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JP6239339B2 - エッチング装置、エッチング方法、および基板載置機構 - Google Patents

エッチング装置、エッチング方法、および基板載置機構 Download PDF

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Description

本発明は、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、エッチング方法、および基板載置機構に関する。
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）と呼ばれる手法が注目されている。
ＣＯＲ処理としては、被処理体である半導体ウエハの表面に存在するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを吸着させ、これらをシリコン酸化膜と反応させてエッチングし、その際に生成されるケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）を主体とする副生成物を、次工程で加熱することにより昇華させるエッチングプロセスが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
このようなＣＯＲ処理は、上記特許文献２に記載されているように、チャンバー内で載置台に表面にシリコン酸化膜を有する半導体ウエハを載置し、ＨＦガスとＮＨ３ガスを供給してこれらガスとシリコン酸化膜とを反応させてエッチングするＣＯＲ処理装置と、その反応により生成されたＡＦＳを主体とする副生成物が付着している半導体ウエハに対してチャンバー内でＰＨＴ処理（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を行なうＰＨＴ処理装置とを有する処理システムが用いられている。
特開２００５− ３９１８５号公報 特開２００８−１６００００号公報
ところで、ＣＯＲ処理装置でＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合、５０℃以下の低温において複数のウエハを連続処理すると、ウエハ枚数が増加するに従ってエッチングレートが低下する傾向がある。このような傾向は、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合に限らず、シリコン含有膜をフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、エッチング生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成される場合に生じる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いて複数の基板に対して連続してエッチングする際に、エッチング量の低下を抑制することができるエッチング装置、エッチング方法、およびそれに用いる基板載置機構を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討した結果、連続エッチングした際にエッチング量が低下するのは、基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いて連続的にエッチングする場合に、処理温度が５０℃以下の低温になると、載置台にエッチングガスの吸着および反応による副生成物であるケイフッ化アンモニウムの付着が生じ、それが堆積物（デポ）となって基板の処理枚数が増加するに従って雪だるま式に増加し、その結果、基板で消費されるガス量が経時的に減少するためであり、したがって、このようなデポを抑制することによりエッチング量の低下を抑制できることを見出した。
すなわち、本発明の第１の観点では、基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング装置であって、シリコン含有層を有する基板が収容されるチャンバーと、前記チャンバー内に設けられた基板載置機構と、前記チャンバー内にフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを供給するガス供給機構と、前記チャンバー内を排気する排気機構とを備え、前記基板載置機構は、基板を載置する載置面を有する載置台と、前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調するための温調機構と、前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱するための加熱部材とを有し、前記載置台の少なくとも前記載置面は、樹脂製のコーティング層が形成されていることを特徴とするエッチング装置を提供する。
上記第１の観点に係るエッチング装置において、前記エッチングガスとしてＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いて、前記シリコン含有膜として酸化シリコン膜をエッチングする構成とすることができる。
前記コーティング層は、水に対する接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下であることが好ましい。このようなコーティング層としては、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂、またはＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂で構成されたものが好適である。
前記チャンバーの壁部を加熱するヒーターをさらに備え、前記加熱部材は、前記ヒーターで加熱された前記チャンバーの壁部から伝熱された熱で前記載置台の前記載置面以外の面を加熱するように構成することができる。
前記温調機構としては、前記載置台の中に温調媒体を通流させることにより温調するものを用いることができる。前記載置台と前記加熱部材との間に、排気流路として機能する隙間を形成することができる。
本発明の第２の観点では、基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング方法であって、チャンバー内に、少なくとも基板を載置する載置面に樹脂性のコーティング層が形成された載置台を設けることと、前記載置台の載置面にシリコン含有膜を有する基板を載置することと、前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調することと、前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱することと、前記チャンバー内にフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを供給して、前記シリコン含有膜をエッチングすることとを含むことを特徴とするエッチング方法を提供する。
前記エッチング方法において、前記エッチングガスとしてＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いて、前記シリコン含有膜として酸化シリコン膜をエッチングする構成とすることができる。この場合に、エッチングの際のＨＦガスの分圧が１０〜８０ｍＴｏｒｒである場合に効果を大きくすることができる。
本発明の第３の観点では、基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング装置において、そのチャンバー内でシリコン含有膜を有する基板を載置する基板載置機構であって、基板を載置する載置面を有する載置台と、前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調するための温調機構と、前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱するための加熱部材とを有し、前記載置台の少なくとも前記載置面は、樹脂製のコーティング層が形成されていることを特徴とする基板載置機構を提供する。
本発明によれば、５０℃以下の低温に温調されている載置面に形成されたコーティング層が、撥水性を有し、かつ表面平滑性である樹脂製であるため加熱しなくてもデポが生じ難く、また、載置台の加熱可能な載置面以外の面は、６０〜１００℃に加熱されてデポが付着することが抑制されるとともに、付着したデポも昇華させることができる。このため、複数の基板を連続してエッチングする場合に、デポによるエッチング量の低下を抑制することができる。
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の一例を示す概略構成図である。 図１の処理システムに搭載された熱処理装置を示す断面図である。 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を示す断面図である。 図３のエッチング装置における基板載置機構の要部を示す断面図である。 横軸に温度をとり、縦軸にＨＦガスの分圧をとって、「デポリッチ」と「デポレス」との境界線を示す図である。 載置台の表面にコーティング層を施した場合と施さない場合とで、ＨＦガスとＮＨ３ガスによりウエハを連続的にエッチングしたときのサイクル数（ウエハ枚数）に対するエッチング量およびそのばらつき、その際のＡＰＣ角度を求めた図であり、（ａ）はサイクル数とエッチング量およびそのばらつきとの関係を示し、（ｂ）はサイクル数とエッチング量およびＡＰＣ角度との関係を示す。 コーティング層が存在しない載置台の載置面の温度を１０〜４０℃にし、最初にエッチングした際のウエハのエッチング量、ＨＦガスとＮＨ３ガスにより連続的処理した後のウエハのエッチング量、次いで８０〜１００℃でベークした後のウエハのエッチング量、再度連続的処理した後のエッチング量を示す図である。 ＨＦガスおよびＮＨ３ガスによる処理により載置台にデポが形成された後、８０℃でベークした際の昇華される物質をＲＧＡにて分析した結果を示す図である。 載置台として、アルミニウムのみのもの、アルミニウム表面に陽極酸化処理を施したもの、ＣＨ系のコーティング層を形成したもの、ＣＨＦ系のコーティング層を形成したものを用いて、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスによる処理を行った後、デポの量を重量測定およびイオンクロマトグラフィにより求めた結果を示す図である。
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。
本実施形態においては、被処理基板として、表面にシリコン酸化膜を有する半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）を用い、ウエハ表面のシリコン酸化膜をＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いてノンプラズマドライエッチングする場合について説明する。
＜処理システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を備え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、被処理基板としてウエハ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）処理を行なう熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してエッチング処理としてＣＯＲ処理を施すエッチング装置５と、制御部６とを備えている。ロードロック室３、熱処理装置４およびエッチング装置５は、この順に一直線上に並べて設けられている。
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。
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ウエハ搬送機構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。
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。
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。この第２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、ピックが熱処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置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、熱処理装置４、およびエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。
次に、熱処理装置４について説明する。図２は熱処理装置４を示す断面図である。熱処理装置４は、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によりエッチング処理が施された後のウエハＷを加熱してウエハＷに存在するエッチング残渣を気化して除去する。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のエッチング装置５側にはエッチング装置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。チャンバー２０の側壁上部にはガス供給路２５が接続され、ガス供給路２５はＮ２ガス供給源３０に接続されている。また、チャンバー２０の底壁には排気路２７が接続され、排気路２７は真空ポンプ３３に接続されている。ガス供給路２５には流量調節弁３１が設けられており、排気路２７には圧力調整弁３２が設けられていて、これら弁を調整することにより、チャンバー２０内を所定圧力のＮ２ガス雰囲気にして熱処理が行われる。Ｎ２ガスの他の不活性ガスを用いてもよい。
次に、本実施形態に係るエッチング装置５について説明する。図３はエッチング装置５の断面図、図４はその要部を示す拡大図である。エッチング装置５は、密閉構造のチャンバー４０と、チャンバー４０の内部に設けられた、基板であるウエハＷを略水平にした状態で載置する基板載置機構４２と、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３と、チャンバー４０内を排気する排気機構４４とを備えている。
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。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けて第１のガス導入ノズル６１および第２のガス導入ノズル６２が挿入されている。
側壁部５１ａには、熱処理装置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。
ガス供給機構４３は、上述した第１のガス導入ノズル６１および第２のガス導入ノズル６２にそれぞれ接続された第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ＮＨ３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、第２のガス供給配管７２には第４のガス供給配管７６が接続されていて、これら第３のガス供給配管７５および第４のガス供給配管７６には、それぞれＡｒガス供給源７７およびＮ２ガス供給源７８が接続されている。第１〜第４のガス供給配管７１、７２、７５、７６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。
そして、ＨＦガスおよびＡｒガスは、第１のガス供給配管７１および第１のガス導入ノズル６１を経てチャンバー４０内へ吐出され、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスは、第２のガス供給配管７２および第２のガス導入ノズル６２を経てチャンバー４０内へ吐出される。なお、シャワープレートを用いてガスをシャワー状に吐出してもよい。
上記ガスのうちＨＦガスとＮＨ３ガスはエッチングガスであり、これらはチャンバー４０内で初めて混合されるようになっている。ＡｒガスおよびＮ２ガスは希釈ガスである。そして、チャンバー４０内に、エッチングガスであるＨＦガスおよびＮＨ３ガスと、希釈ガスであるＡｒガスおよびＮ２ガスとを所定流量で導入してチャンバー４０内を所定圧力に維持しつつ、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスとウエハＷ表面に形成された酸化膜（ＳｉＯ２）とを反応させ、副生成物としてケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）等を生成させる。
希釈ガスとしては、Ａｒガスのみ、またはＮ２ガスのみであってもよく、また、他の不活性ガスを用いても、Ａｒガス、Ｎ２ガスおよび他の不活性ガスの２種以上を用いてもよい。
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。
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。
チャンバー４０の壁部には、ヒーター８７が埋設されており、ヒーター８７はヒーター電源８８から給電されて発熱し、これによりチャンバー４０の内壁が加熱される。制御部６は、図示しない温度センサーの情報に基づいて、チャンバー４０の壁部の内壁温度が、例えば６０〜１００℃程度になるように制御する。
基板載置機構４２は、図４にも示すように、基板であるウエハＷを載置する載置面を有する載置台９１を有している。載置台９１は、平面視略円形をなし、チャンバー４０の底部５１ｂに断熱部材９３を介して立設された支持部材９２により支持されている。載置台９１の内部には、温調媒体が通流する温調媒体流路９４が設けられており、温調媒体流路９４には、温調媒体循環機構９５により温調媒体配管９６、９７を介して温調媒体（例えば水等）が循環され、載置台９１の載置面の温度が５０℃以下の所定の温度に制御される。
載置台９１の本体は、熱伝導性の良好な金属、例えばアルミニウムからなり、その表面の支持部材９２との接合部分以外には、樹脂製のコーティング層９８が形成されている。コーティング層９８は樹脂製であるため、撥水性を有しており、表面平滑性が高い。そのため、吸着ガスやエッチング反応により生じた副生成物による堆積物（デポ）が生じ難くなっている。コーティング層９８を構成する樹脂としては、接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下のものが好ましく、このような樹脂としては、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂、例えば、ＷＩＮ ＫＯＴＥ（登録商標）撥水仕様、およびＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂、例えば、ＷＩＮ ＫＯＴＥ（登録商標）標準仕様を挙げることができる。コーティング層９８の厚さは、５〜２０μｍ程度が好ましい。なお、コーティング層９８は、少なくとも載置台９１の載置面に設けられていればよい。
基板載置機構４２は、さらに、載置台９１の載置面以外の面、すなわち載置台９１の側面および裏面を加熱するための加熱ブロック９９を有している。加熱ブロック９９は、載置台９１および支持部材９２に対応する凹部９９ａを有し、全体形状が円筒状をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに直接接触している。加熱ブロック９９は、熱伝導性の良好な金属、例えばアルミニウムからなり、チャンバー４０の壁部と同じ温度に加熱されるようになっている。一方、支持部材９２は断熱部材９３によりチャンバー４０の底部と断熱されているので、載置台９１の載置面の温度は温調媒体により制御することができる。
載置台９１および支持部材９２と加熱ブロック９９との間には、隙間１０１が形成されており、この隙間１０１はチャンバー４０の内部空間を介して排気配管８２に繋がっている。したがって、隙間１０１は排気流路として機能する。
なお、載置台９１および加熱ブロック９９以外の構成部材、例えばチャンバー４０も、アルミニウムで構成することができる。チャンバー４０をアルミニウムで構成する場合には、使用するアルミニウム材としては無垢のものであってもよいし、内面に陽極酸化処理を施したものであってもよい。また、加熱ブロック９９で加熱する部分は、載置台９１の側面および裏面の全面に限らず、その一部のみ、例えば裏面のみであってもよい。
制御部６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６ａを有している。プロセスコントローラ６ａ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６ｂが接続されている。また、プロセスコントローラ６ａには、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するエッチング装置５における処理ガスの供給やチャンバー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６ｃが接続されている。レシピは記憶部６ｃ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６ｃから呼び出してプロセスコントローラ６ａに実行させることで、プロセスコントローラ６ａの制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。
＜処理システムにおける処理動作＞
次に、このような処理システム１における処理動作について説明する。
まず、表面にエッチング対象であるシリコン酸化膜が形成されたウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム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。
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５４を開いて、ピックをエッチング装置５のチャンバー４０内まで伸ばしてウエハＷを基板載置機構４２の載置台９１に載置する。
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０を密閉状態として、エッチング装置５においてウエハ表面のシリコン酸化膜に対してエッチング処理を行う。
このとき、エッチング装置５のチャンバー４０の壁部は、ヒーター８７により６０〜１００℃に加熱されている。また、載置台９１は、温調媒体流路９４に温調媒体循環機構９５により温調媒体（例えば水等）が循環されることにより、その載置面の温度が５０℃以下の所定の温度に制御され、ウエハＷの温度がその温度に制御される。
この状態でガス供給機構４３から、ＨＦガスおよびＡｒガスを、第１のガス供給配管７１および第１のガス導入ノズル６１を経てチャンバー４０内へ吐出させるとともに、ＮＨ３ガスおよびＮ２ガスを、第２のガス供給配管７２および第２のガス導入ノズル６２を経てチャンバー４０内へ吐出させる。なお、希釈ガスであるＡｒガス、Ｎ２ガスはいずれか一方でもよい。
このように、チャンバー４０内にＨＦガスおよびＮＨ３ガスが供給されることにより、ウエハＷの表面のシリコン酸化膜が、フッ化水素ガスの分子およびアンモニアガスの分子と化学反応し、シリコン酸化膜がエッチングされる。このとき、ケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）を主体とする副生成物が、ウエハＷの表面に保持された状態になる。
以上のようなエッチング処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックによりエッチング装置５の載置台９１上のエッチング処理後のウエハＷを受け取り、熱処理装置４のチャンバー２０内へ搬送し、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、エッチング処理によって生じたケイフッ化アンモニウムを主体とする反応生成物が加熱されて気化し、除去される。
このように、エッチング処理の後、熱処理を行なうことにより、ドライ雰囲気でウエハＷ表面のシリコン酸化膜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。さらにまた、このようなエッチング処理は、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。
熱処理装置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ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。このような処理を複数のウエハに対して連続的に行う。
ところで、本実施形態のように、エッチング装置５においてＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いたエッチング処理を５０℃以下の低温で行う場合、ウエハを連続して処理すると、従来の装置では、ウエハのエッチング量（エッチングレート）が低下する傾向があることが判明した。その原因について検討した結果、ウエハを載置する載置台を５０℃以下の低温にしたことにより、載置台にエッチングガスの吸着および反応による副生成物の付着が生じ、それが堆積物（デポ）となってウエハの処理枚数が増加するに従って雪だるま式に増加し、その結果、ウエハで消費されるガス量が経時的に減少するためであることが見出された。また、載置台に対するデポの量は、温度のみならずＨＦガスの分圧にも影響を受けることも判明した。
したがって、ウエハを連続して処理した場合におけるウエハのエッチング量（エッチングレート）の低下を抑制するためには、載置台９１へのデポを抑制することが有効である。
載置台９１へのデポを抑制するためには、チャンバー４０の壁部のように載置台９１を加熱することが有効であるが、載置台９１の載置面は５０℃以下に温調されているため、加熱することが困難である。このため、本実施形態では、載置台９１の表面（少なくとも載置面）に樹脂製のコーティング層９８を形成し、デポを生じ難くする。すなわち、コーティング層９８は、樹脂製であるため、撥水性を有しており、表面平滑性が高いため、加熱しなくてもデポを生じ難くすることができる。デポをより生じ難くする観点からは、コーティング層９８を構成する樹脂として、上述したように、接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下のものが好ましく、このような樹脂として、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂やＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂を好適に用いることができる。
一方、載置台９１の載置面以外の面である側面や裏面は、ウエハの温調に対して影響が少なく、加熱することが可能であるため、加熱ブロック９９によりチャンバー４０の壁部と同様、６０〜１００℃に加熱することにより、デポを抑制することができ、またたとえデポが生じたとしても昇華させることが可能である。
このように、載置台９１の表面にコーティング層９８を形成し、かつ、載置台９１の側面および裏面を加熱ブロック９９で加熱することにより、デポを抑制することができるので、ウエハを連続して処理した場合におけるウエハのエッチング量（エッチングレート）の低下を抑制することができる。
また、加熱ブロック９９は、ヒーター８７で加熱されているチャンバー４０の壁部に直接接触して伝熱可能となっているので、付加的な加熱手段を設けることなく載置台９１の側面および裏面を加熱することができる。もちろん、加熱ブロック９９をチャンバー４０の壁部と断熱して独立して加熱するようにしてもよい。なお、加熱ブロック９９は、載置台９１の載置面以外の全面、すなわち、載置台９１の側面および裏面の全面に限らず、その一部のみ、例えば裏面のみであってもよい。
さらに、載置台９１および支持部材９２と加熱ブロック９９との間に形成された隙間１０１が排気流路として機能するので、載置台９１の側面や裏面にデポが生じても、隙間１０１を流れる排気流とともにデポを排出することが可能となる。
なお、本実施形態では、載置台９１の側面や裏面にもコーティング層９８が形成されており、デポが付着し難くなっているが、載置台９１の側面や裏面は加熱ブロック９９により加熱されていてデポが抑制されるので、コーティング層９８が設けられてなくてもよい。
載置台９１へのデポの量に対するＨＦガスの分圧の影響については、以下のようにして確認した。すなわち、温度に対して、ＨＦガス分圧を増加させたときに、エッチング量が飽和した点を閾値として、それよりも多い場合をデポが多い「デポリッチ」、それよりも少ない場合をデポが少ない「デポレス」として、温度およびＨＦ分圧を変化させた場合について、図５に示すように「デポリッチ」と「デポレス」の境界線を求めた。その結果、５０℃以下において、ＨＦ分圧が高いほうがデポリッチになる傾向にあり、ＨＦ分圧が１０〜８０ｍＴｏｒｒのときにデポリッチになりやすいことが判明した。したがって、このような載置台９１へのコーティング層９８の形成および加熱ブロック９９による載置台９１の側面および裏面の加熱の効果は、ＨＦ分圧が１０〜８０ｍＴｏｒｒのときに大きい。
＜実験結果＞
次に、本発明の基本となる実験結果について説明する。
（実験結果１）
最初に、アルミニウム製の載置台の表面にコーティング層を施した場合と施さない場合とで、ＨＦガスとＮＨ３ガスによりウエハを連続的にエッチングしたときのサイクル数（ウエハ枚数）に対するエッチング量およびそのばらつき、その際のＡＰＣ角度を求めた。コーティング層としては、ＦＣＨ系のものを用いた。図５の（ａ）はサイクル数とエッチング量およびそのばらつきとの関係を示す図であり、（ｂ）はサイクル数とエッチング量およびＡＰＣ角度との関係を示す図である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コーティング層が存在しない場合には、サイクル数が２００以上に増加するとエッチング量が低下し、エッチング量のばらつきは増加しており、ＡＰＣ角度が小さくなっているのに対し、コーティング層が存在する場合には、１５００サイクルを超えてもエッチング量およびそのばらつきが安定しており、ＡＰＣ角度も安定していることが確認された。これは、コーティング層が存在しない場合には、載置台に対するデポが多く、デポにガスが吸着ることにより、エッチング量が低下し、それにともなってＡＰＣ角度が小さくなっているのに対し、コーティング層が存在する場合には、載置台にデポが生じ難く、そのため、エッチング量の低下やばらつきの増加が抑制され、ＡＰＣ角度も安定するためと考えられる。
（実験結果２）
コーティング層を形成していない載置台を用い、載置面の温度を低温（１０〜４０℃）にして、最初にエッチングした際のウエハのエッチング量、ＨＦガスとＮＨ３ガスにより連続的処理した後のウエハのエッチング量、次いで８０〜１００℃でベークした後のウエハのエッチング量、再度連続的処理した後のエッチング量を求めた。その結果を図７に示す。この図に示すように、ＨＦガスとＮＨ３ガスによる連続的処理後のエッチング量は、初期のエッチング量より低下するが、これは載置台にデポが付着してエッチング量が低下したためである。その後、ベークによりエッチング量が元に戻るが、これはベークによりデポが昇華したためと考えられる。
（実験結果３）
ＨＦガスおよびＮＨ３ガスによる処理により載置台にデポが形成された後、８０℃でベークした際の昇華される物質をＲＧＡ（residual gas analyzer）にて分析した。その結果を図８に示す。この図に示すように、ＮＨ３系、ＨＦ系のガスが検出された。成分は、ＮＨ４Ｆおよび（ＮＨ４）２ＳｉＦ６と予想される。
（実験結果４）
載置台として、アルミニウムのみのもの、アルミニウム表面に陽極酸化処理を施したもの、ＣＨ系のコーティング層を形成したもの、ＣＨＦ系のコーティング層を形成したものを準備し、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスによる処理を行った後、デポの量を重量測定およびイオンクロマトグラフィにより求めた。これらの結果を図９の（ａ），（ｂ）に示す。なお、図９の（ｂ）では、Ｆ−イオンとＮＨ４ ＋イオンについて示している。この図に示すように、ＣＨ系のコーティング層を形成したもの、およびＣＨＦ系のコーティング層を形成したものは、撥水性があり、表面も平滑であるため、デポ付着の抑制効果が高く、これらの中でもＣＨＦ系のコーティング層の効果が高いことが確認された。陽極酸化被膜は凹凸が大きいため、デポの量が極めて多いものとなった。
＜本発明の他の適用＞
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、エッチングガスとしてＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングする場合について示したが、これに限らず、シリコン含有膜をフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、エッチング生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成される場合には適用可能である。
また、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。さらに、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。
１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
４；加熱装置
５；エッチング装置
６；制御部
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
４２；基板載置機構
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
９１；載置台
９２；支持部材
９４；温調媒体流路
９５；温調媒体循環機構
９８；コーティング層
９９；加熱ブロック
１０１；隙間
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (19)

  1. 基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング装置であって、
    シリコン含有層を有する基板が収容されるチャンバーと、
    前記チャンバー内に設けられた基板載置機構と、
    前記チャンバー内にフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを供給するガス供給機構と、
    前記チャンバー内を排気する排気機構と
    を備え、
    前記基板載置機構は、
    基板を載置する載置面を有する載置台と、
    前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調するための温調機構と、
    前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱するための加熱部材と
    を有し、
    前記載置台の少なくとも前記載置面は、樹脂製のコーティング層が形成されていることを特徴とするエッチング装置。
  2. 前記エッチングガスはＨＦガスおよびＮＨ３ガスであり、前記シリコン含有膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
  3. 前記コーティング層は、水に対する接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下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。
  4. 前記コーティング層は、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂、またはＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
  5. 前記チャンバーの壁部を加熱するヒーターをさらに備え、前記加熱部材は、前記ヒーターで加熱された前記チャンバーの壁部から伝熱された熱で前記載置台の前記載置面以外の面を加熱することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエッチング装置。
  6. 前記温調機構は、前記載置台の中に温調媒体を通流させることにより温調す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。
  7. 前記載置台と前記加熱部材との間に、排気流路として機能する隙間が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエッチング装置。
  8. 基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング方法であって、
    チャンバー内に、少なくとも基板を載置する載置面に樹脂性のコーティング層が形成された載置台を設けることと、
    前記載置台の載置面にシリコン含有膜を有する基板を載置することと、
    前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調することと、
    前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱することと、
    前記チャンバー内にフッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを供給して、前記シリコン含有膜をエッチングすることと
    を含むことを特徴とするエッチング方法。
  9. 前記エッチングガスはＨＦガスおよびＮＨ３ガスであり、前記シリコン含有膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
  10. エッチングの際のＨＦガスの分圧が１０〜８０ｍＴｏｒｒ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。
  11. 前記コーティング層は、水に対する接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下であることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  12. 前記コーティング層は、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂、またはＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング方法。
  13. 基板上のシリコン含有膜を、フッ素および水素および窒素を含むエッチングガスを用いてエッチングし、副生成物としてケイフッ化アンモニウムが生成されるエッチング装置において、そのチャンバー内でシリコン含有膜を有する基板を載置する基板載置機構であって、
    基板を載置する載置面を有する載置台と、
    前記載置台の前記載置面の温度を５０℃以下の温度に温調するための温調機構と、
    前記載置台の前記載置面以外の面の少なくとも一部を６０〜１００℃に加熱するための加熱部材と
    を有し、
    前記載置台の少なくとも前記載置面は、樹脂製のコーティング層が形成されていることを特徴とする基板載置機構。
  14. 前記エッチングガスはＨＦガスおよびＮＨ３ガスであり、前記シリコン含有膜は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１３に記載の基板載置機構。
  15. 前記コーティング層は、水に対する接触角が７５°以上、かつ表面粗さＲａが１．９μｍ以下であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の基板載置機構。
  16. 前記コーティング層は、Ｆ、Ｃ、Ｈを含むＦＣＨ系樹脂、またはＣ、Ｈを含むＣＨ系樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の基板載置機構。
  17. 前記チャンバーの壁部はヒーターで加熱されており、前記加熱部材は、前記チャンバーの壁部から伝熱された熱で前記載置台の前記載置面以外の面を加熱することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の基板載置機構。
  18. 前記温調機構は、前記載置台の中に温調媒体を通流させることにより温調することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の基板載置機構。
  19. 前記載置台と前記加熱部材との間に、排気流路として機能する隙間が形成されていることを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の基板載置機構。
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