(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に設けられた回転テーブル上に、表面に凹形状パターンが形成された基板を載置し、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、前記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、
前記処理室を、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記エッチングガスが供給される処理領域と、前記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、前記回転テーブルを１回転させたときに前記基板が前記処理領域と前記パージ領域とを１回ずつ通過するようにし、
前記回転テーブルの回転速度を変化させることにより、前記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前記膜の表面粗さを制御し、
前記膜が前記凹形状パターンを覆うように凹状に成膜されている場合であって、
前記凹形状パターン内に成膜された前記膜をＶ字の断面形状にエッチングするときには、前記回転テーブルの回転速度を低下させる基板処理方法。
【請求項２】
前記エッチングレートを増加させたいときには前記回転テーブルの回転速度を低下させ、前記膜の表面粗さを小さくしたいときには前記回転テーブルの回転速度を増加させる請求項１に記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記凹形状パターン内に成膜された前記膜をＶ字の断面形状にせず前記膜の表面粗さを小さくするときには、前記回転テーブルの回転速度を増加させる請求項１又は２に記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記処理室内に、成膜用の原料ガスを供給する第２の処理領域を設けるとともに、前記処理領域を成膜用の処理ガスも供給可能に構成し、
前記エッチング工程でエッチングされるべき前記膜を、前記凹形状パターン内を含めた前記基板の表面上に成膜する成膜工程を更に有する請求項３に記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は、前記凹形状パターン内に成膜された前記膜を前記Ｖ字の断面形状にエッチングするＶ字エッチング工程を含む請求項４に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記成膜工程と前記Ｖ字エッチング工程は、交互に複数回繰り返される請求項５に記載の基板処理方法。
【請求項７】
前記成膜工程は、前記回転テーブルを複数回連続的に回転させながら、前記エッチングガスを前記処理室内に供給することなく前記成膜用の原料ガス及び前記成膜用の処理ガス及び前記パージガスを前記処理室内に供給する工程を含み、
前記Ｖ字エッチング工程は、前記回転テーブルを複数回連続的に回転させながら、前記成膜用の原料ガス及び前記成膜用の処理ガスを前記処理室内に供給することなく前記エッチングガス及び前記パージガスを前記処理室内に供給する工程を含む請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項８】
前記回転テーブルを複数回連続的に回転させながら前記成膜用の原料ガス及び前記成膜用の処理ガス、前記エッチングガス及び前記パージガスを同時に供給し、前記回転テーブルが１回転する間に前記成膜工程と前記Ｖ字エッチング工程とを１回ずつ行うサイクルを複数回繰り返す請求項６に記載の基板処理方法。
【請求項９】
前記エッチング工程は、前記膜の表面粗さを小さくする表面粗さ抑制工程を更に含む請求項５乃至８のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程における前記回転テーブルの回転速度の変更は、前記成膜工程における前記回転テーブルの回転速度を基準速度とし、該基準速度よりも前記回転速度を増加させるか低下させるかにより行われる請求項４乃至９のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項１１】
処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を表面上に載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブルの前記表面に第１の成膜ガスを供給可能であり、第１の処理領域内に設けられた第１の成膜ガス供給部と、
前記第１の処理領域と前記回転テーブルの周方向に離間して設けられた第２の処理領域内に設けられ、前記第１の成膜ガスと反応する第２の成膜ガスを前記回転テーブルの前記表面に供給可能な第２の成膜ガス供給部と、
前記第２の処理領域内において前記第２の成膜ガス供給部と前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの前記表面に第１のエッチングガスを供給可能な第１のエッチングガス供給部と、
前記第２の処理領域内において前記第１のエッチングガス供給部と接近して設けられ、前記回転テーブルの表面に到達前に前記第１のエッチングガスと直接的に反応可能に第２のエッチングガスを供給する第２のエッチングガス供給部と、
前記第１及び第２のエッチングガスにより前記第１及び第２の成膜ガスの反応生成物を熱エッチング可能なように前記回転テーブルを加熱する加熱手段と、を有し、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域は、前記処理室の天井面から下方に突出し、下面が前記回転テーブルと狭い空間を形成する凸状部を有する分離領域により区画され、
前記分離領域には、前記狭い空間をパージガスで満たして前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離するためのパージガス供給手段が設けられ、
前記基板上に成膜のみを行うときには前記第１及び第２の成膜ガス供給部から前記第１及び第２の成膜ガスをそれぞれ供給するとともに、前記第１及び第２のエッチングガス供給部からの供給を停止するかパージガスを供給し、
前記反応生成物のエッチングのみを行うときには前記第１及び第２のエッチングガス供給部から前記第１及び第２のエッチングガスをそれぞれ供給するとともに、前記第１及び第２の成膜ガス供給部からの供給を停止するかパージガスを供給する制御を行う制御手段を更に有する基板処理装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記基板の表面に凹形状パターンが形成されて前記反応生成物が前記凹形状パターンを覆うように凹状に成膜されている場合であって、前記凹形状パターン内に成膜された前記反応生成物をＶ字の断面形状にエッチングするときには、前記回転テーブルの回転速度を低下させる制御を行う請求項１１に記載の基板処理装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記凹形状パターン内に成膜された前記反応生成物をＶ字の断面形状にせず前記反応生成物の表面粗さを小さくするときには、前記回転テーブルの回転速度を増加させる制御を行う請求項１２に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記基板上に成膜のみを行う成膜工程と、前記反応生成物をＶ字の断面形状にエッチングするＶ字エッチング工程とを複数回交互に繰り返す制御を実行可能である請求項１２に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの回路パターンの更なる微細化に伴い、半導体デバイスを構成する種々の膜についても、更なる薄膜化及び均一化が要求されている。このような要求に応える成膜方法として、第１の反応ガスを基板に供給して基板の表面に第１の反応ガスを吸着させ、次に第２の反応ガスを基板に供給して基板の表面に吸着した第１の反応ガスを第２の反応ガスとを反応させることにより、反応生成物から構成される膜を基板上に堆積する、いわゆる分子層成膜法（ＭＬＤ：Molecular Layer Deposition、原子層成膜法（ＡＬＤ：Atomic Layer deposition）とも言う）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような成膜方法によれば、反応ガスが（準）自己飽和的に基板表面に吸着し得るため、高い膜厚制御性、優れた均一性、及び優れた埋め込み特性を実現することができる。
【０００３】
しかしながら、回路パターンの微細化に伴って、例えばトレンチ素子分離構造におけるトレンチや、ライン・スペース・パターンにおけるスペースのアスペクト比が大きくなるにつれて、分子層成膜法においても、トレンチやスペースを埋め込むことが困難な場合がある。
【０００４】
例えば、３０ｎｍ程度の幅を有するスペースを酸化シリコン膜で埋め込もうとすると、狭いスペースの底部に反応ガスが進入し難いため、スペースを画成するライン側壁の上端部近傍での膜厚が厚くなり、底部側で膜厚が薄くなる傾向がある。そのため、スペースに埋め込まれた酸化シリコン膜にはボイドが生じる場合がある。そのような酸化シリコン膜が、例えば後続のエッチング工程においてエッチングされると、酸化シリコン膜の上面に、ボイドと連通する開口が形成されることがある。そうすると、そのような開口からボイドにエッチングガス（又はエッチング液）が進入して汚染が生じたり、又は、後のメタライゼーションの際にボイド中に金属が入り込み、欠陥が生じたりするおそれがある。
【０００５】
かかる問題は、ＡＬＤ法に限らず、化学的気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法においても生じ得る。例えば、半導体基板に形成される接続孔に導電性物質の膜を埋め込んで、導電性の接続孔（いわゆるプラグ）を形成する際に、プラグ中にボイドが形成されてしまう場合がある。これを抑制するため、接続孔を導電性物質で埋め込む際に、接続孔の上部に形成される導電性物質のオーバーハング形状部をエッチバックにより除去する工程を繰り返して行うことにより、ボイドが抑制された導電性接続孔（いわゆるプラグ）を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された発明においては、導電性物質の膜の成膜とエッチバッグとを異なる装置で行わなければならず、装置間でのウエハの搬送や、各装置内での処理条件の安定化に時間を要するため、スループットを向上できないという問題があった。
【０００７】
また、かかる特許文献２に記載された問題を解決すべく、基板表面に形成される凹形状パターンでのボイドの発生を低減しつつ、高スループットで埋め込むことが可能な成膜方法及び成膜装置として、基板が載置される回転テーブルと、回転テーブルの基板載置面に対して成膜用の第１及び第２の反応ガスを供給可能な第１及び第２の反応ガス供給部と、第１及び第２の反応ガスが互いに反応して生成された反応生成物を改質する改質ガス及びエッチングするエッチングガスを活性化して供給する活性化ガス供給部とを含む成膜装置を用いて、同一処理室内で回転テーブルの回転により成膜、改質及びエッチングを順に繰り返す成膜方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−５６４７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２４８４号公報
【特許文献３】特開２０１２−２０９３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献３に記載の成膜方法では、エッチングレート、エッチングされた膜の表面粗さ等のエッチング条件を細かく制御することができず、成膜とエッチングとのバランスを最適な条件とすることが困難であり、基板表面に形成された凹形状パターンの形状（アスペクト比等）、成膜する膜の種類等によっては、高品質の成膜を行うことが困難な場合もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、エッチングレート、エッチング後の膜の表面粗さ等のエッチング条件が制御可能であり、多様な条件下でも所望の基板処理を行うことができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る基板処理方法は、処理室内に設けられた回転テーブル上に、表面に凹形状パターンが形成された基板を載置し、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、前記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、
前記処理室を、前記回転テーブルの回転方向に沿って前記エッチングガスが供給される処理領域と、前記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、前記回転テーブルを１回転させたときに前記基板が前記処理領域と前記パージ領域とを１回ずつ通過するようにし、
前記回転テーブルの回転速度を変化させることにより、前記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前記膜の表面粗さを制御し、
前記膜が前記凹形状パターンを覆うように凹状に成膜されている場合であって、
前記凹形状パターン内に成膜された前記膜をＶ字の断面形状にエッチングするときには、前記回転テーブルの回転速度を低下させる。
【００１２】
本発明の他の態様に係る基板処理装置は、処理室と、
該処理室内に設けられ、基板を表面上に載置可能な回転テーブルと、
該回転テーブルの前記表面に第１の成膜ガスを供給可能であり、第１の処理領域内に設けられた第１の成膜ガス供給部と、
前記第１の処理領域と前記回転テーブルの周方向に離間して設けられた第２の処理領域内に設けられ、前記第１の成膜ガスと反応する第２の成膜ガスを前記回転テーブルの前記表面に供給可能な第２の成膜ガス供給部と、
前記第２の処理領域内において前記第２の成膜ガス供給部と前記回転テーブルの周方向に離間して設けられ、前記回転テーブルの前記表面に第１のエッチングガスを供給可能な第１のエッチングガス供給部と、
前記第２の処理領域内において前記第１のエッチングガス供給部と接近して設けられ、前記回転テーブルの表面に到達前に前記第１のエッチングガスと直接的に反応可能に第２のエッチングガスを供給する第２のエッチングガス供給部と、
前記第１及び第２のエッチングガスにより前記第１及び第２の成膜ガスの反応生成物を熱エッチング可能なように前記回転テーブルを加熱する加熱手段と、を有し、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域は、前記処理室の天井面から下方に突出し、下面が前記回転テーブルと狭い空間を形成する凸状部を有する分離領域により区画され、
前記分離領域には、前記狭い空間をパージガスで満たして前記第１の処理領域と前記第２の処理領域とを分離するためのパージガス供給手段が設けられ、
前記基板上に成膜のみを行うときには前記第１及び第２の成膜ガス供給部から前記第１及び第２の成膜ガスをそれぞれ供給するとともに、前記第１及び第２のエッチングガス供給部からの供給を停止するかパージガスを供給し、
前記反応生成物のエッチングのみを行うときには前記第１及び第２のエッチングガス供給部から前記第１及び第２のエッチングガスをそれぞれ供給するとともに、前記第１及び第２の成膜ガス供給部からの供給を停止するかパージガスを供給する制御を行う制御手段を更に有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エッチング条件を制御し、所望の基板処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の一例の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板処理装置の一例の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基板処理装置の一例の概略上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る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。
【図５】本発明の実施形態に係る基板処理装置の一例の一部断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板処理装置の一例の他の一部断面図である。
【図７】エッチング工程における真空容器内のＮ２体積濃度を示したシミュレーション図である。図７（ａ）は、回転テーブルの回転速度を２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。図７（ｂ）は回転テーブルの回転速度を１２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。図７（ｃ）は回転テーブルの回転速度を２４０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。
【図８】図７と同様の条件下において、第２の処理領域Ｐ２のＨＦ体積濃度のシミュレーション結果を示した図である。
【図９】エッチング工程における第２の処理領域Ｐ２のＮＨ３体積濃度のシミュレーション結果を示した図である。図９（ａ）は、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。図９（ｂ）は回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。図９（ｃ）は回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る基板処理方法で実施するエッチング工程の回転数依存性を調べた実験結果である。
【図１１】回転テーブル２の回転速度とエッチング後のシリコン酸化膜の表面粗さとの関係を調べるために行った実験の結果を示す図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、回転テーブルの回転速度を２０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍとしたときのエッチング後の膜の表面を示したＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）画像である。図１１（ｅ）は、エッチング前の膜の表面を示したＳＥＭ画像である。図１１（ｆ）は、各々の回転速度におけるエッチング量を示した図である。
【図１２】ウエハＷの表面にビア、トレンチ等の凹形状パターンが形成されている場合のエッチングと回転テーブルの回転速度との関係を示す実験結果である。図１２（ａ）は、エッチング前の成膜時のビアの状態を示す図である。図１２（ｂ）は、回転速度を２０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。図１２（ｃ）は、回転速度を６０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。図１２（ｄ）は、回転速度を１２０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。図１２（ｅ）は、回転速度を２４０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。
【図１３】図１２で示した実験結果を、ビアの位置毎にエッチング量（ｎｍ）で数値として示した図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る基板処理方法の一例の前段の工程を示した図である。図１４（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第１の成膜工程の一例を示した図である。図１４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第１のエッチング工程の一例を示した図である。図１４（ｃ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第２の成膜工程の一例を示した図である。図１４（ｄ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第２のエッチング工程の一例を示した図である。図１４（ｅ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第３の成膜工程の一例を示した図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る基板処理方法の一例の後段の工程を示した図である。図１５（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第３のエッチング工程の一例を示した図である。図１５（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第４の成膜工程の一例を示した図である。図１５（ｃ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第４のエッチング工程の一例を示した図である。図１５（ｄ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の最終埋め込み工程の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一または対応する部材または部品については、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的とせず、したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定されるべきものである。
【００１７】
［基板処理装置］
はじめに、本発明の本実施形態に係る基板処理装置について図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る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、本実施形態に係る基板処理装置の一例の概略上面図である。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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３１１、３１２、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２、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）に第２の成膜ガスノズル３１２、分離ガスノズル４１、第１の成膜ガスノズル３１１、分離ガスノズル４２、及び第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２の順に配列されている。これらのノズル３１１、３１２、３２１、３２２、４１、及び４２は、それぞれの基端部であるガス導入ポート３１１ａ、３１２ａ、３２１ａ、３２２ａ、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。
【００２３】
本実施形態の基板処理方法においては、第１の成膜ガスノズル３１１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ＬＴＯ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。
【００２４】
また、例えば、第１のエッチングガスノズル３２１から供給する第１のエッチングガスとしてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、第２のエッチングガスノズル３２２から供給する第２のエッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを用いてもよい。このため、図２、図３に示したように、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２を２本配置し、一方の第２のガスノズル３２１からアンモニアガスを、他方の第２のガスノズル３２２からフッ化水素（ＨＦ）を供給するように構成できる。この場合、一方の第１のエッチングガスノズル３２１がアンモニアガス供給用のエッチングガスノズル、他方の第２のエッチングガスノズル３２２がフッ化水素ガス供給用のエッチングガスノズルとなる。なお、この際、アンモニアガスと、フッ化水素ガスを供給するノズル３２１、３２２はどちらが回転テーブルの回転方向の上流側に配置されていてもよい。すなわち、上流側の第１のエッチングガスノズル３２１からフッ化水素ガスを供給し、他方の第２のエッチングガスノズル３２２からアンモニアガスを供給してもよい。このようにエッチングガスノズル３２１、３２２を２本設ける場合、第１のエッチングガスノズル３２１と第２のエッチングガスノズル３２２とは図２、図３に示すように隣接し、両者が互いに略平行になるように配置することが好ましいが、係る形態に限定されるものではない。例えば、第１のエッチングガスノズル３２１と第２のエッチングガスノズル３２２とは、第１のエッチングガスと第２のエッチングガスとの直接的な反応が可能な範囲において、離隔して配置することも可能である。
【００２５】
また、予めアンモニアガスと、フッ化水素ガスと、を混合しておき、第１及び第２のエッチングガスノズルを１本のノズルにより供給するように構成することもできる。
【００２６】
更に、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。
【００２７】
第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２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３２１、３２２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。
【００２８】
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好ましく用いることができる。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ＬＴＯ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。
【００２９】
また、第２の成膜ガスとしては、上述のように、水素ガスと、酸化ガスと、を好ましく用いることができ、酸化ガスとしては、酸素ガスおよび／また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より好ましい。
【００３０】
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。
【００３１】
第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２には、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３３（図５参照）が、第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２の長さ方向に沿って配列されている。ガス吐出孔３３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１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２及び第２の成膜ガスノズル３１２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３１２と第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２が共存しているが、エッチングを行う際には、第２の成膜ガスノズルからは第２の成膜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、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２から第１及び第２のエッチングガスをそれぞれ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でも、第１の成膜ガスノズル３１１から第１の成膜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。
【００３２】
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３２１、３２２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３１２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。
【００３３】
更に、第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２から第１及び第２の成膜ガス、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２から第１及び第２のエッチングガスを同時に供給し、回転テーブル２を反時計方向に回転させることにより、回転テーブル２の１回転の中で成膜工程とエッチング工程の双方を行うことも可能である。なお、回転テーブル２を反時計方向に回転させるのは、成膜工程は、Ｓｉ含有ガス等の原料ガスからなる第１の成膜ガスをウエハＷ上に吸着させてから酸化ガスからなる第２の成膜ガスを供給し、原料ガスとウエハＷの表面上で反応させる必要があるからであり、第１の成膜ガス、第２の成膜ガスの順でウエハＷに供給されるように回転テーブル２を回転させる必要があるからである。回転テーブル２を反時計回りとすれば、第１の成膜ガスノズル３１１、第２の成膜ガスノズル３１２の順でウエハＷが通過した後、第２のエッチングノズル３２２、第１のエッチングノズル３２１を通過するので、成膜からエッチングの順でサイクルを繰り返すことになり、短サイクルでの成膜及びエッチングが可能となる。
【００３４】
図２及び図３に示すように、第１の成膜ガスノズル３１１には、ノズルカバー３４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３４について説明する。ノズルカバー３４は、第１のガスノズル３１１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３５を有している。基部３５は、第１の成膜ガスノズル３１１を覆うように配置されている。基部３５の長手方向に延びる２つの開口端の一方には、整流板３６Ａが取り付けられ、他方には、整流板３６Ｂが取り付けられている。本実施形態においては、整流板３６Ａ、３６Ｂ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のガスノズル３１の上流側に整流板３６Ａが配置され、下流側に整流板３６Ｂが配置されている。
【００３５】
図４（ｂ）に明瞭に示されるように、整流板３６Ａ、３６Ｂ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３６Ａ、３６Ｂ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３４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°未満であると好ましく、具体的には例えば８°以上１０°未満であると更に好ましい。
【００３６】
なお、本実施形態においては、第１の成膜ガスノズル３１１のみにノズルカバー３４が設けられた例を示したが、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２についても同様のノズルカバーを設けてもよい。
【００３７】
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のガスノズル３１から第２のガスノズル３２１、３２２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。
【００３８】
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。
【００３９】
高い天井面４５の下方の空間には、第１の成膜ガスノズル３１１、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２がそれぞれ設けられている。第１の成膜ガスノズル３１１、第２のエッチングガスノズル３２１、３２２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３１１が設けられる高い天井面４５の下方の空間４８１と、第２のエッチングガスノズル３２１、３２２及び第２の成膜ガスノズル３１２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。
【００４０】
低い天井面４４は、狭隘な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のガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２の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のガスと、第２の処理領域Ｐ２からの第２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１及び第２のエッチングガス及び第２の成膜ガスとが混合して反応することを抑制できる。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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１及び第２のエッチングガス及び第２の成膜ガスとが、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
［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基板処理方法について説明する。本実施形態に係る基板処理方法は、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成膜に関連する基板処理方法について説明する。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。
【００５３】
まず、シリコン酸化膜の熱エッチングは、化学反応式（１）〜（３）のような反応が発生することにより行われる。
【００５４】
ＨＦ＋ＮＨ３→（ＮＨ４）Ｆ            （１）
ＳｉＯ２＋（ＮＨ４）Ｆ→Ｈ２Ｏ＋（ＮＨ４）２ＳｉＦ６          （２）
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋熱→ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ          （３）
ＳｉＯ２膜をエッチングする際、ＳｉＯ２とＨＦでは反応しないため、アンモニアを添加してフッ化アンモニウムとしてＳｉＯ２エッチングを行う。よって、本実施形態に係る基板処理方法では、第１のエッチングガスノズル３２１からアンモニアを供給し、第２のエッチングガスノズル３２２からフッ化水素を供給する。
【００５５】
本発明の本実施形態に係る基板処理方法は、種々のシミュレーションを含む実験で得られた知見に基づいてなされており、まずそれらの知見を理解した方が本実施形態の理解が容易であるので、まず、種々のシミュレーションを含む実験結果について説明する。
【００５６】
図７は、分離ガスノズル４１、４２からＮ２ガスを供給し、第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２から第１及び第２のエッチングガスを供給した場合の真空容器１内のＮ２体積濃度を示したシミュレーション図である。
【００５７】
なお、シミュレーション条件は、真空容器１内の圧力が８Ｔｏｒｒ、回転テーブル２の温度が１５０℃であり、軸付近にある分離ガス供給管５１からは１ｓｌｍの流量でＮ２ガスを供給し、回転テーブル２と対向している分離ガスノズル４１、４２及び第１の成膜ガスノズル３１１からは５ｓｌｍの流量でＮ２ガスを供給している。また、第２のエッチングガスノズル３２２からは２００ｓｃｃｍのＨＦガス、第１のエッチングガスノズル３２２からは６００ｓｃｃｍのＮＨ３ガスを供給している。かかる条件下で、回転テーブル２の回転速度を２０、１２０、２４０ｒｐｍに変化させて、各回転速度における真空容器１内のＮ２ガスの体積濃度をシミュレーションした。
【００５８】
図７（ａ）は、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図であり、図７（ｂ）は回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍ、図７（ｃ）は回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。
【００５９】
図７（ａ）〜（ｃ）において、領域ＱのＮ２体積濃度が最も高く、領域Ｒ、領域Ｓ、領域Ｏの順にＮ２体積濃度が高いことを示している。
【００６０】
図７（ａ）〜（ｃ）を比較すると、Ｎ２ガスが供給されずに第１及び第２のエッチングガスが供給されている第２の処理領域Ｐ２において、図７（ａ）よりも図７（ｂ）の方が領域Ｑ、Ｒの面積が大きくなり、更に図７（ｃ）が最も領域Ｑ、Ｒの面積が大きくなっている。つまり、回転テーブル２の回転速度が高い程、第２の処理領域Ｐ２におけるＮ２ガスの体積濃度が高くなっている。これは、回転テーブル２の回転速度が高い程、分離領域ＤからのＮ２ガスの流入が大きいことを意味している。つまり、回転テーブル２が高速で回転する程、回転テーブル２の回転につられてＮ２ガスが分離領域Ｄから多く流出することになる。よって、回転速度が大きい程、第２の処理領域Ｐ２内における第１及び第２のエッチングガスの体積濃度は小さくなり、Ｎ２ガスの体積濃度が大きくなる。
【００６１】
図８は、図７と同様の条件下において、第２の処理領域Ｐ２のＨＦ体積濃度のシミュレーション結果を示した図である。また、図７（ａ）〜（ｃ）と同様に、図８（ａ）は、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図であり、図８（ｂ）は回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍ、図８（ｃ）は回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。
【００６２】
図８においては、ＨＦ体積濃度が、領域Ｑ〜Ｗの７段階に分類され、領域Ｑが最もＨＦ体積濃度が高く、順にＨＦ体積濃度が低くなって領域Ｗが最低のＨＦ体積濃度の領域を示している。
【００６３】
図８（ａ）〜（ｃ）を比較すると、回転テーブル２の回転速度が高くなるにつれてＨＦ体積濃度の低い領域Ｔ〜Ｗの面積が増加し、回転速度が２４０ｒｐｍのときに最もＨＦ体積濃度が低い結果を示している。
【００６４】
図９は、図７、８と同様の条件下において、第２の処理領域Ｐ２のＮＨ３体積濃度のシミュレーション結果を示した図である。また、図７（ａ）〜（ｃ）及び図８（ａ）〜（ｃ）と同様に、図９（ａ）は、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図であり、図９（ｂ）は回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍ、図９（ｃ）は回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとしたときのシミュレーション結果を示した図である。
【００６５】
図９においても、図８と同様に、ＮＨ３体積濃度が、領域Ｑ〜Ｗの７段階に分類され、領域Ｑが最もＨＦ体積濃度が高く、順にＨＦ体積濃度が低くなって領域Ｗが最低のＨＦ体積濃度の領域を示している。
【００６６】
そして、図９（ａ）〜（ｃ）を比較すると、回転テーブル２の回転速度が高くなるにつれてＮＨ３体積濃度の低い領域Ｔ〜Ｗの面積が増加し、回転速度が２４０ｒｐｍのときに最もＮＨ３体積濃度が低い結果を示している。
【００６７】
図７〜９に示されるように、回転テーブル２の回転速度が高くなればなる程、エッチングを行う第２の処理領域Ｐ２における第１及び第２のエッチングガス（ＮＨ３、ＨＦ）の体積濃度は低くなり、Ｎ２ガスの体積濃度が高くなる。この結果、回転速度が高い程、エッチングレートが低下するが、Ｎ２ガスの割合が多くなり、エッチング自体はマイルドになるということが推測される。
【００６８】
図１０は、本発明の実施形態に係る基板処理方法で実施するエッチング工程の回転数依存性を調べた実験結果である。より詳細には、図１０は、回転テーブルの回転速度とエッチングレートとの関係をウエハの中心において調べた実験結果である。
【００６９】
なお、エッチングは、ウエハＷの表面上の平坦な領域に成膜されたＳｉＯ２膜を対象とし、回転テーブル２の温度は２００℃、真空容器１内の圧力は８Ｔｏｒｒ、ＨＦガスの流量は２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３の流量は６００ｓｃｃｍとした。
【００７０】
図１０において、横軸が回転テーブル２の回転速度（ｒｐｍ）、縦軸がエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を示している。図１０に示されるように、エッチングレートは、回転テーブル２の回転速度が２０ｒｐｍのとき２８．７９ｎｍ／ｍｉｎ、６０ｒｐｍのとき２６．６６ｎｍ／ｍｉｎ、１２０ｒｐｍのとき２１．３９ｎｍ／ｍｉｎ、２４０ｒｐｍのとき１４．３７ｎｍ／ｍｉｎであり、回転速度が低い程エッチングレートが高く、回転速度が増加するにつれてエッチングレートが低下するという結果であった。
【００７１】
このように、図１０に示した実験結果から、回転テーブル２の回転速度を低下させるとエッチングレートは増加し、回転速度を増加させるとエッチングレートが低下することが示された。
【００７２】
図１１は、回転テーブル２の回転速度とエッチング後のシリコン酸化膜の表面粗さとの関係を調べるために行った実験の結果を示す図である。
【００７３】
図１１における実験は、回転テーブル２の温度が１５０℃、真空容器１内の圧力が８Ｔｏｒｒ、ＨＦガスの流量が２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量が６００ｓｃｃｍ、エッチング時間は１分間という条件下で行った。
【００７４】
図１１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍとしたときのエッチング後の膜の表面を示したＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）画像であり、図１１（ｅ）は、エッチング前の膜の表面を示したＳＥＭ画像である。また、図１１（ｆ）は、各々の回転速度におけるエッチング量を示した図である。
【００７５】
図１１（ａ）〜（ｄ）に示されるように、回転速度が高い程、エッチング後の膜の表面は滑らかになり、表面粗さが小さくなっている。これは、回転速度が高い程、１回の回転テーブル２の回転でエッチングガスに曝される時間が短くなり、エッチング反応の量が小さくなるため、１回のエッチング量が少ないエッチングを数多く行うことになり、よりきめ細かなエッチング処理が可能となるためと考えられる。
【００７６】
このように、エッチング後の膜の表面粗さを小さくしたい場合には、回転テーブル２の回転速度を高くしてエッチングを行うことが有効である。
【００７７】
図１２は、ウエハＷの表面にビア、トレンチ等の凹形状パターンが形成されている場合のエッチングと回転テーブルの回転速度との関係を示す実験結果である。図１２に示す実験では、ウエハＷの表面にビア、トレンチ等の凹形状パターンが形成されており、凹形状パターン内に凹状の成膜を行ってからエッチングを行った。
【００７８】
図１２（ａ）は、エッチング前の成膜時のビアの状態を示す図であり、図１２（ｂ）は、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。同様に、図１２（ｃ）は、回転テーブル２の回転速度を６０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図であり、図１２（ｄ）は、回転テーブル２の回転速度を１２０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図であり、図１２（ｅ）は、回転テーブル２の回転速度を２４０ｒｐｍとしたエッチング後のビアの状態を示す図である。
【００７９】
図１２に係る実験では、回転テーブル２の温度が１５０℃、真空容器１内の圧力が８Ｔｏｒｒ、ＨＦガスの流量が２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量が６００ｓｃｃｍで、回転テーブル２の回転速度を２０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、２４０ｒｐｍに設定し、１分間エッチングを行った場合の熱エッチング量を、ビアの深さ方向で分割して各々測定した。ビアは、８ｎｍの深さを有し、深さ方向に２ｎｍに区切り、表面と最上部側面をＴＯＰ＆Ｔ−Ｓｉｄｅ、次の２ｎｍをＴ−Ｍ、次の真中の２ｎｍをＭＩＤ、次の底寄りの２ｎｍをＭ−Ｂ、底の２ｎｍをＢＴＭと呼ぶこととした。
【００８０】
まず、図１２（ａ）に示すように、ビア内に、膜厚３８ｎｍを有するＳｉＯ２膜を凹形状に沿って凹状に成膜した。
【００８１】
図１２（ｂ）に示すように、これを、回転テーブル２を２０ｒｐｍの回転速度で回転させながら１分間エッチングを行った所、ＴＯＰの残った膜の厚さが３〜９ｎｍ、Ｔ−Ｓｉｄｅが４〜６ｎｍであった。一方、ＢＴＭでエッチング後に残った膜厚は３０〜３１ｎｍであり、ＢＴＭ（底部）と比較してＴＯＰ及びＴ−Ｓｉｄｅ（最上部）のエッチング量が大きく、全体として略Ｖ字形状にエッチングされた。
【００８２】
また、図１２（ｃ）に示すように、回転テーブル２を６０ｒｐｍの回転速度で回転させながら１分間エッチングを行った所、ＴＯＰの残った膜の厚さが３〜８ｎｍ、Ｔ−Ｓｉｄｅが６〜１０ｎｍであった。一方、ＢＴＭでエッチング後に残った膜厚は３０〜３１ｎｍであり、ＢＴＭ（底部）と比較してＴＯＰ及びＴ−Ｓｉｄｅ（最上部）のエッチング量の方が大きく、図１２（ｂ）より最上部と底部の差が小さいＶ字であるが、全体としては略Ｖ字形状にエッチングされた。
【００８３】
更に、図１２（ｄ）に示すように、回転テーブル２を１２０ｒｐｍの回転速度で回転させながら１分間エッチングを行った所、ＴＯＰの残った膜の厚さが１１〜１７ｎｍ、Ｔ−Ｓｉｄｅが１２〜１３ｎｍであった。一方、ＢＴＭでエッチング後に残った膜厚は２９〜３０ｎｍであり、ＢＴＭ（底部）と比較してＴＯＰ及びＴ−Ｓｉｄｅ（最上部）のエッチング量の方が大きいものの、その差は図１２（ｂ）よりも小さくなり、全体としてはＶ字形状よりもストレートな凹形状に近い形状にエッチングされた。
【００８４】
なお、回転テーブル２の回転数１２０ｒｐｍは、成膜時にも一般的に用いる回転テーブルの回転速度である。
【００８５】
また、図１２（ｅ）に示すように、回転テーブル２を２４０ｒｐｍの回転速度で回転させながら１分間エッチングを行った所、ＴＯＰの残った膜の厚さが２５〜２６ｎｍ、Ｔ−Ｓｉｄｅが２９ｎｍであった。一方、ＢＴＭでエッチング後に残った膜厚は３０〜３３ｎｍであり、ＢＴＭ（底部）と比較してＴＯＰ及びＴ−Ｓｉｄｅ（最上部）のエッチング量はあまり差が無くなり、全体としてはストレートな凹形状に近い形状にエッチングされた。
【００８６】
このように、図１２に示す実験結果から、回転テーブル２の回転速度を低くすると凹形状パターン内に成膜された膜がＶ字形状にエッチングされ、回転テーブル２の回転速度を高くすると、凹形状パターンに沿った形状にエッチングされ易いことが分かった。
【００８７】
図１３は、図１２で示した実験結果を、ビアの位置毎にエッチング量（ｎｍ）で数値として示した図である。図１３に示されるように、回転速度が２０ｒｐｍの場合、ＴＯＰとＴ−Ｓｉｄｅのエッチング量が他の箇所と比較して大きく、Ｖ字形状にエッチングされていることが分かる。一方、回転速度が２４０ｒｐｍの場合、ＴＯＰ及びＴ−Ｓｉｄｅを含めて総ての箇所がほぼ同じエッチングレートとなっているため、凹形状に沿った凹状に膜がエッチングされることが分かる。回転速度が６０ｒｐｍ、１２０ｐｍの場合は、その中間の状態を各々示している。
【００８８】
よって、図１２及び図１３の実験結果から、凹形状パターン内に成膜された膜をＶ字状にエッチングしたい場合には回転テーブル２の回転速度を低下させてエッチングを行えばよく、凹形状に沿った形状で、また膜の表面粗さを抑制してエッチングを行いたい場合には、回転テーブル２の回転速度を高くしてエッチングを行えばよいことが分かった。
【００８９】
今まで説明した実験結果を踏まえて、回転テーブル２の回転速度を適切に制御してエッチングを行う本発明の実施形態に係る基板処理方法について説明する。
【００９０】
図１４は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の一例の前段の工程を示した図である。図１４は、ウエハＷの表面に、凹形状パターンが形成され、凹形状パターン内にシリコン酸化膜を成膜してから凹形状パターン内のシリコン酸化膜をＶ字形状の断面にエッチングする工程を示している。
【００９１】
以下、図１４の他、図１〜６も参照しながら、ウエハＷの搬入から、実際の基板処理動作に即して本実施形態に係る基板処理方法について説明する。
【００９２】
先ず、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。
【００９３】
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４５０℃に加熱する。
【００９４】
次に、成膜工程を実行する。成膜工程では、第１の成膜ガスノズル３１１からはＳｉ含有ガスを供給し、第２の成膜ガスノズル３１２からは酸化ガスを供給する。また、第１のエッチングガスノズル３２１及び第２のエッチングガスノズル３２２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、本実実施例では、ＬＴＯ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、酸素ガスを用いた例を挙げて説明する。
【００９５】
ウエハＷが第１の処理領域Ｐを通過したときに、原料ガスであるＬＴＯが第１の成膜ガスノズル３１１から供給されてウエハＷの表面上に吸着する。表面上にＬＴＯ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３１２から酸素ガスが供給され、ＬＴＯに含まれるＳｉ成分が酸素ガスにより酸化され、反応生成物であるＳｉＯ２がウエハ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３１１からＬＴＯが供給され、ＬＴＯ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。
【００９６】
必要に応じて、所定の膜厚までＳｉＯ２膜が成膜された後、第１の成膜ガスノズル３１１からはＬＴＯの供給を停止し、第２の成膜ガスノズル３１２からは酸素ガスを供給し続け、回転テーブル２の回転を継続することにより、ＳｉＯ２膜の改質処理を行うようにしてもよい。
【００９７】
図１４（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第１の成膜工程の一例を示した図である。
【００９８】
図１４（ａ）に示すように、成膜工程を実行することにより、凹形状パターンの１つであるビア８０内にシリコン酸化膜９０が成膜される。図１４（ａ）に示すように、最初にビア８０内に形成されるシリコン酸化膜９０は、凹形状に沿った断面形状を有する。
【００９９】
図１４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第１の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、シリコン酸化膜９０が、Ｖ字の断面形状にエッチングされる。エッチング工程は、具体的には、以下のように実行される。
【０１００】
図２、３に示される第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２からのＬＴＯ及び酸素ガスの供給は停止し、何も供給されないか代わりにＮ２ガスがパージガスとして供給された状態となる。回転テーブル２は、熱エッチングに適した温度に設定され、例えば、１５０℃程度に設定される。また、回転テーブル２の回転速度は、２０〜６０ｒｐｍの低速回転に設定され、例えば２０ｒｐｍに設定される。この状態で、第１のエッチングガスノズル３２１からＮＨ３ガス、第２のエッチングガスノズル３２２からＨＦガスが供給され、エッチング処理が開始する。ＮＨ３とＨＦは、上述の化学反応式（１）に示したように反応してフッ化アンモニウムとなり、化学反応式（２）、（３）で示したように熱分解が発生してシリコン酸化膜９０がエッチングされる。その際、回転テーブル２が低速の２０ｒｐｍで回転しているので、図１２、１３で説明したように、シリコン酸化膜９０はＶ字の断面形状にエッチングされる。ビア８０内のシリコン酸化膜９０をＶ字形状にエッチングすることにより、最上部の開口が広い孔をシリコン酸化膜９０に形成することができ、次の成膜時に底部までシリコン酸化膜９０を埋め込むことができ、ボトムアップ性が高く、ボイドが発生し難い成膜を行うことができる。
【０１０１】
図１４（ｃ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第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のエッチング工程でＶ字状にエッチングされたシリコン酸化膜９０上に更にシリコン酸化膜が成膜され、膜厚が増加する。Ｖ字状にエッチングされたシリコン酸化膜９０上に成膜されるため、成膜時に入口が塞がれず、シリコン酸化膜９０の底部から膜を堆積することができる。
【０１０２】
なお、基板処理装置の動作は、図１４（ａ）で説明した第１の成膜工程と同様の動作でよいので、その説明を省略する。
【０１０３】
図１４（ｄ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第２のエッチング工程の一例を示した図である。第２のエッチング工程では、第１のエッチング工程と同様に、シリコン酸化膜９０がＶ字形状にエッチングされる。なお、基板処理装置の動作は、図１４（ｂ）で説明した第１のエッチング工程と同様でよいので、その説明を省略する。
【０１０４】
図１４（ｅ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第３の成膜工程の一例を示した図である。第３の成膜工程では、第２の成膜工程と同様に、Ｖ字にエッチングされたシリコン酸化膜９０上に、更にシリコン酸化膜９０が堆積され、膜厚が増大する。
【０１０５】
図１５は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の一例の後段の工程を示した図である。図１５（ａ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第３のエッチング工程の一例を示した図であり、図１５（ｂ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第４の成膜工程の一例を示した図である。また、図１５（ｃ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の第４のエッチング工程の一例を示した図であり、図１５（ｄ）は、本発明の実施形態に係る基板処理方法の最終埋め込み工程の一例を示した図である。
【０１０６】
図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、エッチング、成膜、エッチングを必要な回数だけ繰り返し、シリコン酸化膜９０内にボイドが発生しないようにしながら、ビア８０を埋め込んでゆく。エッチング工程及び成膜工程の繰り返し回数は、ビア８０等の凹形状パターンのアスペクト比を含めた形状に応じて、適切な回数とすることができる。アスペクト比が大きければ、繰り返し回数は多くなる。また、トレンチよりもビアの方が、繰り返し回数が多くなることが推定される。
【０１０７】
図１４（ｂ）〜（ｅ）、図１５（ａ）〜（ｃ）に示したエッチング工程及び成膜工程を繰り返し、最終的には、図１５（ｄ）に示すように、ビア８０が完全にシリコン酸化膜９０で埋め込まれる。
【０１０８】
このように、成膜工程とＶ字形状エッチングを繰り返すことにより、ボイドの無い埋め込みを行うことができる。
【０１０９】
なお、後半に行うエッチング工程において、Ｖ字形状の形成よりもエッチング後のシリコン酸化膜９０の表面粗さを小さくすることの方が重要になってきたら、回転テーブル２の回転速度を高速に設定し、表面粗さを抑制するエッチングを行うようにしてもよい。このように、回転テーブル２の回転速度を工程に応じて制御することにより、所望の埋め込みを行うことができる。なお、回転テーブル２の回転速度の設定は、レシピに基づいて、制御部１００で行うようにしてよい。
【０１１０】
また、本実施形態においては、成膜工程とエッチング工程とを複数回交互に繰り返し、ウエハＷの表面に形成された凹形状パターンに埋め込み成膜を行う例について説明したが、最初から成膜されたウエハＷを搬入し、エッチングのみ行うようにしてもよい。また、第１及び第２の成膜ガスノズル３１１、３１２、及び第１及び第２のエッチングガスノズル３２１、３２２の双方から成膜ガス及びエッチングガスを各々同時に供給し、回転テーブル２を反時計回りに回転させ、１回転の中で成膜とエッチングを順次繰り返すような基板処理方法としてもよい。
【０１１１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態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、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
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
３１１、３１２    成膜ガスノズル
３２１、３２２    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
【図１】
0006294194.tif 000002
【図２】
0006294194.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006294194.tif 000006
【図６】
0006294194.tif 000007
【図７】
0006294194.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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