係るエッチング装置１００Ｄを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｄは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｄを備える。
図８に示すように、水蒸気供給部３０Ｄは、例えば、チャンバ１０の処理室１４に開口した第３の供給口３１Ｄと、第３の供給口３１Ｄに接続された第３の配管３２Ｄと、を含む。
図８に示すように、第３の供給口３１Ｄは、例えばチャンバ１０の側壁１１３に開口する。図８に示す例では、水蒸気供給部３０Ｄが、単一の第３の供給口３１Ｄを含むが、複数の第３の供給口３１Ｄを含んでいてもよい。
これによっても、水蒸気がチャンバ１０の処理室１４に供給され、処理室１４内で拡散できる。したがって、水蒸気が基板Ｗの面内全体に拡散でき、基板Ｗの面内のエッチング量の均一性が向上する。
＜第６の実施形態＞
図９は、本発明の第６の実施形態に係るエッチング装置１００Ｅを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｅは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｅを備える。
図９は、本発明の第６の実施形態に係るエッチング装置１００Ｅを示す模式的な断面図である。
同図に示すように、エッチング装置１００Ｅは、第１の実施形態と同様のチャンバ１０と、ガス供給部２０と、制御部４０と、を備えるが、第１の実施形態とは異なる水蒸気供給部３０Ｅを備える。
図９に示すように、水蒸気供給部３０Ｅは、例えば、チャンバ１０の処理室１４に開口した第３の供給口３１Ｅと、第３の供給口３１Ｅに接続された第３の配管３２Ｅと、を含む。
図９に示すように、第３の供給口３１Ｅは、基板支持部１２の支持面１２１に開口する。図９では、水蒸気供給部３０Ｅが複数の第３の供給口３１Ｅを含む。複数の第３の供給口Ｄは、例えば、支持面１２１の周縁に沿って配置されている。
これにより、反応生成物（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）の生成に伴って生成されるＨ２Ｏの分布量の少ない基板Ｗの周縁部に、より直接的に水蒸気を供給することができる。したがって、基板Ｗの面内におけるエッチング量の均一性がより確実に向上する。
＜他の実施形態＞
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
チャンバ１０は、上述の構成に限定されない。
例えば、ガス供給室１５は、支持面１２１とＺ軸方向に対向する配置ではなく、支持面１２１の側方、すなわちチャンバ１０の側壁１１３に沿って配置されていてもよい。この場合、シャワープレート１３１は、複数の貫通孔１３３がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿って延びるように配置されていてもよい。
あるいは、チャンバ１０は、ガスヘッド１３を有さず、シャワープレート１３１のみによって処理室１４とガス供給室１５とが区画されていてもよい。
また、チャンバ１０は、処理室１４とガス供給室１５とが区画されておらず、チャンバ１０の内部全体が処理室１４として構成されてもよい。この場合、処理室１４の天板、側壁等にガス供給部２０が直接接続されていてもよい。
例えば、ガス供給室１５は、支持面１２１とＺ軸方向に対向する配置ではなく、支持面１２１の側方、すなわちチャンバ１０の側壁１１３に沿って配置されていてもよい。この場合、シャワープレート１３１は、複数の貫通孔１３３がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿って延びるように配置されていてもよい。
あるいは、チャンバ１０は、ガスヘッド１３を有さず、シャワープレート１３１のみによって処理室１４とガス供給室１５とが区画されていてもよい。
また、チャンバ１０は、処理室１４とガス供給室１５とが区画されておらず、チャンバ１０の内部全体が処理室１４として構成されてもよい。この場合、処理室１４の天板、側壁等にガス供給部２０が直接接続されていてもよい。
また、ガス供給部２０の第１のガス供給ライン２１と第２のガス供給ライン２２も、上述の構成に限定されず、図示の例とは異なる位置にそれぞれ接続されていてもよい。
あるいは、ガス供給部２０は、処理ガスの前駆体ガスがチャンバ１０に供給される構成に限定されず、例えばチャンバ１０の外部でＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスが生成され、生成された処理ガスがチャンバ１０に供給されてもよい。
あるいは、ガス供給部２０は、処理ガスの前駆体ガスがチャンバ１０に供給される構成に限定されず、例えばチャンバ１０の外部でＨＦとＮＨ３とを含む処理ガスが生成され、生成された処理ガスがチャンバ１０に供給されてもよい。
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…エッチング装置
１０…チャンバ
２０…ガス供給部
２１…第１のガス供給ライン
２２…第２のガス供給ライン
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ…水蒸気供給部
４０…制御部
１０…チャンバ
２０…ガス供給部
２１…第１のガス供給ライン
２２…第２のガス供給ライン
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ…水蒸気供給部
４０…制御部
Claims (8)
- フッ化水素とアンモニアとを含む処理ガスと、水蒸気とを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング装置であって、
前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されることが可能なチャンバと、
前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能なガス供給部と、
水蒸気を前記チャンバ内の前記基板の表面全体に供給することが可能な水蒸気供給部と、
エッチング処理時に、前記処理ガス又は前記前駆体ガス、及び前記水蒸気を前記チャンバに供給するように、前記ガス供給部及び前記水蒸気供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記ガス供給部は、
水素を含むガスから水素ラジカルを生成するラジカル生成部を有し、水素ラジカルを含む第１の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第１のガス供給ラインと、
フッ素を含む第２の前駆体ガスを前記チャンバに供給することが可能な第２のガス供給ラインと、を有し、
前記フッ化水素は、前記チャンバ内で前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスとが反応することで生成される
エッチング装置。 - 請求項１に記載のエッチング装置であって、
前記制御部は、０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の分圧で水蒸気を前記チャンバに供給するように、前記水蒸気供給部を制御する
エッチング装置。 - 請求項１又は２に記載のエッチング装置であって、
前記チャンバは、
前記基板が配置されることが可能な処理室と、
前記ガス供給部に接続されたガス供給室と、
複数の貫通孔を含み、前記ガス供給室と前記処理室との間に配置されたシャワープレートと、を有する
エッチング装置。 - 請求項３に記載のエッチング装置であって、
前記水蒸気供給部は、前記ガス供給室に接続される
エッチング装置。 - 請求項３に記載のエッチング装置であって、
前記水蒸気供給部は、前記処理室に接続される
エッチング装置。 - 請求項５に記載のエッチング装置であって、
前記基板を支持する支持面を有する基板支持部をさらに具備し、
前記水蒸気供給部は、前記支持面の周縁に沿って配置された複数の水蒸気供給口を有する
エッチング装置。 - フッ化水素とアンモニアとを含む処理ガスと、水蒸気とを用いてシリコン酸化膜をエッチングするためのエッチング方法であって、
前記シリコン酸化膜を表面に有する基板が配置されたチャンバに、前記処理ガス又は前記処理ガスの前駆体ガスを供給し、
水蒸気を前記チャンバ内の前記基板の表面全体に供給し、
前記水蒸気が供給された前記チャンバにおいて、前記処理ガスを用いて前記シリコン酸化膜をエッチングする
エッチング方法であって、
水素ラジカルを含む第１の前駆体ガスを、第１のガス供給ラインから前記チャンバに供給し、
フッ素を含む第２の前駆体ガスを、第２のガス供給ラインから前記チャンバに供給し、
前記チャンバ内で前記第１の前駆体ガスと前記第２の前駆体ガスとを反応させることで、前記フッ化水素を生成する
エッチング方法。 - 請求項７に記載のエッチング方法であって、
０．１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の分圧で水蒸気を前記チャンバに供給する
エッチング方法。
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