(57)【要約】【課題】プラズマ内に存在するラジカル種及びイオン種の種類又は密度を制御し、プロセスに対して適したプラズマを生成し、かつ、照射範囲の制御可能な光の照射の有無によりプラズマ状態の切り換えをすることができるプラズマエッチング方法及び装置を提供する。【解決手段】プロセスチャンバの内部にプロセスガスを一定の流量で導入し、前記プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保ち、電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させ、被エッチング材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において、前記プロセスチャンバの内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光を光源から前記プロセスチャンバの内部に導入し、前記光は、前記光源と、チャンバへの導入口の間に備えられた光学系により、照射範囲の拡大、または縮小されることができることを特徴とするプラズマエッチング方法。【選択図】図１
2011071295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバの内部にプロセスガスを一定の流量で導入し、
前記プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保ち、
電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させ、
被エッチング材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において、
前記プロセスチャンバの内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光を光源から前記プロセスチャンバの内部に導入し、
前記光は、前記光源と、チャンバへの導入口の間に備えられた光学系により、照射範囲が拡大、または縮小される
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記光学系が、１つ以上のレンズを含む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】
前記光学系が、１つ以上の球面反射板を含む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４】
前記光源はレーザ光を放射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記光源は波長可変な光を放射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記光源は波長可変なレーザ光を放射することを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記電源はパルス制御でき、前記光源はパルスレーザであることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
プロセスチャンバの内部にプロセスガスを一定の流量で導入するガス導入手段と、
前記プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保つ圧力保持手段と、
電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
被エッチング材を前記プラズマによりエッチングするエッチング手段と、
前記プロセスチャンバの内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光を光源から前記プロセスチャンバの内部に導入する光導入手段と、
前記光源と、チャンバへの導入口の間に、前記光の照射範囲を拡大、または縮小する光学系と
を具備することを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項９】
前記光学系が、１つ以上のレンズを含むことを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
前記光学系が、１つ以上の球面反射板を含むことを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１１】
前記光源はレーザ光を放射することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１２】
前記光源は波長可変な光を放射することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１３】
前記光源は波長可変なレーザ光を放射することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項１４】
前記電源はパルス制御でき、前記光源はパルスレーザであることを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載の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、半導体製造及びＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）製造等におけるプラズマエッチング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマエッチング方法及び装置は、基板上に微細な凹凸形状を形成するために用いられる。気体分子を電力などの印加により励起することで生成することのできるプラズマ中には、中性分子のほか、ラジカルと呼ばれる反応性の高い状態にある原子、もしくは分子や、中性分子が電離して生じる電子や、正イオンなどが存在する。
【０００３】
プラズマ中のラジカルや正イオンと基板表面物質とが化学反応などを起こすことで、基板表面から反応を生じた部分が脱離する。以下、これをエッチング反応と記す。
【０００４】
基板上に樹脂などによる保護膜に覆われた部分と、基板表面が露出している部分を形成し、基板表面物質とエッチング反応を生じる物質を含むプラズマに晒した後、保護膜を除去すれば、エッチング反応により表面物質の一部が脱離した部分と、保護膜により保護されていた部分からなる、基板上の凹凸形状が形成できる。
【０００５】
プラズマを発生させる際には、ある一定の圧力に保たれた空間に対し、外力を印加し、空間内の中性分子を電離させ、さらに発生した電子を加速するなどして、電離、解離、イオン化などを繰り返し発生させる必要がある。
【０００６】
この時、印加する外力が非常に強ければ、電離して発生する電子のエネルギーは非常に大きくなるため、空間内に存在する中性分子は電子との衝突を繰り返すことにより、細分化される。したがって、エッチング反応手段を考慮した上で、チャンバ内に封入するガス種や、外部から印加する力を制御することが重要となる。
【０００７】
また、プラズマを用いたエッチングでは、数百ミクロンの高さの溝を形成する場合がある。その代表例として、ＭＥＭＳ製造プロセス等に用いられる、ケイ素基板の深堀エッチング技術がある。ケイ素はフッ素原子と非常に反応性が高く、そのためフッ素の供給源として代表的なＳＦ６をプロセスガスとして選択し、プラズマエッチングをすると、非常に高速でエッチングが進行することが知られている。
【０００８】
しかしながら、ＳＦ６ガスプラズマによるケイ素のエッチングは、自発的なエッチング反応の進行が支配的であり、エッチングが等方的に進行してしまうことから、ＳＦ６ガスのみでのプロセスでは、高アスペクト比の形状を形成するのが困難である。
【０００９】
そこで、フッ素によるエッチングステップ（以下エッチングステップと記述）と、重合体による凹凸形状の側壁保護（以下デポジッションステップと記述）を繰り返し行うことで、等方的なエッチングの進行を防ぎ、非常に深い溝を形成するプロセスが発案された（特許文献１参照）。
【００１０】
現在、ケイ素の異方性深堀エッチングとして代表的な方法は、ボッシュ法と呼ばれる方法であり、エッチングステップにＳＦ６を、デポジッションステップにＣＨＦ３やＣ４Ｆ８をそれぞれメインプロセスガスとして採用している。
【００１１】
しかしながら、ボッシュ法においては、エッチングステップ、及びデポジッションステップを短時間で繰り返し、そのたびにプロセスガスを入れ換えなくてはならず、そのためプラズマが不安定な時間が多く、制御が困難であるという問題がある。
【００１２】
また、このようなボッシュ法にかかわらず、基板表面と反応するラジカル種やイオン種を効率的に生成することが、他のラジカル種、イオン種の生成反応と競合してしまい、困難になってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表平７−５０３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、基板のエッチングに対して効果的なラジカル種又はイオン種の密度を制御することにより、エッチングに対して有効なプラズマを生成して効果的なエッチング加工を行うことができるプラズマエッチング方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１に係る発明は、プロセスチャンバの内部にプロセスガスを一定の流量で導入し、前記プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保ち、電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させ、被エッチング材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において、前記プロセスチャンバの内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光を光源から前記プロセスチャンバの内部に導入し、前記光は、前記光源と、チャンバへの導入口の間に備えられた光学系により、照射範囲が拡大、または縮小されることを特徴とするプラズマエッチング方法としたものである。
【００１６】
本発明の請求項２に係る発明は、前記光学系が、１つ以上のレンズを含む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としたものである。
【００１７】
本発明の請求項３に係る発明は、前記光学系が、１つ以上の球面反射板を含む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としたものである。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、前記光源はレーザ光を放射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマエッチング方法としたものである。
【００１９】
本発明の請求項５に係る発明は、前記光源は波長可変な光を放射することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプラズマエッチング方法としたものである。
【００２０】
本発明の請求項６に係る発明は、前記光源は波長可変なレーザ光を放射することを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法としたものである。
【００２１】
本発明の請求項７に係る発明は、前記電源はパルス制御でき、前記光源はパルスレーザであることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のプラズマエッチング方法としたものである。
【００２２】
本発明の請求項８に係る発明は、プロセスチャンバの内部にプロセスガスを一定の流量で導入するガス導入手段と、前記プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保つ圧力保持手段と、電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、被エッチング材を前記プラズマによりエッチングするエッチング手段と、前記プロセスチャンバの内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光を光源から前記プロセスチャンバの内部に導入する光導入手段と、前記光源と、チャンバへの導入口の間に、前記光の照射範囲を拡大、または縮小する光学系とを具備することを特徴とするプラズマエッチング装置としたものである。
【００２３】
本発明の請求項９に係る発明は、前記光学系が、１つ以上のレンズを含むことを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【００２４】
本発明の請求項１０に係る発明は、前記光学系が、１つ以上の球面反射板を含むことを特徴とする請求項８に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【００２５】
本発明の請求項１１に係る発明は、前記光源はレーザ光を放射することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【００２６】
本発明の請求項１２に係る発明は、前記光源は波長可変な光を放射することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【００２７】
本発明の請求項１３に係る発明は、前記光源は波長可変なレーザ光を放射することを特徴とする請求項１１に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【００２８】
本発明の請求項１４に係る発明は、前記電源はパルス制御でき、前記光源はパルスレーザであることを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載のプラズマエッチング装置としたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、プロセスチャンバの内部に存在する分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光をプロセスチャンバの設計に応じた照射範囲を定めたのち、プロセスチャンバ内部に導入することで、分子の量子状態、及び、それに伴う電子衝突による励起の遷移経路を変化させることにより、解離やイオン化などの励起分子の挙動を変えことができるため、プラズマ内に存在するラジカル種及びイオン種の種類又は密度をプロセスチャンバの設計に応じた範囲で制御し、プロセスに対して適したプラズマを生成し、かつ、光の照射の有無によりプラズマ状態の切り換えをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態６に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例１を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を用いながら説明する。また、以下に示す本発明の一実施形態は、外部アンテナ方式で、プロセスチャンバの上部に誘導コイルが設置された誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置に本発明を適用した場合である。本発明は、分子の電子、振動励起を誘起する光の光軸を遮ることの無い構造することで、側壁に誘導コイルを設置した装置、及び、内部アンテナ式のＩＣＰ型エッチング装置にも、適用できる。また、本発明は、他のプラズマ源を持つエッチング装置に関しても同様に光軸を遮ることの無い構造にすることにより適用可能である。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態１に係るプラズマエッチング装置は、外部アンテナ式のＩＣＰエッチング装置であり、プロセスチャンバ１の上部に配置されている誘電コイル２を具備し、誘電コイル２の周辺を覆う絶縁層３を具備している。また、プロセスチャンバ１の内部には、バイアス電極４が配置されている。バイアス電極４の上には、エッチングを行う被エッチング材である基板１００が設置される。
【００３３】
また、プラズマエッチング装置は、プロセスチャンバ１の外部に配置されている誘電コイル電源７及びバイアス電源８を具備している。誘電コイル電源７は、誘電コイル２に接続されており、誘電コイル２に所定の電力を与える。バイアス電源８は、バイアス電極４に接続されており、バイアス電極４に所定のバイアス電圧を与える。
【００３４】
プロセスチャンバ１の側壁には、２つの窓９が対向するように形成されている。一方の窓９の外には、光源１０が配置されており、これらの間には光源１０側から凹レンズ３１、凸レンズ３２の順でレンズが設置されている。光源１０から放射された光は凹レンズ３１を透過することで照射範囲が拡大され、凸レンズ３２を透過することで照射範囲が一定となり、一方の窓９からプロセスチャンバ１の内部に導入され、かつ、他方の窓９から導出される。
【００３５】
また、プラズマエッチング装置は、ガス導入ライン５及び排気手段６を具備している。ガス導入ライン５からプロセスチャンバ１へプロセスガスが一定流量で導入され、排気手段６で排気速度を調節することにより、プロセスチャンバ１の内の圧力を制御する。ガス導入ライン５から導入するガスは、単一分子からなるガスでも混合ガスでもよいが、光源１０からの光によって、量子準位が励起される分子が含まれている。
【００３６】
ガス導入ライン５は、プロセスチャンバ１の内部にプロセスガスを一定の流量で導入するガス導入手段を構成している。また、ガス導入ライン５及び排気手段６は、プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保つ圧力保持手段を構成している。
【００３７】
プロセスチャンバ１の内部の圧力が一定になったところで、誘導コイル電源７により誘導コイル２に所定の電力を与え、かつ、バイアス電源８によりバイアス電極４に所定のバイアス電圧を印加し、プラズマを発生させる。プラズマ中では、電子と分子との衝突により、分子が励起状態へと遷移し、解離やイオン化が生じるが、この電子衝突による遷移は遷移選択則に基づく。また、ある準位間の遷移強度は、遷移前後の準位の波動関数の重なりに支配される。波動関数は、分子を構成する原子の原子核間距離、時間、量子数などによって表現される。被エッチング材である基板１００は、プラズマによりエッチングされる。
【００３８】
誘導コイル２、コイル電源７、バイアス電極４及びバイアス電源８は、電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させるプラズマ発生手段を構成している。また、誘導コイル２、コイル電源７、バイアス電極４及びバイアス電源８は、被エッチング材をプラズマによりエッチングするエッチング手段を構成している。
【００３９】
この状態において、光源１０から放射される光は、プロセスチャンバ設計に応じた照射範囲に調整された後、一方の窓９からプロセスチャンバ１の内部に導入される。光源１０及び窓９は、プロセスチャンバ１の内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光をプロセスチャンバ１の内部に導入する光導入手段を構成している。
【００４０】
導入される光の吸収により、基底状態から励起状態へと遷移した分子が、緩和する前に電子と衝突した場合、遷移選択則を満足し、さらに波動関数の重なりが十分にある準位へと遷移することになり、この準位は基底状態から直接電子衝突により遷移する準位とは異なるものとなる
【００４１】
光源１０からの光は凹レンズ３１及び凸レンズ３２による照射範囲の調整後プロセスチャンバ１に導入され、プラズマ中に存在する中性分子の励起を誘起する。必要に応じ、プロセスチャンバ１を通過した光を、対向の窓９の外部に設置される光遮断手段１１により遮断することができる。
【００４２】
これにより、プロセスチャンバ１の内部の中性分子が、電力などの印加により電離し、放出された電子が他の中性分子と衝突し、解離、電離を繰り返すプラズマ内において、中性分子の励起を光の照射により電子衝突以前に分子の量子準位を制御することができ、その後の電子衝突における遷移経路が変化し、結果として、電子励起後の分子のイオン化や解離といった挙動が変化する。このため、光の照射の有無により、プラズマ内のラジカル種、イオン種を変化させることが可能となる。さらに光の照射範囲を調節することで、この量子準位の制御可能なプラズマ領域を変化させることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を図面に基づいて説明する。図２は本発明の実施の形態２に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態２においては、本発明の実施の形態１と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係るプラズマエッチング装置は、光源１０としてレーザ光源１２を具備している。レーザ光源１２は、光子密度の高いため分子の励起効率は上がる。
【００４５】
図２で示したように、レーザ光源１２は、高い指向性を有しているため、凹レンズ３１により拡散させた後、凸レンズ３２により再び高い指向性へと戻すことで、光源１２より放射したレーザ光の照射範囲は拡大される。さらに、レーザ光源から放射されたレーザ光は高い光子密度を有しているため、広範囲に渡り分子の励起効率を上げることが可能となる。
【００４６】
量子化された準位は分子それぞれに固有であり、様々な分子種を用いる場合、分子の励起に用いる光源は波長可変であることが必要である。レーザ光源１２として、特定の分子の特定の量子準位間のみを励起する場合では、固体レーザ、半導体レーザ又は気体レーザなどの既存の特定の波長光を放射するものを用いてもよい。なお、レーザ光源１２は、パルス制御をすることにより、１パルス時間内の光子密度を上げることができる。また、分子の励起状態の寿命は様々であり、フェムト秒スケールの準位も存在する。
【００４７】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３を図面に基づいて説明する。図３は本発明の実施の形態３に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態３においては、本発明の実施の形態１と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
図３に示すように、本発明の実施の形態３に係るプラズマエッチング装置は、光源としてパルスレーザ光源１３を具備し、電源として誘導コイルパルス電源１４を具備している。
【００４９】
レーザ光源１３と誘導コイルパルス電源１４とは、パルスジェネレータ１５に接続され、各パルスの重なりの遅延時間を制御することで、より効率的にプラズマ状態の制御をすることができる。
【００５０】
例えば、プロセスチャンバ１の内部の中性分子の光励起を誘起することにより、特定の分子結合の解離を促進できる場合、光励起を誘起することで行う前記プラズマ制御方法は、ドライエッチングプロセスなどに応用することができる。
【００５１】
図３のプラズマエッチング装置を用いて説明する。特定の分子結合の解離が、光の照射による励起と、電子衝突の二段階励起により促進されるとすると、この解離により生成されるラジカル種を、エッチングに作用させたい場合は、パルスレーザ光源１３から発振したレーザ光が、凹レンズ３１及び凸レンズ３２により照射範囲を調整した後、窓９からプロセスチャンバ１へ導入される。反対に、解離により生成されるラジカル種を、エッチングに作用させたくない場合は、パルスレーザ光源１３からの発振が止められるか、又は、パルスレーザ光源１３と窓９の間で発振されたレーザ光が遮断されればよい。
【００５２】
多原子分子には、複数の振動モードが存在し、その多くは赤外領域の光で励起することができる。各々の振動モードにおいて、その振動周波数は異なり、単色赤外レーザを用いれば、特定の振動モードのみ励起することが可能である。分子が電子、振動共に基底状態にあるとき、ある特定の振動モードを励起すると、前述のとおり、波動関数が変化する。
【００５３】
電子基底状態において、振動励起し、多原子分子内の特定の化学結合が選択的に解離する電子状態との波動関数の重なりを大きくすることで、電子衝突励起により、特定の化学結合が選択的に解離を促進し、プラズマ内に存在するラジカル種、イオン種が変化する。これらの反応が生じるのは、光が照射された領域に限られるため、あらかじめ凹レンズ３１、凸レンズ３２を用いて反応を誘起する領域を適切に調整することで、より効率的なプラズマ状態の切り換えが可能となる。
【００５４】
例えば、フッ素原子吸着効果のあるヨウ素原子のプラズマ内密度が、ＣＨ２Ｉ２やＣＨ３Ｉ、ＣＤ３Ｉなどのヨウ素化合物から、前記手法による赤外レーザの照射、遮断により制御される場合を説明する。
【００５５】
前記化合物のうちいずれか化合物のガスと、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８、混合ガスによるプラズマ放電が行なわれ、フッ素によるエッチングステップが十分進行するように制御されたプラズマを生成する。
【００５６】
Ｃ−Ｉ結合が解離する電子状態への励起が有利になるように、赤外レーザ照射により、電子基底状態での特定の振動モードの励起することで、ヨウ素原子がより多く解離性生物としてプラズマ内に放出され、結果ヨウ素原子によるフッ素の吸着が進行し、エッチングの進行が抑制される。
【００５７】
ＣとＦからなる重合体形成における、レーザ光の照射の影響が無視できるのであれば、結果としてレーザ光を照射している間はＣとＦとからなる重合体によるデポジッションステップが支配的となる。
【００５８】
この手法を用いることにより、これまでプロセスチャンバ１へ導入するガス種を切り換えることにより行ってきたエッチングステップと、デポジッションプロセスとの繰返しによるシリコン基板の深堀エッチングが、ガス種を切り換えることなく、光の導入、遮断による切り換えにより可能となる。
【００５９】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態４に係るプラズマエッチング装置は、外部アンテナ式のＩＣＰエッチング装置であり、プロセスチャンバ１の上部に配置されている誘電コイル２を具備し、誘電コイル２の周辺を覆う絶縁層３を具備している。また、プロセスチャンバ１の内部には、バイアス電極４が配置されている。バイアス電極４の上には、エッチングを行う被エッチング材である基板１００が設置される。
【００６０】
また、プラズマエッチング装置は、プロセスチャンバ１の外部に配置されている誘電コイル電源７及びバイアス電源８を具備している。誘電コイル電源７は、誘電コイル２に接続されており、誘電コイル２に所定の電力を与える。バイアス電源８は、バイアス電極４に接続されており、バイアス電極４に所定のバイアス電圧を与える。
【００６１】
プロセスチャンバ１の側壁には、２つの窓９が対向するように形成されている。一方の窓９の外には、光源１０が配置されており、これらの間の光路上には光源１０側から凸面反射板３３、凹面反射板３４、窓９の順で球面反射板が設置されている。光源１０から放射された光は凸面反射板３３の表面で反射することで照射範囲が拡大され、凹面反射板３４の表面で反射することで照射範囲が一定となり、一方の窓９からプロセスチャンバ１の内部に導入され、かつ、他方の窓９から導出される。
【００６２】
また、プラズマエッチング装置は、ガス導入ライン５及び排気手段６を具備している。ガス導入ライン５からプロセスチャンバ１へプロセスガスが一定流量で導入され、排気手段６で排気速度を調節することにより、プロセスチャンバ１の内の圧力を制御する。ガス導入ライン５から導入するガスは、単一分子からなるガスでも混合ガスでもよいが、光源１０からの光によって、量子準位が励起される分子が含まれている。
【００６３】
ガス導入ライン５は、プロセスチャンバ１の内部にプロセスガスを一定の流量で導入するガス導入手段を構成している。また、ガス導入ライン５及び排気手段６は、プロセスチャンバの内部の圧力を一定に保つ圧力保持手段を構成している。
【００６４】
プロセスチャンバ１の内部の圧力が一定になったところで、誘導コイル電源７により誘導コイル２に所定の電力を与え、かつ、バイアス電源８によりバイアス電極４に所定のバイアス電圧を印加し、プラズマを発生させる。プラズマ中では、電子と分子との衝突により、分子が励起状態へと遷移し、解離やイオン化が生じるが、この電子衝突による遷移は遷移選択則に基づく。また、ある準位間の遷移強度は、遷移前後の準位の波動関数の重なりに支配される。波動関数は、分子を構成する原子の原子核間距離、時間、量子数などによって表現される。被エッチング材である基板１００は、プラズマによりエッチングされる。
【００６５】
誘導コイル２、コイル電源７、バイアス電極４及びバイアス電源８は、電源により前記プロセスチャンバの内部に存在するガスを励起しプラズマを発生させるプラズマ発生手段を構成している。また、誘導コイル２、コイル電源７、バイアス電極４及びバイアス電源８は、被エッチング材をプラズマによりエッチングするエッチング手段を構成している。
【００６６】
この状態において、光源１０から放射される光は、凸面反射板３３凹面反射板３４によりプロセスチャンバ設計に応じた照射範囲に調整された後、一方の窓９からプロセスチャンバ１の内部に導入される。光源１０及び窓９は、プロセスチャンバ１の内部に存在するガス分子の電子、振動又は回転励起を誘起する光をプロセスチャンバ１の内部に導入する光導入手段を構成している。
【００６７】
導入される光の吸収により、基底状態から励起状態へと遷移した分子が、緩和する前に電子と衝突した場合、遷移選択則を満足し、さらに波動関数の重なりが十分にある、準位へと遷移することになり、この準位は基底状態から直接電子衝突により遷移する準位とは異なるものとなる。
【００６８】
光源１０からの光が照射範囲の調整後プロセスチャンバ１に導入され、プラズマ中に存在する中性分子の励起を誘起する。必要に応じ、プロセスチャンバ１を通過した光は、対向の窓９の外部に設置される光遮断手段１１により遮断する。
【００６９】
これにより、プロセスチャンバ１の内部の中性分子が、電力などの印加により電離し、放出された電子が他の中性分子と衝突し、解離、電離を繰り返すプラズマ内において、中性分子の励起を光の照射により電子衝突以前に分子の量子準位を制御することができ、その後の電子衝突における遷移経路が変化し、結果として、電子励起後の分子のイオン化や解離といった挙動が変化する。このため、光の照射の有無により、プラズマ内のラジカル種、イオン種を変化させることが可能となる。さらに光の照射範囲を調節することで、これらの量子準位の制御可能なプラズマ領域を変化させることができる。
【００７０】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５を図面に基づいて説明する。図５は本発明の実施の形態５に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態５においては、本発明の実施の形態４と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
図５に示すように、本発明の実施の形態５に係るプラズマエッチング装置は、光源としてレーザ光源１２を具備している。レーザ光源１２は、光子密度の高いため分子の励起効率は上がる。
【００７２】
図５で示したように、レーザ光源１２は、高い指向性を有しているため、凸面反射板３３により拡散させた後、凹面反射板３４により再び高い指向性へと戻すことで、光源１２より放射したレーザ光の照射範囲は拡大される。さらに、レーザ光源から放射されたレーザ光は高い光子密度を有しているため、広範囲に渡り分子の励起効率を上げることが可能となる。
【００７３】
量子化された準位は分子それぞれに固有であり、様々な分子種用いる場合、分子の励起に用いる光源は波長可変であることが必要である。レーザ光源１２として、特定の分子の特定の量子準位間のみを励起する場合では、固体レーザ、半導体レーザ又は気体レーザなどの既存の特定の波長光を放射するものを用いてもよい。なお、レーザ光源１２は、パルス制御をすることにより、１パルス時間内の光子密度を上げることができる。また、分子の励起状態の寿命は様々であり、フェムト秒スケールの準位も存在する。
【００７４】
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６を図面に基づいて説明する。図６は本発明の実施の形態６に係るプラズマエッチング装置を示す概略図である。本発明の実施の形態６においては、本発明の実施の形態４と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００７５】
図６に示すように、本発明の実施の形態６に係るプラズマエッチング装置は、光源としてパルスレーザ光源１３を具備し、誘導コイル電源として誘導コイルパルス電源１４を具備している。
【００７６】
レーザ光源１３と誘導コイルパルス電源１４とは、パルスジェネレータ１５に接続され、各パルスの重なりの遅延時間を制御することで、より効率的にプラズマ状態の制御をすることができる。
【００７７】
例えば、プロセスチャンバ１の内部の中性分子の光励起を誘起することにより、特定の分子結合の解離を促進できる場合、光励起を誘起することで行う前記プラズマ制御方法は、ドライエッチングプロセスなどに応用することができる。
【００７８】
図６のプラズマエッチング装置を用いて説明する。特定の分子結合の解離が、光の照射による励起と、電子衝突の二段階励起により促進されるとすると、この解離により生成されるラジカル種を、エッチングに作用させたい場合は、パルスレーザ光源１３から発振したレーザ光が、凸面反射板３３及び凹面反射板３４により照射範囲を調整した後、窓９からプロセスチャンバ１へ導入される。反対に、解離により生成されるラジカル種を、エッチングに作用させたくない場合は、パルスレーザ光源１３からの発振が止められるか、又は、パルスレーザ光源１３と窓９の間で発振されたレーザ光が遮断されればよい。
【００７９】
多原子分子には、複数の振動モードが存在し、その多くは赤外領域の光で励起することができる。各々の振動モードにおいて、その振動周波数は異なり、単色赤外レーザを用いれば、特定の振動モードのみ励起することが可能である。分子が電子、振動共に基底状態にあるとき、ある特定の振動モードを励起すると、前記記載どおり、波動関数が変化する。
【００８０】
したがって、電子基底状態において、振動励起し、多原子分子内の特定の化学結合が選択的に解離する電子状態との波動関数の重なりを大きくすることで、電子衝突励起により、特定の化学結合が選択的に解離を促進し、プラズマ内に存在するラジカル種、イオン種が変化する。これらの反応が生じるのは、光が照射された領域に限られるため、あらかじめ凸面反射板３３及び凹面反射板３４を用いて反応を誘起する領域を適切に調整することで、より効率的なプラズマ状態の切り換えが可能となる。
【００８１】
例えば、フッ素原子吸着効果のあるヨウ素原子のプラズマ内密度が、ＣＨ２Ｉ２やＣＨ３Ｉ、ＣＤ３Ｉなどのヨウ素化合物から、前記手法による赤外レーザの照射、遮断により制御される場合を説明する。
【００８２】
前記化合物のうちいずれか化合物のガスと、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８、混合ガスによるプラズマ放電が行なわれ、フッ素によるエッチングステップが十分進行するように制御されたプラズマを生成する。
【００８３】
Ｃ−Ｉ結合が解離する電子状態への励起が有利になるように、赤外レーザ照射により、電子基底状態での特定の振動モードの励起することで、ヨウ素原子がより多く解離性生物としてプラズマ内に放出され、結果ヨウ素原子によるフッ素の吸着が進行し、エッチングの進行が抑制される。
【００８４】
ＣとＦからなる重合体形成における、レーザ光の照射の影響が無視できるのであれば、結果としてレーザ光を照射している間はＣとＦとからなる重合体によるデポジッションステップが支配的となる。
【００８５】
この手法を用いることにより、これまでプロセスチャンバ１へ導入するガス種を切り換えることにより行ってきたエッチングステップと、デポジッションプロセスとの繰返しによるシリコン基板の深堀エッチングが、ガス種を切り換えることなく、光の導入、遮断による切り換えにより可能となる。
【実施例】
【００８６】
（実施例１）
次に、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。図７は、本発明の実施例１を示す概略図である。本発明の実施例１においては、本発明の実施の形態３と同じ構成要素には同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８７】
本発明の実施例１に係るプラズマエッチング装置は、誘導結合型プラズマ発生装置２０、プロセスチャンバ１、誘電コイル２、絶縁層３、ガス導入ライン５、排気手段６、電極２１、フッ化バリウム窓２２、ＣＯ２レーザ２３、ダンパ２４、パルスジェネレータ１５、プラズマ発光分光装置２５及びＩＣＰコイル電源２８を具備している。ＣＯ２レーザ２３は、パルス制御可能なものである。またフッ化バリウム窓２２の直径１００ｍｍである。
【００８８】
プロセスガスとして、ＳＦ６、Ｏ２、ＣＤ３Ｉが選択され、これらがプロセスチャンバ１へ導入され、プラズマ放電された場合について説明する。
【００８９】
プラズマ放電は、パルス制御可能な外部アンテナ式の誘導結合型（ＩＣＰ）プラズマ発生装置２１を用いて行なわれた。ＳＦ６を３５ｓｃｃｍの流量とし、Ｏ２を５ｓｃｃｍの流量とし、ＣＤ３Ｉを１０ｓｃｃｍの流量とし、これら混合ガスがガス導入管５からプロセスチャンバ１へと導入され、排気手段６を調節することで、プロセスチャンバ１の内圧力は１０ｍＴｏｒｒにされた。
【００９０】
パルスジェネレータ１５から遅延時間無く同期した１０ＭＨｚの信号がプラズマ発生装置２１のＩＣＰコイル電源２８及びＣＯ２レーザ２３に送られ。ＩＣＰの誘導コイル２に３５０Ｗが印加され、プラズマが発生された。
【００９１】
プラズマ発光分光装置２５によりプラズマ発光分光スペクトルを観測したところ、観測された複数のピークから、波長７０４ｎｍにフッ素原子に起因するピークが確認された。
【００９２】
ＣＯ２レーザ２３からＣＤ３Ｉのν２振動モードの振動周波数に相当する波長約１０．５μｍレーザビームの直径約８ｍｍのレーザ光が繰り返し周波数１０ＭＨｚで発振され、フッ化バリウム凹レンズ３５、フッ化バリウム凸レンズ３６によりレーザビームの直径を約９５ｍｍフッ化バリウム窓２２からプロセスチャンバ１の内部へレーザ光が導入された。
【００９３】
ＣＯ２レーザ２３によるレーザ光の照射により、プラズマ発光分光装置２５にて波長７０４ｎｍのフッ素原子起因のピーク強度が、ＣＯ２レーザ２３のレーザ光を照射しない場合と比較して、減少したことを確認された。
【００９４】
ＩＣＰの誘導コイル２に電力印加するためのパルス信号と、ＣＯ２レーザ２３の発振のパルス信号との遅延時間が、前記した波長７０４ｎｍのピーク強度が最も減少する時間に調節された。
【００９５】
以上から、波長約１０．５μｍのレーザ光の入射により、プラズマ中に存在するフッ素原子の密度が抑制されることに成功した。
【００９６】
これにより、本発明により、プラズマ内に存在するラジカル種及びイオン種の種類又は密度をプロセスチャンバの設計に応じた範囲で制御し、プロセスに対して適したプラズマを生成し、かつ、光の照射の有無によりプラズマ状態の切り換えをすることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
ＭＥＭＳ製造プロセスなどにおけるＳｉの深堀エッチングプロセスにおいて、光源からの光の照射の有無によりエッチングステップ、及びデポジッションステップの切り換えが可能となることり、またその光の照射範囲を自在に制御することにより、効率的且つ安定なエッチングプロセスを実現できる。
【符号の説明】
【００９８】
１  プロセスチャンバ
２  誘導コイル
３  絶縁層
４  バイアス電極
５  ガス導入ライン
６  排気手段
７  誘導コイル電源
８  バイアス電源
９  窓
１０  光源
１１  光遮断手段
１２  レーザ光源
１３  パルスレーザ光源
１４  誘導コイルパルス電源
１５  パルスジェネレータ
２０  電極
２１  誘導結合型プラズマ発生装置
２２  フッ化バリウム窓
２３  ＣＯ２レーザ
２４  ダンパ
２５  プラズマ発光分光装置
２８  ＩＣＰコイル電源
２９  排気手段
３１  凹レンズ
３２  凸レンズ
３３  凸面反射板
３４  凹面反射板
３５  フッ化バリウム凹レンズ
３６  フッ化バリウム凸レンズ
１００  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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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