(57)【要約】【課題】既存のプラズマ技術のものを超えるアスペクト比およびプロセス速度を達成する。【解決手段】プラズマを用いて基板をエッチングするための方法およびデバイスにおいて、プラズマは、プラズマ源（１）の陰極と陽極の間の少なくとも１枚の縦列伝導板系のチャネル内で、これらのプラズマ源の陰極と陽極の間で実質的に大気常態値以下の圧力で生成され加速される。前記プラズマは前記プラズマ源から処理チャンバ（２）へと放出され、その内部で前記基板（９）が前記プラズマに曝露される。処理チャンバは、作業中真空に近い低圧に維持される。この曝露中前記基板と前記プラズマの間に、交流バイアス電圧が印加される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて基板をエッチングするための方法であって、プラズマが、プラズマ源の陰極と陽極の間で実質的に大気常態値以下の圧力で少なくとも１つの縦列伝導板系の少なくとも１本のチャネル内で前記陰極と陽極の間で生成され加速され、前記プラズマは、狭窄した通路開口部を通して少なくとも１つのプラズマ源から処理チャンバまで放出され、前記基板は、前記処理チャンバが真空に近い低圧に維持されている一方で、前記処理チャンバ内で前記プラズマを用いてエッチング剤に曝露されており、前記曝露中前記基板と前記プラズマの間に負の交流バイアス電圧が印加される、方法。
【請求項２】
少なくとも前記バイアス電圧の印加時点で前記基板が、特に前記基板と接地電位の間にコンデンサを接続することによって直流電流に対し遮蔽されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板と前記プラズマの間に振動バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
およそ１００ｋＨｚ〜１００ＭＨＺの間の周波数および５００Ｖ以下、特におよそ１０〜２５０Ｖの間の振幅を有する高周波交流バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
特に前記基板と接地電位の間にコンデンサを接続することによって前記基板が直流電流に対して電気的に遮蔽されている一方で、前記基板と前記プラズマの間にパルスバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記基板が半導体基板、特にシリコン基板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方法。
【請求項７】
エッチングマスクを使用して前記プラズマを用いて前記基板内に局所的にくぼみをエッチングすることを目的とし、第１の活性作用物質と第２の活性作用物質が交互にプラズマ内に導入され、前記第１の作用物質は基板をエッチングすることができ、前記第２の作用物質は前記プラズマ内の前記第１の作用物質に対し部分的耐性をもつ保護層を前記基板上に作り上げることができることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
バイアス電圧が前記第１の作用物質の導入中ならびに前記第２の作用物質の導入中に印加されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板がシリコン基板を含むこと、フッ素含有化合物、特に六フッ化硫黄（ＳＦ６）が前記第１の作用物質として適用されること、そしてフッ化炭素化合物、特にＣ４Ｆ８が前記第２の作用物質として適用されることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
作業中、前記基板が５０℃未満の基板温度、特に−５０℃〜５０℃の間の温度に維持されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
−３０〜−５０ボルトの間の範囲内、特に−４０ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第１の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
特に−１５０〜−１７０ボルトの間の範囲内、より詳細には−１６０ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第２の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の作用物質が、約５〜７．５立法センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の流速で前記プラズマ内に導入されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
５０〜７５立法センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の間そして好ましくは５０ｓｃｃｓ前後の流速で前記プラズマ源に補給される特にアルゴンなどの不活性ガスである不活性キャリヤ流体を用いて前記プラズマが生成されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１および第２の作用物質が交番する時間的間隔の間導入され、前記第１の作用物質の導入のための第１の時間的間隔が約６〜１０秒の間であり、前記第２の作用物質の導入のための第２の時間的間隔が約４〜６秒の間であることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
作業中、前記基板において約２６〜４０Ｐａの間、特に約４０Ｐａの圧力が維持されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記プラズマおよびエッチングマスクを用いて前記基板内で局所的にくぼみをエッチングすることを目的とし、第１の活性作用物質と第２の活性作用物質が同時にプラズマ内に導入され、前記第１の作用物質は基板をエッチングすることができ、前記第２の作用物質は前記プラズマ内の前記第１の作用物質に対し部分的耐性をもつ保護層を前記基板上に作り上げることができることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板がシリコン基板を含むこと、フッ素含有化合物、特にフッ素（ＳＦ６）が前記第１の作用物質として適用されること、そして特に酸素といった酸化剤が前記第２の作用物質として適用されること、ならびに作業中前記基板が低温に維持されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
作業中、前記基板が−１００〜−１４０℃の間の範囲内、特に約−１２０℃の温度に維持されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
−７０〜−１００ボルトの間の範囲内、特に−７３ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第１および第２の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１および第２の作用物質の導入中に、前記基板と前記プラズマの間に−１３４ボルト前後のパルスバイアス電圧が適用されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１および第２の作用物質がそれぞれ約４および約１立法センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の流速で前記プラズマ内に導入されることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記プラズマが不活性キャリヤ流体、特にアルゴンのような不活性ガスを用いて生成されること、およびキャリヤガスが５０〜７５立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）前後の流速で前記プラズマ源に補給されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
作業中、前記基板において約２５〜５０Ｐａの圧力が維持されることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
陰極と陽極の間に少なくとも１つの実質的に直線のプラズマチャネルを含む、少なくとも１本の縦列伝導板系により分離されたこれらの陰極および陽極を有する少なくとも１つのプラズマ発生用プラズマ源、前記プラズマを放出するため前記少なくとも１つのプラズマチャネルと開放連絡状態にある狭窄した放出開口部、前記放出開口部から前記プラズマを受取るための処理チャンバ、および少なくとも作業中前記基板を保持するための前記処理チャンバ内の基板ホルダを含む、プラズマを用いて基板をエッチングするためのデバイスであって、前記基板ホルダが前記基板ホルダと前記プラズマの間に交流バイアス電圧を印加することのできる電圧源に接続されている、デバイス。
【請求項２６】
前記電圧源が、適切な高周波数で振動またはパルス交流バイアス電圧を生成することができ、その目的で考案されていることを特徴とする請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記基板ホルダが加工チャンバとの関係においてＤＣ（直流）遮蔽されていること、特に前期基板ホルダと接地電位の間にコンデンサが接続されていることを特徴とする請求項２５または２６に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記基板ホルダには温度制御手段が具備されていることを特徴とする請求項２５、２６または２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記温度制御手段が加熱手段および冷却手段を含むことを特徴とする請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記加熱手段が電熱器を含むこと、および前記冷却手段が、液化ガス特に液体窒素のための少なくとも１つのダクトを含むことを特徴とする請求項２９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板をエッチングするための方法において、プラズマ源を用いてプラズマを生成し、前記プラズマを用いて前記基板をエッチング剤に付す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理および化学においては、プラズマは標準的にイオン化気体であり、標準的に固体、液体および気体と対比して全く異なる物質の相であるとみなされている。「イオン化（された）」というのは、少なくとも１つの電子が前記気体の一定割合の原子または分子から解離されたことを意味する。自由電荷はプラズマに電気伝導性を付与し、かくしてそれが電磁場に対し強く応答するようにする。同じ自由電荷は同様にプラズマを化学的にきわめて反応性の高いものにもする。その結果として、他の方法では事実上不可能であるかまたは著しく低い反応速度を有すると思われる特定の処理を基板に対して実施することが可能である。このため、例えば半導体デバイスおよび太陽電池の製造向けの半導体技術などにおいて増々プラズマ加工に対する関心が高まってきている。反応性プラズマを用いて、非常に高水準の精度、詳細および制御で化合物を被着させ基板表面を酸化、エッチング、テクスチャ加工またはその他の形で修正することができ、このことが、今日の半導体技術および関連する技術分野においてプラズマ加工が獲得してきた意義を説明している。
【０００３】
従来のプロセスは、ＲＦプラズマを使用している。一般に、２つの異なるＲＦプラズマ構成すなわち容量結合ＲＦプラズマおよび誘導結合ＲＦプラズマが存在する。容量結合プラズマ系は、電力がプラズマ内に容量的に結合されている系である。かかる系の標準的構成の一例が図１Ａに示されている。プラズマは、一方が大地にあり他方がＲＦ電源により駆動されている２つの平坦電極の間に封じ込められている。一方誘導結合プラズマ系においてはコイルが、通常石英である誘電体窓を通してプラズマ内にＲＦ電力を結合させている。平坦なコイルをもつ誘導結合プラズマ系の構成は、図１Ｂに示されている。両方の場合において、プロセス圧力は、セットアップの開放構成に起因して多かれ少なかれプラズマ源の圧力に等しい。標準的には、これらの一般的プラズマ系の作動条件およびプラズマパラメータは以下の通りである：
【０００４】
［表１］
容量性ＲＦプラズマ      誘導性ＲＦプラズマ
プラズマ源圧力  ：  １〜２００              ０．１〜１０            Ｐａ
電力            ：  ５０〜２０００          １００〜５０００        Ｗ
気体流          ：  ０．１〜５              ０．１〜５              ｓｃｃｓ
周波数          ：  ０．０５〜１３．５６    １３．５６〜２４５０    ＭＨｚ
イオン化度      ：  ０．００１〜１          ０．１〜１００          ０／００
プロセス圧力    ：  １〜２００              ０．１〜１０            Ｐａ
プロセス電子密度：  １０１５〜１０１６      １０１６〜１０１８      ｍ−３
プロセス電子温度：  １〜５                  ２〜７                  ｅＶ
【０００５】
半導体デバイスにおいては寸法がつねに縮小され続けていることから、つねにより精度の高いプロセスを使用することが求められている。現在のリソグラフ技術は、超サブミクロン範囲内にあり、半導体プロセス中に用いられるその他の技術もこの傾向に追従する必要がある。この点における１つの重要な側面はエッチングである。特に高い記録密度を達成するためには、精度を上げて無駄になる表面積を最小限するように急勾配で好ましくは垂直な壁を伴って、基板表面にあるいわゆるビア、トレンチおよびその他のくぼみをエッチングする必要がある。このためには、エッチング技術は、湿式エッチングなどの等方性エッチング技術とは反対にきわめて異方性のものであることが必要である。しかしながら上述の一般的プラズマ技術は、制限された異方性しか提供せず、このことはフィーチャサイズを縮小する上での障壁となる。これとは別に、一般的なプラズマ技術は、イオン化度およびフラックスが比較的低く、結果としてプロセス速度が遅くなるという問題をかかえており、このためにこれらの技術は商業的魅力に欠けるものとなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、既存のプラズマ技術のものを超えるアスペクト比およびプロセス速度を達成できるように、有意なプラズマ密度と共に改善された精度および可制御性を提供するプラズマを用いて基板を局所エッチングするための方法およびデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明は、プラズマを用いて基板をエッチングするための方法において、プラズマが、プラズマ源の陰極と陽極の間で実質的に大気常態値以下の圧力で少なくとも１つの縦列伝導板系の少なくとも１本のチャネル内で前記陰極と陽極の間で生成され加速され、前記プラズマは、狭窄した通路開口部を通して少なくとも１つのプラズマ源から処理チャンバまで放出され、前記基板は、前記処理チャンバが真空に近い低圧に維持されている一方で、前記処理チャンバ内で前記プラズマを用いてエッチング剤に曝露されており、前記曝露中前記基板と前記プラズマの間に負の交流バイアス電圧が印加される方法を提供している。
【０００８】
本発明に従うと、プラズマは、作動中少なくとも１つの縦列板系を通して陰極と陽極の間で引き出される縦列アークを用いて生成される。直流電流が陰極と陽極の間で引き出される。生成されたプラズマはプラズマ源を離れ、基板まで流れる。縦列アークの中心コア内の圧力は比較的高く（大気常態値以下）、プラズマ生成を非常に効率的にしている。イオン化度は標準的に５〜１０％以下であってよい。この高い密度できわめてイオン度の高いプラズマが処理チャンバ内に注入され、基板に向かって膨張する。膨張するプラズマの速度が高いことから、イオン化度は固定して閉ざされ、一方圧力は、大部分のエッチングプロセスにとって必要である真空に近いプロセス圧力に到達する。本発明に従った方法において使用されるプラズマ源の標準的なプラズマ特性は以下の通りである：
【０００９】
［表２］
プラズマ源圧力  ：  １０〜２００          ｋＰａ
電力            ：  １０００〜５０００    Ｗ
気体流          ：  １０〜１００          ｓｃｃｓ
イオン化度      ：  ０．１〜１００        ０／００
プロセス圧力    ：  １〜１００            Ｐａ
プロセス電子密度：  １０１６〜１０１９    ｍ−３
プロセス電子温度：  ０．３                ｅＶ
【００１０】
本発明人らは、さらなる重要なパラメータが電子の温度であることを認識した。特定のプラズマ源が使用された結果もたらされる本発明に従ったプラズマの適度の電子温度は、イオンおよびラジカルの反応速度を精確かつ比較的容易に制御できるようにする。したがって、基板表面近くの動的プラズマ特性は、イオン／ラジカルのエネルギーおよび方向のように、適切なバイアス電圧を印加することによって精確に調整可能である。有利には、基板内のくぼみの特定的な異方性を有する局所エッチングのためにこれを使用することができる。
【００１１】
例えば異方性プラズマエッチングのためには、基板に対し直角なイオン衝撃が必要とされる。これは、プラズマに比べて負のバイアス電位を基板に適用することによって誘導され得る。かかる負のバイアス電位は、正に帯電したイオンを基板に向かって加速させる。基板に適用された交番電位は、電位の正負記号に応じて電子またはイオンをひきつける。この電位を高い周波数（ＭＨｚ）で交番させて、光ひいては相対的に重く低速のイオンに比べてきわめて可動性の高いイオンは、基板に対する電子の時間平均フラックスがイオンの時間平均フラックスに等しくなくてはならないことから、基板において時間平均負電位を作り上げる。その結果として、プラズマと負にバイアスした基板の間にプラズマシース層が形成される。シース層に入るイオンは、負にバイアスされた基板まで加速され、これがイオン衝撃を結果としてもたらす。
【００１２】
それでも、交番バイアス信号の時間平均電流は少なくとも実質的にゼロであり、かくして基板を通していかなる正味電流も引き出されず、そうでなければこれは前記基板内にすでに具備された電気的または機械的フィーチャに損傷を与える可能性がある。バイアス電圧は、適当な形で適当な供給源を用いて外部的に誘導される。このような損害から基板をさらに一層保護するために、本発明に従った方法の好ましい実施形態は、少なくとも前記バイアス電圧の印加時点で前記基板が、特に前記基板と接地電位の間にコンデンサを接続することによって直流電流に対し遮蔽されることを特徴とする。この遮蔽は、直流電流が基板を通して引き出されるのを妨げ、そうでなければ前記基板内にすでに具備された繊細な構造が損傷を受ける可能性がある。その上、容量結合基板はバイアス電圧の微調整を可能にする。バイアス電圧は、正味電流がゼロに維持されることから、プラズマ内の比較的高速の電子と比較的低速のイオン／ラジカルの間には可動性の差が直接的かつ必然的に生まれ、したがってこれを厳密に制御し調整することが可能となる。さらに、前記基板に結合されたコンデンサが発生させる電荷平準化に起因して、伝導性のない基板の意図せぬ帯電がこのコンデンサにより防止される。
【００１３】
本発明に従った方法の第１の具体的な実施形態は、振動バイアス電圧が前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴としている。非常に高い周波数で、イオンはシース層を横断するのに数多くの振動周期を必要とし、その結果、時間平均磁場のまわりに密接にイオンエネルギーが存在することになる。比較的低い無線周波数では、イオンがシース層を横断するのに必要とする時間は振動周期に比べて短かい。したがって、イオンの最終エネルギーは、イオンがシースに入った時点に応じて変動する。シース電圧が高い時にシースに入るイオンは、シース電圧が低い時にシースに入るイオンよりも多くのエネルギーを獲得する。この結果、広い２峰性のイオンエネルギー分布関数（ＩＥＤＦ）がもたらされ、これは図２の右側に概略的に示されており、図の左側には適用されたバイアス電位（Ｖ）が示されている。ＩＥＤＦは、単峰性のＩＥＤＦに至るまで、図２中破線のＩＥＤＦにより示されている増大した周波数において狭まっている。
【００１４】
イオンがシース層を横断するのに必要とされる時間は、通過時間と呼ばれる。イオンの通過時間は、以下の式から求められる。
【数１】
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式中、ｓは時間平均シース厚みであり、Ｍｉｏｎはイオン質量、Ｖｓはシース層内の平均電位降下すなわち、図２にＶｄｃで記されているバイアス振動中の基板電位とプラズマの間の平均である。広い２峰性の領域はここで、τｒｆをバイアスサイクルの周期長としてβ＝τｉｏｎ／τｒｆ≪１と定義づけすることができ、一方ＩＥＤＦは、β＝τｉｏｎ／τｒｆ≫１である場合に狭くなる。
【００１５】
比較的狭いＩＥＤＦを得るために、本発明に従った方法のさらなる具体的な実施形態は、およそ１００ｋＨｚ〜１００ＭＨＺの間の周波数および５００Ｖ以下、特におよそ１０〜２５０Ｖの間の振幅を有する高周波交流バイアス電圧が印加されることを特徴とする。例えば、約１３．５ＭＨｚの振動周波数が用いられバイアス電圧が１０〜２５０Ｖの範囲内にある場合、シース層厚みは標準的におよそ１０分の数ミリメートル〜数ミリメートルとなり、これはプラズマの所望の指向性挙動を達成するのに充分小さいものであると思われる。
【００１６】
図２に示されているように、振動バイアス電圧により誘導されたＩＥＤＦは完全に単峰性ではない。適用された周波数に応じて、狭いまたはさらに広く２峰性となっているＩＥＤＦが得られる。ＩＥＤＦは、非常に高い周波数でのみほぼ単峰性となる。本発明に従った方法において使用される膨張する熱プラズマといったような高密度プラズマについては、ほぼ単峰性のＩＥＤＦを達成するのに必要な周波数は、３０ＭＨｚよりもはるかに高く、これは非実用的である。この欠点に対する解決法は、特に前記基板と接地電位の間にコンデンサを接続することによって前記基板が直流電流に対して電気的に遮蔽されている一方で、前記基板と前記プラズマの間にパルスバイアス電圧が印加されることを特徴とする本発明に従った方法の好ましい実施形態によって提供される。この場合、適用される波形は、基板上の電位がほとんど恒常となるように操作された。基板におけるパルス電位および結果としてのイオンエネルギーの概略図が図３に示されている。
【００１７】
振動バイアス電圧の場合と全く同様に、時間平均電流はゼロであり、これはイオンの時間平均フラックスが時間平均電子フラックスと等しくなければならないということを意味する。これを達成するためには、プラズマとの関係において負の全体的基板電位にもかかわらず非常に可動性の高い電子を一瞬にして収集し、正に帯電したイオンをひきつけるよう、経時的に比較的短い正のパルスが適用される。作業中、基板は、バイアス電圧のＤＣ成分を遮断するため、特に基板と接地電位の間にコンデンサを接続することによって、ＤＣ遮蔽される。イオン電流はコンデンサを充電するが、ゆっくりと下方傾斜することによって、電圧はコンデンサ全体にわたる電位差の増加を補償する。コンデンサの荷電容量は傾斜量と共に、使用可能な最低周波数を決定する。本発明に従った方法のこの実施形態において使用される周波数は、わずか数百ｋＨｚの範囲内にあり得る。シリコンエッチングプロセスにおいて、本発明人らは、このようなパルスバイアス電圧がさらにシリコンダイオード上のシリコンのエッチングプラズマのエッチング選択性を改善することを認識した。
【００１８】
本発明はさらに、プラズマを用いて基板をエッチングするためのデバイスにも関する。本発明に従うと、かかるデバイスは、陰極と陽極の間に少なくとも１つの実質的に直線のプラズマチャネルを含む、少なくとも１本の縦列伝導板系により分離されたこれらの陰極および陽極を有する少なくとも１つのプラズマ発生用プラズマ源、前記プラズマを放出するため前記少なくとも１つのプラズマチャネルと開放連絡状態にある狭窄した放出開口部、前記放出開口部から前記プラズマを受取るための処理チャンバ、および少なくとも作業中前記基板を保持するための前記処理チャンバ内の基板ホルダを含み、ここで前記基板ホルダが前記基板ホルダと前記プラズマの間に交流バイアス電圧を印加することのできる電圧源に接続されていることを特徴としている。
【００１９】
本発明について、ここで、一定数の典型的実施形態および図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】プラズマを用いて基板をエッチングするための従来のデバイスのプラズマ源の概略図を示す。
【図１Ｂ】プラズマを用いて基板をエッチングするための従来のデバイスのプラズマ源の概略図を示す。
【図２】振動ＲＦバイアス電位（左）および結果としての２峰性のイオンエネルギー（右）の概略図を示す。
【図３】パルスバイアス電位（左）および結果としての単峰性のイオンエネルギー（右）の概略図を示す。
【図４】本発明に従ったプラズマを用いて基板をエッチングするためのデバイスの具体的実施例のプラズマ源の概略図を示す。
【図５】図４のプラズマ源を内蔵する、プラズマを用いて基板をエッチングするための本発明に従ったデバイスの具体的な実施例の概略図を示す。
【図６】本発明に従った方法の第１の実施形態の概略図である。
【図７】図６の方法を応用する本発明に従ったデバイスのセットアップの概略図である。
【図８】図６の方法の間に適用される通りのバイアスパルシングスキームである。
【図９】図６の方法を用いて異なる温度でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１０】図６の方法を用いて異なる温度でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１１】それぞれ図６の方法のパッシベーションステップ中のＲＦバイアス電圧の印加を伴うおよび伴わない空孔のＳＥＭ写真である。
【図１２】図６の方法を用いて異なるフッ素流速でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１３】図６の方法を用いて異なるアルゴン流速でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１４】図６の方法を用いて異なるアルゴン−フッ素流速比でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１５】図６の方法を用いて１サイクルあたりの異なるエッチング時間でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１６】図６の方法を用いて１サイクルあたりの異なるパッシベーショ時間でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１７】図６の方法を用いて異なる圧力でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図１８】本発明に従った方法の第２の実施形態の概略図である。
【図１９】図１８の方法を用いて異なる温度でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図２０Ａ】図１８の方法を用いて異なる振動ＲＦバイアス電圧で−１２０℃でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図２０Ｂ】図１８の方法を用いて異なる振動ＲＦバイアス電圧で−８０℃でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図２１】図１８の方法を用いて異なるパルスバイアス電圧でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図２２】図１８の方法を用いて恒常なＯ２流量で異なるＳＦ６流速でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【図２３】図１８の方法を用いて異なる前駆物質およびキャリヤガス流速でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。そして
【図２４】図１８の方法を用いて異なる圧力でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これらの図面は純粋に概略的なものであり原寸に比例して描かれていないという点に留意されたい。特に一部の寸法は、特定のフィーチャをより明確に表現する目的で多少なりとも誇張されている可能性もある。対応するフィーチャには図面全体を通して同じ参照符号が付されている。
【００２２】
本発明に従うと、図４に示されているようなタイプの縦列アークプラズマ源を用いてプラズマが生成される。高出力直流電流が、１つ以上の縦列板のシステムを通ってプラズマ源の陰極と陽極の間で引き出され、プラズマアーク３を生成する。プラズマアーク３はこの例ではアルゴンであるキャリヤガス内で作り出され、このガスは入口８を介してプラズマ源内に補給され、陰極から陽極まで流れる。キャリヤガスは、１０分の数ｓｃｃｓ（立方センチメートル毎秒）の比較的高い流速で注入される。この高い流速のため、プラズマ源１内の圧力は比較的高く（大気常態値以下）、標準的には約１０〜２００ｋＰａであり、こうして非常に効率良くプラズマが発生する。イオン化度は５〜１０％以下であり得、これは、従来のＲＦプラズマと比べ非常に高いものである。この高密度のプラズマは低圧チャンバ内へと向かって膨張し（図５参照）、したがって以下では、容量または誘導ＲＦプラズマ源を用いて生成されたより従来型のＲＦプラズマと区別するためこれを膨張熱プラズマ（ＥＴＰ）と呼ぶ。膨張プラズマの高い速度のため、ほとんどのエッチングプロセスに必要とされる通り、圧力が低くなる一方でイオン化度は固定される。
【００２３】
膨張熱プラズマ（ＥＴＰ）で基板をエッチングするための本発明に従ったデバイスの実施形態の概略的図面が図５に示されている。このデバイスは、図４に描かれている通りの少なくとも１つの高圧プラズマ源１および、プラズマ源から漏出するプラズマジェット４が内部に向かって膨張する標準的に１２５リットルの容積をもつ低圧反応装置チャンバ２を含む。反応装置チャンバ内では、約１０〜１００Ｐａのプロセス圧力がゲートバルブ６により制御されるルートポンプ５を用いて維持される。ルートポンプの容量は、容器のポンプ孔において約１５００ｍ３／時である。５０ｓｃｃｓの気体流量では、ポンプは反応装置チャンバ内で２０Ｐａの圧力すなわち真空に近い圧力に達し得る。これは、反応装置内の気体粒子の平均滞留時間が約０．５秒であることを意味する。気体流量が無い場合、ルートポンプはほぼ真空の圧力に達する。反応装置がスタンバイモードにある場合、約１０−４Ｐａの圧力に達するようにターボポンプが使用される。
【００２４】
プラズマ源は、狭窄した放出開口部を通ってプラズマを放出する。この放出開口部の数センチ後方で、プラズマジェット４のまわりに具備されているリング７を用いてプラズマの中に前駆物質またはエッチングガスを注入することができる。前駆物質またはエッチングガスは、反応装置チャンバ内でアルゴンイオンと反応する。電荷移動および解離性再結合反応が、前駆物質ガスから反応種を生成する。さらに下流側では、反応種は、アルミニウムまたは銅の機械的チャックを含む基本ホルダ１０上に設置されている基板９を打撃する。加熱要素１１およびチャック１０を通して液体窒素を搬送するダクト１２を用いて、基板の温度を制御することが可能である。
【００２５】
ＤＣ電流に対して基板９を電気的に遮蔽するため、通常は処理チャンバ２のステンレス鋼壁に適用されるコンデンサがチャック１０と接地電位の間に接続される。基板９はＤＣ絶縁されていることから、バイアス電力を安全に基板に適用することができる。基板ホルダ１０と反応装置壁の間には、外部交流バイアス電圧源（図示せず）が接続されて、本発明にしたがって基板９上に適切な交流バイアス電圧を誘発する。
【００２６】
交換上便利であるように、基板９は、チャック１０に機械的に狭持された基板キャリヤ（図示せず）の上に具備されている。チャックと基板キャリヤの間のヘリウムガス流または熱伝導性ペーストがこれら２つの部材の間の熱伝導を増強する。基板９が載った基板キャリヤは、ロードロックチャンバ１３を介して反応装置内にすばやく装入および取出し可能である。
【００２７】
図４および５のデバイスは、基板中に高いアスペクト比をもつすなわち急勾配のほぼ垂直な側壁をもつ深い空孔、トレンチまたはその他のくぼみを局所的に作り出すために使用できる。このため、リング７を介してプラズマにエッチング液が供給される。プラズマを用いて基板内にくぼみを局所的にエッチングするための方法において高い異方性エッチング挙動を達成するべく、本発明に従った方法の第１の実施形態は、第１の活性作用物質と第２の活性作用物質が交互にプラズマ内に導入され、第１の作用物質は基板をエッチングすることができ、第２の作用物質は前記プラズマ内の前記第１の作用物質に対し部分的耐性をもつ保護層を前記基板上に作り上げることができることを特徴とする。したがって本発明に従った方法のこの第１の実施形態は、交番するエッチングステップとパッシベーションステップを含む。
【実施例】
【００２８】
本発明に従った方法のこの第１の実施形態の具体的な例について以下で説明する。この実施例においては、シリコン基板上でそれぞれ第１および第２の作用物質として六フッ化硫黄（ＳＦ６）とフルオロブタン（Ｃ４Ｆ８）が使用されている。エッチングステップの間に、ＳＦ６プラズマ中のシリコンとフッ素のエッチング化学反応の結果として、大量の等方性エッチングが存在する可能性がある。しかしながら、エッチングステップが過度に高い側方エッチング度に達する前に、これはパッシベーションステップによって中断される。
【００２９】
パッシベーションステップの間、Ｃ４Ｆ８プラズマは、シリコンをフッ素から保護しているポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）様のフッ化炭素重合体をシリコンの表面上に被着させる。その後のエッチングステップ中、基板表面に対して直角であるプラズマによるイオン衝撃は空孔の底で重合体層をエッチングしており、引き続きこの垂直方向にシリコンエッチングが進行する。両方のエッチング機序（重合体およびシリコンエッチング）共、エッチングステップの間に起こる。
【００３０】
４つのサイクルに対応するこのプロセスの最初の８つのステップは、図６で概略的に示されている。基本的に１サイクルあたり２ステップの機序の反復のように見えるが、実際には３ステップの機序の反復である。これら３つの機序は以下の通りである。
１．ＳＦ６プラズマ中の異方性フッ化炭素重合体エッチング；
２．同じＳＦ６プラズマ中の等方性シリコンエッチング；
３．Ｃ４Ｆ８プラズマ中のフッ化炭素重合体被着。
【００３１】
本発明に従ったデバイスを用いて図６のプロセスを実施するための具体的なセットアップが図７に描かれている。
【００３２】
この系は、それぞれ第１および第２の作用物質について２つの供給物により膨張させられた。第１の供給物２１はＳＦ６を担持し、一方第２の供給物２２はＣ４Ｆ８を処理チャンバに補給するのに使用される。適切な気体流量制御システムとしては、高速応答型質量流量コントローラ２２、２３、質量流量コントローラとプロセスチャンバ内のリング７との間の短い気体ライン２４および自動運転システム（ソフトウェア）が具備される。基板の温度は、作動中、図５を参考にして記述されている温度制御手段１１、１２を用いて制御し一定に保つことができる。
【００３３】
基板温度に応じた１５分間のエッチングについてのエッチング結果は図９に示されている。この図は、異なる温度でのエッチング済み空孔のＳＥＭ写真を示す。空孔の直径は、１枚目とそれ以外のＳＥＭ写真においてそれぞれ５０μｍおよび３０μｍである。温度はチャック内で測定されている。基板レベルでの実際の温度は、わずかに高いものであり得る。最高のエッチング速度は５０℃で達成され、約６．５μｍ／分である。−３２ボルトで約２０Ｗという同じバイアス電力における２５℃と０℃というさらに低い温度は結果としてそれぞれ約５．８μｍ／分および２．７μｍ／分というより低いエッチング速度をもたらすが、側方エッチングも−５０℃で実質的に全くなくなるまで減少する。０℃では、空孔の低部はかなり粗く、これは、エッチングおよびパッシベーション中約−１１６ボルトのバイアス電圧で実現される−５０℃で実証された通りのバイアス電力および電圧の増大によって回避することができる。−５０℃の試料はさらに、５０℃で観察された最大エッチング速度よりもわずかだけ低いものである約５．９μｍ／分という高いエッチング速度を、バイアス電力増強の結果として示す。７５℃の試料は、望ましくない側方エッチングの増強を示す。７５℃でのエッチング速度は５０℃のものに比べ約０．２ｍ／分低いが、側方エッチングを考慮に入れると、エッチングされた体積は３０％だけ増大している。以上のことから、本発明に従ったこの第１の方法の好ましい実施形態は、作業中、基板が５０℃未満、好ましくは−５０℃〜５０℃の間の基板温度に維持されることを特徴とする。
【００３４】
図８は、基板とプラズマの間に交番バイアス電圧を印加するための標準的なパルススキームを示す。バイアス電力は、エッチングステップにおいてのみ適用され、後続するパッシベーションステップ中は除去される。バイアス電圧に応じたエッチング結果が図１０に示されている。この図は、１５分という合計エッチング時間の間の異なるＲＦバイアス電圧でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真を提示している。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。エッチング速度は、それぞれ−１８Ｖ、−３０Ｖ、−４１Ｖおよび６７Ｖのバイアス電圧で１５分間のエッチングについておよそ５．２、６．３、６．８、および６．５μｍ／分である。達成される最高エッチング速度は、−４１Ｖのバイアス電圧で６．８μｍ／分である。−１８Ｖのバイアス電圧で、エッチング速度は５．２μｍ／分まで減速される。より高いバイアス電圧では、温度系列においてと同様に幾分かの側方エッチングの増加と共に、全深さエッチング速度は、減少する。これらの図に照らして、本発明に従ったこの第１の方法の好ましい実施形態は、−３０〜−５０ボルトの間の範囲内、特に−４０ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第１の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする。
【００３５】
本発明に従ったこの第１の方法のさらなる好ましい実施形態は、特に−１５０〜−１７０ボルトの間の範囲内、より詳細には−１６０ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第２の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする。図１１は、パッシベーションステップの間のＲＦバイアス電圧の印加を伴う（左側）および伴わない（右側）エッチングされた空孔のＳＥＭ写真を示す。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため両方の写真共、同じ縮尺目盛を有する。エッチング速度はそれぞれ約５．９μｍ／分および５．４μｍ／分である。プロセスは、５０Ｗのバイアス電力で実施される。これは結果としてエッチングステップ中約−７０Ｖというバイアス電圧をもたらした。パッシベーションステップ中のバイアス電圧は、２０Ｗの反射電力で約−１６５Ｖであった。合計エッチング時間は標準的な１５分ではなく３０分であった。パッシベーションステップの間におけるバイアス電圧の印加に伴って、エッチング速度は５．９から５．４μｍ／分まで明らかに減少している。しかしながら、パッシベーション中、バイアス電圧の印加に伴って側方エッチングも減少している。エッチング速度はわずかに減少しているものの、はるかに良好な異方性が達成される。
【００３６】
異なるＳＦ６流量に応じたエッチング結果が、異なるＳＦ６流速で１５分間エッチングされた空孔のＳＥＭ写真として、図１２に示されている。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。観察されたエッチング速度はそれぞれおよそ４．８、６．５、６．８、０．１および６．８μｍ／分である。約−３０Ｖというバイアス電圧を維持するために、バイアス電力はそれぞれ１０Ｗ、２０Ｗ、２０Ｗおよび３０Ｗである。このことは、７．５ｓｃｃｓの流量で６．８μｍ／分という最大値までＳＦ６流量を増大させることによってエッチング速度が増大することを示している。７．５ｓｃｃｓでの写真は異なる事実を示唆していると思われるが、顕微鏡観察により、深さが１０ｓｃｃｓでの空孔に類似し、側方エッチングが５ｓｃｃｓのＳＦ６による空孔に匹敵するものであることが明らかになっている。１０ｓｃｃｓのＳＦ６流速ではるかに多い側方エッチングが観察されている。したがって、本発明に従った第１の方法のさらに好ましい実施形態は、第１の作用物質が、約５〜７．５立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の流速で前記プラズマ中に導入されることを特徴とする。
【００３７】
アルゴン流量に応じたエッチング結果が図１３に示されている。これらの試験中、ルートポンプのバルブも同じく、４０Ｐａの標準値に圧力を保つように変動させた。この結果、異なる気体について異なる部分圧がもたらされた。図１３は、異なるアルゴン流量での１５分間のエッチングの後のエッチングされた空孔のＳＥＭ写真を示す。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。試料のエッチング速度は、それがゼロまで減少している第１のもの以外、約６．５μｍ／分でほぼ全て等しい。約−３０Ｖというバイアス電圧を維持するため、バイアス電力はそれぞれ３０Ｗ、２０Ｗ、１０Ｗおよび１０Ｗである。７５ｓｃｃｓを超えると、はるかに多くの側方エッチングが観察される。したがって、本発明に従った第１の方法のさらに好ましい実施形態は、５０〜７５立法センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の間そして好ましくは５０ｓｃｃｓ前後の流速で前記プラズマ源に供給される特にアルゴンなどの不活性ガスである不活性キャリヤ流体を用いて前記プラズマが生成されることを特徴とする。
【００３８】
アルゴンおよびＳＦ６の両方の気体流量に応じたエッチング結果が、図１４に示されている。ルートポンプのバルブは、４０Ｐａの標準値に圧力を維持するように変動させる。したがって、絶対分圧は未変化のままに保たれる。アルゴン流量を増大させ、アーク電流を恒常に保つことにより、アークの電力入力は４１２５Ｗから４７２５Ｗまで６００Ｗ増加する。エッチング速度は低流量の６．５μｍ／分から高流量の７．８μｍ／分まで増大する。しかしながら、流量増加により側方エッチングも増加する。したがって、アルゴンとフッ素の間の５０：５ｓｃｃｓという相対流量の前後で最適な結果が得られる。
【００３９】
１サイクルあたりのエッチング時間に応じたエッチング結果が図１５に示されている。これらのＳＥＭ写真は、１５分の合計エッチング時間にわたる１サイクルあたりの異なるエッチング時間でエッチングされた空孔を示している。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。観察されたエッチング速度は、１サイクルあたりそれぞれ６、１０、１４、および１８秒というエッチング時間について約４．９、６．５、６．７および６．９μｍ／分である。このことは、６〜１８秒という１サイクルあたりのエッチング時間についてエッチング速度が４．９μｍ／分から６．９μｍ／分まで増加することを意味する。この増加は、１サイクルあたりのエッチング時間に線形従属していない。４．９から６．５μｍ／分までの最高の増分は、エッチングサイクルあたり６〜１０秒の間である。１０秒のエッチングサイクル時間を超えると、より多くの側方エッチングが観察されるが、その代り垂直エッチング速度はほんの少し高いだけである。
【００４０】
１５分の合計プロセス時間中に１サイクルあたり異なるパッシベーション時間でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真が図１６に示されている。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。観察されたエッチング速度は、１サイクルあたり４、６、８、および１０秒というパッシベーション時間についてそれぞれ７．８、７．１、６．４および５．９μｍ／分である。さらに結果は、パッシベーション時間が長くなっても側方エッチングが減少することはほとんどないということも示している。しかしながら、垂直エッチング速度は、パッシベーション時間が４秒から１０秒まで増加するにつれて７．８から５．９μｍ／分まで減速する。この減速は主として正味エッチング時間の減分によってひき起こされる。パッシベーション時間が長くなればなるほど、恒常な合計時間についてのサイクル数は減少し、その結果自動的に正味エッチング時間は短くなる。
【００４１】
上述の図に基づいて、本発明に従った第１の方法のさらに好ましい実施形態は、前記第１および第２の作用物質が交番する時間的間隔の間導入され、前記第１の作用物質の導入のための第１の時間的間隔が約６〜１０秒の間であり、前記第２の作用物質の導入のための第２の時間的間隔が約４〜６秒の間であることを特徴とする。エッチングおよびパッシベーション時間をさらに調査すると、合計プロセス時間は好ましくは、最適なエッチング速度を維持し空孔内の深刻な表面粗度を回避するため、約１５分未満とすべきであるということが分かる。
【００４２】
異なる圧力でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真が図１７に示されている。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。推定されたエッチング速度は、それぞれ２６、４０、６６および９６パスカルの圧力について３．７、６．５、５．５および７．１μｍ／分である。最後の２つの試料内で使用されるバイアス電圧は、最初の２つの試料のための−３２Ｖというバイアス電圧とは異なり、−２４Ｖおよび−２７Ｖである。写真は、圧力が２６Ｐａから４０Ｐａまで増大した場合にエッチング速度が３．７から６．５μｍ／分へとほぼ倍増することを示している。圧力のさらなる増加は、エッチング速度の増加をほぼ全くもたらさず、粗い空孔底面をひき起こす。したがって本発明に従った第１の方法のさらなる好ましい実施形態は、作業中、基板において約２６〜４０Ｐａの間、特に約４０Ｐａの圧力が維持されることを特徴とする。
【００４３】
実際には、なかでも以下のプロセスパラメータで前述したプロセスを実施した場合に特に有利な結果を得ることができる：
【００４４】
［表３］
パラメータ                                値
温度                                  ：  −５０℃〜５０℃
ＲＦバイアス電力／電圧                ：  ２０Ｗ／−３２Ｖ
アルゴン流                            ：  ５０ｓｃｃｓ
ＳＦ６流量                            ：  ５ｓｃｃｓ
Ｃ４Ｆ８流量                          ：  ４ｓｃｃｓ
合計エッチング時間                    ：  １５分
１サイクルあたりのエッチング時間      ：  １０秒
１サイクルあたりのパッシベーション時間：  ４秒
プロセス圧力                          ：  ４０Ｐａ
アーク電流                            ：  ７５Ａ
アーク距離                            ：  ６０ｃｍ
【００４５】
これらの値は、図面中の該当するＳＥＭ写真を囲む枠のそばに示されている。
【００４６】
前記プラズマおよびエッチングマスクを用いて基板内にくぼみを局所的にエッチングするための第２の方法は、本発明に従うと、第１の活性作用物質と第２の活性作用物質が同時にプラズマ内に導入され、第１の作用物質は基板をエッチングすることができ、第２の作用物質は前記プラズマ内の前記第１の作用物質に対し部分的耐性をもつ保護層を前記基板上に作り上げることができることを特徴とする。以下では図面を参考にしながら、この第２の方法の特定の実施例について記述するが、この実施例は、本発明にしたがって、前記基板がシリコン基板を含むこと、フッ素含有化合物が前記第１の作用物質特に六フッ化硫黄（ＳＦ６）として適用されること、そして特に酸素といった酸化剤が前記第２の作用物質として適用されること、ならびに作業中前記基板が低温に維持されることを特徴とする。
【００４７】
先行のプロセスとは異なり、この低温エッチングプロセスは、第１および第２の作用物質が各々独自の機能を有し同時に適用されるという点で連続的である。このことには２つの主要な利点、すなわち第１の作用物質から第２の作用物質ヘと移行する時点で第１のプロセスを特徴づけている波形（ｓｃａｌｌｏｐ）が存在しないことにより側壁が平滑であること、そして分離したパッシベーションステップに起因してプロセス時間の無駄がないこと、という利点がある。この実施例では、プロセスは低温シリコンエッチングのために使用され、この目的でＳＦ６／Ｏ２の気体混合物から成るプラズマを使用する。
【００４８】
室温で、このプラズマ混合物は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）の正規の等方性エッチング挙動によってひき起こされるシリコンの等方性エッチングを結果としてもたらす。低温特に−８０℃未満では、酸素がフッ素と競合して増々多くのシリコン部位を占有し始めていく。シリコン表面に化学的に付着されたこれらの酸素原子は、酸化ケイ素様のパッシベーション層を形成し、これによりフッ素ラジカルがシリコンをエッチングすることが妨げられ、かくしてシリコンエッチングは削減されるかさらには停止される。しかしながら、本発明に従った基板バイアス電圧によって誘導される基板に対し直角なイオン衝撃は、くぼみの底面においてパッシベーション層を除去し、エッチングは主として垂直方向のみに進行する。図１８は、このプロセスの概略図を示す。
【００４９】
このプロセスを用いて異なる温度でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真が図１９に示されている。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。観察されたエッチング速度は、それぞれ−８０、−１００、−１２０および−１４０℃の温度で４．６、３．９、３．７および３．０μｍ／分である。これは、−８０から−１４０℃まで、垂直エッチング速度が漸進的に減少することを示している。しかしながら、−８０℃での側方エッチングは約１０μｍであり、−１００℃から−１２０℃の間またはそれ以下の温度ではおよそゼロである。−１４０℃の基板温度は空孔の形状をそれ以上変化させないが、垂直エッチング速度のさらなる減少を示す。したがってこの第２の方法の好ましい実施形態は、本発明にしたがって、作業中、前記基板が−１００〜−１４０℃の間の範囲内、特に約−１２０℃の温度に維持されることを特徴とする。
【００５０】
振動ＲＦバイアス電圧に応じてエッチングが２つの異なる基板温度すなわち−１２０℃および−８０℃で調査された。−１２０℃の基板温度での結果は、図２０Ａに示されており、一方図２０Ｂは−８０℃での結果を示している。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。−１２０℃でのＳＥＭ写真（図２０Ａ参照）は、それぞれ−５５、−７３および−１０５ボルトのＲＦバイアス電圧でのエッチング速度０．８、５．７および４．７μｍ分を明らかにしている。それぞれ３０Ｗ、４０Ｗおよび６０Ｗのバイアス電力で異なるバイアス電圧が達成される。−８０℃（図２０Ｂ参照）では、エッチング速度は、それぞれ−４０、−９０および−１２５ボルトのバイアス電圧で５．６、４．６および４．４μｍ／分である。これらのバイアス電圧は、それぞれ２０Ｗ、５０Ｗおよび７０Ｗのバイアス電力で達成される。
【００５１】
これらの結果から、−１２０℃の基板温度でおおまかには−４０ボルトから−９０ボルトの間、具体的には−７３ボルトのＲＦバイアス電圧で最高の結果を得ることができるということがわかる。バイアス電圧ひいてはイオン衝突エネルギーが過度に低い場合、脱パッシベーションは停止する。−９０Ｖというバイアス電圧では、エッチング速度は４．７μｍ／分まで削減される。これはおそらくは、より多くの側方エッチングおよび襟部形成の結果である。したがって、本発明に従ったこの第２の方法のさらなる好ましい実施形態は、−７０〜−１００ボルトの間の範囲内、特に−７３ボルト前後の振動バイアス電圧が、前記第１および第２の作用物質の導入中に前記基板と前記プラズマの間に印加されることを特徴とする。
【００５２】
振動ＲＦバイアス電圧の代りに、パルスバイアス電圧を印加することもできる。パルスバイアス電圧に応じたエッチング結果が、−１２０℃の基板温度で異なる「パルス」バイアス電圧でのエッチングされた空孔のＳＥＭ写真として図２１に示されている。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。エッチング速度は、それぞれ−８０、−１０４および−１３４ボルトのパルスバイアス電圧で０．６、０．３および２．５μｍ／分である。パルスバイアス源は、以上の実施例で使用されているようなＲＦパルスバイアス源に比べてはるかに低い周波数で作動し、基板より上で付加的なプラズマを生成しない。図２１のＳＥＭ写真は、−１３４Ｖのパルスバイアス電圧で実質的な側方エッチング無く最高の垂直エッチングを明らかにしている。したがって、本発明に従ったこの第２の方法のさらなる好ましいエッチングは、前記第１および第２の作用物質の導入中に、前記基板と前記プラズマの間に−１３４ボルト前後のパルスバイアス電圧が適用されることを特徴とする。
【００５３】
図２３は、振動ＲＦバイアス電圧を用いて１ｓｃｃｓの恒常なＯ２流量で異なるＳＦ６流速でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真を示す。空孔直径が４０μｍである３ｓｃｃｓの写真を除いて、空孔の直径は３０μｍである。比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。約１ｓｃｃｓでＯ２流量を恒常に保ちながらＳＦ６流量を変動させることで、プラズマの化学反応が変わり、エッチング速度ならびに側壁断面形状すなわち側方エッチングが影響を受ける。３ｓｃｃｓのＳＦ６流量でのエッチング速度は２．３μｍ／分である。ＳＦ６の流量を増大させた時点で、エッチング速度は４ｓｃｃｓで３．７μｍ／分そして５ｓｃｃｓのＳＦ６流量で４．６μｍ／分まで増大する。ただし、垂直エッチング速度が増大するだけではなく、側方エッチングも増大し、これは、Ｆ／Ｏ比がより高いことひいてはパッシベーションがより微弱であるためである。６ｓｃｃｓのＳＦ６流速で、エッチングは等方性に変わり、これはすなわち、Ｆ／Ｏ半径方向比（Ｆ／Ｏ  ｒａｄｉｃａｌ  ｒａｔｉｏ）が過度に高いことを意味する。その結果、６ｓｃｃｓでの垂直エッチング速度は２．９μｍ／分まで低下する。その結果、本発明に従った第２の方法のさらなる好ましい実施形態は、第１の作用物質および第２の作用物質がそれぞれ約４および約１立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）の流速で前記プラズマ内に導入されることを特徴とする。
【００５４】
キャリヤガスアルゴンならびに前駆物質ＳＦ６およびＯ２の気体流量は、エッチング速度および断面形状に対するそれらの作用を判定するために別々に増大させた。基板とプラズマの間にパルスバイアス電圧を印加するために、パルスバイアス源を使用する。これらの試験の結果は、図２３に示されている。六フッ化硫黄および酸素の気体流量は最初の２枚の写真の中ではそれぞれ４ｓｃｃｓおよび１ｓｃｃｓ、最も右の写真ではそれぞれ６．５ｓｃｃｓおよび１．５ｓｃｃｓである。５０ｓｃｃｓから７５ｓｃｃｓまで５０％だけアルゴンのキャリヤガス流量を上昇させることによって、エッチングは２．５から４．３μｍ／分まで増大する。これは７２％の増加である。パッシベーション機序ひいては側方エッチングは全く影響を受けない。前駆物質ガスを５０％上昇させることにより、エッチング速度は２．５から４．１μｍ／分まで増大し、これは６４％の増加である。今度は、パッシベーション機序は影響を受け、側方エッチングがより多くなるという結果がもたらされている。追加の前駆物質ガスは恐らくは異なる比率で解離され、これがプラズマの化学的性質を変える。したがって、本発明に従った第２の方法のさらなる好ましい実施形態は、前記プラズマが不活性キャリヤ流体、特にアルゴンのような不活性ガスを用いて生成されること、およびキャリヤガスが５０〜７５立方センチメートル毎秒（ｓｃｃｓ）前後の流速で、第１の作用物質および第２の作用物質がそれぞれ約４ｓｃｃｓおよび約１ｓｃｃｓの流速で、前記プラズマ源に供給されることを特徴とする。
【００５５】
図２４は、異なる圧力でエッチングされた空孔のＳＥＭ写真を示す。空孔の直径は３０μｍであり、比較のため全ての写真は同じ縮尺目盛を有する。観察されたエッチング速度は、１５分間それぞれ１９、２５および４８Ｐａでエッチングの間２．２、３．７、および１１．６μｍ／分であり、７４Ｐａで１０分間のエッチングについては１３．０μｍ／分である。使用されている異なるバイアス電力／電圧は、それぞれ５０Ｗ／−９０Ｖ、５０Ｗ／−９０Ｖ、７０Ｗ／−７８Ｖおよび９０Ｗ／−７０Ｖである。したがって、エッチング速度は、１９Ｐａの圧力での２．２μｍ／分から４８Ｐａの圧力での１１．６μｍ／分まで増加した。この莫大なエッチング速度増分は、圧力上昇（膨張低下）の結果、より多くの狭いプラズマジェット内で粒子フラックスが増加したせいである。しかしながら、７４Ｐａでは、より多くの側方エッチングが発生する。したがって、本発明に従った第２の方法のさらなる好ましい実施形態は、作業中、基板において約２５〜５０Ｐａの圧力が維持されることを特徴とする。
【００５６】
以上の試験に基づき、以下のプロセスパラメータを適用して本発明に従った方法の第２の実施形態を用いて、特に有利な結果を得ることが可能である：
【００５７】
［表４］
パラメータ                値
温度                  ：  −１２０℃
ＲＦバイアス電力／電圧：  ５０Ｗ／−９０Ｖ
アルゴン流            ：  ５０ｓｃｃｓ
ＳＦ６流量            ：  ４ｓｃｃｓ
Ｏ２流量              ：  １ｓｃｃｓ
合計エッチング時間    ：  ３０分
プロセス圧力          ：  ２５Ｐａ
アーク電流            ：  ７５Ａ
アーク距離            ：  ６０ｃｍ
【００５８】
本発明に従った方法およびデバイスは有利には、例えば基板本体内の空孔、トレンチまたはその他のくぼみをエッチングするために使用可能である。
【００５９】
本発明は、制限された少数の実施形態を基準にして記述されてきたが、本発明がここで提供されている実施例へのその応用に制限されるものでは全くないということが認識されるものとする。反対に、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者にとっては数多くのさらなる変形形態および実施形態が実行可能である。かくして、プロセス速度および／またはエッチング可能な表面積を増大させるために２つ以上のプラズマ源を同時に使用することもでき、又、特にガラス基板および重合体フィルムといったシリコンまたは半導体基板以外の基板も処理することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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