(57)【要約】      （修正有）【課題】金属マスクを用いて半導体基板をエッチングする際、残渣の発生を防止し、高い選択比でエッチング処理を行う。【解決手段】半導体基板上にパターンニングされた金属マスクを用いて、該半導体基板をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、第１の圧力に制御されたチャンバ内にて、フッ素含有ガスから生成されたフッ素系プラズマより前記半導体基板をエッチングする第１のステップＳ１１０と、前記第１のステップ後、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に制御されたチャンバ内にて、前記フッ素系プラズマにより前記半導体基板をエッチングする第２のステップＳ１１５と、を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にパターンニングされた金属マスクを用いて、該半導体基板をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
第１の圧力に制御されたチャンバ内にて、フッ素含有ガスから生成されたプラズマより前記半導体基板をエッチングする第１のステップと、
前記第１のステップ後、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に制御されたチャンバ内にて、フッ素含有ガスから生成されたプラズマにより前記半導体基板をエッチングする第２のステップと、
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記第１の圧力は、２ｍＴ（０．２６７Ｐａ）〜５ｍＴ（０．６６７Ｐａ）であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記第２の圧力は、１５ｍＴ（２．００Ｐａ）〜１００ｍＴ（１３．３Ｐａ）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記第２の圧力は、１５ｍＴ（２．００Ｐａ）〜５０ｍＴ（６．６７Ｐａ）であることを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記金属マスクは、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記半導体基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ケイ素（Ｓｉ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記第１及び第２のステップのエッチングにより、前記半導体基板に９０μｍ以上の深さの凹凸形状を形成する、又は該半導体基板に９０μｍ以上の長さの貫通口を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記第１のステップにて前記金属マスクの最表層の改質層をエッチングした後、前記第２のステップを開始することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
前記第１及び第２のステップを繰り返すことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
半導体基板上にパターンニングされた金属マスクを用いて、該半導体基板をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング装置であって、
チャンバ内にフッ素含有ガスを供給するガス供給源と、
前記フッ素含有ガスから生成されるプラズマにより前記チャンバ内にて前記半導体基板をエッチングするプラズマエッチング処理を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記チャンバ内を第１の圧力に制御し、プラズマにより前記半導体基板をエッチングさせた後、該チャンバ内を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に制御し、プラズマにより前記半導体基板を更にエッチングさせることを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液侵露光装置に使用されるメッシュ部の微細加工では、エッチングにより深穴を形成する。その際、プラズマエッチングにより炭化ケイ素（ＳｉＣ）層に直径φ６０μｍ、深さ１００μｍ程度の穴を数万個加工しなければならない。このような深穴のエッチングでは、高選択比のマスクが必要であり、ニッケル（Ｎｉ）等の金属マスクが用いられる。例えば、特許文献１には、Ｎｉマスクを用いてＳｉＣ膜をエッチングする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｎｉマスクを用いてＳｉＣ層をエッチングする場合、選択比を高くするためにチャンバ内の圧力を１５ｍＴ〜５０ｍＴに制御し、フッ素系ガスを用いてＳｉＣ層をプラズマエッチングする。そうすると、エッチング中にＮｉマスクの最表層が削られ、極小のマスク（マイクロ・マスク）となって残渣を発生させる。
【０００５】
上記課題に対して、本発明の目的とするところは、金属マスクを用いて半導体基板をエッチングする際、残渣の発生を防止し、高い選択比でエッチング処理を行うことが可能な、プラズマエッチング方法及びプラズマ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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
半導体基板上にパターンニングされた金属マスクを用いて、該半導体基板をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
第１の圧力に制御されたチャンバ内にて、フッ素含有ガスから生成されたプラズマより前記半導体基板をエッチングする第１のステップと、
前記第１のステップ後、前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に制御されたチャンバ内にて、フッ素含有ガスから生成されたプラズマにより前記半導体基板をエッチングする第２のステップと、
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法が提供される。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別態様によれば、
半導体基板上にパターンニングされた金属マスクを用いて、該半導体基板をプラズマによりエッチングするプラズマエッチング装置であって、
チャンバ内にフッ素含有ガスを供給するガス供給源と、
前記フッ素含有ガスから生成されるプラズマにより前記チャンバ内にて前記半導体基板をエッチングするプラズマエッチング処理を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記チャンバ内を第１の圧力に制御し、プラズマにより前記半導体基板をエッチングさせた後、該チャンバ内を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力に制御し、プラズマにより前記半導体基板を更にエッチングさせることを特徴とするプラズマエッチング装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属マスクを用いて半導体基板をエッチングする際、残渣の発生を防止し、高い選択比でエッチング処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体構成図。
【図２】一実施形態に係るプラズマエッチングの圧力及びパワー依存を示したＳＥＭ画像。
【図３】一実施形態に係るプラズマエッチングにおける残渣密度の圧力依存を示したグラフ。
【図４】一実施形態に係るプラズマエッチング処理を示したフローチャート。
【図５】一実施形態に係るプラズマエッチングの効果の一例を示したＳＥＭ画像。
【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】
［プラズマエッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置の全体構成図である。
【００１２】
ここではチャンバ内に上部電極と下部電極（サセプタ）を対向配置し、上部電極から処理ガスをチャンバ内に供給する平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態にかかるプラズマエッチング装置１の断面図である。
【００１３】
プラズマエッチング装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなるチャンバ１０及びチャンバ１０内にエッチングガスを供給するガス供給源１５を有する。チャンバ１０は、接地されている。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスが一例として挙げられる。
【００１４】
チャンバ１０は電気的に接地されており、チャンバ１０内には下部電極２０と、これに対向して平行に配置された上部電極２５とが設けられている。下部電極２０は、ＳｉＣ基板１１０を載置する載置台としても機能する。ＳｉＣ基板１１０は、エッチング対象である半導体基板の一例である。
【００１５】
下部電極２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４を備える。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して下部電極２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して下部電極２０に電気的に接続される。
【００１６】
第１及び第２整合器３３、３５は、それぞれ第１及び第２高周波電源３２、３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのものであり、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１、第２高周波電源３２、３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスが見かけ上一致するように機能する。
【００１７】
上部電極２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部に取り付けられている。上部電極２５は、図１に示すように電気的に接地してもよく、また図示しない可変直流電源を接続して上部電極２５に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるように構成してもよい。
【００１８】
上部電極２５には、ガス供給源１５からガスを導入するためのガス導入口４５が形成されている。また、上部電極２５の内部にはガス導入口４５から導入されたガスを拡散する拡散室５０が設けられている。
【００１９】
上部電極２５には、この拡散室５０からのガスをチャンバ１０内に供給する多数のガス供給孔５５が形成されている。各ガス供給孔５５は、下部電極２０に載置されたＳｉＣ基板１１０と上部電極２５との間にガスを供給できるように配置されている。
【００２０】
ガス供給源１５からのガスはガス導入口４５を介して拡散室５０に供給され、ここで拡散して各ガス供給孔５５に分配され、ガス供給孔５５から下部電極２０に向けて吐出される。以上から、かかる構成の上部電極２５は、ガスを供給するガスシャワーヘッドとしても機能する。
【００２１】
チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって排気が行われることによって、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。チャンバ１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、チャンバ１０からＳｉＣ基板１１０の搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。
【００２２】
プラズマエッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０５と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５の記録領域とを有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマエッチング処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、チャンバ内温度（上部電極温度、チャンバの側壁温度、ＥＳＣ温度など）などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよく、またＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で記憶領域の所定位置にセットするようになっていてもよい。
【００２３】
このようなプラズマエッチング装置１によって、後述する図４に示したエッチング処理が行われる。その場合、まず、ゲートバルブＧを開き、所定パターンのＮｉマスクが形成されたＳｉＣ基板１１０を、図示しない搬送アームなどでチャンバ１０に搬入し、下部電極２０に載置する。次いで、制御部１００にて各部を制御することで、ガスや第１及び第２高周波電力がチャンバ１０内へ供給され、所望のプラズマが生成される。生成されたプラズマの作用により所望のプラズマエッチングが実行されることにより、ＳｉＣ基板１１０に直径φ６０μｍ、深さ１００μｍ程度の穴を、例えば数万個形成することができる。以上、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１の全体構成について説明した。
【００２４】
［金属マスクを用いてＳｉＣ層をエッチング］
次に、一実施形態に係るプラズマエッチングの圧力及びパワー依存について、図２を参照しながら説明する。図２は、プラズマエッチング装置１を用いてＮｉマスクのパターンにＳｉＣ層をエッチングした後のＳＥＭ画像である。エッチングの際のプロセス条件を以下に示す。
【００２５】
＜図２（ａ）のエッチング処理＞
（プロセス条件）
圧力            ３ｍＴ（０．４００Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ６０ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
（エッチング処理結果）
図２（ａ）のＳＥＭ画像を考察すると、３ｍＴの極低圧では、φ６０μｍのホール状のエッチング部分に残渣が生じていないことがわかる。このように、圧力を３ｍＴに制御すると、Ｎｉマスクの最表面の改質層から残渣が発生することを抑制できる。
【００２６】
一方、３ｍＴの極低圧では、ＳｉＣ層に対するＮｉマスクの選択比（Ｓｅｌ．）が１１程度（ＳｉＣ／Ｎｉ＝１１．３）まで低下する。Ｎｉマスクの厚さは約２μｍであるため、選択比が５０以上ないと、穴の深さが１００μｍになる前にＮｉマスクがエッチングされて消失してしまう。
【００２７】
以上から、３ｍＴの極低圧でのエッチングプロセスでは残渣は生じないが、１００μｍの深穴を形成する前にＮｉマスクが消失してしまうという課題があることがわかった。
【００２８】
＜図２（ｂ）のエッチング処理＞
（プロセス条件）
圧力            １５ｍＴ（２．００Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
（エッチング処理結果）
図２（ｂ）のＳＥＭ画像を考察すると、φ６０μｍのホール状のエッチング部分に残渣Ｒが生じていることがわかる。残渣Ｒの高さは、ほぼ一様であり、垂直に立っている。Ｎｉマスクの最表層は、大気に晒されたり、前工程の影響により、例えば、ＮｉＯ等の自然酸化膜に改質されている。以上から、圧力を１５ｍＴに制御すると、Ｎｉマスクの最表面の改質層から非常に硬い残渣Ｒが発生し、エッチングされたホール内に飛散してマイクロ・マスクとなっていることがわかった。
【００２９】
一方、１５ｍＴの圧力では、ＳｉＣ層に対するＮｉマスクの選択比（Ｓｅｌ．）が６４となる。選択比が５０以上であるため、穴の深さが１００μｍになる前にＮｉマスクが消失されることはない。
【００３０】
以上から、１５ｍＴの圧力でのエッチングプロセスでは、Ｎｉマスクが消失する前に１００μｍ程度の深穴を形成することができるが、Ｎｉマスクの最表面の改質層による残渣Ｒが発生するという課題があることがわかった。
【００３１】
＜図２（ｃ）のエッチング処理＞
（プロセス条件）
圧力            １５ｍＴ（２．００Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／１５０Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
このように図２（ｃ）のプロセス条件は、図２（ｂ）のプロセス条件と比較して、バイアス用の電力である第２高周波電力を３００Ｗから１５０Ｗに下げた点のみ異なる。
【００３２】
（エッチング処理結果）
図２（ｃ）のＳＥＭ画像を考察すると、φ６０μｍのホール状のエッチング部分に残渣Ｒが生じていることがわかる。ただし、図２（ｃ）のエッチング処理では、図２（ｂ）の場合より第２高周波電力が低いためＮｉマスクをスパッタする効果が減少し、その結果、残渣Ｒの量は図２（ｂ）の場合より減っていることがわかる。つまり、Ｎｉマスクの最表面の改質層がスパッタによりホール内に供給され難くなると考えられる。
【００３３】
一方、ＳｉＣ層に対するＮｉマスクの選択比（Ｓｅｌ．）は１４３．０となり、図２（ｂ）の場合より高い選択比となっている。前述のように、図２（ｃ）のエッチング処理では、図２（ｂ）の場合よりＮｉマスクをスパッタする効果が減少する。そのため、選択比が向上したと考えられる。
【００３４】
以上から、１５ｍＴの圧力でのエッチングプロセスでは、第２高周波電力を１５０Ｗ、３００Ｗのいずれに設定した場合にも、Ｎｉマスクが消失する前に１００μｍ程度の深穴を形成することができるが、Ｎｉマスクの最表面の改質層による残渣Ｒが発生するという課題があることがわかった。
【００３５】
＜図２（ｄ）のエッチング処理＞
（プロセス条件）
圧力            ５０ｍＴ（６．６７Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
このように図２（ｄ）のプロセス条件は、図２（ｂ）のプロセス条件と比較して、圧力を１５ｍＴから５０ｍＴに上げた点のみ異なる。
【００３６】
（エッチング処理結果）
図２（ｄ）のＳＥＭ画像を考察すると、φ６０μｍのホール状のエッチング部分に図２（ｂ）の場合より更に多くの残渣Ｒが生じていることがわかる。このように、圧力を１５ｍＴより更に高い５０ｍＴに制御すると、より多くの残渣が発生する。一方、ＳｉＣ層に対するＮｉマスクの選択比（Ｓｅｌ．）は１９５．５となった。
【００３７】
以上から、５０ｍＴの圧力でのエッチングプロセスでは、Ｎｉマスクが消失する前に１００μｍ程度の深穴を形成することができるが、Ｎｉマスクの最表面の改質層による非常に多くの残渣Ｒが発生するという課題があることがわかった。
【００３８】
＜図２（ｅ）のエッチング処理＞
（プロセス条件）
圧力            ５０ｍＴ（６．６７Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／１５０Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
このように図２（ｅ）のプロセス条件は、図２（ｄ）のプロセス条件と比較して、バイアス用の電力（第２高周波電力）を３００Ｗから１５０Ｗに下げた点のみ異なる。
【００３９】
（エッチング処理結果）
図２（ｅ）のＳＥＭ画像を考察すると、φ６０μｍのホール状のエッチング部分に残渣Ｒが非常に多く発生していることがわかる。
【００４０】
以上から、５０ｍＴの圧力でのエッチングプロセスでは、第２高周波電力を１５０Ｗ、３００Ｗのいずれに設定した場合にも、Ｎｉマスクの最表面の改質層による非常に多くの残渣Ｒが発生することがわかった。
【００４１】
以上の結果から、残渣Ｒの原因は、Ｎｉマスクの最表面の改質層から飛散したＮｉの自然酸化膜ではないかと考えられる。また、残渣Ｒを抑制するためには、３ｍＴ程度の極低圧でエッチングすることが有効であることがわかった。
【００４２】
また、残渣Ｒの高さがほぼ揃っていることから、Ｎｉマスクの最表面の所定の厚さの改質層が飛散してマイクロ・マスクとなり残渣Ｒを引き起こす原因となっていると考察される。つまり、Ｎｉマスクの大気暴露もしくは前工程の影響でＮｉマスクの最表面が改質しており、改質層（例えば、Ｎｉの自然酸化膜）が残渣Ｒの原因になると考えられる。よって、Ｎｉマスクの最表面から数ｎｍ下層のＮｉマスクは改質されていないため、残渣Ｒを引き起こさないと考えられる。
【００４３】
よって、残渣Ｒを抑制するには、Ｎｉマスクの最表層の改質層から飛散したＮｉの自然酸化膜を極低圧条件ですぐに排気できるように、チャンバ１０内を３ｍＴ程度の圧力に制御しながら、第１のエッチングステップを実行することが有効である。
【００４４】
一方、前述の通り、表面から数ｎｍ下層のＮｉマスクは改質されていないため、Ｎｉマスクの改質層より下層のＮｉマスクがエッチングにより削れても残渣Ｒを引き起こさない。また、本実施形態では最終的に１００μｍ程度の深穴を形成する必要がある。このため、Ｎｉマスクの選択比を５０以上にする必要がある。このことから、第１のステップにてＮｉマスクの改質層が削れて消失した後は、チャンバ１０内を１５ｍＴ以上の圧力まで上昇させて第２のステップを実行し、選択比を５０以上にすることが有効である。
【００４５】
なお、残渣Ｒをより抑制するために、第１のステップにてバイアス用の電力である第２高周波電力を低くして改質層のスパッタを抑えることもできる。第２高周波電力は、第１及び第２のステップとも１５０Ｗとしてもよい。ただし、第１のステップにて第２高周波電力を３００Ｗとしたときエッチング時間は５分程度でよかったが、第１のステップにて第２高周波電力を１５０Ｗにするとエッチング時間は５分より長くする必要がある。
【００４６】
なお、図２には、各プロセス条件（ａ）〜（ｅ）におけるＳｉＣ膜のエッチングレート（Ｅ／Ｒ）が示されている。第２の高周波電力を高くした方が、エッチングレートが高くなる傾向が見受けられる。
【００４７】
[残渣密度の圧力依存性]
次に、本実施形態に係るプラズマエッチングにおける残渣密度の圧力依存性について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係るプラズマエッチングにおける残渣密度の圧力依存を示したグラフである。図３の横軸は、チャンバ１０内の圧力を示し、図３の縦軸は、残渣密度（μｍ２当たりの残渣の本数）を示す。
【００４８】
このときのプロセス条件は、以下である。
【００４９】
圧力            可変
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ６０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
ここでは、ＳＦ６ガスの流量を調整しながら圧力を変動させている。これによれば、圧力が２ｍＴ（０．２６７Ｐａ）〜５ｍＴ（０．６６７Ｐａ）のとき、残渣密度はほぼ０に近い。よって、第１のステップで設定する圧力（第１の圧力）は、ほぼ残渣が生じない２ｍＴ〜５ｍＴに設定することが好ましい。
【００５０】
また、図２の実験結果より、第２のステップで設定する圧力（第２の圧力）は、選択比が５０以上となる１５ｍＴ〜１００ｍＴに設定することが好ましい。ただし、図２の実験結果から、圧力が上がると残渣Ｒが多くなることがわかっている。よって、第２のステップで設定する第２の圧力は、図３の圧力依存性に基づき、選択比が５０以上であって残渣密度が０．３（本／μｍ２）より小さい１５ｍＴ〜５０ｍＴがより好ましい。
【００５１】
[エッチング方法]
以上、図２及び図３に示した実験結果から、基板上にパターンニングされたＮｉマスク等の金属マスクを用いて、基板をプラズマによりエッチングする本実施形態のプラズマエッチング方法では、２段階のエッチング処理を実行することがよいことがわかった。以下に、本実施形態のプラズマエッチング方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４のフローチャートに示したプラズマエッチング処理は、主に制御部１００により制御される。
【００５２】
ＳｉＣ基板がチャンバ内へ搬入され、本処理が開始されると、最初に、制御部１００は、エッチングガスとしてＳＦ６ガスをチャンバ内に供給し（Ｓ１００）、チャンバ１０内を第１の圧力に制御する（Ｓ１０５）。本実施形態では、第１の圧力は、２ｍＴ（０．２６７Ｐａ）〜５ｍＴ（０．６６７Ｐａ）に設定される。
【００５３】
次いで、制御部１００は、下部電極２０に第１及び第２の高周波電力を印加する。本実施形態では、第１及び第２の高周波電力は、１５００Ｗ、１５０Ｗ（又は３００Ｗ）に設定される。第１の高周波電力により、ＳＦ６ガスからフッ素系のプラズマが生成される。生成されたプラズマにより、Ｎｉマスクを用いてＳｉＣ膜が、例えば５分間エッチングされる（Ｓ１１０）。このエッチング時間は、Ｎｉマスクの最表面の改質層がエッチングされるまでの時間により決定される。
【００５４】
次に、制御部１００は、チャンバ１０内を第１の圧力より高い第２の圧力に制御する（Ｓ１１５）。本実施形態では、第２の圧力は、１５ｍＴ（２．００Ｐａ）〜１００ｍＴ（１３．３Ｐａ）に設定されればよく、より好ましくは１５ｍＴ（２．００Ｐａ）〜５０ｍＴ（６．６７Ｐａ）に設定される。この状態で、ＳＦ６ガスから生成されたプラズマにより、Ｎｉマスクを用いてＳｉＣ膜が、例えば１００μｍエッチングされるまでの時間、エッチングされた後（Ｓ１２０）、本処理を終了する。
【００５５】
このように、第１のステップでＮｉマスクの最表層の改質層のエッチングを残渣が生じない極低圧力で行うことにより、残渣源となるＮｉの改質層の飛散を防止することができる。また、第１のステップにてＮｉマスク表面の改質層をエッチングしてしまうことにより、第２のステップで圧力を高くしても既に改質層は消失しているため、残渣は発生しない。よって、第２のステップでは、残渣は発生しない状態で高い選択比を維持することができる。この結果、以上の第１及び第２のステップからなる２段階のエッチングステップにより、残渣を発生させずに１００μｍ以上の深穴を形成することができる。
【００５６】
[効果の例]
図５に、本実施形態に係るに係るプラズマエッチング方法の効果の一例を示す。図５のＳＥＭ画像は、以下のプロセス条件で第１及び第２のステップのエッチングを実行した結果を示す。
＜プロセス条件＞
（第１のステップ）
圧力            ３ｍＴ（０．４００Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ６０ｓｃｃｍ
エッチング時間  ５分
（第２のステップ）
圧力            １５ｍＴ（２．００Ｐａ）
パワー          第１高周波電力／１５００Ｗ、第２高周波電力／１５０Ｗ
磁場            １５０Ｇ（１．５−２Ｔ）
ガス流量        ＳＦ６ガス  ３００ｓｃｃｍ
エッチング時間  ３０分
＜プロセス結果＞
上記プロセス条件によるエッチング方法によれば、第１のステップでは、残渣が発生しない３ｍＴの圧力条件でエッチングを行い、Ｎｉマスクの最表面の改質層を除去する。その後、第２のステップでは、選択比が高くなる１５ｍＴの圧力条件でエッチングを行う。第２のステップでは、Ｎｉマスクの最表面には改質層がないため、１５ｍＴの圧力に制御しても残渣は発生しない。
【００５７】
第１及び第２のステップを実行した後、図５（ａ）に示すように、エッチングされた直径φ６０μｍのホール内に残渣Ｒが生じていないことが確認できた。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）のホールの縦断面を示し、図５（ｃ）は図５（ｂ）を拡大した画像の一部を示す。
【００５８】
また、第２のステップにおける選択比は６５．６であり、深穴を形成できる程度の高選択比が得られていることも確認できた。
【００５９】
以上から、本実施形態に係るエッチング方法によれば、第１及び第２のステップのエッチングにより、残渣を生じさせることなく、基板に深さ９０μｍ〜１００μｍ以上の凹凸形状を形成する、又は基板に９０μｍ〜１００μｍ以上の長さの貫通口を形成することができる。
【００６０】
（具体的適用例）
本実施形態に係るエッチング方法の具体的適用例を説明する。一例としては、液侵露光装置に使用されるメッシュ部の微細加工に本実施形態のプラズマエッチング方法を適用することができる。その際、本実施形態に係るエッチング方法によれば、第１及び第２のステップのエッチングにより、残渣を生じさせることなく、ＳｉＣ基板に直径φ６０μｍ、深さ１００μｍ程度の穴を数万個加工することができる。本実施形態に係るエッチング方法では、数万個の穴を同時にエッチングして形成するため、数万個の穴を一つずつレーザにより形成する製造方法に比べて格段に処理スピードを高め、生産性を向上させることができる。
【００６１】
他例としては、静電チャック表面の突起部の微細加工に、本実施形態のプラズマエッチング方法を使用することができる。特に、基板を貫通させないエッチングの場合、残渣を生じさせないことがより重要になる。よって、本実施形態に係るエッチング方法を使用することにより、残渣を生じさせずに基板に深さ９０μｍ以上の凹凸形状を形成することができるため、利用価値が高い。
【００６２】
[変形例]
以上に説明した本実施形態に係るプラズマエッチング方法の変形例としては、第１のステップと第２のステップとを交互に繰り返してエッチングを行ってもよい。つまり、本実施形態の変形例に係るプラズマエッチング方法では、第１のステップ→第２のステップ→第１のステップ→第２のステップ・・・というように、第１のステップと第２のステップとを複数回繰り返し実行する。
【００６３】
本変形例に係るプラズマエッチング方法は、エッチング途中にＳｉＣ基板を大気に晒す場合に有用である。大気に晒された直後のエッチングでは、第１の圧力で第１のステップのエッチングを行う。これにより、大気に晒されるたびに酸化されるＮｉマスク表面の改質層を、第１のステップのエッチングにより残渣を生じさせずに取り除くことができる。
【００６４】
ＳｉＣ基板が大気に暴露されない場合にも、第１のステップと第２のステップとを交互に繰り返してエッチングを実行することにより、エッチング途中で何らかのパーティクルが生じた場合にも、第１のステップにおける低圧状態で積極的にそのパーティクルをチャンバ１０外に排出することができる。つまり、第２のステップのエッチングの間に第１のステップのエッチングを挿入することにより、チャンバ１０内に生じたパーティクルを定期的に排気することができる。
【００６５】
以上、本発明に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を実施例により説明したが、本発明に係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置は上記実施例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。また、上記実施例及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６６】
例えば、本発明においてプラズマエッチング処理を施される半導体基板は、上記実施形態にて説明に使用した炭化ケイ素（ＳｉＣ）の基板に限られず、例えば、ケイ素（Ｓｉ）の基板や、窒化ガリウム（ＧａＮ）の基板であってもよい。
【００６７】
また、半導体基板上にパターンニングされた、本発明で使用可能な金属マスクは、上記実施形態にて説明に使用したニッケル（Ｎｉ）マスクに限られず、アルミニウム（Ａｌ）マスクや、クロム（Ｃｒ）マスクであってもよい。
【００６８】
また、第１のステップ及び第２のステップにて使用されるエッチングガスは、上記実施形態にて説明に使用した六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスに限られず、フッ素含有ガスであればいずれのガスであってもよい。フッ素含有ガスの一例としては、四フッ化炭素（ＣＦ４）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスであってもよく、これらのフッ素系ガスの混合ガスであってもよい。なお、処理ガスとして、塩素（Ｃｌ２）ガス、臭化水素（ＨＢｒ）ガスを使用することもできる。
【００６９】
また、本発明に係るプラズマを発生させる手段としては、容量結合型プラズマ(ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)発生手段、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)発生手段、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）発生手段、ラジアルラインスロットアンテナ（Radial Line Slot Antenna）から生成したマイクロ波プラズマやＳＰＡ（Slot Plane Antenna）プラズマを含むマイクロ波励起表面波プラズマ発生手段、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron resonance Plasma）発生手段、上記発生手段を用いたリモートプラズマ発生手段等を用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：プラズマエッチング装置、１０：チャンバ、１５：ガス供給源、２０：下部電極（サセプタ）、２５：上部電極、３０：電力供給装置、３２：第１高周波電源、３４：第２高周波電源、６５：排気装置、１００：制御部、１１０：ＳｉＣ基板
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【図５】
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