(57)【要約】【課題】変質工程と加熱工程を同一チャンバー内で行うシリコン酸化膜のエッチング処理において、スループットを向上させる。【解決手段】シリコン酸化膜の表面にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを含む混合ガスを供給し、シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する変質工程と、反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有するシリコン酸化膜のエッチング方法において、変質工程と加熱工程を同一のチャンバー内で行い、加熱工程において、反応生成物を選択的に加熱する加熱手段により反応生成物を加熱する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化膜の表面にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する変質工程と、
前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有するシリコン酸化膜のエッチング方法であって、
前記変質工程と前記加熱工程を同一のチャンバー内で行い、
前記加熱工程において、前記反応生成物を選択的に加熱する加熱手段により前記反応生成物を加熱する、エッチング方法。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記反応生成物にマイクロ波を照射することである、請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記変質工程において、マイクロ波により前記混合ガスのプラズマを生成する、請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記プラズマは、リモートプラズマである、請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記反応生成物に所定の波長を有する赤外光を照射することである、請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記赤外光の波長は、２．５〜４．０μｍである、請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記加熱工程において、前記シリコン酸化膜を有する基板を、前記赤外光を発生させる光源に近接させる、請求項５又は６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記ハロゲン元素を含むガスは、ＨＦガス、Ｆ2ガス、ＮＦ3ガス、ＣＨ3Ｆガス、ＳＦ6ガス、ＣｌＦ3ガスの少なくともいずれかであり、前記塩基性ガスは、ＮＨ３ガスである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項９】
減圧可能に構成されたチャンバーと、前記チャンバー内において基板を載置する載置台と、前記チャンバー内にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを含む混合ガスを供給する混合ガス供給路とを備えたシリコン酸化膜のエッチング装置であって、
前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成した前記チャンバー内において、前記反応生成物を選択的に加熱する加熱装置が設けられた、エッチング装置。
【請求項１０】
前記加熱装置は、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
マイクロ波を前記チャンバー内に導入するマイクロ波導入機構とを備えている、請求項９に記載のエッチング装置。
【請求項１１】
前記混合ガス供給路が接続されたリモートプラズマ生成装置を備えている、請求項１０に記載のエッチング装置。
【請求項１２】
前記加熱装置は、所定の波長の赤外光を発生させる光源を備えている、請求項９に記載のエッチング装置。
【請求項１３】
前記赤外光の波長は、２．５〜４．０μｍである、請求項１２に記載のエッチング装置。
【請求項１４】
前記載置台に載置された基板を昇降させる昇降機構が設けられている、請求項１２又は１３に記載のエッチング装置。
【請求項１５】
前記ハロゲン元素を含むガスは、ＨＦガス、Ｆ2ガス、ＮＦ3ガス、ＣＨ3Ｆガス、ＳＦ6ガス、ＣｌＦ3ガスの少なくともいずれかであり、前記塩基性ガスは、ＮＨ３ガスである、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のエッチング装置。
【請求項１６】
処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記憶媒体であって、
前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエッチング方法を行わせる、記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン酸化膜をドライエッチングするエッチング方法、エッチング装置及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」ともいう。）の表面に存在するシリコン酸化膜を、プラズマを用いずにドライエッチングする方法が知られている（特許文献１参照。）。かかるドライエッチング方法は、シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する変質工程と、当該反応生成物を加熱して気化（昇華）させる加熱工程を有しており、これらの工程を順に行うことによりシリコン酸化膜をエッチングするものである。
【０００３】
具体的には、まず、ウェハが収納された変質工程用チャンバーの内部を真空状態に近い低圧状態とし、ウェハを所定温度に温調しながら、チャンバー内に例えばフッ化水素ガス（ＨＦガス）とアンモニアガス（ＮＨ３ガス）を含む混合ガスを供給してシリコン酸化膜を反応生成物に変質させる。その後、変質工程用チャンバーから加熱工程用チャンバーにウェハを搬送し、シリコン酸化膜に形成された反応生成物を加熱して昇華させることでシリコン酸化膜をエッチングする。
【０００４】
酸化膜の変質（反応生成物の生成）は、酸化膜の表面からある程度の深さまで進行すると、飽和状態（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）になり、それ以上の深さには進まなくなるという性質がある。即ち、一回の変質工程及び加熱工程によってエッチングできるエッチング量には限界があり、所望のエッチング量を得るためには、変質工程と加熱工程を複数回繰り返し行う必要がある。
【０００５】
したがって、従来の方法では、変質工程用チャンバーと加熱工程用チャンバーとの間でウェハを繰り返し搬送する必要があり、ウェハの搬送時間の分だけスループットが低下することとなっていた。
【０００６】
変質工程と加熱工程を繰り返し行う回数を減らすためには、特許文献１に記載されたエッチング方法のように、変質工程においてシリコン酸化膜の種類に応じた温調やチャンバー内に導入するフッ化水素ガスの分圧を調節する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたエッチング方法においても変質工程と加熱工程を別のチャンバーで行うことに変わりはなく、依然として、ウェハの搬送時間に起因するスループットの低下が発生していた。
【０００９】
一方、変質工程と加熱工程を同一のチャンバーで行う場合、変質工程と加熱工程の処理温度の違いによりウェハの温調に時間がかかってしまい、エッチング処理全体にかかる時間が長くなってしまう。特に、加熱工程後のウェハは高温状態（２００℃程度）にあることから、加熱工程後に再度変質工程を行う場合には、ウェハの冷却に時間がかかってしまう。このため、シリコン酸化膜の変質処理が開始されるまでの時間が長くなり、結果としてスループットが低下してしまう。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、変質工程と加熱工程を同一チャンバー内で行うシリコン酸化膜のエッチング処理において、スループットを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、シリコン酸化膜の表面にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する変質工程と、前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有するシリコン酸化膜のエッチング方法であって、前記変質工程と前記加熱工程を同一のチャンバー内で行い、前記加熱工程において、前記反応生成物を選択的に加熱する加熱手段により前記反応生成物を加熱することを特徴としている。
本発明によれば、加熱工程において基板温度を上昇させずに反応生成物を選択的に加熱することができる。
【００１２】
ここで、基板の表面に存在するシリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する処理とは、例えばＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ）処理（化学的酸化物除去処理）である。ＣＯＲ処理は、基板にハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを処理ガスとして供給することで、基板上のシリコン酸化膜と処理ガスとを化学反応させ、反応生成物を生成させるものである。ハロゲン元素を含むガスとは例えばＨＦガス、Ｆ2ガス、ＮＦ3ガス、ＣＨ3Ｆガス、ＳＦ6ガス、ＣｌＦ3ガスであり、塩基性ガスとは例えばＮＨ３ガスであり、この場合、主にケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）や水分（Ｈ２Ｏ）を含む反応生成物が生成される。また、反応生成物を加熱して除去する処理とは、例えばＰＨＴ（Ｐｏｓｔ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理である。ＰＨＴ処理は、ＣＯＲ処理が施された後の反応生成物を加熱して、ケイフッ化アンモニウム等の反応生成物を気化（昇華）させる処理である。
【００１３】
また、別な観点による本発明は、減圧可能に構成されたチャンバーと、前記チャンバー内において基板を載置する載置台と、前記チャンバー内にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを含む混合ガスを供給する混合ガス供給路とを備えたシリコン酸化膜のエッチング装置であって、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成した前記チャンバー内において、前記反応生成物を選択的に加熱する加熱装置が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
さらに本発明によれば、処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記憶媒体であって、前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに上記のいずれかのエッチング方法を行わせることを特徴とする、記憶媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、同一チャンバー内で変質工程と加熱工程を行うことにより、従来必要とされていた変質工程用チャンバーと加熱工程用チャンバーとの間のウェハの搬送動作を省略することができる。また、加熱工程において基板温度を上昇させずに反応生成物を加熱することができるため、加熱工程後に再度変質工程を行う場合の温調時間を短縮することができる。結果として、スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＢＰＳＧ膜のエッチングを行う前のウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。
【図２】処理システムの概略平面図である。
【図３】エッチング装置の構成を示した概略図である。
【図４】ＣＯＲ処理後のウェハの状態を示した概略縦断面図である。
【図５】ＰＨＴ処理後のウェハの状態を示した概略縦断面図である。
【図６】別の実施形態にかかるエッチング装置の構成を示した概略図である。
【図７】ケイフッ化アンモニウムの赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【図８】別の実施形態にかかるエッチング装置の構成を示した概略図である。
【図９】別の実施形態にかかる処理システムの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。まず、本実施の形態にかかるエッチング方法によって処理される基板の一例である半導体ウェハの構造について説明する。図１は、半導体デバイスとしてＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が形成される途中のウェハＷの概略断面図であり、ウェハＷの表面（デバイス形成面）の一部分を示している。ウェハＷは、例えば略円盤形に形成された薄板状をなすシリコンウェハであり、Ｓｉ（シリコン）層の表面上には、絶縁膜であるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｄｏｐｅｄ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ)膜が形成されている。ＢＰＳＧは、ボロン（Ｂ）とリン（Ｐ）が入れられたシリコン酸化膜（二酸化シリコン（ＳｉＯ２））である。このＢＰＳＧ膜は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等において熱ＣＶＤ法によりウェハＷの表面上に形成されたＣＶＤ系のシリコン酸化膜である。
【００１８】
ＢＰＳＧ膜の上面には、ゲート電極を有するゲート部Ｇが、２つ並べて設けられている。各ゲート部Ｇは、ゲート電極、ハードマスク（ＨＭ）層及び側壁部（サイドウォール）を備えている。ゲート電極は、例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ（多結晶シリコン）層であり、ＢＰＳＧ膜の上面に並べて形成されている。各Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層の上面には、例えばＷＳｉ（タングステンシリサイド）層が形成されている。ＨＭ層は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の絶縁体からなり、各ＷＳｉ層の上面にそれぞれ形成されている。側壁部は、例えばＳｉＮ膜等の絶縁体であり、各Ｐｏｌｙ−Ｓｉ層、ＷＳｉ層及びＨＭ層の両側面をそれぞれ覆うように形成されている。このＳｉＮ膜の下端部は、ＢＰＳＧ膜の上面に接触する位置まで形成されている。
【００１９】
さらに、ＢＰＳＧ膜の上方には、ＢＰＳＧ膜及び２つのゲート部Ｇ全体を覆うようにして、例えばＨＤＰ−ＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）が形成されている。このＨＤＰ−ＳｉＯ２膜は、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ法）を用いて形成されたＣＶＤ系のシリコン酸化膜（プラズマＣＶＤ酸化膜）であり、層間絶縁膜として用いられる。なお、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜とＢＰＳＧ膜は、共にＣＶＤ系酸化膜であるが、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜の方がＢＰＳＧ膜と比較して密度が高く、硬い材料である。ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜の表面には未だ膜が形成されておらず、露出された状態になっている。
【００２０】
ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜において、２個のゲート部Ｇ同士の間（各ゲート部Ｇに形成されたＳｉＮ膜同士の間）には、コンタクトホールＨが形成されている。コンタクトホールＨは、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜の表面からＢＰＳＧ膜の表面まで貫通するように形成されている。コンタクトホールＨの内部側方においては、各ゲート部ＧのＨＭ層の上面の一部、及び、互いに対向するように設けられたＳｉＮ膜がそれぞれ露出させられており、コンタクトホールＨの底部においては、ＢＰＳＧ膜の表面が露出させられている。また、コンタクトホールＨは、例えばプラズマエッチング等によって、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜をゲート部ＧのＳｉＮ膜及びＨＭ層に対して選択（異方性）エッチングすることにより形成されたものである。
【００２１】
次に、上記ウェハＷに対してコンタクトホールＨの底部に露出されたＢＰＳＧ膜のエッチング処理を行う処理システムについて説明する。図２に示す処理システム１は、ウェハＷを処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２、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３、各ロードロック室３にそれぞれ隣接させて設けられ、変質工程としてのＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ）処理工程及び加熱工程としてのＰＨＴ（Ｐｏｓｔ  Ｈｅａｔ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理工程を行うエッチング装置５、処理システム１の各部に制御命令を与える制御コンピュータ８を有している。
【００２２】
搬入出部２は、例えば略円盤形状をなすウェハＷを搬送する第一のウェハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室１２を有している。ウェハ搬送機構１１は、ウェハ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の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なキャリア１３ａを載置する載置台１３が、例えば３つ備えられている。また、ウェハ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うオリエンタ１４が設置されている。
【００２３】
かかる搬入出部２において、ウェハＷは、搬送アーム１１ａ、１１ｂによって保持され、ウェハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で回転及び直進移動、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１０上のキャリア１３ａ、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が進退させられることにより、搬入出させられるようになっている。
【００２４】
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が備えられた状態で、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、ウェハＷを搬送する第二のウェハ搬送機構１７が設けられている。ウェハ搬送機構１７は、ウェハＷを略水平に保持する搬送アーム１７ａを有している。また、ロードロック室３は真空引き可能になっている。
【００２５】
かかるロードロック室３において、ウェハＷは、搬送アーム１７ａによって保持され、ウェハ搬送機構１７の駆動により略水平面内で回転及び直進移動、また昇降させられることにより搬送させられる。そして、各ロードロック室３に対して縦列に連結されたエッチング装置５に対して搬送アーム１７ａが進退させられることにより、エッチング装置５に対してウェハＷが搬入出させられる。
【００２６】
図３に示すように、エッチング装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部は、ウェハＷを収納する処理室（処理空間）４１になっている。チャンバー４０の内部には、ウェハ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、エッチング装置５には、処理室４１にガスを供給するガス供給機構４３、処理室４１内を排気する排気機構４４が設けられている。
【００２７】
チャンバー４０の側壁部には、ウェハＷを処理室４１内に搬入出させるための搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３を開閉するゲートバルブ５４が設けられている。処理室４１は、ロードロック室３との間にゲートバルブ５４が備えられた状態で、ロードロック室３に連結されている。
【００２８】
チャンバー４０の上部には、供給されるガスのプラズマを生成するリモートプラズマ生成装置１００が設けられている。リモートプラズマ生成装置１００には、マイクロ波を伝搬させる導波管１０１が接続され、導波管１０１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置１０２に接続されている。リモートプラズマ生成装置１００とチャンバー４０との間には、プラズマ導入路１０３が設けられている。なお、マイクロ波の発生方式は特に限定されず、マグネトロンやエキサイター等が用いられる。
【００２９】
載置台４２は、平面視において略円形をなしており、チャンバー４０の底部に固定されている。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５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温調用の液体（例えば水など）が循環させられる管路を備えており、かかる管路内を流れる液体と熱交換が行われることにより、載置台４２の上面の温度が調節され、さらに、載置台４２と載置台４２上のウェハＷとの間で熱交換が行われることにより、ウェハＷの温度が調節されるようになっている。なお、温度調節器５５はかかるものに限定されず、例えば抵抗熱を利用して載置台４２及びウェハＷを加熱する電気ヒータ等であっても良い。
【００３０】
ガス供給機構４３は、フッ化水素ガス（ＨＦ）を供給するフッ化水素ガス供給路６１、アンモニアガス（ＮＨ３）を供給するアンモニアガス供給路６２、不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給するアルゴンガス供給路６３、不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ２）を供給する窒素ガス供給路６４を備えている。フッ化水素ガス供給路６１は、チャンバー４０の天井部を貫通するように設けられたガス供給ノズル１０４に接続されており、フッ化水素ガスは、ガス供給ノズル１０４を介して処理室４１に導入される。アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４は、リモートプラズマ生成装置１００に接続されている。
【００３１】
フッ化水素ガス供給路６１は、フッ化水素ガスの供給源７１に接続されている。また、フッ化水素ガス供給路６１には、フッ化水素ガス供給路６１の開閉動作及びフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７２が設けられている。アンモニアガス供給路６２はアンモニアガスの供給源７３に接続されている。また、アンモニアガス供給路６２には、アンモニアガス供給路６２の開閉動作及びアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７４が設けられている。アルゴンガス供給路６３はアルゴンガスの供給源７５に接続されている。また、アルゴンガス供給路６３には、アルゴンガス供給路６３の開閉動作及びアルゴンガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７６が設けられている。窒素ガス供給路６４は窒素ガスの供給源７７に接続されている。また、窒素ガス供給路６４には、窒素ガス供給路６４の開閉動作及び窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７８が設けられている。
【００３２】
排気機構４４は、開閉弁８２、強制排気を行うための排気ポンプ８３が設けられされた排気路８５を備えている。排気路８５の端部開口は、チャンバー４０の底部に開口されている。
【００３３】
なお、エッチング装置５のゲートバルブ５４、温度調節器５５、流量調整弁７２、７４、７６、７８、開閉弁８２、排気ポンプ８３等の各部の動作は、制御コンピュータ８の制御命令によってそれぞれ制御されるようになっている。即ち、ガス供給機構４３によるフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスの供給、排気機構４４による排気、温度調節器５５による温度調節などは、制御コンピュータ８によって制御される。
【００３４】
処理システム１の各機能要素は、信号ラインを介して処理システム１全体の動作を自動制御する制御コンピュータ８に接続されている。ここで、機能要素とは、例えば前述したウェハ搬送機構１１、ウェハ搬送機構１７、流量調整弁３１、排気ポンプ３３、エッチング装置５のゲートバルブ５４、温度調節器５５、流量調整弁７２、７４、７６、７８、開閉弁８２、排気ポンプ８３、マイクロ波発生装置１０２等の、所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。制御コンピュータ８は、典型的には、実行するソフトウェアに依存して任意の機能を実現することができる汎用コンピュータである。
【００３５】
図２に示すように、制御コンピュータ８は、ＣＰＵ（中央演算装置）を備えた演算部８ａと、演算部８ａに接続された入出力部８ｂと、入出力部８ｂに挿着され制御ソフトウェアを格納した記憶媒体８ｃを有する。この記憶媒体８ｃには、制御コンピュータ８によって実行されることにより処理システム１に後述する所定のウェハ処理方法を行わせる制御ソフトウェア（プログラム）が記録されている。制御コンピュータ８は、当該制御ソフトウェアを実行することにより、処理システム１の各機能要素を、所定のプロセスレシピにより定義された様々なプロセス条件（例えば、処理室４１の圧力等）が実現されるように制御する。即ち、後に詳細に説明するように、エッチング装置５におけるＣＯＲ処理工程及びＰＨＴ処理工程をこの順番に行うエッチング方法を実現する制御命令を与える。
【００３６】
記憶媒体８ｃは、制御コンピュータ８に固定的に設けられるもの、あるいは、制御コンピュータ８に設けられた図示しない読み取り装置に着脱自在に装着されて当該読み取り装置により読み取り可能なものであっても良い。最も典型的な実施形態においては、記憶媒体８ｃは、処理システム１のメーカーのサービスマンによって制御ソフトウェアがインストールされたハードディスクドライブである。他の実施形態においては、記憶媒体８ｃは、制御ソフトウェアが書き込まれたＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ−ＲＯＭのような、リムーバブルディスクである。このようなリムーバブルディスクは、制御コンピュータ８に設けられた図示しない光学的読取装置により読み取られる。また、記憶媒体８ｃは、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）のいずれの形式のものであっても良い。さらに、記憶媒体８ｃは、カセット式のＲＯＭのようなものであっても良い。要するに、コンピュータの技術分野において知られている任意のものを記憶媒体８ｃとして用いることが可能である。なお、複数の処理システム１が配置される工場においては、各処理システム１の制御コンピュータ８を統括的に制御する管理コンピュータに、制御ソフトウェアが格納されていても良い。この場合、各処理システム１は、通信回線を介して管理コンピュータにより操作され、所定のプロセスを実行する。
【００３７】
次に、以上のように構成された処理システム１におけるウェハＷのエッチング処理方法について説明する。
【００３８】
まず、図１に示したようにＨＤＰ−ＳｉＯ２膜にコンタクトホールＨが形成されたウェハＷが、キャリア１３ａ内に収納され、処理システム１に搬送される。処理システム１においては、図２に示すように、複数枚のウェハＷが収納されたキャリア１３ａが載置台１３上に載置され、ウェハ搬送機構１１によってキャリア１３ａから一枚のウェハＷが取り出され、ロードロック室３に搬入される。ロードロック室３にウェハＷが搬入されると、ロードロック室３が密閉され、減圧される。その後、ゲートバルブ５４が開かれ、ウェハＷは、ウェハ搬送機構１７によってロードロック室３から搬出され、エッチング装置５の搬入出口５３を通過して処理室４１に搬入される。
【００３９】
処理室４１において、ウェハＷは、デバイス形成面を上面とした状態で、ウェハ搬送機構１７の搬送アーム１７ａから載置台４２に受け渡される。ウェハＷが搬入されると搬送アーム１７ａが処理室４１から退出させられ、搬入出口５３が閉じられ、処理室４１が密閉される。その後、ＣＯＲ処理工程が開始される。
【００４０】
処理室４１が密閉された後、リモートプラズマ生成装置１００にアンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４からそれぞれアンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスが供給される。続いて、マイクロ波発生装置１０２において、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が発振され、マイクロ波は、導波管１０１を介してリモートプラズマ生成装置１００に導入される。これにより、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスのプラズマが生成され、各ガスのプラズマは、プラズマ導入路１０３を介して処理室４１に導入される。なお、載置台４２上のウェハＷの温度は、温度調節器５５によって所定の目標値（例えば約３５℃程度）に調節され、処理雰囲気の圧力は、大気圧よりも減圧された状態となっている。
【００４１】
その後、フッ化水素ガス供給路６１からガス供給ノズル１０４を介して処理室４１にフッ化水素ガスが供給される。このとき、処理室４１に予め導入されているアンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスのプラズマによりフッ化水素ガスもプラズマ化される。こうして処理室４１の雰囲気は、フッ化水素ガスとアンモニアガスとを含む混合ガスのプラズマ処理雰囲気となり、処理室４１内にあるウェハＷの表面に混合ガスのプラズマが供給されることになる。
【００４２】
そして、ウェハ表面のコンタクトホールＨの底部に存在するＢＰＳＧ膜は、フッ化水素ガスのプラズマ及びアンモニアガスのプラズマと化学反応を起こし、反応生成物に変質する（図４参照）。反応生成物としては、ケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）や水分（Ｈ２Ｏ）等が生成される。なお、この化学反応は等方的に進行するので、コンタクトホールＨの底部からＳｉ層の上面まで進行するとともに、Ｓｉ層の上方において、コンタクトホールＨの真下から横方向にも進行する。
【００４３】
また、ＣＯＲ処理中は、各処理ガスの供給流量、不活性ガスの供給流量、排気流量等を調節することにより、処理雰囲気が大気圧より減圧された一定の圧力（例えば約８０ｍＴｏｒｒ（約１０．７Ｐａ）程度）に維持されるように調節される。また、反応生成物中のケイフッ化アンモニウムの昇華点は約１００℃であり、ウェハＷの温度を１００℃以上にすると、反応生成物の生成が良好に行われなくなるおそれがある。そのため、ウェハＷの温度は約１００℃以下にすることが好ましい。また、シリコン酸化膜の種類に応じて、シリコン酸化膜の温度、及び、混合ガス中のフッ化水素ガスの混合比等を調節することで、化学反応促進することができ、反応生成物の生成量等を制御することができる。これにより、後に説明するＰＨＴ処理後のエッチング量を制御することができる。
【００４４】
ところで、ＣＯＲ処理では、ＢＰＳＧ膜の上方に形成されたＨＤＰ−ＳｉＯ２膜においても、混合ガスプラズマとの化学反応が可能であるため、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜が変質させられてしまうおそれがある。このＨＤＰ−ＳｉＯ２膜の変質を抑制するためには、混合ガス中のアンモニアガスの混合比をフッ化水素ガスの混合比よりも小さくすると良い。即ち、アンモニアガスの供給流量を、フッ化水素ガスの供給流量よりも小さくすると良い。そうすれば、化学反応がＢＰＳＧ膜において活発に進行している間に、ＨＤＰ−ＳｉＯ２膜では、化学反応が進行することを防止できる。
【００４５】
上記化学反応により反応生成物の層が十分に形成された後、マイクロ波の供給が停止され、フッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガスの供給も停止される。また、処理室４１内が所定の時間、強制排気され、処理室４１からフッ化水素ガス及びアンモニアガスが強制排気される。これにより、ＣＯＲ処理工程が終了する。続いて、ＰＨＴ処理工程が開始される。
【００４６】
ＰＨＴ処理工程における処理室内の雰囲気は、ＣＯＲ処理工程から供給され続けている窒素ガスにより、窒素雰囲気となっている。このときの雰囲気圧力は、後述するマイクロ波の供給時にリモートプラズマ生成装置１００及び処理室４１において、窒素ガスのプラズマが生成しないような所定の圧力（例えば５００Ｐａ以上）に調節される。また、ウェハの温度は、ＣＯＲ処理工程におけるウェハの温度と等しい温度に温調されている。
【００４７】
次に、マイクロ波をリモートプラズマ生成装置１００に供給する。マイクロ波のパワーは、１００〜１０００Ｗであることが好ましい。前述の通り、リモートプラズマ生成装置１００は、プラズマが生成しない条件下にあるため、リモートプラズマ生成装置１００に供給されたマイクロ波は、窒素ガスのプラズマを生成することなく、プラズマ導入路１０３を介して処理室４１に導入される。
【００４８】
処理室４１に導入されたマイクロ波は、ＣＯＲ処理工程において生成された反応生成物に照射される。このとき、反応生成物の一部である水分（Ｈ２Ｏ）にもマイクロ波が照射される。水分はマイクロ波により加熱しやすい性質を有しているため、反応生成物にマイクロ波が照射されることにより、反応生成物中の水分の温度が短時間で上昇する。即ち、反応生成物全体の温度も上昇する。一方で、シリコンウェハＷは、マイクロ波により加熱しにくい性質を有しているため、処理室４１に導入されたマイクロ波の照射を受けてもウェハ温度はほとんど上昇しない。即ち、ＰＨＴ処理工程では、反応生成物が選択的に加熱される状態で反応生成物の昇華反応が進むことになる。これにより、ウェハ温度を上昇させずにＢＰＳＧ膜内から反応生成物を除去することができる。
【００４９】
ＣＯＲ処理工程で生成された反応生成物が十分に除去されたところで、ＰＨＴ処理工程は終了する。
【００５０】
以上のようなＣＯＲ処理工程及びＰＨＴ処理工程は、所望のエッチング量が得られるまで繰り返し行われる。このとき、ＰＨＴ処理工程の後に再度ＣＯＲ処理工程を行う場合には、ＰＨＴ処理工程においてウェハＷが加熱されていないことから、ウェハ温度が概ねＣＯＲ処理に適した温度となっている。このため、ＣＯＲ処理前のウェハＷの温調に長い時間をかけることなく、前述のＣＯＲ処理を開始することができる。
【００５１】
所望のエッチング量が得られるまでＣＯＲ処理工程とＰＨＴ処理工程を繰り返し行うことにより、図５に示すように、Ｓｉ層の上方にコンタクトホールＨの底部と連通する空間Ｈ’が形成され、ＢＰＳＧ膜の新たな表面が露出させられる。
【００５２】
その後、処理室４１内が強制排気されて減圧される。強制排気が終了すると、搬入出口５３が開口し、ウェハ搬送機構１７によって処理室４１からウェハＷが搬出され、ウェハＷはロードロック室３に搬入される。
【００５３】
そして、ロードロック室３が密閉された後、ロードロック室３と搬送室１２とが連通させられる。続いて、ウェハ搬送機構１１によって、ウェハＷがロードロック室３から搬出され、載置台１３上のキャリア１３ａに戻される。以上のようにして、処理システム１における一連のエッチング処理工程が終了する。
【００５４】
本実施形態に係るエッチング方法によれば、同一チャンバー内でＣＯＲ処理工程とＰＨＴ処理工程を行うことにより、従来必要とされていたＣＯＲ処理工程用チャンバーとＰＨＴ処理工程用チャンバーとの間のウェハの搬送動作を省略することができる。また、ＰＨＴ処理工程においてウェハ温度を上昇させずに反応生成物を加熱することができるため、ＰＨＴ処理工程後に再度ＣＯＲ処理工程を行う場合の温調時間を短縮することができる。結果として、スループットを向上させることができる。
【００５５】
また、ＰＨＴ処理工程では、ＣＯＲ処理工程においてプラズマ生成用として供給されるマイクロ波をそのまま利用することができる。このため、ＰＨＴ処理工程用に新たな熱源等を設ける必要がなく、装置の製造コストを抑えることができる。
【００５６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
例えば、ＣＯＲ処理工程において供給されるガスの種類は、以上の実施形態に示したものに限定されない。ＨＦガスに代えてＦ2ガス、ＮＦ3ガス、ＣＨ3Ｆガス、ＳＦ6ガス、ＣｌＦ3ガスのいずれかを用いても良いし、２種類以上混合させても良い。即ち、ＣＯＲ処理工程において供給されるガスがハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを含む混合ガスであれば良い。
【００５８】
また、不活性ガスの種類も限定されるものではなく、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、キセノンガス（Ｘｅ）のいずれかであっても良く、または、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、キセノンガスのうち２種類以上のガスを混合したものであっても良い。ただし、ＰＨＴ処理工程において供給される不活性ガスは、プラズマが生成されにくい性質を有するガスであることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施形態では、シリコン酸化膜を有する基板として、半導体ウェハであるシリコンウェハＷを例示したが、基板はかかるものに限定されず、他の種類のもの、例えばＬＣＤ基板用ガラス、ＣＤ基板、プリント基板、セラミック基板などであっても良い。
【００６０】
また、処理システム１において処理される基板の構造は、以上の実施形態において説明したものには限定されない。さらに、処理システム１において実施されるエッチングは、実施の形態に示したような、キャパシタＣの形成前にコンタクトホールＨの底部に行うためのものには限定されず、本発明は、様々な部分のエッチング方法に適用できる。
【００６１】
処理システム１においてエッチングを施す対象物となるシリコン酸化膜も、ＢＰＳＧ膜には限定されず、例えばＨＤＰ−ＳｉＯ２膜等、他の種類のシリコン酸化膜であっても良い。
【００６２】
また、基板に形成されたＣＶＤ系酸化膜については、そのＣＶＤ系酸化膜の成膜に用いられたＣＶＤ法の種類は、特に限定されない。例えば熱ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等であっても良い。また、本発明は、ＣＶＤ系酸化膜以外のシリコン酸化膜、例えば、自然酸化膜、レジスト除去工程等における薬液処理によって生じたケミカル酸化膜、熱酸化法により形成された熱酸化膜等のシリコン酸化膜のエッチングに適用することもできる。
【００６３】
また、上記実施形態では、ＣＯＲ処理工程においてマイクロ波を用いてリモートプラズマが生成されるようにエッチング装置５を構成したが、処理室４１内でプラズマが生成されるようにエッチング装置５を構成しても良い。また、プラズマの生成方法は、マイクロ波を用いたものに限定されることはない。即ち、ＰＨＴ処理工程用にマイクロ波発生装置１０２を設け、ＣＯＲ処理工程におけるプラズマ生成用として別の高周波電源等を設けて、周知のプラズマ生成方法によりプラズマを生成しても良い。ただし、上記実施形態のように、ＣＯＲ処理工程において使用されたプラズマ生成用のマイクロ波をＰＨＴ処理工程においても使用可能な装置構成とする方がエッチング装置を簡易的なものとすることができる。なお、プラズマ生成条件（チャンバー圧やチャンバー内温度、マイクロ波のパワー等）は、プラズマ生成方法や装置構成に基づいて適宜変更されるものである。即ち、上記実施形態で説明した作用効果を享受するためには、ＣＯＲ処理工程でプラズマが生成され、ＰＨＴ処理工程でプラズマが生成されないような条件を定めれば良い。
【００６４】
また、ＣＯＲ処理工程においてはプラズマを生成しないようにしても良い。この場合、エッチング装置５は、例えば図６に示すように、チャンバー４０の天井部に、ガスを吐出させる複数の吐出口を有するシャワーヘッド５２が設けられ、シャワーヘッド５２にフッ化水素ガス供給路６１、アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４が接続されるように構成される。当該エッチング装置５においては、マイクロ波発生装置１０２に接続された導波管１０１がチャンバー４０の側壁に接続され、処理室４１にマイクロ波を導入できるようになっている。
【００６５】
このようなエッチング装置５を用いたＣＯＲ処理工程では、例えば、シャワーヘッド５２を介してフッ化水素ガスとアンモニアガスを含む混合ガスが処理室４１に直接導入されて反応生成物が生成される。このとき、マイクロ波は供給されない。その後、ＰＨＴ処理工程において処理室４１にマイクロ波を導入して反応生成物を加熱、除去する。即ち、このような装置構成であっても、ＰＨＴ処理工程においてウェハ温度を上昇させずに反応生成物を加熱することができる。
【００６６】
以上の通り、反応生成物の加熱にマイクロ波を用いる場合には、ＣＯＲ処理工程におけるＣＯＲ処理の態様に関わらず、ＰＨＴ処理工程においてマイクロ波をチャンバー内に導入する構成を有したマイクロ波導入機構が設けられていれば良い。これにより、ＰＨＴ処理工程においてウェハ温度を上昇させずに反応生成物を加熱することができるという上記実施形態で説明した作用効果を享受することができる。
【００６７】
ここまでの説明では、ＰＨＴ処理工程における反応生成物の加熱にマイクロ波を用いることとしたが、反応生成物の加熱手段はマイクロ波の照射に限定されるものではなく、反応生成物を選択的に加熱することが可能な加熱手段であれば、その他の加熱手段を用いても良い。
【００６８】
（赤外光の照射）
例えば、反応生成物に所定の波長を有する赤外光（赤外線）を照射することで、反応生成物を選択的に加熱しても良い。シリコンは、３００℃程度の温度であれば所定の波長の赤外光を透過させる性質を有しているため、ＰＨＴ処理工程におけるシリコンウェハＷの温度（上記実施形態ではＣＯＲ処理工程と同様の温度）であれば、ウェハＷは赤外光を透過させる。一方で、反応生成物であるケイフッ化アンモニウムは、赤外光を吸収する性質を有している。即ち、反応生成物に赤外光を照射すると、ウェハＷは加熱されずに反応生成物が選択的に加熱されることとなる。ただし、赤外光の波長が長すぎる場合には、赤外光がシリコンに吸収されてしまう。即ち、上記の「所定の波長」とは、反応生成物が生成された基板を赤外光が透過することが可能な波長である。
【００６９】
ここで、図７に本願発明者らにより測定された、反応生成物として生成されたケイフッ化アンモニウムの赤外線吸収スペクトルを示す。図７に示す通り、ケイフッ化アンモニウムの吸光度(Absorbance)のピークは数本立っているが、シリコンウェハＷを透過し、かつ、ケイフッ化アンモニウムが吸収する波長として、赤外光の波長は、最初のピークを含む２．５〜４．０μｍであることが好ましい。より好ましくは、ケイフッ化アンモニウムの吸光度が高くなる２．９〜３．２μｍである。
【００７０】
次に、反応生成物に赤外光を照射する場合のエッチング装置５の構成の一例について説明する。エッチング装置５は、図８に示すように、チャンバー４０の側壁に混合ガス供給ノズル１１０が設けられ、混合ガス供給ノズル１１０にフッ化水素ガス供給路６１、アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４が接続されている。チャンバー４０の天井部には、赤外光が透過する透過窓１１１が設けられ、チャンバー４０の上方には、赤外光を発生させる光源として赤外線ハロゲンランプ１１２が複数設けられている。各赤外線ハロゲンランプ１１２は電源１１３に接続されている。また、載置台４２の内部には、ウェハＷの下面を支持することが可能なリフトピン１１４が設けられ、リフトピン１１４は鉛直方向に移動可能に構成されている。即ち、リフトピン１１４を上下動させることにより、ウェハＷを昇降させることができる。なお、図８には、温度調節器５５を図示していない。
【００７１】
このようなエッチング装置５を用いた場合、ＣＯＲ処理工程において、フッ化水素ガスとアンモニアガスを含む混合ガスを混合ガス供給ノズル１１０から処理室４１に導入することで反応生成物が生成される。その後のＰＨＴ処理工程では、リフトピン１１４を突き上げることでウェハＷを透過窓１１１に近接させた後、赤外線ハロゲンランプ１１２を入れてウェハＷに赤外光を照射する。
【００７２】
そして、赤外光が反応生成物に吸収されることにより、反応生成物の温度が上昇し、反応生成物が昇華する。一方、赤外光はウェハＷを透過するため、ウェハＷの温度は上昇しない。即ち、ウェハ温度を上昇させずに反応生成物を除去することができる。なお、本実施形態においては、ウェハＷを上昇させて光源に近接させたため、載置台４２にウェハＷが載置された状態に比べて、反応生成物が加熱されやすくなっている。
【００７３】
なお、赤外光を発生させる光源は、赤外線ハロゲンランプ１１２に限定されることはなく、その他の赤外線ランプや赤外線ＬＥＤ、赤外線レーザーであっても良い。また、光源の数も特に限定されず、各光源の照射範囲、ウェハＷのサイズ等に応じて適宜変更される。また、光源の設置位置は、チャンバーの上部であることに限定されず、反応生成物に赤外光を照射可能な位置であれば良い。また、ウェハＷの昇降機構はリフトピン１１４を用いる昇降機構に限定されない。
【００７４】
また、処理システム１の構造は、以上の実施形態に示したものには限定されない。例えば、エッチング装置の他に、成膜装置を備えた処理システムであっても良い。例えば図９に示す処理システム９０のように、ウェハ搬送機構９１を備えた共通搬送室９２を、搬送室１２に対してロードロック室９３を介して連結させ、この共通搬送室９２の周囲に、エッチング装置９５、例えばＣＶＤ装置等の成膜装置９７を配設した構成にしても良い。この処理システム９０においては、ウェハ搬送機構９１によって、ロードロック室９２、エッチング装置９５、成膜装置９７に対してウェハＷをそれぞれ搬入出させるようになっている。共通搬送室９２内は真空引き可能になっている。即ち、共通搬送室９２内を真空状態にすることで、エッチング装置９５から搬出されたウェハＷを大気中の酸素に接触させずに、成膜装置９７に搬入できる。従って、ＰＨＴ処理後のウェハＷに自然酸化膜が付着することを防止でき、成膜（キャパシタＣの形成）を好適に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、シリコンウェハの表面に形成されたシリコン酸化膜のエッチングに適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｗ      ウェハ
１      処理システム
３      ロードロック室
５      エッチング装置
８      制御コンピュータ
４０    チャンバー
４１    処理室
４２    載置台
４３    ガス供給機構
４４    排気機構
５２    シャワーヘッド
５３    搬入出口
５４    ゲートバルブ
５５    温度調節器
６１    フッ化水素ガス供給路
６２    アンモニアガス供給路
６３    アルゴンガス供給路
６４    窒素ガス供給路
７１    フッ化水素ガス供給源
７２    流量調整弁
７３    アンモニアガス供給源
７４    流量調整弁
７５    アルゴンガス供給源
７６    流量調整弁
７７    窒素ガス供給源
７８    流量調整弁
８２    開閉弁
８３    排気ポンプ
８５    排気路
１００  リモートプラズマ生成装置
１０１  導波管
１０２  マイクロ波発生装置
１０３  プラズマ導入路
１０４  ガス供給ノズル
１１０  混合ガス供給ノズル
１１１  透過窓
１１２  赤外線ハロゲンランプ
１１３  電源
１１４  リフトピン
【図１】
2015056519.tif 000003
【図２】
2015056519.tif 000004
【図３】
2015056519.tif 000005
【図４】
2015056519.tif 000006
【図５】
2015056519.tif 000007
【図６】
2015056519.tif 000008
【図７】
2015056519.tif 000009
【図８】
2015056519.tif 000010
【図９】
2015056519.tif 000011