(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に溝および／または穴を形成するエッチング方法であって、フッ素含有ガスと酸素含有ガスと珪素含有ガスを用いて混合ガスを反応容器に導入して混合ガスプラズマを生成し、高周波電力を時間的に変調した間欠的な高周波のバイアスを、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板に印加するエッチング方法において、
前記フッ素含有ガスがＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＣＦ４のいずれかもしくはこれらの２種以上の混合ガスであり、前記酸素含有ガスがＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記珪素含有ガスがＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、
前記反応容器内に設置された前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板を載置する電極内の温度制御部分を２ヶ所以上有し、それぞれの部分の温度を−３５℃〜−４５℃の異なる温度に設定し、
前記珪素含有ガスのＳｉＦ４の流量を増加し、
更に、単位時間当たりに印加されるバイアス電力を固定し、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に印加するバイアスの印加と停止を時間的に変調することが可能な時間変調バイアスを用いて、前記時間変調バイアスの周期により前記高周波バイアスのオフＦ時間を制御することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に溝および／または穴を形成するエッチング装置であって、フッ素含有ガスと酸素含有ガスと珪素含有ガスを用いて混合ガスを反応容器に導入し、混合ガスプラズマを生成する混合ガスプラズマ生成手段と、高周波電力を時間的に変調した間欠的な高周波のバイアスを、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板に印加する高周波バイアス電源とを備えており、
前記フッ素含有ガスがＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＣＦ４のいずれかもしくはこれらの２種以上の混合ガスであり、前記酸素含有ガスがＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記珪素含有ガスがＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、
前記反応容器内に設置された前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板を載置する電極内の温度制御部分を２ヶ所以上有し、それぞれの部分の温度が−３５℃〜−４５℃の異なる温度に設定可能であり、
前記反応容器に導入される前記混合ガスの前記珪素含有ガスのＳｉＦ４の流量を増加し、
更に、単位時間当たりに印加されるバイアス電力を固定し、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に印加するバイアスの印加と停止を時間的に変調することが可能な時間変調バイアスを用いて、前記時間変調バイアスの周期により前記高周波バイアスのオフＦ時間を制御することを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板のエッチング方法およびエッチング装置に係り、特に高アスペクト比の溝および／または穴を形成する加工をドライエッチングによって行うエッチング方法およびエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の集積化に伴い、複数のチップを重ねて接続し、ひとつのチップに集約するなどチップの小型化が進んでいる。従来チップ間の接続はワイヤを用いて接続する方法が用いられてきたが、現在では複数のチップを貫通する電極にて接続する方法が主流となりつつある。この貫通電極を形成するには、シリコン基板やＳＯＩ基板に１０μｍ以上の深穴を形成する必要がある。
【０００３】
上記の加工を行うには、シリコン基板における素子間分離やコンタクトホール及びキャパシタ等を形成するために用いられてきたＯ２、Ｃｌ２またはＨＢｒ，ＣＦ４等の混合ガスによるドライエッチング方法では、Ｓｉ-ＣやＳｉ-Ｂｒなどエッチングにより発生する反応生成物の揮発性が低いため再付着しやすく、強い堆積性（デポ性）を有するため、シリコンのエッチング速度が小さくなり、スループットが低下する等の問題が発生していた。
【０００４】
この問題を解決するために、ＳＦ６ガス等のフッ素含有ガスとＯ２ガスなどの酸素含有ガスの混合ガスを用いた混合ガスプラズマによるドライエッチング方法が提案されている。
【０００５】
例えば、ＳＦ６とＯ２ガスは、それぞれＳ、Ｆ、Ｏのイオンやラジカルに解離され、シリコン基板表面と反応してＳｉ-ＦやＳｉ-Ｏ，Ｓｉ-Ｏ-Ｆなどの反応生成物が生成される。Ｓｉ-ＦはＳｉがエッチングされる際に最も多く発生し、ＦによりＳｉが引き抜かれることによりＳｉのエッチングが進行する。
【０００６】
Ｓｉ-Ｆのエッチングは、Ｓｉ-Ｃｌ，Ｓｉ-ＣやＳｉ-Ｂｒなどと比較して、結合エネルギーが大きいため、よりエッチングが進行しやすい。またＳｉ-Ｆは蒸気圧が高く、物質自体の結合エネルギーも小さく、基板の温度による揮発や入射イオンによって除去されるため、付着量は少ない。
【０００７】
一方、Ｓｉ-ＯやＳｉ-Ｏ-Ｆは、不揮発性の反応生成物であるため、側壁へ再付着しやすいことから、側壁の保護膜として形成される。
【０００８】
上記のことから、適度にサイドエッチングを抑制しながら、深さ方向のみの異方性かつ高速なエッチングを可能としている。
【０００９】
また、このドライエッチング方法は、ＳＦ６ガスとＯ２ガスの混合ガスによるプラズマで、基板のシリコンとの反応により生成したＳｉ-Ｏが、比較的薄く処理室内壁に形成されるので、付着物の剥離による異物発生が少なく、ウエット周期を長くできる利点もある。
【００１０】
さらにＳＦ６ガスで形成された副生成物とＯ２ガスによってチャンバー内壁に薄く生成されたＳｉ-Ｏは、チャンバー部材から発生する金属汚染物質のシリコン基板への飛散を抑制し、基板に形成する半導体デバイスの特性不良を低減する効果がある。
【００１１】
従来のＳＦ６ガスとＯ２ガスを用いた技術では、Ｆラジカルによるエッチングが主となるため、図２に示すシリコン層２１にてサイドエッチング２３が大きくなりやすい。２２はマスクである。このサイドエッチング２３を低減し、深さ方向のエッチングを促進する目的で大量のＯ２が添加され、Ｓｉ-ＯやＳｉ-Ｏ-Ｆなどの反応生成物の側壁を保護しながらエッチングが進行していく。
【００１２】
但し、この添加ガスであるＯ２については、ある一定割合を超えると側壁保護の効果が大きくなりテーパ形状となる。深さ数μｍのＴｒｅｎｃｈ工程やＶｉａ工程ではテーパ角度の影響は小さいものの、深さ数十μｍのＤＴ（Deep Trench）やＴＳＶ（Through-Silicon Via）については、テーパ角度の影響が大きくなり、その制御性が重要となってくる。
【００１３】
反応生成物による側壁保護方法については、シリコン基板を０度以下に冷却することにより、サイドエッチングやボウイング形状を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながらアスペクト比２０を超え、深さ数十μｍのＴｒｅｎｃｈやＶｉａのエッチングについては、エッチング時間が長くなることにより、シリコン基板を低温にするだけでは、側壁保護が追いつかず、ＴｒｅｎｃｈやＶｉａの上部では付着した反応性生物がエッチングされてしまうため、サイドエッチングやボーイングなどが発生しやすい。
【００１４】
またＴｒｅｎｃｈ工程やＶｉａ工程で溝又は穴の深さが深くなるとエッチング途中でマスク２２が無くなってしまい、開口部の寸法が広がる等の問題が発生しやすい。マスク消失により開口部の寸法が広がるとＴｒｅｎｃｈやＶｉａの側面が段になり、側壁が荒れた状態になってしまう。形成する目的によっても異なるが、ＴｒｅｎｃｈやＶｉａの内部には導体あるいは絶縁物質が埋め込まれる。
【００１５】
例えば、Ｔｒｅｎｃｈを素子分離の目的に利用する場合には、シリコン酸化膜等の絶縁膜がＴｒｅｎｃｈ内部に埋め込まれる。しかし、このサイドエッチング２３の存在によって、埋め込みが不完全となり酸化膜中にボイドと呼ばれる空孔が形成される。その結果、リーク電流の増大や絶縁耐圧低下により、歩留まりを低下させる問題が発生していた。したがって、このサイドエッチング２３の発生を抑制することは、デバイス特性の確保する上で重要な問題となっている。
【００１６】
この問題に対しては、高周波のバイアスを間欠的に印加することにより、酸化膜マスクとの選択比を向上することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、ＴＳＶはフォトレジストなどの有機膜のマスクが多く、この有機膜に対する問題については解決方法が示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００３-３７１００号公報
【特許文献２】特開２００７-０５９６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、フッ素含有ガスおよび酸素含有ガスを用いてシリコン基板やＳＯＩ基板に深い溝又は穴を形成する際に、マスクのエッチングを最小限に抑制しシリコンのエッチングを行うと同時に、サイドエッチングを最小とするドライエッチング方法およびエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本課題は、エッチングにより生成される反応生成物だけでは側壁保護が足りないため、反応生成物と同じＳｉを含むガスをフッ素含有ガスと酸素含有ガスに添加することにより解決することができる。またマスクとの選択比についても、ＲＦバイアスを一定間隔で印加しない時間を設けた上で、Ｓｉ含有ガスを添加しマスク上に反応性生物の堆積させることによって選択比を向上することができる。
【００２０】
本発明のエッチング方法は、ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に溝および／または穴を形成するエッチング方法であって、フッ素含有ガスと酸素含有ガスと珪素含有ガスを用いて混合ガスプラズマを生成し、高周波電力を時間的に変調した間欠的な高周波のバイアスを、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板に印加するエッチング方法において、前記フッ素含有ガスがＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＣＦ４のいずれかもしくはこれらの２種以上の混合ガスであり、前記酸素含有ガスがＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記珪素含有ガスがＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記反応容器内に設置された前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板を載置する電極内の温度制御部分を２ヶ所以上有し、それぞれの部分の温度を−３５℃〜−４５℃の異なる温度に設定し、前記珪素含有ガスのＳｉＦ４の流量を増加し、更に、単位時間当たりに印加されるバイアス電力を固定し、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に印加するバイアスの印加と停止を時間的に変調することが可能な時間変調バイアスを用いて、前記時間変調バイアスの周期により前記高周波バイアスのオフＦ時間を制御することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のエッチング装置は、ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に溝および／または穴を形成するエッチング装置であって、フッ素含有ガスと酸素含有ガスと珪素含有ガスを用いて混合ガスを反応容器に導入し、混合ガスプラズマを生成する混合ガスプラズマ生成手段と、高周波電力を時間的に変調した間欠的な高周波のバイアスを、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板に印加する高周波バイアス電源とを備えており、前記フッ素含有ガスがＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＣＦ４のいずれかもしくはこれらの２種以上の混合ガスであり、前記酸素含有ガスがＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記珪素含有ガスがＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４のいずれかもしくはこれらの混合ガスであり、前記反応容器内に設置された前記ＳＯＩ基板又はシリコン基板を載置する電極内の温度制御部分を２ヶ所以上有し、それぞれの部分の温度が−３５℃〜−４５℃の異なる温度に設定可能であり、前記反応容器に導入される前記混合ガスの前記珪素含有ガスのＳｉＦ４の流量を増加し、更に、単位時間当たりに印加されるバイアス電力を固定し、前記ＳＯＩ基板又はシリコン基盤に印加するバイアスの印加と停止を時間的に変調することが可能な時間変調バイアスを用いて、前記時間変調バイアスの周期により前記高周波バイアスのオフＦ時間を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ＴＳＶ等の深穴加工においてマスクの加工寸法異常を抑制するとともに、サイドエッチングを含む側壁の荒れを低減し安定した生産性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明に使用したマイクロ波エッチング装置の反応容器構成の概要を説明する断面図である。
【図２】図２は従来法によるシリコン基板に発生するサイドエッチングを説明する断面図である。
【図３】図３は本発明で使用したシリコン基板の構造を説明する図である。
【図４】図４は本発明で使用したＣＷバイアスとＴＭバイアスの波形の比較を示す図である。
【図５】図５はシリコン基板に発生するサイドエッチング量に対するＳｉＦ４流量依存性を説明する図である。
【図６】図６は本実施例に対応するＶｉａの深さとマスク削れ量との選択比に対するＳｉＦ４流量依存性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明のエッチング方法を適用するプラズマエッチング装置である。この実施例は、プラズマを形成する手段として、マイクロ波と磁界を利用したマイクロ波プラズマエッチング装置を示したものである。
【００２６】
プラズマエッチング装置は、アルミニウムまたはステンレス鋼等から構成される円筒状の反応容器１を有し、被処理基板（シリコン基板又はＳＯＩ基板）２を載置する試料台３が内設されている。また、試料台３は試料台３表面の中心部と外周部の温度を独立に制御できる２冷媒タイプの試料台である。
【００２７】
ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ８等のフロンガス（フッ素含有ガス）、Ａｒ、Ｎ２等の不活性ガス、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２等の酸化含有ガスやＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４等の珪素含有ガスは、図示しないガス流量調整手段（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）やエアーバルブにより、供給流量や供給タイミングが制御され、ガス導入口４から多孔構造の透過窓５を介して均一に被処理基板２表面に供給される。
【００２８】
反応容器１の下方には、図示しないターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等からなる真空排気手段が配設され、オートプレッシャーコントローラー（ＡＰＣ）等の調圧手段（図省略）により、反応容器１内が所定圧力に保持される。処理後の反応ガスは、真空排気手段を介して、反応容器１外へ排出される。
【００２９】
マグネトロン６で発生したマイクロ波は、導波管７を通して電磁波を透過可能な石英、サファイヤ、窒化アルミニウム、窒化ボロンで構成される誘電体窓８を介して、反応容器１へ導入される。
【００３０】
反応容器１の外周壁には、磁場発生用のソレノイドコイル９が配設され、これにより発生する磁界と、入射されるマイクロ波との相互作用により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）が発生し、高密度プラズマを形成できる構造となっている。
【００３１】
導電性試料台３表面には、静電チャック１０が配設され、静電吸着電源１７より直流電圧を印加することにより静電吸着力が発生し、被処理基板２が静電チャック１０表面に固定される。被処理基板２の周囲には、セラミックスや石英製の絶縁カバー１８が配置されている。これら装置の中央に配設される被処理基板２を置載させる構造体を総称して、電極と呼ぶ。
【００３２】
静電チャック１０表面には溝が形成され、固定された被処理基板２の裏面と静電チャック１０間で形成される流路１２に、冷却ガス供給口１５よりＨｅ、Ａｒ、Ｏ２等の冷却ガスを供給し、流路１２内を所定圧力に維持できる構造となっている。また静電チャック１０に埋設された冷媒循環流路１３に、それぞれにチラーユニット１４で温度制御された冷媒が循環しており、流路１２のガスによるガス伝熱と接触面による熱伝導により、被処理基板２を冷却している。
【００３３】
導電性試料台３には、高周波電力導入ポート１６が接続され、４００ｋＨｚの正弦波電圧またはＴＭの高周波バイアス電力を印加できる構成となっている。印加される高周波バイアスは、図示しないエッチング装置の制御部より、高周波電力の印加タイミングや印加パワーが制御される。なお、高周波バイアスの電源には、可変周波数電源を用いており、４００〜１２００ｋＨｚの任意の周波数を印加できるようになっている。
【００３４】
ＴＭの高周波バイアス電力を印加するため、高周波電源１１には図示しない任意波形発生装置が接続され、印加される高周波電力を時間的に変調して、静電チャック１０に間欠的に供給可能となっている。高周波電力を時間的に変調視した間欠的な高周波バイアスのデューティ比、およびその印加する周期等は、図示しないプラズマエッチング装置の制御部に記録されたレシピ条件に従い、任意に制御可能となっている。
【００３５】
反応容器１内には、メンテナンス向上と金属汚染防止対策のために、取り外しが容易な石英製の円筒２０およびアルミニウム材にアルマイト等の表面処理を施したカバー１９が、電極の周囲に設置されている。
【００３６】
すなわち、本発明にかかるエッチング装置は、反応容器１と、反応容器１内に設けたシリコン又はＳＯＩの基板を載置する電極（試料台）３と、プラズマ生成用マイクロ波電源（マグネトロン）６と、反応容器１の外周壁に設けた磁場発生用ソレノイドコイル９と、反応容器１内に、フッ素含有ガスと酸素含有ガスの混合ガスを供給する処理ガス供給手段４と、電極に載置されたシリコン又はＳＯＩの基板を冷却する冷却手段（冷却ガス供給手段１２、１５、冷媒循環路１３およびチラーユニット１４）と電極に高周波バイアスを供給する高周波電源１１とを備えた、シリコン又はＳＯＩの被処理基板２に溝および／または穴を形成するエッチング装置において、前記処理ガス供給手段からフッ素含有ガス酸素含有ガスの混合ガスを供給し、前記高周波電源が電極に供給する高周波バイアスを時間的に変調した間欠的な高周波の周波数帯が１ｋＨｚ〜２ＭＨｚであるバイアスを供給するようにし、前記冷却手段が被処理基板２を載置する電極の温度を３０〜−６０℃の温度に制御するようにした。
【００３７】
さらに、本発明のエッチング装置は、上記エッチング装置において、前記高周波電源が、連続的な高周波電力のバイアスを供給する態様と、時間的に変調した間欠的な高周波電力のバイアスを印加する態様を取ることが可能に構成され、連続的な高周波電力のバイアスを供給した後、時間的に変調した間欠的な高周波電力のバイアスを出力する手段とした。
【００３８】
また本発明のエッチング装置は、上記エッチング装置において前記処理ガス供給手段から供給されるフッ素含有ガスがＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０、ＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ８いずれかもしくはこれらの混合ガス、前記酸素含有ガスがＯ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＳＯ２のいずれかもしくはこれらの混合ガス、前期Ｓｉ含有ガスがＳｉＦ４、ＳｉＣｌ４のいずれかもしくはこれらの混合ガスである。
【００３９】
本装置を用いて、シリコン基板のＶｉａ工程のエッチング加工を行った。第１の実施例は、ＳＦ６とＯ２とＳｉＦ４の条件にてエッチング加工する場合を示したものであり、図３〜図４を用いて詳細を説明する。なお、本実施例では、表１に示すガス流量を中心条件とした。
【表１】
0005525319.tif 000002
【００４０】
図１に示す被処理基板２は、図３に示すシリコン基板である。ホトリソグラフィやエッチング処理工程を経て、被処理基板２表面にはフォトレジストのマスクパターン２４が形成されている。マスクパターン２４は厚さ４．０μｍ、開口幅約１０．０μｍの穴パターンが形成されている。
【００４１】
被処理基板２は、図示しない搬送機構により反応容器１内に搬送され、静電チャック１０上に設置される。ＭＦＣで１００〜５００ＣＣＭ（cc(cm3)/min）に流量制御されたＡｒガスを反応容器１内に供給し、容器内をＡＰＣにより０．５〜２０Ｐａ（パスカル= 1N/m2）に圧力調整する。４００Ｗのマイクロ波を、導波管を介して反応容器内１に供給してプラズマを形成する。
【００４２】
静電吸着電源より−５００Ｖの直流電圧を印加、プラズマを介して電荷を移動させることにより静電吸着力が発生し、被処理基板２が静電チャック上に固定される。
【００４３】
流路１２に冷却ガス供給口１５を介してＨｅを供給し、流路１２内の圧力を１〜２ｋＰａに調整する。
【００４４】
静電チャック１０との接触面からの熱伝達と、流路１２からのガス伝熱により被処理基板２を所定時間放置して中心部：−３５℃，外周部：−４５℃に冷却する。被処理基板２を所定温度に冷却した後、マイクロ波の印加を停止し、プラズマを停止する。
【００４５】
ウエハの冷却は、ウエハ裏面のＨｅによって冷却されるが、上述のようなＡｒの放電（ウエハバイアス：０Ｗ）がないと、室温からエッチングが開始される。
【００４６】
そのため、表１に示す条件の放電でも約１０秒程度である程度まではウエハの温度が低下するが、最初の約１０秒は、所定温度より高い温度でエッチングが行われる。
【００４７】
このため、最初の約１０秒とはいえ、温度が高い状態でＳＦ６を使用しているため、マスク直下のノッチやサイドエッチングの原因となる。
【００４８】
これを防ぐためＡｒの放電（ウエハバイアス：０Ｗ）をエッチングに入る前に追加し、静電吸着させることによってウエハを冷却させている。
（実際のところＴＣＲ  −４５℃設定、Ａｒ放電時間３０秒で−４０℃付近までウエハ温度が低下する。)
Ａｒガスの供給を停止した後、一旦、反応容器１内を真空引し、ＳＦ６：４００ＣＣＭとＯ２：６０ＣＣＭとＳｉＦ４：２５ＣＣＭのガスを供給して、反応容器１内をエッチングガスに置換する。反応容器１内は、図示しないＡＰＣにより１３．０Ｐａに圧力調整される。
【００４９】
マイクロ波電力：１０００Ｗを印加、反応容器１内に供給しプラズマを生成する。プラズマの着火と安定したことを光学的手段によって確認した後、高周波電力導入ポート１６から図示しない任意波形発生装置で変調した４００ｋＨｚのバイアスを印加する。
図４は、従来の８００ｋＨｚのＣＷバイアス波形２４と本実施例で使用した４００ｋＨｚのＴＭバイアス波形２５の例を示したものである。
【００５０】
ＴＭ（Time Modulation：時間変調）バイアスでは、単位時間当たりに印加されるバイアス電力を固定し、被処理基板２に印加するバイアスの印加と停止を時間的に変調することが可能となっている。そのため、ＴＭバイアス印加時には、ＣＷバイアスに比べて、高電圧のバイアスが印加され、単位時間当たりの印加電力は同じであっても、高いＶｐｐにより高垂直性イオンの生成が可能となっている。
【００５１】
この高周波の印加と停止の総合時間を１００％とし、総合時間に対する印加時間の比率をデューティ比と称して、この比率によって高周波バイアスの印加状態が制御される。また、前記総合時間も任意に制御することが可能であり、印加するＴＭバイアスの周期を１２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲で制御可能となっている。ＴＭバイアスの周期により高周波バイアスのＯＦＦ時間を制御し、副生成物の反応時間、側壁への付着時間を調整可能となっている。
【００５２】
被処理基板２を所定時間、エッチング処理した後、マイクロ波電力の印加を停止し、プラズマの生成を停止する。エッチングガスの供給を停止した後、反応容器１内を真空引し、容器内の反応生成物を排出する。なお、被処理基板２の処理時間は、図示しないエッチング装置の制御部に記録されたレシピ条件に従い制御される。
【００５３】
エッチング加工の過程では、Ｔｒｅｎｃｈ側壁で保護膜となる反応副生成物の付着と脱離が繰返されている。電極温度の低温化により付着確率を向上できる。
【００５４】
図５は、ＳｉＦ４の添加量の依存性を示したもので、ＳｉＦ４の流量を増加することにより、サイドエッチングを抑制することができる。この効果は、ＳｉＦ４を添加することにより、エッチングによりＳｉ表面から発生する反応生成物Ｓｉ-Ｏ，Ｓｉ-Ｏ-Ｆ以外に、ガスの形で処理室内に供給されるＳｉＦ４が、エッチングに寄与するＦイオンやＦラジカル以外にＳｉ-Ｏ，Ｓｉ-Ｏ-Ｆも生成され、側壁保護として付着することにより、サイドエッチングが抑制されることによる。
【００５５】
また、図６は、同じくＳｉＦ４の添加量の依存性を示したもので、ＳｉＦ４の流量を増加することにより、フォトレジスト膜とシリコン膜とのエッチングの選択比を向上することができる。この効果は、上記と同じく反応生成物のＳｉ-Ｏ，Ｓｉ-Ｏ-ＦがＳｉＦ４の流量を増加することにより、マスク上に堆積する量が増加することによる。なおウエハバイアスが印加されていることから、入射イオンによるフォトレジスト膜へのアタックはあるものの、反応生成物の堆積量が増加することにより、全体としてフォトレジスト膜の削れ量を低減することが可能となる。
【００５６】
さらにＴＭバイアスにて、デューティ比を小さくすることにより、ＲＦバイアスの印加していない時間を長くできる。このことは、反応生成物の付着時間が長くできることを意味すする。反応生成物の付着時間を長くすると堆積量が多くなることから、よりフォトレジスト膜の削れ量を低減することが可能となる。
【００５７】
例えばＳｉＦ４の流量が０のマスクとシリコンの選択比は１４１．７に対し、５０ＣＣＭ添加すると１６６．６となる。本実施例の結果では、マスクとシリコンの選択比は１６０程度であるが、ガス流量比、ＴＭバイアス電力、ＴＭバイアスの印加周期等の最適化により、選択比３００程度まで向上させることが可能である。
【００５８】
また、被処理基板の中心部と外周部を独立に温度制御しているため、被処理基板面内で均一な良好な加工形状を得ることができる。
【００５９】
なお、本実施例では、マイクロ波と磁場を用いたマイクロ波プラズマエッチング装置を例に説明したが、プラズマ生成方法を問わず、例えば、ヘリコン波エッチング装置、誘導結合型エッチング装置、容量結合型エッチング装置、有磁場ＲＩＥ装置などにも本技術を適用可能であり、同等の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  反応容器
２  被処理体
３  試料台
４  プロセスガス導入口
５  シャワープレート（多孔構造石英板）
６  マグネトロン
７  導波管
８  石英板
９  ソレノイドコイル
１０  静電チャック
１１  高周波電源
１２  冷却ガス流路
１３  冷媒循環流路
１４  チラーユニット
１５  冷却ガス供給口
１６  高周波導入ポート
１７  静電吸着電源
１８  絶縁カバー
１９  金属汚染低減パーツ
２０  石英円筒
２１  シリコン
２２  マスクパターン
２３  シリコンのサイドエッチング
２４  ＣＷバイアス波形
２５  ＴＭバイアス波形
【図１】
0005525319.tif 000003
【図２】
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【図３】
0005525319.tif 000005
【図４】
0005525319.tif 000006
【図５】
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【図６】
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