(57)【要約】【課題】所定のエッチング対象膜を所定のエッチングガスでエッチングする際に、反応によって生成されるガスを短時間でチャンバーから除去すること。【解決手段】  エッチング装置５は、エッチング対象膜を有する被処理基板Ｗが収容されるチャンバー４０と、チャンバー４０内を排気する排気機構４４と、チャンバー内にエッチングガスを導入するエッチングガス導入機構４３と、チャンバー４０内にガスクラスターを生成するためのクラスターガスを噴射して前記チャンバー内にガスクラスターを生成するガスクラスター生成機構７４、５６、６３とを具備し、エッチングガスによるエッチング対象膜のエッチングの際に反応により生成するガスを、ガスクラスターによりチャンバー４０から除去する。【選択図】図３
2014060221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象膜を有する被処理基板が収容されるチャンバーと、
前記チャンバー内を排気する排気機構と、
前記チャンバー内にエッチングガスを導入するエッチングガス導入機構と、
前記チャンバー内にガスクラスターを生成するためのクラスターガスを噴射して前記チャンバー内にガスクラスターを生成するガスクラスター生成機構と、
を具備し、
前記エッチングガスによる前記エッチング対象膜のエッチングの際に反応により生成するガスを、前記ガスクラスター生成機構で生成されたガスクラスターにより前記チャンバーから排出させることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記エッチングガス導入機構および前記ガスクラスター生成機構は、前記エッチングガスを前記チャンバーに吐出し、かつ前記クラスターガスを前記チャンバーに噴射する共通のシャワーヘッドを有することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記エッチング対象膜はＳｉＮ膜であり、前記エッチングガスはＨＦガスであり、前記反応により生成するガスはＮＨ３ガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記被処理基板は、表面に積層膜を有し、前記積層膜のうち所定の膜が前記エッチング対象膜であり、前記反応により生成するガスは、前記積層膜の他の膜のエッチングの進行に寄与するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記エッチング対象膜はＳｉＮ膜であり、前記他の膜はＳｉＯ２膜であり、前記エッチングガスはＨＦガスであり、前記反応により生成するガスはＮＨ３ガスであることを特徴とする請求項４に記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記ガスクラスター生成機構は、クラスターガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項７】
エッチング対象膜を有する被処理基板をチャンバー内に収容し、前記チャンバー内にエッチングガスを導入して、前記エッチング対象膜をエッチングし、前記エッチングガスによるエッチングの際に反応により生成するガスを、前記チャンバー内にクラスターガスを噴射することにより生成されたガスクラスターにより前記チャンバーから排出させることを特徴とするエッチング方法。
【請求項８】
前記エッチング対象膜はＳｉＮ膜であり、前記エッチングガスはＨＦガスであり、前記反応により生成するガスはＮＨ３ガスであることを特徴とする請求項７に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記被処理基板は、表面に積層膜を有し、前記積層膜のうち所定の膜が前記エッチング対象膜であり、前記反応により生成するガスは、前記積層膜の他の膜のエッチングの進行に寄与するものであることを特徴とする請求項７に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記エッチング対象膜はＳｉＮ膜であり、前記他の膜はＳｉＯ２膜であり、前記エッチングガスはＨＦガスであり、前記反応により生成するガスはＮＨ３ガスであることを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記クラスターガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記クラスターガスは、ＡｒガスまたはＣＯ２ガスであることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記エッチング対象膜のエッチングと、前記クラスターによる反応により生成するガスの除去を交互に行うことを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
前記エッチング対象膜のエッチングと、前記クラスターによる反応により生成するガスの除去を同時に行うことを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項７から請求項１４のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
基板に形成された所定の材料の膜をエッチングするエッチング装置およびエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、半導体デバイスの製造過程で、ドライエッチングやウエットエッチングに代わる微細化エッチングが可能な方法として、化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）と呼ばれるノンプラズマドライエッチング技術が注目されている（例えば特許文献１、２）。
【０００３】
ＣＯＲにおいて、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等のシリコン系材料をエッチングする場合には、フッ化水素（ＨＦ）ガス単独、またはＨＦガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガス等が用いられており、これらの膜を良好な選択比でエッチングすることが求められている。
【０００４】
これらの中で、ＳｉＮはＨＦガスでエッチングすることができ、ＳｉＯ２はＨＦガスではエッチングし難いが、ＨＦガスとＮＨ３ガスとの混合ガスでエッチングすることができることがわかっている。したがって、ＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜とが共存している場合において、ＳｉＮ膜をＳｉＯ２膜に対して高選択比でエッチングする場合には、ＨＦガスが有効であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−  ３９１８５号公報
【特許文献２】特開２００８−１６００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＳｉＮ膜をＨＦガスでエッチングする場合、その反応生成物としてＮＨ３ガスが生成され、ＨＦガスとＮＨ３ガスによりＳｉＯ２膜がエッチングされてしまうため、実際にはＨＦガスによりＳｉＮ膜をＳｉＯ２膜に対して高選択比でエッチングすることは難しい。このような問題は、ＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜とが共存している場合において、ＨＦガスによりＳｉＮ膜をエッチングする場合に限らず、積層膜のうち所定の膜を所定のエッチングガスでエッチングする際に、他の膜のエッチングの進行に寄与するガスが生成される場合には生じるものである。
【０００７】
このような問題を解消するためには、適当なタイミングでチャンバー内を真空引きおよびパージガスの供給により反応によって生成されたガスをパージすることが考えられるが、このようなチャンバー内のパージは時間がかかり、量産性が悪くなってしまう。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、所定のエッチング対象膜を所定のエッチングガスでエッチングする際に、反応によって生成されるガスを短時間でチャンバーから除去することができるエッチング装置およびエッチング方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、エッチング対象膜を有する被処理基板が収容されるチャンバーと、前記チャンバー内を排気する排気機構と、前記チャンバー内にエッチングガスを導入するエッチングガス導入機構と、前記チャンバー内にガスクラスターを生成するためのクラスターガスを噴射して前記チャンバー内にガスクラスターを生成するガスクラスター生成機構と、を具備し、前記エッチングガスによる前記エッチング対象膜のエッチングの際に反応により生成するガスを、前記ガスクラスター生成機構で生成されたガスクラスターにより前記チャンバーから排出させることを特徴とするエッチング装置を提供する。
【００１０】
上記第１の観点において、前記エッチングガス導入機構および前記ガスクラスター生成機構は、前記エッチングガスを前記チャンバーに吐出し、かつ前記クラスターガスを前記チャンバーに噴射する共通のシャワーヘッドを有する構成とすることができる。
【００１１】
上記第１の観点のエッチング装置は、前記エッチング対象膜がＳｉＮ膜であり、前記エッチングガスがＨＦガスであり、前記反応により生成するガスがＮＨ３ガスである場合に適用可能である。
【００１２】
また、上記第１の観点のエッチング装置は、前記被処理基板が表面に積層膜を有し、前記積層膜のうち所定の膜が前記エッチング対象膜であり、前記反応により生成するガスが前記積層膜の他の膜のエッチングの進行に寄与するものである場合に好適である。このような場合として、前記エッチング対象膜がＳｉＮ膜であり、前記他の膜がＳｉＯ２膜であり、前記エッチングガスがＨＦガスであり、前記反応により生成するガスがＮＨ３ガスである場合を挙げることができる。
【００１３】
上記第１の観点において、前記ガスクラスター生成機構は、クラスターガスとして不活性ガスを用いるものとすることができる。
【００１４】
本発明の第２の観点では、エッチング対象膜を有する被処理基板をチャンバー内に収容し、前記チャンバー内にエッチングガスを導入して、前記エッチング対象膜をエッチングし、前記エッチングガスによるエッチングの際に反応により生成するガスを、前記チャンバー内にクラスターガスを噴射することにより生成されたガスクラスターにより前記チャンバーから排出させることを特徴とするエッチング方法を提供する。
【００１５】
上記第２の観点のエッチング方法は、前記エッチング対象膜がＳｉＮ膜であり、前記エッチングガスがＨＦガスであり、前記反応により生成するガスがＮＨ３ガスである場合に適用可能である。
【００１６】
また、上記第２の観点のエッチング方法は、前記被処理基板が表面に積層膜を有し、前記積層膜のうち所定の膜が前記エッチング対象膜であり、前記反応により生成するガスが前記積層膜の他の膜のエッチングの進行に寄与するものである場合に好適である。このような場合として、前記エッチング対象膜がＳｉＮ膜であり、前記他の膜がＳｉＯ２膜であり、前記エッチングガスがＨＦガスであり、前記反応により生成するガスがＮＨ３ガスである場合を挙げることができる。
【００１７】
上記第２の観点において、前記クラスターガスとして不活性ガスを用いることができる。この場合に、前記クラスターガスとして、ＡｒガスまたはＣＯ２ガスを用いることができる。
【００１８】
また、上記第２の観点において、前記エッチング対象膜のエッチングと、前記クラスターによる反応により生成するガスの除去を交互に行うことができる。また、前記エッチング対象膜のエッチングと、前記クラスターによる反応により生成するガスの除去を同時に行うこともできる。
【００１９】
本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第２の観点のエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、エッチングガスによるエッチング対象膜のエッチングの際に反応により生成するガスを、ガスクラスター生成機構で生成されたガスクラスターによりチャンバーから排出させるので、極めて短時間に反応により生成するガスをチャンバーから除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の処理システムに搭載されたＰＨＴ処理装置を示す断面図である。
【図３】図１の処理システムに搭載された本発明の一実施形態に係るエッチング装置であるＣＯＲ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】図１の処理システムに搭載された本発明の一実施形態に係るエッチング装置であるＣＯＲ処理装置に用いられるシャワーヘッドを示す底面図である。
【図５】本発明の一実施形態に適用される被処理基板（ウエハ）の構造を示す断面図である。
【図６】ＨＦガスを供給するエッチング工程と、ガスクラスターを供給するパージ工程の交互に行う場合のシーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムを示す概略構成図である。この処理システム１は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してＰＨＴ（Ｐｏｓｔ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行なうＰＨＴ処理装置（ＰＨＴ）４と、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してノンプラズマエッチングであるＣＯＲ処理を行なうＣＯＲ処理装置５とを備えている。ＣＯＲ処理装置５は、本実施形態に係るエッチング装置として機能し、ウエハＷの表面に形成されたＳｉＮ膜をＨＦガスによりエッチングするものである。ロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４およびＣＯＲ処理装置５は、この順に一直線上に並べて設けられている。
【００２３】
搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ１４が設置されている。
【００２４】
搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送装置１１の駆動により略水平面内で直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、搬入出させられるようになっている。
【００２５】
各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
【００２６】
第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。このウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックがＰＨＴ処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりＣＯＲ処理装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４、およびＣＯＲ処理装置５間でのウエハＷを搬送することが可能となっている。
【００２７】
ＰＨＴ処理装置４は、図２に示すように、真空引き可能なチャンバー２０と、その中でウエハＷを載置する載置台２３を有し、載置台２３にはヒーター２４が埋設されており、このヒーター２４によりＣＯＲ処理が施された後のウエハＷを加熱してＣＯＲ処理により生成した反応生成物を気化（昇華）させるＰＨＴ処理を行なう。チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のＣＯＲ処理装置５側にはＣＯＲ処理装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。さらに、チャンバー２０に例えば窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスを供給するガス供給路２５を備えたガス供給機構２６、およびチャンバー２０内を排気する排気路２７を備えた排気機構２８が備えられている。ガス供給路２５は、窒素ガス供給源３０に接続されている。そして、ガス供給路２５には、流路の開閉動作および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁３１が介設されている。排気機構２８の排気路２７には、開閉弁３２および真空ポンプ３３が設けられている。
【００２８】
ＣＯＲ処理装置５は、図３に示すように、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、ＣＯＲ処理装置５には、チャンバー４０にＨＦガスおよびＮＨ３ガス等を供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４が設けられている。
【００２９】
チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により封止されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。
【００３０】
側壁部５１ａには、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０に対してウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００３１】
載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器６５が設けられている。温度調節器６５は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。
【００３２】
チャンバー４０の蓋部５２は、外側を構成する蓋部材５５と、蓋部材５５の内側に嵌め込まれ、載置台４２に臨むように設けられたシャワーヘッド５６とを有している。シャワーヘッド５６は円筒状をなす側壁５７ａと上部壁５７ｂとを有する本体５７と、本体５７の底部に設けられたシャワープレート５８とを有している。本体５７とシャワープレート５８とで形成される空間には、シャワープレート５８と平行にプレート５９が設けられており、本体５７の上部壁５７ｂとプレート５９との間は第１の空間６０ａとなっており、プレート５９とシャワープレート５８との間は第２の空間６０ｂとなっている。
【００３３】
第１の空間６０ａには、ガス供給機構４３の第１のガス供給配管７１が挿入されており、第１の空間６０ａに繋がる複数のガス通路６１がプレート５９からシャワープレート５８に延びている。このガス通路６１は、シャワープレート５８に形成された複数の第１のガス吐出孔６２に繋がっている。一方、第２の空間６０ｂには、ガス供給機構の第２のガス供給配管７２が挿入されており、この第２の空間６０ｂには、シャワープレート５８に形成された複数の第２のガス吐出孔６３が繋がっている。
【００３４】
そして、第１のガス供給配管７１から第１の空間６０ａに供給されたガスがガス通路６１および第１のガス吐出孔６２を経てチャンバー４０内へ吐出される。また、第２のガス供給配管７２から第２の空間６０ｂに供給されたガスが第２のガス吐出孔６３から吐出される。
【００３５】
ガス供給機構４３は、上述した第１のガス供給配管７１および第２のガス供給配管７２を有しており、さらにこれら第１のガス供給配管７１および第２のガス供給配管７２にそれぞれ接続されたＨＦガス供給源７３およびクラスターガス供給源７４を有している。また、第１のガス供給配管７１には第３のガス供給配管７５が接続されていて、第３のガス供給配管７５には、希釈ガスとしてのＡｒガスを供給するＡｒガス供給源７７が接続されている。希釈ガスとしてはＡｒガスに限らずＮ２ガス等の他の不活性ガスであってもよい。第１〜第３のガス供給配管７１、７２、７５には流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器７９が設けられている。流量制御器７９は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
【００３６】
ＨＦガスおよび希釈ガスとしてのＡｒガスは、第１のガス供給配管７１、第１の空間６０ａおよびガス通路６１を経て第１のガス吐出孔６２からチャンバー４０内へ吐出され、クラスターガスは、第２のガス供給配管および第２の空間６０ｂを経て第２のガス吐出孔６３からチャンバー４０内へ噴射される。
【００３７】
図４の底面図に示すように、ＨＦガス等を吐出する第１のガス吐出孔６２およびクラスターガスを吐出する第２のガス吐出孔６３は、多数交互に形成されている。
【００３８】
第２のガス吐出孔６３から噴射されたクラスターガスは、排気機構４４により真空排気されたチャンバー４０内で断熱膨張し、ガスの原子または分子の一部がファンデルワールス力により数個から数万個凝集してガスクラスターとなる。ガスクラスターを形成するためのクラスターガスは特に限定されないが、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の不活性ガスが例示される。また、第２のガス吐出孔６３の径は、クラスター化に適した長さ、例えば０．２〜３．０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３９】
反応ガスであるＨＦガスはＳｉＮ膜をエッチングする際に、反応生成物としてＮＨ３ガスと固体状のフッ素化合物を生成させる。ガスクラスターは、反応生成物であるＮＨ３ガスをチャンバー４０の外部へ効率良く排出する機能を有する。
【００４０】
排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有しており、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。
【００４１】
チャンバー４０の側壁からチャンバー４０内に、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計としての２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが設けられている。キャパシタンスマノメータ８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ８６ｂは低圧力用となっている。載置台４２に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。
【００４２】
ＣＯＲ処理装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。チャンバー４０を構成するＡｌ材は無垢のものであってもよいし、内面（チャンバー本体５１の内面、シャワーヘッド５６の下面など）に陽極酸化処理を施したものであってもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面は耐摩耗性が要求されるので、陽極酸化処理を行って表面に耐摩耗性の高い酸化被膜（Ａｌ２Ｏ３）を形成することが好ましい。
【００４３】
図１に示すように、処理システム１は制御部９０を有している。制御部９０は、処理システム１の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ９１を有している。プロセスコントローラ９１には、オペレータが処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えばＣＯＲ処理装置５における処理ガスの供給やチャンバー４０内の排気などをプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて処理システム１の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。
【００４４】
次に、このような処理システム１を用いた本実施形態のエッチング方法について説明する。
本実施形態では、ウエハＷ上に存在するＳｉＮ膜をエッチングする。例えば、図５に示すように、シリコン基板２００上にＳｉＮ膜２０１およびパターン化されたＳｉＯ２膜２０２が形成されているウエハＷにおいて、ＳｉＮ膜２０１をエッチングする。
【００４５】
最初に、図５に示す状態のウエハＷをキャリアＣ内に収納し、処理システム１に搬送する。処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
【００４６】
その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ２２および５４を開いて、ピックをＣＯＲ処理装置５まで伸ばして載置台４２にウエハＷを載置する。
【００４７】
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０内を密閉状態する。この状態で、温度調節器６５によって載置台４２上のウエハＷの温度を所定の温度（例えば１０〜２００℃）に調節し、ガス供給機構４３から、ＨＦガスおよびＡｒガスを、第１のガス供給配管７１、第１の空間６０ａおよびガス通路６１を経て第１のガス吐出孔６２からチャンバー４０内へ吐出する。
【００４８】
これにより、ＨＦガスはチャンバー４０内に供給され、チャンバー４０内の雰囲気はＨＦガスを含む雰囲気となり、ウエハＷ上に形成されたＳｉＮ膜２０１が選択的にこれらと反応する。
【００４９】
このとき、ＳｉＯ２はＨＦとは反応し難いため、ＳｉＯ２膜２０２はほとんどエッチングされないはずである。しかし、ＨＦガスによりＳｉＮ膜２０１をエッチングした際に反応生成物としてＮＨ３ガスが発生し、その触媒効果によりＳｉＯ２膜２０２のエッチングが進行してしまう。このため、このようにＳｉＮ膜とＳｉＯ２膜とが共存した状態でＳｉＮ膜をＳｉＯ２膜に対して高エッチング選択比でエッチングすることは非常に困難である。
【００５０】
このような問題を解消するためには、適当なタイミングでチャンバー４０内を真空引きおよびパージガスの供給によりＮＨ３ガスをパージすることが考えられるが、このようなチャンバー４０内のパージは時間がかかり、量産性が悪くなってしまう。
【００５１】
そこで、本実施形態では、ＡｒガスやＣＯ２ガス等のクラスターガスをシャワーヘッド５６の第２のガス吐出孔６２から真空に保持されたチャンバー４０に噴射させることにより、断熱膨張させて、クラスターガスの原子または分子の一部がファンデルワールス力により数個から数万個凝集したガスクラスターを形成させ、ガスクラスターによりチャンバー４０内で生成した反応生成物であるＮＨ３ガスをチャンバー４０外に排出させる。ガスクラスターは物理的作用が大きいため、チャンバー４０内で生成した反応生成物であるＮＨ３ガスを速やかに排出させることができ、ＮＨ３ガスをパージする時間を通常のガスパージよりも極めて短いものとすることができる。このため、量産性を損なうことなくエッチング反応によって生成されたＮＨ３ガスをチャンバー４０から除去することができる。
【００５２】
これにより、ＨＦガスによりＳｉＯ２膜がほとんどエッチングされることなくＳｉＮ膜をエッチングすることができ、高いエッチング選択比でＳｉＮ膜をエッチングすることができる。
【００５３】
実際のエッチングにおいては、図６に示すように、ＨＦガスを供給するエッチング工程Ｓ１と、クラスターガスを供給することによって生成されるガスクラスターによるパージ工程Ｓ２を交互に繰り返すことにより行うことができる。このとき、ガスクラスターによるパージ工程Ｓ２はわずか数秒程度とすることができる。また、エッチング工程Ｓ２は、１０〜３０ｓｅｃ程度とすることができる。また、エッチングガスであるＨＦガスとガスクラスターとを同時に供給し、反応生成物であるＮＨ３ガスを排出しながらエッチングを行うようにすることもできる。
【００５４】
このようなエッチングが終了した後、ウエハＷの表面には固体上の反応生成物としてフッ素化合物が残存しているので、ＰＨＴ処理装置４によりフッ素化合物の加熱除去を行う。
【００５５】
具体的には、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上の処理後のウエハＷを受け取り、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０内の載置台２３上に載置する。そして、ピックをロードロック室３に退避させ、ゲートバルブ２２、５４を閉じ、チャンバー２０内にＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター２４により載置台２３上のウエハＷを加熱する。これにより、上記ＣＯＲ処理によって生じたフッ素化合物が加熱されて気化し、除去される。
【００５６】
このように、ＣＯＲ処理の後、ＰＨＴ処理を行なうことにより、ドライ雰囲気で反応生成物であるフッ素化合物を除去することができ、ウォーターマーク等が生じない。また、プラズマレスでエッチングできるのでダメージの少ない処理が可能となる。さらに、ＣＯＲ処理は、所定時間経過後、エッチングが進まなくなるので、オーバーエッチをかけても反応が進まず、エンドポイント管理が不要となる。
【００５７】
以上、本実施形態によれば、ＣＯＲ処理装置５において、ＨＦガスによりＳｉＮ膜のエッチングを行う際の反応によって生成されるＮＨ３ガスをガスクラスターによりチャンバー４０の外部に排出させるので、極めて短時間にＨＮ３をチャンバー４０から除去することができる。また、このようにＮＨ３ガスをチャンバー４０から除去することにより、ＨＦガスとＮＨ３ガスとの共存によって生じるＳｉＯ２膜のエッチングを抑制することができ、ＳｉＯ２膜に対して高エッチング選択比でＳｉＮ膜をエッチングすることができる。
【００５８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ＳｉＮ膜をＨＦガスでエッチングする場合について示したが、エッチング対象膜およびエッチングガスはこれに限らず、積層膜のうち所定の膜を所定のエッチングガスでエッチングする際に、他の膜のエッチングを進行させるガスが生成される場合、例えば、ＨＦでＳｉをエッチングしてＳｉＦ４が発生する場合等、エッチングの際の反応により除去すべきガスが発生する場合の全般に有効である。
【００５９】
また、上記実施形態では、クラスターガスとしてＡｒガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の不活性ガスを例示したが、本発明のガスクラスターはエッチングの際の反応により生成されたガスを排出するためのものであり、エッチングに悪影響を及ぼさずにこのような機能を発揮できれば、不活性ガスに限るものではない。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
４；ＰＨＴ処理装置
５；ＣＯＲ処理装置
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
５６；シャワーヘッド
７３：ＨＦガス供給源
７４；クラスターガス供給源
７７；アルゴンガス供給源
８６ａ，８６ｂ：キャパシタンスマノメータ
９０；制御部
２００；シリコン基板
２０１；ＳｉＮ膜
２０２；ＳｉＯ２膜
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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