(57)【要約】【課題】エッチング条件を最適化してエッチング開始から終了にわたって均一な面内分布を維持することができるプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】本発明に係るプラズマ処理方法においては、真空槽２１内に形成したプラズマを用いて表面にマスクパターンが形成された基板Ｗをエッチングする工程と、真空槽２１内に設置されたターゲット材３０をプラズマでスパッタして基板Ｗに形成されたエッチングパターンの側壁部に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。上記プラズマ処理方法は、基板Ｗに対するエッチング処理及び保護膜の形成処理を含むプラズマ処理の進行に応じて磁気中性線２５の半径を変化させることにより、プラズマ処理の開始から終了の間にわたって均一な面内分布を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に形成した環状の磁気中性線に沿って高周波電場を形成することで、前記真空槽内に導入したガスのプラズマを発生させ、
前記真空槽内で、前記プラズマを用いて表面にマスクパターンが形成された基板をエッチングし、
前記真空槽内に設置されたターゲット材を前記プラズマでスパッタすることで、前記基板に形成されたエッチングパターンの側壁部に保護膜を形成し、
前記基板に対するエッチング処理及び前記保護膜の形成処理を含むプラズマ処理の進行に応じて前記磁気中性線の半径を変化させる
プラズマ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
前記基板をエッチングする工程と前記保護膜を形成する工程は、交互に繰り返して実施され、
前記磁気中性線の半径を変化させる工程は、前記プラズマ処理の開始から終了までの間、前記磁気中性線の半径を段階的に変化させる
プラズマ処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
前記磁気中性線の半径を変化させる工程は、前記基板をエッチングする工程で実施される
プラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項２に記載のプラズマ処理方法であって、
前記磁気中性線の半径を変化させる工程は、前記保護膜を形成する工程で実施される
プラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、さらに、
前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記ガスの圧力を変化させる
プラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、
前記ガスは、２種以上の混合ガスであり、
前記プラズマ処理方法は、さらに、
前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記ガスの混合比を変化させる
プラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマ処理方法であって、さらに、
前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記高周波電場の強さを変化させる
プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の表面に高アスペクト比の孔やディープトレンチを形成するためのプラズマ処理方法に関し、更に詳しくは、エッチング開始から終了にわたって均一な面内分布を維持することができるプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板の表面の加工には、プラズマエッチング（ドライエッチング）方法が広く用いられている。室温における原子状（ラジカル）フッ素とシリコンの反応は自発的であり、比較的高いエッチングレートが得られることから、シリコン基板のエッチングでは、エッチングガスとしてＳＦ６、ＮＦ３、ＣＯＦ２、ＸｅＦ２等のフッ素を含むガスが多用されている。【０００３】
一方、フッ素を含むエッチングガスを用いたシリコン基板のドライエッチングは等方的であるため、形成されたエッチングパターン（凹部）の側壁部にもエッチングが進行する。このため、スルーホールやディープトレンチなどの微細でアスペクト比の高いビアを高精度に形成することが困難であった。【０００４】
そこで近年、エッチングパターンの側壁部に保護膜を形成しながら基板をエッチングすることで、エッチングの横方向の広がりを抑え、パターン側壁部の垂直性を維持できるシリコン基板の深掘り加工技術が提案されている。【０００５】
例えば特許文献１には、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返すことで、エッチングパターンの側壁部にポリマー層からなる保護膜を形成しながらエッチングする方法が開示されている。特に、保護膜の成膜として、基板に対向配置されたターゲット材に対するアルゴンガスを用いたスパッタ法が開示されている。【０００６】
保護膜形成工程でエッチングパターンの側壁部に形成されたポリマー層は、エッチングパターンの底部に形成されたポリマー層に比べて、エッチング工程において除去される量が少ないため、このパターン側壁部に形成されたポリマー層が保護膜として機能し、エッチング方向をパターンの深さ方向に制限する異方性エッチングが実現可能となる。【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２００６／００３９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、電子部品の小型化、精密化に伴って、シリコン基板の深掘り加工技術の高精度化が求められている。深掘り加工技術は一般に、エッチングパターンの深さに応じた最適なエッチング条件が存在する。また、基板表面の内周側と外周側とでは最適なエッチング条件が異なる。したがって、エッチング開始から終了までの間においてエッチング条件が一定の場合、基板表面を面内において均一にエッチングすることが困難であることから、精度の高いエッチングパターンが得られにくいという問題がある。【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、エッチング条件を最適化してエッチング開始から終了にわたって均一な面内分布を維持することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るプラズマ処理方法は、
真空槽内に形成した環状の磁気中性線に沿って高周波電場を形成することで、前記真空槽内に導入したガスのプラズマを発生させることを含む。前記真空槽内で、前記プラズマを用いて表面にマスクパターンが形成された基板は、エッチングされる。前記真空槽内に設置されたターゲット材を前記プラズマでスパッタすることで、前記基板に形成されたエッチングパターンの側壁部に保護膜が形成される。前記基板に対するエッチング処理及び前記保護膜の形成処理を含むプラズマ処理の進行に応じて、前記磁気中性線の半径が変化させられる。【００１１】
また、本発明の他の形態に係るプラズマエッチング方法は、
真空槽内に形成した環状の磁気中性線に沿って高周波電場を形成することで、前記真空槽内に導入したガスのプラズマを発生させ、
前記真空槽内で、前記プラズマを用いて表面にマスクパターンが形成された基板をエッチングし、
前記真空槽内に設置されたターゲット材を前記プラズマでスパッタして、前記基板に形成されたエッチングパターンの側壁部に保護膜を形成し、
前記基板に対するエッチングの進行に応じて前記磁気中性線の半径を変化させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係るプラズマ処理方法は、真空槽内に形成した環状の磁気中性線に沿って高周波電場を形成することで、前記真空槽内に導入したガスのプラズマを発生させることを含む。前記真空槽内で、前記プラズマを用いて表面にマスクパターンが形成された基板は、エッチングされる。前記真空槽内に設置されたターゲット材を前記プラズマでスパッタすることで、前記基板に形成されたエッチングパターンの側壁部に保護膜が形成される。前記基板に対するエッチング処理及び前記保護膜の形成処理を含むプラズマ処理の進行に応じて、前記磁気中性線の半径が変化させられる。【００１３】
上記プラズマ処理方法は、磁気中性線放電（ＮＬＤ：magnetic Neutral Loop Discharge）型のプラズマエッチング方法に適用される。磁気中性線放電は、真空槽内に形成された磁場ゼロの環状の磁気中性線に沿って高周波電場を印加することでプラズマを形成する技術である。磁気中性線は、例えば、真空槽の周囲に設置された複数本の磁気コイルによって形成することができ、これら磁気コイルに流す電流の大きさによって、磁気中性線の半径、位置等を任意に調整することが可能である。【００１４】
上記プラズマ処理方法においては、基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、磁気中性線の半径を調整することにより、真空槽内に発生するプラズマの密度分布を変化させるようにしている。「プラズマ処理の進行に応じて」には、「エッチングパターンの深さに応じて」、「エッチング工程又はスパッタ工程に応じて」などの意味が含まれる。また、「エッチングの進行に応じて」には、「エッチングパターンの深さに応じて」、「エッチング工程又はスパッタ工程に応じて」などの意味が含まれる。【００１５】
このように、プラズマ処理の進行に応じて変化するエッチングレートの面内分布に対応した最適なエッチング環境を得ることができるため、エッチングの開始から終了の間にわたって均一な面内分布を維持することが可能となる。【００１６】
そして、上記プラズマ処理方法では、前記基板をエッチングする工程と前記保護膜を形成する工程は、交互に繰り返して実施されてもよい。前記磁気中性線の半径を調整する工程は、前記プラズマ処理の開始から終了までの間、前記磁気中性線の半径を段階的に変化させる。【００１７】
このように、エッチング開始から終了までの間を複数の段階に区分し、各段階においてあらかじめ評価しておいた最適なプロセス条件に適合するように磁気中性線の半径を変化させることで、エッチング開始から終了までの間にわたり、面内均一性に優れたエッチングを行うことが可能となる。区分する段階数は特に限定されないが、段階数が多いほど高精度なエッチング加工を実現することができる。【００１８】
上記プラズマ処理方法において、前記磁気中性線の半径を変化させる工程は、前記基板をエッチングする工程で実施することができる。これにより、基板に対する面内均一性に優れたエッチング処理が可能となる。【００１９】
また、上記プラズマ処理方法において、前記磁気中性線の半径を変化させる工程は、前記保護膜を形成する工程で実施されてもよい。これにより、面内均一性に優れたエッチング保護膜の形成が可能となる。【００２０】
さらに、前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記真空槽内に導入するガスの圧力を変化させることができる。例えば、エッチングパターンが深くなるに従って、圧力を低くすることにより、パターン底部へのエッチャントの指向性を高めて、深さ方向への適正なエッチング処理を実現することが可能となる。この方法は、保護膜形成工程に対しても同様に適用可能である。【００２１】
さらに、前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記真空槽内に導入する混合ガスの混合比を変化させることができる。これにより、エッチングパターンの深さに適したエッチング処理が可能となる。この方法は、保護膜形成工程に対しても同様に適用可能である。【００２２】
さらに、前記基板に対するプラズマ処理の進行に応じて、前記高周波電場の強さを変化させることができる。これにより、プラズマ密度の制御が可能となるので、磁気中性線の半径制御と組み合わせてプラズマ形成条件の最適化を図ることができる。【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。【００２４】
図１は、本発明の実施形態によるプラズマ処理方法に適用されるプラズマエッチング装置２０の概略構成図である。図示するプラズマエッチング装置２０は、ＮＬＤ（磁気中性線放電：magnetic Neutral Loop Discharge）型のプラズマエッチング装置として構成されており、基板表面のエッチング機能と、基板表面のエッチングパターンの側壁部に保護膜を形成する機能とを兼ね備えている。【００２５】
図１において、２１は真空槽であり、内部にプラズマ形成空間２１ａを含む真空チャンバ（プラズマチャンバ）が形成されている。真空槽２１にはターボ分子ポンプ（ＴＭＰ：Turbo Molecular Pump）等の真空ポンプが接続され、真空槽２１の内部が所定の真空度に排気されている。【００２６】
プラズマ形成空間２１ａの周囲には、真空槽２１の一部を構成する筒状壁２２によって区画されている。筒状壁２２は石英等の透明絶縁材料で構成されている。筒状壁２２の外周側には、第１の高周波電源ＲＦ１に接続されたプラズマ発生用の高周波コイル（アンテナ）２３と、この高周波コイル２３の外周側に配置された三つの磁気コイル群２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）がそれぞれ配置されている。【００２７】
磁気コイル２４Ａと磁気コイル２４Ｃにはそれぞれ同一方向に電流が供給され、磁気コイル２４Ｂには他の磁気コイル２４Ａ，２４Ｃと逆方向に電流が供給される。その結果、プラズマ形成空間２１ａにおいて、磁場ゼロとなる磁気中性線２５が環状に連続して形成される。そして、高周波コイル２３により磁気中性線２５に沿った誘導電場（高周波電場）が形成されることで、放電プラズマが形成される。【００２８】
特に、ＮＬＤ方式のプラズマエッチング装置においては、磁気コイル２４Ａ〜２４Ｃに流す電流の大きさによって、磁気中性線２５の形成位置及び大きさ（半径）を調整することができる。すなわち、磁気コイル２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに流す電流をそれぞれＩＡ、ＩＢ、ＩＣとしたとき、ＩＡ＞ＩＣの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ｃ側へ下がり、逆に、ＩＡ＜ＩＣの場合は磁気中性線２５の形成位置は磁気コイル２４Ａ側へ上がる。また、中間の磁気コイル２４Ｂに流す電流ＩＢを大きくすると、磁気中性線２５のリング径は小さくなり、電流ＩＢを小さくすると、磁気中性線２５のリング径は大きくなる。さらに、電流ＩＢの大きさで、磁気中性線２５の磁場ゼロの位置での磁場勾配を制御することが可能であり、ＩＢを大きくするほど磁場勾配が緩やかになり、ＩＢを小さくするほど磁場勾配が急峻になる。これらの特性を利用することで、プラズマ密度分布の最適化を図ることができる。【００２９】
一方、真空槽２１の内部には、半導体ウエハ（シリコン（Ｓｉ）基板）Ｗを支持するステージ２６が設置されている。ステージ２６は、導電体を含む構成とされており、コンデンサ２７を介して第２の高周波電源ＲＦ２に接続されている。なお、ステージ２６には、基板Ｗを所定温度に加熱するためのヒータ等の加熱源が内蔵されている。【００３０】
プラズマ形成空間２１ａの上部には、天板２９が設置されている。天板２９は、ステージ２６の対向電極として構成されており、コンデンサ２８を介して第３の高周波電源ＲＦ３に接続されている。天板２９のプラズマ形成空間２１ａ側の面には、スパッタにより基板を成膜するためのターゲット材（スパッタリングターゲット）３０が取り付けられている。ターゲット材３２は、本実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が用いられているが、これ以外の合成樹脂材料、あるいは珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材、窒化珪素材等が適用可能である。【００３１】
天板２９の近傍には、真空槽２１の内部にプロセスガスを導入するためのガス導入管３１が設置されている。本実施形態において、プロセスガスは、エッチング工程用のガス、スパッタ工程用のガスが含まれる。【００３２】
エッチングガスとしては、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、ＸｅＦ２の少なくとも何れか一種又は不活性ガスとの混合ガスが用いられる。混合ガスとしては、ＳＦ６／Ａｒ、ＨＢｒ／ＳＦ６／Ｏ２などの２種以上のガスの混合ガスを用いることができる。本実施形態では、エッチングガスとして、ＳＦ６／Ａｒの混合ガスが用いられる。【００３３】
一方、スパッタ用のプロセスガスとしては、例えば、ＡｒやＮ２等の希ガスあるいは不活性ガスを用いることができる。本実施形態では、スパッタ用のプロセスガスとして、Ａｒが用いられる。【００３４】
本実施形態のプラズマエッチング装置２０においては、ステージ２６上に載置された基板Ｗに対してエッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返して行うことで、基板Ｗの表面に高アスペクト比の孔又はディープトレンチ等からなるビアを形成する。【００３５】
図２は、本実施形態のプラズマエッチング装置２０の一動作例を示すタイミングチャートである。図２Ａは、高周波コイル２３に供給される第１の高周波電源ＲＦ１の電力印加タイミング、図２Ｂは、ステージ２６に供給される第２の高周波電源ＲＦ２の電力印加タイミング、図２Ｃは、天板２９に供給される第３の高周波電源ＲＦ３の電力印加タイミング、図２Ｄは、真空槽２１の内部における圧力変化をそれぞれ示している。この例では、エッチング工程の処理圧力（プロセスガス導入量）は、保護膜形成工程のそれよりも高く設定されている。【００３６】
基板Ｗの表面にはあらかじめ、マスクパターンが形成されている。このマスクパターンには、有機レジストやメタルマスク等のエッチングマスクが含まれる。エッチング工程及び保護膜形成工程では、プラズマ形成空間２１ａに、磁気コイル群２４による環状磁気中性線２５が形成され、更に、第１の高周波電源ＲＦ１から高周波コイル２３への電力投入により、環状磁気中性線２５に沿って誘導結合プラズマが形成される。【００３７】
エッチング工程において、真空槽２１の内部に導入されたエッチングガス（ＳＦ６とＡｒの混合ガス）は、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化し、生成されたイオンとラジカルによりステージ２６上の基板Ｗをエッチング処理する。このとき、第２の高周波電源ＲＦ２からの電力投入で基板バイアスがＯＮとなり、イオンをステージ２６側へ加速させ、基板Ｗ上のラジカル生成物をスパッタ除去してエッチング性を高める。すなわち、フッ素ラジカルがシリコンと反応してラジカル生成物を形成し、これをプラズマ中のイオンによるスパッタ作用で除去することで、シリコン基板Ｗのエッチング処理が進行する。【００３８】
一方、エッチング処理を所定時間行った後、真空槽２１の内部に残留するエッチングガスが排気される。そして、保護膜形成用のプロセスガス（Ａｒ）が真空槽２１の内部に導入されることで保護膜形成工程が開始される。導入されたプロセスガスは、プラズマ形成空間２１ａでプラズマ化される。このとき、基板バイアス（ＲＦ２）はＯＦＦとなり、代わりに、第３の高周波電源（ＲＦ３）からの電力投入で天板バイアスがＯＮとなる。その結果、天板２９に設置されたターゲット材３０はプラズマ中のイオンによりスパッタされ、そのスパッタ物が基板Ｗの表面及び上述のエッチング工程で形成されたエッチングパターンに付着する。以上のようにして、エッチングパターンの底部及び側壁部に、保護膜として機能するポリマー層が形成される。【００３９】
ここで、ターゲット材３０から叩き出されたスパッタ粒子は、プラズマ形成空間２１ａに形成されているＮＬＤプラズマを通過して基板へ到達する。このとき、スパッタ粒子は、環状磁気中性線２５が形成される高密度プラズマ領域で分解、再励起されることにより、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）に類似する成膜形態で、基板の表面に対して等方的に入射する。したがって、本実施形態によって得られるエッチングパターンの段差被覆（保護膜）は、カバレッジ性が高く、面内均一性に優れる。【００４０】
なお、保護膜形成工程のプロセスガスとして、例えばＡｒとフロロカーボン系ガス（Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３等）の混合ガスを用いることで、プロセスガス中の反応ガスがプラズマ形成空間２１ａにおいてプラズマ化し、そのラジカル生成物が基板表面に堆積することによって、保護膜として機能するポリマー層を形成することが可能である。更に、プロセスガスとして上記混合ガスを用いることで、Ａｒガスのみをプロセスガスとして用いる場合に比べてスパッタレートの向上を図ることができる。【００４１】
保護膜形成工程を所定時間行った後、再び上述したエッチング工程が行われる。このエッチング工程の初期段階は、エッチングパターンの底部を被覆する保護膜の除去作用に費やされる。その後、保護膜の除去により露出したエッチングパターンの底部のエッチング処理が再開される。このとき、プラズマ中のイオンは、基板バイアス作用によって基板に対して垂直方向に入射する。このため、エッチングパターンの側壁部を被覆する保護膜に到達するイオンは、エッチングパターンの底部に到達するイオンに比べて少ない。したがって、エッチング工程の間、エッチングパターンの側壁部を被覆する保護膜は完全に除去されることなく残留する。これにより、エッチングパターンの側壁部とフッ素ラジカルとの接触が回避され、エッチングパターンの側壁部のエッチングによる侵食が回避される。【００４２】
以降、上述のエッチング工程と保護膜形成工程が交互に繰り返し行われることで、基板表面に対して垂直方向の異方性エッチングが実現される。以上のようにして、基板Ｗの内部に高アスペクト比のビア（コンタクトホール、トレンチ）が作製される。【００４３】
ところで、基板の表面をエッチング又はスパッタ成膜する際には、基板の表面に対するこれらのプラズマ処理の面内均一性の確保が重要である。このことは、基板のサイズが大型化するほど顕著となる。面内均一性は、真空槽内に形成されるプラズマの位置すなわち密度分布に強く依存する。磁気中性線放電（ＮＬＤ）は、磁気中性線の形成位置で高密度のプラズマが形成される。したがって、磁気中性線の半径を変化させることで、真空槽内に発生するプラズマの密度分布が可変となる。本実施形態においては、磁気中性線２５の半径は、磁気コイル群２４の中央の磁気コイル２４Ｂへ供給する電流の大きさによって調整することができる。【００４４】
また、プラズマの形成位置は、スパッタ条件やエッチング条件などによっても面内均一性に大きな影響を与える。その一例として、スパッタ条件、導入ガスの圧力、導入ガスの混合比、アンテナパワー（ＲＦ１）の各々に関するプラズマ形成位置と基板の面内均一性との関係を図３に示す。【００４５】
図３において、横軸の「ＮＬ電流値」は、磁気コイル群２４(図１)の中央の磁気コイル２４Ｂへ供給する電流の大きさを示している。この電流値が大きくなるほど磁気中性線２５の半径は小さくなり、電流値が小さくなるほど磁気中性線２５の半径は大きくなる。図中「スパッタ条件」は、ガス圧、ガス混合比、アンテナパワー（ＲＦ１）、天板バイアスパワー（ＲＦ３）などの各種パラメータが含まれている。なお、図３において「スパッタ条件」、「ガス圧」、「ガス混合比」、「アンテナパワー」はそれぞれ固定値であり、図３は、これらの固定値に対するＮＬ電流値と面内均一性との関係を示している。【００４６】
図３に示したように、スパッタ条件、ガス圧、ガス混合比、アンテナパワーなどは、面内均一性に大きな関連を有している。図示せずとも、エッチング条件に関しても同様である。したがって、スパッタ処理及びエッチング処理に際しては、所望の面内均一性を確保する観点から、最適なプラズマ分布密度を設定する必要がある。【００４７】
そこで、本実施形態においては、基板Ｗに対するエッチング（プラズマ処理）の進行に応じて、磁気中性線２５の半径を変化させるようにしている。例えば、基板中央部が周縁部に比べてエッチングレートが高い場合、環状磁気中性線の半径を大きくしてエッチングレートの面内均一性を向上させる。【００４８】
例えば、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、基板Ｗ上の一部のエッチングパターンＰ２，Ｐ３がこれらよりも外周側のエッチングパターンＰ１又は内周側のエッチングパターンＰ４よりもエッチングレートが速い場合、適宜のタイミングで磁気中性線２５の半径を変化させる。この場合、磁気中性線２５の半径を小さくしたり、大きくしたりすることで、パターンＰ１，Ｐ４のエッチングレートをパターンＰ２，Ｐ３のエッチングレートに合致させることができる。なお図４において、参照符号Ｍは、基板Ｗの表面に形成されたエッチング用のマスクパターンである。【００４９】
上述した方法は、１つのエッチング工程内で磁気中性線２５の半径を多段階に変化させる制御を採用してもよいし、スパッタ工程からエッチング工程へ切り換えられる毎に磁気中性線２５の半径を変化させる制御を採用してもよい。また、磁気中性線２５の半径の変化は、予め設定した半径の大きさで多段階に変化させる制御だけに限られず、予め設定した半径の大きさの範囲内で連続的に変化させる制御も含まれる。【００５０】
基板Ｗに対するエッチング（プラズマ処理）の進行に応じて磁気中性線２５の半径を変化させる他の制御例としては、エッチング工程とスパッタ工程とで磁気中性線の形成位置を変化させる制御が挙げられる。エッチング工程とスパッタ工程とで所望の面内均一性を確保できるプラズマ形成位置がそれぞれ異なる場合があるからである。この場合、エッチング工程及びスパッタ工程のそれぞれの磁気中性線の半径（ＮＬ電流値）の最適値を予め取得しておき、エッチング処理とスパッタ処理の切換時に、磁気中性線の半径をそれぞれの最適値に変化させる。これにより、エッチング処理時及びスパッタ処理時のそれぞれにおいて所望の面内均一性を確保することが可能となる。【００５１】
一方、エッチングパターンの深さに応じてエッチングレートの面内分布が変化することから、エッチングレートの面内分布に対応させて磁気中性線の半径を変化させることができる。これにより、エッチングパターンの深さに応じた、面内均一性に優れた最適なプラズマ分布密度を提供することが可能となる。また必要に応じて、磁気中性線の高さ位置や磁場勾配を変化させてもよい。【００５２】
このように、エッチング開始から終了までの間を複数の段階に区分し、各段階においてあらかじめ評価しておいた最適なプロセス条件に適合するように磁気中性線２５の半径を変化させることで、エッチング（プラズマ処理）開始から終了までの間にわたり、面内均一性に優れたエッチングを行うことが可能となる。区分する段階数は特に限定されないが、段階数が多いほど高精度なエッチング加工を実現することができる。【００５３】
上述したような磁気中性線２５の半径制御に加えて、さらに、以下に挙げるパラメータについても変化させることによって、エッチング面内均一性の向上を図ることが可能となる。【００５４】
（ガス圧）
エッチング（プラズマ処理）の開始から終了までの間にわたって、真空槽２１内へ導入するガスの圧力を段階的に変化させる。例えば、エッチング開始時は、ガス圧を比較的高めに設定し、エッチングの進行に応じてガス圧を低下させる制御を採用することができる。【００５５】
通常、シリコン基板の深掘りエッチングでは、エッチングパターンが深くなるに従い、パターンの開口部のエッチングも進行することから、パターン開口部の形状精度を維持することが困難となる。そこで、エッチングの進行に応じてガス圧を低下させることで、パターンの底部へ向かうイオンの指向性を強めて、基板垂直方向に向かうエッチング異方性を高めることができる。これにより、パターン開口部の形状精度に優れた深掘り加工を実現することが可能となる。【００５６】
なお、このガス圧制御は、エッチング工程及びスパッタ工程においてそれぞれ実施可能である。【００５７】
（ガス混合比）
エッチング（プラズマ処理）の開始から終了までの間にわたって、真空槽２１内へ導入するエッチングガス（ＳＦ６／Ａｒ）の混合比を変化させる。例えば、エッチングの進行に応じてエッチングガス中のＡｒ量を増加させる。【００５８】
シリコン基板の深掘りエッチングでは、比較的高いエッチングレートが得られることから、ＳＦ６などのフッ素系ガスがエッチングガスとして多用されている。しかし、フッ素系ガスによるシリコンのエッチングは等方性が強いため、パターンが深くなるに従って、パターン開口部の形状精度の劣化や、パターン底部へ到達するイオン量の低下が顕在化する。そこで、エッチングの進行に応じてガス中のＡｒ含有量を増加させることで、パターンの底部へ向かうイオンの量を増加させて所望のエッチングレートを確保するとともに、パターン開口部の形状精度の劣化を効果的に防止することが可能となる。【００５９】
（アンテナパワー）
エッチング（プラズマ処理）の開始から終了までの間にわたって、磁気中性線２５に沿って形成されるプラズマの強度をアンテナパワーの制御によって段階的に変化させる。【００６０】
上述のように、プラズマの分布密度は、基板の面内均一性に大きな影響を与える。プラズマの分布密度は、磁気中性線２５の半径の大きさだけでなく、プラズマを発生させるアンテナパワーすなわち高周波コイル２３へ印加する高周波電力（ＲＦ１）の大きさにも大きく関連する。したがって、磁気中性線２５の半径制御に加えて、アンテナパワーの大きさも適宜調整することによって、面内分布の均一性のさらなる向上を図ることができるとともに、面内均一制御を容易に実現することができる。【００６１】
アンテナパワーとエッチング種の量はほぼ比例関係にあることから、アンテナパワーを固定した場合、エッチングの進行に伴ってパターン開口部の侵食も顕在化する傾向にある。そこで、エッチングの進行に応じてアンテナパワーを低下させることにより、パターン開口部のエッチングダメージの低減を図りながら、パターン底部に対する所定のエッチング効果を維持することが可能となる。また、エッチングの進行に応じて、ステージ２６へ印加するバイアスパワー（ＲＦ２）を上昇させるようにすれば、パターンの底部へ到達するイオンの量が高まるため、エッチングレートの大幅な低下を回避することが可能となる。【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。【００６３】
例えば、エッチング（プラズマ処理）の進行に応じて段階的に変化させる制御パラメータは、上述したアンテナパワーや導入ガス圧、ガス混合比だけでなく、ステージ２６に印加するバイアス電力（ＲＦ２）や天板２９に印加するバイアス電力（ＲＦ３）にも適用することが可能である。例えば、前者の場合には、エッチングの進行に応じてバイアスパワー（ＲＦ２）を増加させる。これにより、パターン底部へのイオンの引き込み作用を高めて高いエッチングレートを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態において用いられるプラズマエッチング装置の概略構成図である。
【図２】図１に示したプラズマエッチング装置の動作例を説明するタイミングチャートである。
【図３】スパッタ条件などに対するプラズマ形成位置と基板面内均一性との関係の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るプラズマエッチング方法の動作の一例を模式的に示す要部の断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０  プラズマエッチング装置
２１  真空槽
２３  高周波コイル（アンテナ）
２４  磁気コイル群
２５  磁気中性線
２６  ステージ
２９  天板
３０  ターゲット材
３１  ガス導入管
Ｗ  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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