(57)【要約】【課題】ラジカルの失活を抑制し、エッチングの均一性を図ることを目的とする。【解決手段】高周波のエネルギーによりガスからプラズマを生成し、生成したプラズマ中のラジカルにより処理容器の内部にて基板をエッチング処理する基板処理装置であって、前記処理容器の内部に高周波のエネルギーを供給する高周波電源と、前記処理容器の内部にガスを導入するガス供給源と、前記基板を載置する載置台と、前記処理容器の内部に設けられ、前記処理容器の内部をプラズマ生成空間と基板処理空間とに仕切り、イオンの透過を抑制する仕切板と、を有し、前記処理容器の内壁表面のうちの少なくとも前記載置台よりも上の部分と、前記仕切板とは、再結合係数が０．００２以下の誘電体で覆われている、基板処理装置が提供される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波のエネルギーによりガスからプラズマを生成し、生成したプラズマ中のラジカルにより処理容器の内部にて基板をエッチング処理する基板処理装置であって、
前記処理容器の内部に高周波のエネルギーを供給する高周波電源と、
前記処理容器の内部にガスを導入するガス供給源と、
前記基板を載置する載置台と、
前記処理容器の内部に設けられ、前記処理容器の内部をプラズマ生成空間と基板処理空間とに仕切り、イオンの透過を抑制する仕切板と、を有し、
前記処理容器の内壁表面のうちの少なくとも前記載置台よりも上の部分と、前記仕切板とは、再結合係数が０．００２以下の誘電体で覆われている、
基板処理装置。
【請求項２】
前記処理容器の内壁表面の全面が、前記再結合係数が０．０００５以下の誘電体で覆われている、
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記誘電体は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭化物（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックまたはサファイアのいずれかである、
請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記誘電体は、石英である、
請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記処理容器の内壁表面を覆う誘電体は、交換可能なライナー部材である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス供給源は、ガスを、前記プラズマ生成空間及び前記基板処理空間のうち、前記プラズマ生成空間のみに導入するか、又は、前記プラズマ生成空間と前記基板処理空間との両方に導入する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記載置台に載置されている基板の外縁部から前記処理容器の内壁までの距離は、１０ｍｍ以上である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記処理容器の天井部の外壁側に設けられたアンテナ室から前記天井部の誘電体窓を透過して前記プラズマ生成空間に高周波のエネルギーが供給される、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記処理容器の天井部の内壁面は、フラットである、
請求項１〜８のいずれか一項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、基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ中の主にラジカルによって、処理容器内の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）をエッチング処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。ウェハを主にラジカルによってエッチングする場合、プラズマ中のイオンがウェハに作用することを抑制したい。そのため、処理容器の内部に、プラズマ生成空間と基板処理空間とを仕切る仕切板が配置される。プラズマ中のイオンは、仕切板によってプラズマ生成空間から基板処理空間に透過することを抑制される。
【０００３】
一方、プラズマ中のラジカルは、仕切板を透過して基板処理空間へ移動し、ウェハのエッチングに寄与する。これにより、イオンがウェハ表面まで到達することを抑制しながら、ラジカルによるエッチング処理を行うことができる。このとき、ラジカルを失活させずに、ウェハ表面まで到達させることでエッチングレートを高め、エッチング処理を促進することができる。なお、ラジカルの失活は、ラジカルの活性が失われ易くなることをいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７５８９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ラジカルは、拡散する際に、処理容器の内壁表面や処理容器内の部材に吸着すると失活する。特に、処理容器に載置されたウェハと、処理容器の内壁との距離が近いと、ラジカルが処理容器の内壁に吸着し易くなり、失活するラジカルが増える。これにより、ウェハの外周側が内周側よりもエッチングレートが低下し、エッチングの面内均一性が悪くなる。
【０００６】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、ラジカルの失活を抑制し、エッチングの均一性を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、高周波のエネルギーによりガスからプラズマを生成し、生成したプラズマ中のラジカルにより処理容器の内部にて基板をエッチング処理する基板処理装置であって、前記処理容器の内部に高周波のエネルギーを供給する高周波電源と、前記処理容器の内部にガスを導入するガス供給源と、前記基板を載置する載置台と、前記処理容器の内部に設けられ、前記処理容器の内部をプラズマ生成空間と基板処理空間とに仕切り、イオンの透過を抑制する仕切板と、を有し、前記処理容器の内壁表面のうちの少なくとも前記載置台よりも上の部分と、前記仕切板とは、再結合係数が０．００２以下の誘電体で覆われている、基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一の側面によれば、ラジカルの失活を抑制し、エッチングの均一性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るラジカル処理装置を有する基板処理システムの一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るラジカル処理装置の縦断面図の一例を示す図。
【図３】ラジカルの表面再結合確率を示す図。
【図４】ラジカルの表面再結合確率を示す図。
【図５】一実施形態に係るラジカル処理装置を用いたエッチング結果及び比較例のエッチング結果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１１】
［基板処理システムの構成］
まず、本発明の一実施形態に係るラジカル処理装置を有する基板処理システムについて、図１を参照しながら説明する。ラジカル処理装置は、基板処理装置の一例である。
【００１２】
本実施形態に係る基板処理システム１は、搬入出部２、２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３、２つのＰＨＴ処理装置４及び２つのラジカル処理装置５を有する。搬入出部２は、被処理基板の一例であるウェハＷを搬入出する。ロードロック室３は、搬入出部２に隣接させて２つ設けられている。ＰＨＴ処理装置４は、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられ、ウェハＷに対してＰＨＴ（Post Heat Treatment）処理を行なう。ラジカル処理装置５は、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接して設けられ、ウェハＷに対してラジカル処理を行なう。
【００１３】
ロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４およびラジカル処理装置５は、この順に一直線上に並べて設けられている。ＰＨＴ処理装置４およびラジカル処理装置５はウェハＷを１枚ずつ処理するようになっている。ただし、ＰＨＴ処理装置４およびラジカル処理装置５はウェハＷを２枚ずつ処理するように構成されてもよい。
【００１４】
搬入出部２は、ウェハＷを搬送する第１ウェハ搬送機構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の長手方向の側部には、ステージ１３が設けられており、このステージ１３には、ウェハＷを複数枚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なうオリエンタ１４が設置されている。
【００１５】
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、第１ウェハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動され、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、ステージ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。
【００１６】
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、ウェハＷを搬送する第２ウェハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで減圧することが可能である。
【００１７】
第２ウェハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウェハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウェハ搬送機構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ラジカル処理装置５に到達することが可能である。これにより、ウェハＷをロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４、およびラジカル処理装置５間で搬送することが可能となっている。
【００１８】
ＰＨＴ処理装置４は、真空引き可能な処理容器２０と、その中でウェハＷを、水平状態で載置する載置台２３とを有し、載置台２３にはヒーターが埋設されており、このヒーターによりラジカル処理が施された後のウェハＷを加熱してラジカル処理により生成した反応生成物を昇華させるＰＨＴ処理を行なう。ＰＨＴ処理の際には、処理容器２０内にＮ２ガス等の不活性ガスが導入される。処理容器２０のロードロック室３側にはゲートバルブ２２が設けられており、処理容器２０のラジカル処理装置５側にはゲートバルブ５４が設けられている。
【００１９】
本実施形態に係るラジカル処理装置５は、処理容器４０内で載置台４１に載置されたウェハＷの表面の酸化膜に対し、フッ素含有ガスと、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３）ガスによりラジカル処理を行うものである。つまり、フッ素含有ガスを活性化して得られたラジカルを用いる。なお、少なくともフッ素を含むガスを活性化して得られたラジカルを用い、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの窒化膜やシリコン（Ｓｉ）をエッチングする場合にも適用できる。また、少なくとも塩素を含むガスを活性化して得られたラジカルにより、金属膜をエッチングする場合にも適用できる。
【００２０】
制御部６は、基板処理システム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、オペレータが基板処理システム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、基板処理システム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、基板処理システム１で実行される各種処理、例えば、ラジカル処理装置５における処理ガスの供給や処理容器４０の内部の排気などをプロセスコントローラ９１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基板処理システム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、基板処理システム１での所望の処理が行われる。
【００２１】
［基板処理システムの動作］
次に、このような基板処理システム１における処理動作について説明する。まず、表面にシリコン酸化膜が形成されたウェハＷをキャリアＣ内に収納し、基板処理システム１に搬送する。基板処理システム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ウェハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウェハ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ウェハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
【００２２】
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、５４を開いて、ピックをラジカル処理装置５まで伸ばしてウェハＷをラジカル処理装置５へ搬送する。その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ２２、５４を閉じ、ラジカル処理装置５においてラジカル処理を行う。ラジカル処理は、フッ素含有ガスと、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３）ガスとウェハＷ表面に形成されたＳｉＯ２膜とを反応させて、熱により分解除去可能なフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）を生成させる。
【００２３】
ラジカル処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウェハ搬送機構１７のピックにより処理後のウェハＷを受け取り、ＰＨＴ処理装置４の処理容器４０内の載置台４１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、ＰＨＴ処理装置４の処理容器４０内でウェハＷを加熱してＰＨＴ処理を行う。これにより、上記ラジカル処理によって生じたフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）の反応生成物が加熱されて昇華し、除去される。
【００２４】
ＰＨＴ処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウェハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウェハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウェハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウェハの処理が完了する。このような一連の処理をキャリアＣ内に収容されたウェハＷの数だけ繰り返す。
【００２５】
［ラジカル処理装置の構成］
次に、本実施形態に係るラジカル処理装置５について説明する。図２は、本実施形態に係るラジカル処理装置の一例を示す断面図である。ラジカル処理装置５は、密閉構造の処理容器４０を有する。処理容器４０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、上部が開口している。開口は、天井部となる蓋体５２で閉塞される。処理容器４０の側壁部４０ａには、ＰＨＴ処理装置４との間でウェハＷを搬送するための搬入出口（図示せず）が設けられており、この搬入出口は、図１のゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００２６】
処理容器４０の内部には、ウェハＷを１枚ずつ水平状態で載置するための載置台４１と、載置台４１を昇降する昇降機構４５とを有する。
【００２７】
載置台４１は、略円柱状をなしており、ウェハＷの載置面を有する載置プレート６１と、載置プレート６１を支持するベースブロック６２とを有する。載置プレート６１の内部にはウェハＷを温調する温度調節機構６３が設けられている。温度調節機構６３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、ウェハＷの温度制御がなされる。また、載置台４１には、ウェハＷを搬送する際に用いる複数の昇降ピン（図示せず）がウェハの載置面に対して突没可能に設けられている。
【００２８】
基板処理空間Ｓから排気空間６８に至った排ガスが均一に排出され、排気機構４７により排気されるようになっている。
【００２９】
処理容器４０の外部には、ガス供給源２１０及びガス供給源２１１が設けられ、フッ素含有ガス、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３）ガス，及びＡｒガスやＮ２ガス等の希釈ガス等の所望のガスを処理容器４０内に供給できるようになっている。ガス供給源２１０は、ガス導入管４２ａからプラズマ生成空間Ｐにガスを導入する。ガス供給源２１１は、ガス導入管４２ｂから基板処理空間Ｓにガスを導入する。
【００３０】
本実施形態に係るエッチングでは、プラズマ中の主にラジカルによって、ウェハＷをエッチング処理するため、ラジカルを均一にウェハＷに到達させることが重要である。しかし、ＮＨ３ガスのように、ある種のガスは、ラジカル化するとエッチャントが減少してしまう場合がある。すなわち、酸化膜をエッチングするためには、ＮＨ４Ｆを生成してウエハに吸着させる必要があるが、ＮＨ３ガスをプラズマ化すると、このＮＨ４Ｆが生成されない。この場合のガスは、プラズマ化させないように、基板処理空間Ｓに導入することが好ましい。よって、そのようなガスは、プラズマ生成空間Ｐには導入せずに、ガス供給源２１１からガス導入管４２ｂを介して基板処理空間Ｓに導入し、プラズマ化させないようにする。このように、エッチングする膜種や使用するガス種に応じて、プラズマ生成空間および基板処理空間のいずれかにガスを導入するかが選択される。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係るラジカル処理装置５では、ガス種に応じて、プラズマ生成空間Ｐのみにガスを導入するか、又はプラズマ生成空間Ｐと基板処理空間Ｓとの両方にガスを導入するかを選択することができる。
【００３２】
昇降機構４５は、処理容器４０の外部に配置されている。昇降機構４５は、載置台４１を昇降可能なアクチュエータ８１と、アクチュエータ８１から延びてベローズ８４内に侵入する駆動軸８２とを有する。
【００３３】
排気機構４７は、処理容器４０の底部に形成された排気口（図示せず）に繋がる排気配管１０１を有しており、さらに、排気配管１０１に設けられた、処理容器４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）１０２および処理容器４０内を排気するための真空ポンプ１０３を有している。
【００３４】
（仕切板）
処理容器４０の内部には、空間をプラズマ生成空間Ｐ及び基板処理空間Ｓに仕切る仕切板２２０が設けられている。プラズマ生成空間Ｐは、プラズマが生成される空間である。基板処理空間Ｓは、ウェハＷが処理される空間である。仕切板２２０は、少なくとも２つの板状部材２３０及び板状部材２３１を備えている。２つの板状部材２３０及び板状部材２３１は、プラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ向けて重ね合わせて配置される。板状部材２３０と板状部材２３１との間には、両者の間隔を所定の値に維持するスペーサー２３２が配置されている。板状部材２３０及び板状部材２３１には、重ね合わせ方向へ貫通する複数のスリット２３０ａ及びスリット２３１ａが形成されている。なお、スリット２３０ａ及びスリット２３１ａは貫通孔でもよい。また、板状部材２３０における各スリット２３０ａは、重ね合わせ方向からみて、他方の板状部材２３１における各スリット２３１ａと重ならないように配置されている。板状部材２３０及び板状部材２３１のそれぞれは、格子状にスリット２３０ａ及びスリット２３１ａを形成してもよい。その場合においても、板状部材２３０における各スリット２３０ａは、重ね合わせ方向からみて、他方の板状部材２３１における各スリット２３１ａと重ならないように配置される。
【００３５】
板状部材２３０及び板状部材２３１の材料としては、例えば石英ガラスが用いられる。スペーサー２３２の材料としては、例えば石英が好ましいが、アルミニウム（Ａｌ）又はシリコン（Ｓｉ）であってもよい。プラズマ生成空間Ｐ及び基板処理空間Ｓを仕切る仕切板２２０は、イオン及び真空紫外光の透過を抑制する、いわゆるイオントラップとして機能する。これにより、基板処理空間Ｓ側のイオンの数が減るため、イオンがウェハＷへ衝突することによるダメージを低減することができる。
【００３６】
（アンテナ）
本実施形態に係るラジカル処理装置５は、平面コイル形のＲＦアンテナを用いる誘導結合型のプラズマエッチング装置として構成されている。この誘導結合型プラズマエッチング装置においてプラズマ生成に関係する各部の構成を説明する。
【００３７】
処理容器４０の天井部となる蓋体５２は、載置台４１から比較的大きな距離間隔を隔てて設けられており、たとえば円形の石英板から形成され、誘電体窓として構成されている。蓋体５２の上には、処理容器４０内に誘導結合のプラズマを生成するための環状のＲＦアンテナ１５４を外部から電磁的に遮蔽して収容するアンテナ室１５６が処理容器４０と一体に設けられている。
【００３８】
アンテナ室１５６の内部には、処理容器４０内の処理空間に生成される誘導結合プラズマの密度分布を径方向で可変制御するために、ＲＦアンテナ１５４と電磁誘導により結合可能な可変コンデンサ１５８付きの環状のフローティングコイル１６０が渦巻状に設けられている。
【００３９】
高周波給電部１６２は、高周波電源１６４、整合器１６６、高周波給電ライン１６８および帰線ライン１７０を有している。高周波給電ライン１６８は、整合器１６６の出力端子とＲＦアンテナ１５４のＲＦ入口端とを電気的に接続する。帰線ライン１７０は、接地電位のアースラインであり、ＲＦアンテナ１５４のＲＦ出口端と電気的に接地電位に保たれる接地電位部材（たとえば処理容器４０または他の部材）とを電気的に接続する。
【００４０】
高周波電源１６４は、誘導結合の高周波放電によるプラズマの生成に適した一定周波数（通常１３．５６ＭＨｚ以上）の高周波を可変のパワーで出力できるようになっている。これにより、高周波電源１６４は、処理容器４０の内部に所定の高周波のエネルギーを供給する。整合器１６６は、高周波電源１６４側のインピーダンスと負荷（主にＲＦアンテナ、プラズマ）側のインピーダンスとの間で整合をとるためのリアクタンス可変の整合回路を収容している。可変コンデンサ１５８は、制御部９０の制御の下で容量可変部１８２により一定範囲内で任意に可変されるようになっている。
【００４１】
制御部９０は、たとえばマイクロコンピュータを含み、ラジカル処理装置５内の各部、たとえば排気機構４７（真空ポンプ１０３）、高周波電源１６４、整合器１６６、ガス供給源２１０、ガス供給源２１１、容量可変部１８２、チラーユニット、伝熱ガス供給部等の個々の動作および装置全体の動作（シーケンス）を制御する。
【００４２】
制御部９０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、ＲＡＭなどに記憶されたレシピに設定された手順に従い、ウェハＷに対するエッチング処理や温度調節を制御する。なお、制御部９０の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウエアを用いて実現されてもよい。
【００４３】
本実施形態に係るラジカル処理装置５において、誘導結合プラズマを生成し、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブを開状態にして加工対象のウェハＷを処理容器４０内に搬入して、載置台４１の上に載置する。次に、ゲートバルブを閉めてから、ガス供給源２１０及びガス供給源２１１からエッチングガスが出力され、ガス導入管４２ａ及びガス導入管４２ｂを介して所定の流量および流量比で処理容器４０内に導入される。また、排気機構４７により処理容器４０内の圧力を設定値にする。さらに、高周波給電部１６２の高周波電源１６４をオンにしてプラズマ生成用の高周波を所定のＲＦパワーで出力させ、整合器１６６，高周波給電ライン１６８および帰線ライン１７０を介してＲＦアンテナ１５４に高周波の電流を供給する。
【００４４】
載置台４１に静電チャックが設けられている場合、静電チャックとウェハＷとの間の接触界面に伝熱ガス（Ｈｅガス）を供給するとともに、静電チャックの静電吸着力により伝熱ガスを上記接触界面に閉じ込める。これにより、ウェハＷを載置台４１に保持するとともに、ウェハ裏面における伝熱効果を高めることができる。
【００４５】
処理容器４０内において、ガス導入管４２ａからエッチングガスが、処理容器４０内のプラズマ生成空間Ｐに導入される。また、ＲＦアンテナ１５４のコイルセグメントを流れる高周波の電流およびフローティングコイル１６０を流れる誘導電流によって発生する磁力線（磁束）が蓋体５２を貫通して処理容器４０内のプラズマ生成空間Ｐを横切り、処理空間内で方位角方向の誘導電界が発生する。この誘導電界によって方位角方向に加速された電子がエッチングガスの分子や原子と電離衝突を起こし、ドーナツ状のプラズマが生成される。
【００４６】
このドーナツ状プラズマのラジカルやイオンは広い処理空間で四方に拡散する。このうちのラジカルは、等方的に降り注ぐようにしながら、仕切板２２０を透過して、プラズマ生成空間Ｐから基板処理空間Ｓへ移動し、ウェハのエッチングに寄与する。他方、イオンは、仕切板２２０によりトラップされ、ウェハ表面まで到達することが抑制される。これにより、ウェハＷに対するラジカルによるエッチングを促進することができる。
【００４７】
ここで「ドーナツ状のプラズマ」とは、処理容器４０の径方向内側（中心部）にプラズマが立たず径方向外側にのみプラズマが立つような厳密にリング状のプラズマに限定されず、むしろ処理容器４０の径方向内側より径方向外側のプラズマの体積または密度が大きいことを意味する。また、処理ガスに用いるガスの種類や処理容器４０内の圧力の値等の条件によっては、ここで云う「ドーナツ状のプラズマ」にならない場合もある。
【００４８】
＜ラジカル処理装置による処理動作＞
次に、このように構成されたラジカル処理装置５による処理動作について説明する。最初に、アクチュエータ８１により駆動軸８２を介して載置台４１を下降させた状態で、ゲートバルブを開けて、処理容器４０内にウェハＷを搬入し、各載置台４１上に載置する。
【００４９】
次いで、アクチュエータ８１を動作させて載置台４１を上昇させ、所望の基板処理空間Ｓを形成する。
【００５０】
次いで、ガス供給源２１０及びガス供給源２１１から、フッ素含有ガス、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３）ガス、及びＮ２ガスやＡｒガス等の不活性ガスが導入され、高周波電源１６４から出力された高周波のエネルギーによりガスからプラズマが生成される。生成されたプラズマの主にラジカルによりウェハＷ表面のＳｉＯ２膜に対してラジカル処理を施す。ラジカル処理は、フッ素含有ガスと、水素含有ガス（例えば、ＮＨ３）ガスとウェハＷ表面に形成されたＳｉＯ２膜とを反応させて、熱により分解除去可能なフルオロケイ酸アンモニウム（ＡＦＳ）を生成させる。
【００５１】
ラジカル処理が終了後、昇降機構４５のアクチュエータ８１により載置台４１を下降させた状態とし、ゲートバルブを開けて処理済のウェハＷが搬出される。
【００５２】
［石英によるコーティング］
本実施形態に係るラジカル処理装置５のうち、処理容器４０の内壁表面のうち、少なくとも載置台４１よりも上の部分は、再結合係数が０．００２以下の誘電体で覆われている。理容器４０の内壁表面を覆う誘電体は、再結合係数が０．０００５以下であればなお好ましい。
【００５３】
処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体の一例としては、交換可能な石英のライナー部材１００が挙げられる。また、仕切板２２０は、石英により形成されている。
【００５４】
石英は、ラジカルを吸着しにくい。図３のテーブルは、水素（Ｈ）ラジカル、窒素（Ｎ）ラジカル、酸素（Ｏ）ラジカルが、部材の表面にて再結合し、失活する確率（以下、「表面再結合確率」という。）を示す。図３の出典は、H.C.M.Knoops et all.,J.Electrochem.Soc.,157(2010),G241-G249である。
【００５５】
これによれば、水素ラジカルの場合であって、部材の表面が石英（Ｓｉｌｉｃａ）のときには、表面再結合確率（Recombination Probability r）は「０．００００４±０．００００３」である。
【００５６】
これに対して、水素ラジカルの場合であって、部材の表面がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックのときには、表面再結合確率は「０．００１８±０．０００３」であり、部材の表面が石英のときと比較して４５倍となっている。つまり、部材の表面がアルミナセラミックの場合、部材の表面が石英の場合と比較して、４５倍、部材の表面で吸着しやすく、ラジカルを失活し易いことがわかる。
【００５７】
更に、水素ラジカルの場合であって、部材の表面がアルミニウム（Ａｌ）のときには、表面再結合確率は「０．２９」であり、部材の表面がアルミナセラミックのときの１６０倍となっている。
【００５８】
窒素ラジカルの場合においても、部材の表面が石英のときには、表面再結合確率は「０．０００３±０．０００２」である。これに対して、窒素ラジカルの場合であって、部材の表面がアルミニウム（Ａｌ）のときには、表面再結合確率は「０．００１８」であり、部材の表面が石英のときの６倍である。
【００５９】
酸素ラジカルの場合においても、部材の表面が石英のときには、表面再結合確率は「０．０００２±０．０００１」である。これに対して、酸素ラジカルの場合であって、部材の表面が酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）のときには、表面再結合確率は「０．００２１」であり、部材の表面が石英のときの１０倍である。
【００６０】
図４は、フッ素（Ｆ）ラジカルの表面再結合確率（Recombination Probability r）を示す。図４の出典は、P. C. NORDINE and J. D. LEGRANGE, "Heterogeneous fluorine atom recombination/reaction on several materials of construction", AIAA Journal, Vol. 14, No. 5 (1976), pp. 644-647.である。
【００６１】
これによれば、フッ素（Ｆ）ラジカルでは、部材の表面が石英（Ｑｕａｒｔｚ）のときには、表面再結合確率は「０．０００１６」である。
【００６２】
これに対して、フッ素ラジカルの場合であって、部材の表面がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックのときには、表面再結合確率は「０．００００６４」である。
【００６３】
更に、フッ素ラジカルの場合であって、部材の表面がアルミニウム（Ａｌ）のときには、表面再結合確率は「０．００１８」であり、部材の表面が石英（Ｑｕａｒｔｚ）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックのときと比較して、フッ素ラジカルが、部材の表面にて再結合し、失活する確率が一桁又は二桁高くなる。
【００６４】
以上から、本実施形態では、処理容器４０の内壁表面のうち、少なくとも載置台４１を最も下降させたときよりも上の部分及び載置台４１よりも上に配置した仕切板２２０を石英で覆う。これにより、アルミニウム等の金属をプラズマ生成空間Ｐや基板処理空間Ｓに露出させない。これにより、処理容器４０の内壁表面におけるラジカルの吸着及び再結合の確率を低減できる。つまり、処理容器４０の内壁表面を石英で覆い、かつ、仕切板２２０を石英で形成することで、ラジカルがウェハＷに到着するまでに、ラジカルを内壁や、仕切板２２０に吸着し難くすることができる。これにより、ラジカルの失活を抑制し、特に内壁との距離が近いウェハＷの外縁側におけるエッチングレートの落ち込みを改善し、エッチングレートの面内均一性を高めることができる。なお、処理容器４０の内壁表面のうち、少なくとも載置台４１を最も下降させたときよりも上の部分及び載置台４１よりも上に配置した仕切板２２０を石英で覆うことに替えて、アルミナで覆ってもよい。ただし、ラジカルの失活をより抑止可能な石英で覆うことがより好ましい。
【００６５】
これにより、本実施形態にかかるラジカル処理装置５によれば、図２に示すように、載置台４１に載置されているウェハＷの外周部から処理容器４０の内壁までの距離Ｗｄは、１０ｍｍ以上あればよい。言い換えると、ラジカルの失活を気にしなくてよいので、ウエハの外周部から処理容器４０の内壁までの距離を短くでき、したがって、処理容器の容積を可及的に小さくできる。
【００６６】
なお、本実施形態では、処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体に石英を使用したが、誘電体は石英に限らない。例えば、処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体には、再結合係数が０．００２以下の誘電体を使用することができる。再結合係数が０．００２以下の誘電体であれば、ラジカルがウェハＷに到着するまでに失活することを抑制し、ウェハＷの外縁側におけるエッチングレートの落ち込みを改善し、ウェハＷの面内におけるエッチングレートの均一性を高めることができる。例えば、処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体には、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭化物Ｓ（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックまたはサファイアのいずれかを使用することができる。
【００６７】
なお、処理容器４０の内壁表面を誘電体で覆う場合、溶射により誘電体の膜を形成すると、表面の凸凹により表面積が大きくなる。そのため、ラジカルが内壁表面で失活し易くなる。よって、処理容器４０の内壁を覆う誘電体は、溶射以外の方法で形成することが好ましい。
【００６８】
さらに、処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体は、プラズマ耐性のある材料であって、パーティクルによる金属汚染において問題とならない材料に限られる。つまり、処理容器４０の内壁表面を覆う誘電体は、ラジカルが失活しにくい材料であって、耐プラズマ性に優れ、かつラジカルに対し非反応性のものである必要がある。
【００６９】
また、仕切板２２０は、石英により構成されたが、再結合係数が０．００２以下の誘電体であれば、いずれを用いてもよい。また、仕切板２２０の表面を、再結合係数が０．００２以下の誘電体で被覆するようにしてもよい。
【００７０】
［効果の一例］
図５は、本実施形態に係るラジカル処理装置５を用いたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）のエッチング結果及び同膜に対する比較例のエッチング結果の一例を示す。図５（ａ）は、処理容器４０の内壁を（ａ−１）アルミニウムで覆った場合（比較例）のエッチングレートと、（ａ−２）石英で覆った場合（本実施形態）のエッチングレートとを示す。横軸は、ウェハＷの径方向の位置を示し、縦軸は、エッチングレートを示す。
【００７１】
この結果、（ａ−１）の処理容器４０の内壁をアルミニウムで覆った場合と比較して、（ａ−２）の石英で覆った場合には、ウェハＷの径方向のエッチングレートの均一性が高いことがわかる。以上から、本実施形態に係るラジカル処理装置５によれば、処理容器４０の内壁表面をラジカルが失活しにくい石英で覆うことにより、エッチングレートの均一性を図り、エッチングを促進させることができる。
【００７２】
図２に示すように、本実施形態に係るラジカル処理装置５では、処理容器４０の天井部の内壁面（蓋体５２の下面）５２ａはフラットに形成されている。これにより、図５の（ｂ−２）に示すように、プラズマ生成空間Ｐの直径を３２１ｍｍにすることができる。
【００７３】
これに対して、内壁面５２ａの外周側に段差が設けられている場合（比較例）には、プラズマ生成空間Ｐの直径は３２１ｍｍよりも小さくなる。例えば、内壁面５２ａの外周側に段差が設けられているため、図５の（ｂ−１）では、プラズマ生成空間Ｐの直径が２８４ｍｍになる。
【００７４】
図５の（ｂ−１）と図５の（ｂ−２）とは、内壁面５２ａに形成された段差により、ラジカルの拡散が妨げられると、エッチングレートが低下するとともに均一性が低くなることがわかった。他方、本実施形態に係るラジカル処理装置５によれば、内壁面５２ａをフラットにすることでラジカルが拡散され、エッチングレートがの低下とエッチングの均一性の低下を改善し、エッチングの均一性が高く、かつ、エッチングレートが向上するとともに均一性が高くなることがわかった。
【００７５】
＜他の適用＞
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、被処理体の一例であるウェハＷを１枚ずつ処理する例について示したが、これに限らず、ラジカル処理装置５及びＰＨＴ処理装置４において、２枚ずつ処理する枚葉式の基板処理システム１であってもよい。また、ラジカル処理装置５及びＰＨＴ処理装置４において、３枚以上ずつ処理する基板処理システム１であってもよい。
【００７６】
上記のように、本実施形態に係るラジカル処理装置５によれば、処理容器４０の内壁表面をラジカルが失活しにくい石英で覆うことで、ウェハＷの外周部から処理容器４０の内壁までの距離Ｗｄを最短で１０ｍｍまで短くすることができる。このため、複数枚を処理するラジカル処理装置５においても、ウェハＷの載置位置を従来よりも内壁側に近づけることができ、設計の自由度をより確保することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、ラジカル処理を適用した例を示したが、これに限らず、ガスによる処理であれば、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法）による成膜処理等の他の処理にも適用することができる。
【００７８】
また、上記実施形態では、ガス導入管４２ａ及びガス導入管４２ｂを介して、ガスを処理容器４０の側壁から導入したが、これに限らず、天井部からシャワー状に導入するようにしてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、被処理基板としてウェハを例にとって説明したが、これに限らず、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【００８０】
以上、基板処理装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかる基板処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００８１】
例えば、本発明に係る基板処理装置は、誘導結合プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)エッチング装置だけでなく、その他の基板処理装置に適用可能である。その他の基板処理装置としては、容量結合プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma) を用いた基板処理装置、ラジアルラインスロットアンテナを用いた基板処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１：基板処理システム
２：搬入出部
３：ロードロック室
４：ＰＨＴ処理装置
５：ラジカル処理装置
６：制御部
４０：処理容器
４０ａ：側壁部
４１：載置台
４２ａ：ガス導入管
４２ｂ：ガス導入管
４５：昇降機構
５２：蓋体
５２ａ：内壁面
９０：制御部
１００：石英のライナー部材
１５４：ＲＦアンテナ
１５６：アンテナ室
１６２：高周波給電部
１６４：高周波電源
２１０：ガス供給源
２１１：ガス供給源
２２０：仕切板
２３０：板状部材
２３１：板状部材
Ｐ：プラズマ生成空間
Ｓ：基板処理空間
【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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