(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象を収容する真空槽と、
前記エッチング対象に引き込まれるプラズマを生成するプラズマ生成部と
を備えるプラズマエッチング装置であって、
前記エッチング対象は、モリブデン層上に積層された窒化アルミニウム層であり、
前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の少なくとも一部が露出している状態で、窒素ガスから前記プラズマを生成し、
前記プラズマ生成部は、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力で前記プラズマを引き込む
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の全てが前記窒化アルミニウム層に覆われている状態で、前記窒素ガスからのプラズマの生成を開始する
請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の全てが前記窒化アルミニウム層に覆われている状態で、フッ素及び塩素の少なくとも一つを含むガスから前記プラズマを生成する
請求項１又は２に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
電極層上に積層された誘電体層をエッチングして誘電体デバイスを製造する誘電体デバイスの製造方法であって、
前記電極層はモリブデンからなり、
前記誘電体層は窒化アルミニウムからなり、
前記誘電体層のエッチングでは、前記電極層の少なくとも一部が露出している状態で、窒素ガスから生成されたプラズマが用いられ、
１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力で前記プラズマを引き込むことで、前記誘電体層をエッチングする
ことを特徴とする誘電体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モリブデン（Ｍｏ）層上に積層された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層をエッチングするプラズマエッチング装置、及び、Ｍｏからなる電極層と、電極層上に積層されたＡｌＮからなる誘電体層とを有する誘電体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、マイクロ製造技術、マイクロ要素技術、及びマイクロ構造システム技術から構成されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System ）技術の発展が目覚ましく、該技術は、センサ技術、無線通信、微小光学、及び微小発電等の様々な分野に応用され始めている。
【０００３】
上記ＭＥＭＳ技術により形成されるアクチュエータの一つとして、例えば特許文献１に記載のように、機械的な変位と電気信号とを変換する圧電素子が知られている。圧電素子は、圧電効果を示す誘電体である例えばＡｌＮの層と、ＡｌＮ層を挟む一対の電極層とを有している。電極層の形成材料には、特許文献１に記載の白金（Ｐｔ）等の他、例えばＭｏが一般に用いられている。こうした圧電素子を有するＭＥＭＳである誘電体デバイスは、インクジェットプリンタのヘッド、マイクロミラー、及び加速度センサ等に応用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４６０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記圧電素子を有する誘電体デバイスの製造に際しては、ＡｌＮ層と一対のＭｏ層とからなる積層体が、ドライエッチングによって所定の形状に加工される。この積層体の加工について図７を参照して説明する。
【０００６】
図７（ａ）に示されるように、ガラス基板５１上には、下部Ｍｏ層５２、ＡｌＮ層５３、及び上部Ｍｏ層５４が順に積層されている。上部Ｍｏ層５４上には、所定の形状に加工されたレジストマスク５５が形成されている。こうした積層体の加工に際しては、まず、図７（ｂ）に示されるように、最上層である上部Ｍｏ層５４が、レジストマスク５５の形状に応じてエッチングされる。
【０００７】
次いで、上部Ｍｏ層５４下のＡｌＮ層５３のエッチングが行われる。このとき、特許文献１に記載のような塩素（Ｃｌ２）ガスや、あるいは、フッ素（Ｆ２）ガス等のハロゲン系ガスから生成されるプラズマが用いられることも少なくない。ハロゲン系ガスのプラズマによれば、ＡｌＮ層５３のエッチングを行うことができるものの、ＡｌＮ層５３と下部Ｍｏ層５２とのエッチングレートが略同一であることから、ＡｌＮ層５３から露出した下部Ｍｏ層５２もＡｌＮ層４３と同程度にエッチングされてしまう。
【０００８】
そのため、ＡｌＮ層５３のエッチングを行うと、図７（ｃ）に示されるように、下部Ｍｏ層５２の表面が部分的にエッチングされて、該表面に開口する凹部５２ａが形成される。これにより、下部Ｍｏ層５２においては、凹部５２ａの形成された箇所が断線しやすくなってしまう。また、下部Ｍｏ層５２上に層間絶縁層を形成した場合には、層間絶縁層における上面の平坦性が低くなり、ひいては、層間絶縁層上に形成される配線の形状における精度も低くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｍｏ層上に積層されたＡｌＮ層のエッチングにおいて、Ｍｏ層のエッチングを抑えることのできるプラズマエッチング装置、及び誘電体デバイスの製造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】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
本発明の一態様は、エッチング対象を収容する真空槽と、前記エッチング対象に引き込まれるプラズマを生成するプラズマ生成部とを備えるプラズマエッチング装置であって、前記エッチング対象は、モリブデン層上に積層された窒化アルミニウム層であり、前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の少なくとも一部が露出している状態で、窒素ガスから前記プラズマを生成し、前記プラズマ生成部は、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力で前記プラズマを引き込むことを要旨とする。
【００１１】
本願発明者らは、モリブデン層上に積層された窒化アルミニウム層のエッチングについて鋭意研究する中で以下のことを見出した。すなわち、モリブデン層のエッチングレートに対する窒化アルミニウム層のエッチングレートの比としての選択比が、窒素ガスから生成されたプラズマを用いることによって、他のガス、例えば上記塩素ガスやアルゴンガス等から生成されたプラズマを用いたときの選択比よりも大きくなることを見出した。
【００１２】
この点、本発明の一態様では、モリブデン層の少なくとも一部が露出している状態で、モリブデン層上に積層された窒化アルミニウム層のエッチングに窒素ガスから生成されたプラズマを用いるようにしている。そのため、窒化アルミニウム層のエッチングにおいて、モリブデン層のエッチングを抑えることができる。
また、本願発明者らは、窒素ガスから生成されたプラズマによる窒化アルミニウム層のエッチングについて鋭意研究する中で以下のことを見出した。すなわち、上記選択比が、窒化アルミニウム層に負の電圧を印加するための高周波電力の周波数に依存性を有し、しかも、該周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、５以上という高い選択比を得られることを見出した。
この点、本発明の一態様では、プラズマを引き込むための高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上としている。そのため、５以上という高い選択比が得られることとなり、ひいては、モリブデン層のエッチングが、より確実に抑えられることになる。
【００１３】
本発明の一態様は、前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の全てが前記窒化アルミニウム層に覆われている状態で、前記窒素ガスからのプラズマの生成を開始することを要旨とする。
【００１４】
本発明の一態様では、窒化アルミニウム層からモリブデン層が露出される以前に、プラズマ生成部が、窒素ガスからプラズマを生成するようにしている。そのため、モリブデン層には、窒素ガス以外のガスから生成されたプラズマが供給されなくなる。それゆえに、窒化アルミニウム層のエッチングに際して、モリブデン層のエッチングがその全体において抑えられるようになる。
【００１５】
本発明の一態様は、前記プラズマ生成部は、前記モリブデン層の全てが前記窒化アルミニウム層に覆われている状態で、フッ素及び塩素の少なくとも一つを含むガスから前記プラズマを生成することを要旨とする。
【００１６】
上述のように、窒素ガスから生成したプラズマによれば、窒化アルミニウム層とモリブデン層との間での選択比は相対的に大きくなる。しかしながら、窒素ガスから生成したプラズマによる窒化アルミニウム層のエッチングレートは、プラズマエッチングにおいて一般的に用いられるガス、例えば、フッ素含有ガスや塩素含有ガスから生成したプラズマを用いたときのエッチングレートよりも小さい。
【００１７】
そこで、本発明の一態様では、モリブデン層の全てが窒化アルミニウム層に覆われている状態で、フッ素及び塩素の少なくとも一つを含むガスからプラズマが生成されるため、窒化アルミニウム層が、少なからずフッ素含有ガスから生成されたプラズマによってエッチングされることになる。そのため、窒化アルミニウム層の全てを窒素ガスから生成されたプラズマによってエッチングする場合と比較して、該窒化アルミニウム層のエッチングに要する時間を短くすることができる。
【００２０】
本発明の一態様は、電極層上に積層された誘電体層をエッチングして誘電体デバイスを製造する誘電体デバイスの製造方法であって、前記電極層はモリブデンからなり、前記誘電体層は窒化アルミニウムからなり、前記誘電体層のエッチングでは、前記電極層の少なくとも一部が露出している状態で、窒素ガスから生成されたプラズマが用いられ、１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力で前記プラズマを引き込むことで、前記誘電体層をエッチングすることを要旨とする。
【００２１】
本発明の一態様では、モリブデンからなる電極層の少なくとも一部が露出している状態で、該電極層上に積層された窒化アルミニウムからなる誘電体層のエッチングに窒素ガスから生成されたプラズマを用いるようにしている。そのため、誘電体層のエッチングにおいて、電極層のエッチングを抑えることができる。
また、プラズマを引き込むための高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上としている。そのため、５以上という高い選択比が得られることとなり、ひいては、電極層のエッチングが、より確実に抑えられることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明におけるプラズマエッチング装置を具体化した第１実施形態の全体構成を示す構成図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）本発明における誘電体デバイスの製造方法を具体化した第１実施形態を工程順に示す工程図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）本発明における誘電体デバイスの製造方法を具体化した第２実施形態を工程順に示す工程図。
【図４】Ｍｏ層に対するＡｌＮ層の選択比をガス種ごとに示すグラフ。
【図５】Ｍｏ層に対するＡｌＮ層の選択比における周波数依存性を示すグラフ。
【図６】（ａ）〜（ｃ）ＡｌＮ層及び下部Ｍｏ層に対する窒素ガスから生成したプラズマを用いたエッチングのメカニズムを模式的に示す模式図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）従来の誘電体デバイスの製造方法を工程順に示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明におけるプラズマエッチング装置を具体化した第１実施形態、及び、誘電体デバイスの製造方法を具体化した第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。まず、プラズマエッチング装置の第１実施形態について図１を参照して説明する。
【００２４】
［プラズマエッチング装置の構成］
図１に示されるように、プラズマエッチング装置１０には、接地電位に接続された円筒状の真空槽１１が搭載されている。真空槽１１の上面における開口部には、円板状の石英窓１２が、開口部を封止するように取り付けられている。真空槽１１内における石英窓１２の下方には、円板状の処理基板Ｓを保持するステージ１３が設置されている。なお、処理基板Ｓとは、先に示した図７と同様、ガラス基板上に、下部Ｍｏ層（下部モリブデン層）、エッチング対象としてのＡｌＮ層（窒化アルミニウム層）、上部Ｍｏ層、及びレジストマスクがこの順に積層された積層体である。つまり、処理基板Ｓは、プラズマエッチング装置１０における処理や、他の装置における処置を通じて圧電素子の下部電極となる下部Ｍｏ層、誘電体層となるＡｌＮ層、及び、上部電極となる上部Ｍｏ層を有している。
【００２５】
ステージ１３には、処理基板Ｓに負のバイアス電圧を印加するバイアス用高周波電源ＲＦ１が、バイアス用整合器ＭＢ１を介して接続されている。バイアス用高周波電源ＲＦ１は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を出力する。バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力周波数は、１３．５６ＭＨｚ以上であることが好ましい。バイアス用高周波電源ＲＦ１が高周波電力を出力するとき、バイアス用整合器ＭＢ１は、バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスとを整合させる。
【００２６】
また、ステージ１３には、該ステージ１３に載置された処理基板Ｓの温度を調整するための温調部１４が接続されている。温調部１４は、処理基板Ｓの温度が所定の温度に保たれるように、ステージ１３に形成された通路におけるヘリウム（Ｈｅ）ガスの圧力を調節する。
【００２７】
真空槽１１内には、防着板１５が、ステージ１３の全周を囲うように取り付けられている。防着板１５は、処理基板Ｓのエッチングによって生じた生成物をステージ１３側の面に付着させることで、生成物が真空槽１１の内壁面に付着することを抑える。
【００２８】
真空槽１１には、該真空槽１１内を所定の圧力に減圧する排気部１６が接続されている。排気部１６は、例えば、ターボ分子ポンプと、その後段に接続されたドライポンプと、これらポンプの排気速度を調節するバルブとから構成されている。また、真空槽１１には、該真空槽１１内に窒素（Ｎ２）ガスを供給する窒素ガス供給部１７と、ハロゲン元素を含有するガス、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガス及び塩素（Ｃｌ２）ガスを供給するハロゲンガス供給部１８とが接続されている。窒素ガス供給部１７及びハロゲンガス供給部１８は、真空槽１１内に供給する各ガスの流量を調節するマスフローコントローラである。処理基板Ｓのエッチング時には、これら排気部１６及びガス供給部１７，１８によって、真空槽１１内が所定の圧力とされる。
【００２９】
上記石英窓１２の上方には、Ｎ２ガス、ＳＦ６ガス、あるいはＣｌ２ガスに高周波電力を供給する誘導アンテナ１９が設置されている。誘導アンテナ１９には、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が、アンテナ用整合器ＭＢ２を介して接続されている。アンテナ用高周波電源ＲＦ２は、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電力を誘導アンテナ１９に供給する。アンテナ用整合器ＭＢ２は、アンテナ用高周波電源ＲＦ２が高周波電力を出力するときに、該アンテナ用高周波電源ＲＦ２の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスとを整合させる。アンテナ用高周波電源ＲＦ２が誘導アンテナ１９に高周波電力を供給すると、誘導アンテナ１９を介して真空槽１１内のガスに高周波電力が供給されることで、該ガスからプラズマが生成される。
【００３０】
なお、本実施形態のプラズマエッチング装置１０では、上記誘導アンテナ１９、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１がプラズマ生成部を構成している。
【００３１】
プラズマエッチング装置１０には、バイアス用高周波電源ＲＦ１、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、排気部１６、窒素ガス供給部１７、及びハロゲンガス供給部１８に接続されるとともに、これらの動作を制御する制御装置１０Ｃが搭載されている。また、制御装置１０Ｃには、プラズマエッチング装置１０を動作させるための命令並びに手順と、各手順における動作の条件とから構成される複数のレシピが記憶されている。制御装置１０Ｃに記憶されたレシピのうち、処理基板Ｓをエッチングするためのレシピには、ＳＦ６ガス及びＣｌ２ガスの流量、Ｎ２ガスの流量、アンテナ用高周波電源ＲＦ２から高周波電力を供給する期間、バイアス用高周波電源ＲＦ１から高周波電源を供給する期間、及び真空槽１１内の圧力等が設定されている。
【００３２】
［プラズマエッチングのレシピ］
次に、上記プラズマエッチングのレシピについて詳述する。プラズマエッチングのレシピには、以下の第１ステップ及び第２ステップが、プラズマエッチング装置１０においてこの順に実行されるように設定されている。
【００３３】
・第１ステップ
第１ステップでは、ハロゲンガス供給部１８及び排気部１６が駆動されることで、ＳＦ６ガスの流量、Ｃｌ２ガスの流量、及び排気速度の協働によって真空槽１１内が所定の圧力に維持される。また、アンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１から所定の高周波電力が出力される。第１ステップが行われる時間は、上部Ｍｏ層におけるレジストマスクによって覆われていない領域が、確実にエッチングされるために必要な時間が設定されている。
・第２ステップ
第２ステップでは、窒素ガス供給部１７及び排気部１６が駆動されることで、真空槽１１内が所定の圧力に維持される。また、アンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１から所定の高周波電力が出力される。第２ステップが行われる時間は、ＡｌＮ層におけるレジストマスク及び上部Ｍｏ層によって覆われていない領域が、確実にエッチングされるために必要な時間に設定されている。
【００３４】
制御装置１０Ｃは、こうしたプラズマエッチングのレシピに基づいて、上記アンテナ用高周波電源ＲＦ２、バイアス用高周波電源ＲＦ１、排気部１６、窒素ガス供給部１７、及びハロゲンガス供給部１８の駆動の態様を制御する。
【００３５】
［プラズマエッチング装置の作用］
上記プラズマエッチング装置１０が行う動作の一つである処理基板Ｓのエッチングに関わる動作、並びに、上記圧電素子を有した誘電体デバイスの製造方法を具体化した第１実施形態について、図２を参照して説明する。まず、処理基板Ｓが、プラズマエッチング装置１０に形成された図示されない搬出入口から、排気部１６によって減圧された真空槽１１内に搬入される。なお、排気部１６は、処理基板Ｓのエッチングが行われている間中、所定の排気速度にて駆動されている。
【００３６】
このエッチングが行われる以前の処理基板Ｓは、図２（ａ）に示されるように、また上述のように、ガラス基板２１上に、下部Ｍｏ層２２、ＡｌＮ層２３、及び上部Ｍｏ層２４がこの順に積層されるとともに、上部Ｍｏ層２４上には、所定の形状に加工されたレジストマスク２５が形成されたものである。
【００３７】
真空槽１１内に搬入された処理基板Ｓがステージ１３に保持されると、ハロゲンガス供給部１８、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１がこの順に駆動されることで、真空槽１１内にＳＦ６ガス及びＣｌ２ガスからプラズマが生成される。
【００３８】
すなわち、上記第１ステップに基づき、ＳＦ６ガス及びＣｌ２ガスを所定流量で供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからハロゲンガス供給部１８に対して出力される。次いで、所定の高周波電力を供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからアンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１に対してこの順に出力される。
【００３９】
これにより、ＳＦ６ガス及びＣｌ２ガスから生成されたプラズマ中の正イオンやラジカルが処理基板Ｓに到達することで、図２（ｂ）に示されるように、上部Ｍｏ層２４におけるレジストマスク２５で覆われていない領域がエッチングされる。
【００４０】
上部Ｍｏ層２４のエッチングが行われると、ハロゲンガス供給部１８、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１の駆動が停止される。すなわち、上記第１ステップに基づき、ハロゲンガス供給部１８、及び各高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２の駆動を停止させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからハロゲンガス供給部１８、及び各高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２に対して出力される。
【００４１】
そして、窒素ガス供給部１７、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１がこの順に駆動されることで、真空槽１１内に窒素ガスからプラズマが生成される。
【００４２】
すなわち、上記第２ステップに基づき、Ｎ２ガスを所定流量で供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃから窒素ガス供給部１７に対して出力される。次いで、所定の高周波電力を供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからアンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１に対してこの順に出力される。これにより、図２（ｃ）に示されるように、Ｎ２ガスから生成されたプラズマ中のＮ＋イオンがＡｌＮ層２３に引き込まれることで、ＡｌＮ層２３における上部Ｍｏ層２４及びレジストマスク２５で覆われていない領域がエッチングされる。なお、ＡｌＮ層２３のエッチングには、プラズマ中のラジカルのうちで、ＡｌＮ層２３の表面に到達したものも寄与しているものの、ＡｌＮ層２３の大分部は、Ｎ＋イオンによってエッチングされる。
【００４３】
このように、ＡｌＮ層２３のエッチングに際してＮ２ガスから生成されたプラズマを用いるようにしている。そのため、下部Ｍｏ層２２のエッチングレートに対するＡｌＮ層２３のエッチングレートの比（［ＡｌＮ層２３のエッチングレート］／［下部Ｍｏ層２２のエッチングレート］）としての選択比が、他のガス、例えば上述のようなＳＦ６ガスやＣｌ２ガスから生成されたプラズマを用いた場合よりも大きくなる。そえゆえに、ＡｌＮ層２３がエッチングされて下部Ｍｏ層２２が露出したとしても、下部Ｍｏ層２２のエッチングが抑えられることになる。
【００４４】
なお、こうして下部Ｍｏ層２２のエッチングが抑えられることから、ＡｌＮ層２３のエッチング時間、すなわち上記第２ステップが行われる時間は、レジストマスク２５によって覆われていないＡｌＮ層２３の領域が、エッチングによって除去される以上の時間に設定することも可能になる。そのため、下部Ｍｏ層２２の表面やＡｌＮ層２３の側面には、ＡｌＮの残渣が生じにくくなり、ひいては、ＡｌＮ層２３の形状における精度が高められることになる。
【００４５】
また、ＡｌＮ層２３のエッチングに際しては、レジストマスク２５の形状にパターニングされた上部Ｍｏ層２４が、ＡｌＮ層２３上に形成されている。そのため、上記下部Ｍｏ層２２と同様、上部Ｍｏ層２４についても、ＡｌＮ層２３との選択比が、他のガスから生成されたプラズマを用いた場合よりも大きくなる。そのため、レジストマスク２５に加えて、上部Ｍｏ層２４が、ＡｌＮ層２３をエッチングするときのマスクとして機能する。それゆえに、たとえ、ＡｌＮ層２３のエッチングの途中にてレジストマスク２５のほとんどが除去されてしまったとしても、ＡｌＮ層２３は所望の形状にエッチングされることになる。また、他のガスを用いたエッチングを行う場合よりも、上部Ｍｏ層２４上に積層するレジストマスク２５の膜厚を薄くすることができる。
［第２実施形態］
以下、本発明におけるプラズマエッチング装置を具体化した第２実施形態、及び、誘電体デバイスの製造方法を具体化した第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態と比較して、上記制御装置１０Ｃに記憶されたプラズマエッチングのレシピが異なる。そのため、以下では、こうした相違点について特に説明する。
【００４６】
［プラズマエッチングのレシピ］
制御装置１０Ｃに記憶されたプラズマエッチングのレシピには、以下の第１ステップ及び第２ステップが、上記プラズマエッチング装置１０にてこの順に実行されるように設定されている。
【００４７】
・第１ステップ
第１ステップでは、ハロゲンガス供給部１８及び排気部１６が駆動されることで、フッ素を含むガスの一つであるＳＦ６ガスの流量、及び排気速度の協働によって真空槽１１内が所定の圧力に維持される。また、アンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１から所定の高周波電力が出力される。第１ステップが行われる時間は、上部Ｍｏ層におけるレジストマスクによって覆われていない領域が確実にエッチングされ、且つ、ＡｌＮ層から下部Ｍｏ層が露出しない程度に、該ＡｌＮ層がその厚さ方向の途中までエッチングされるために必要な時間に設定されている。
【００４８】
・第２ステップ
第２ステップでは、窒素ガス供給部１７及び排気部１６が駆動されることで、真空槽１１内が所定の圧力に維持される。また、アンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１から所定の高周波電力が出力される。第２ステップが行われる時間は、ＡｌＮ層におけるレジストマスク及び上部Ｍｏ層によって覆われていない領域であって、上記第１ステップにてエッチングされなかった領域が、確実にエッチングされるために必要な時間に設定されている。
【００４９】
［プラズマエッチング装置の作用］
上記プラズマエッチング装置１０が行う動作の一つである処理基板Ｓのエッチングに関わる動作、並びに誘電体デバイスの製造方法を具体化した第２実施形態について、図３を参照して説明する。まず、上記第１実施形態と同様、処理基板Ｓが真空槽１１内に搬入され、そして、ステージ１３によって保持される。このエッチングが行われる以前の処理基板Ｓも、図３（ａ）に示されるように、また、上記第１実施形態と同様、ガラス基板３１上に、下部Ｍｏ層３２、ＡｌＮ層３３、及び上部Ｍｏ層３４がこの順に積層されるとともに、上部Ｍｏ層３４上には、所定の形状に加工されたレジストマスク３５が形成されたものである。
【００５０】
処理基板Ｓがステージ１３に保持されると、ハロゲンガス供給部１８、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１がこの順に駆動されることで、真空槽１１内にＳＦ６ガスからプラズマが生成される。
【００５１】
すなわち、上記第１ステップに基づき、ＳＦ６ガスを所定流量で供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからハロゲンガス供給部１８に対して出力される。次いで、所定の高周波電力を供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからアンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１に対してこの順に出力される。これにより、プラズマ中の正イオン及びラジカルが処理基板Ｓに到達することで、図３（ｂ）に示されるように、上部Ｍｏ層３４におけるレジストマスク３５で覆われていない領域と、ＡｌＮ層３３におけるレジストマスク３５で覆われていない領域における厚さ方向の途中までがエッチングされる。
【００５２】
上部Ｍｏ層３４及びＡｌＮ層３３のエッチングが行われると、ハロゲンガス供給部１８、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１の駆動が停止される。すなわち、上記第１ステップに基づき、ハロゲンガス供給部１８、及び各高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２の駆動を停止させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃからハロゲンガス供給部１８、及び各高周波電源ＲＦ１，ＲＦ２に対して出力される。
【００５３】
そして、窒素ガス供給部１７、アンテナ用高周波電源ＲＦ２、及びバイアス用高周波電源ＲＦ１がこの順に駆動されることで、真空槽１１内に窒素ガスからプラズマが生成される。
【００５４】
すなわち、上記第２ステップに基づき、Ｎ２ガスを所定流量で供給させるための駆動信号が、制御装置１０Ｃから窒素ガス供給部１７に対して出力される。次いで、所定の高周波電力を供給するための駆動信号が、アンテナ用高周波電源ＲＦ２及びバイアス用高周波電源ＲＦ１に対してこの順に出力される。これにより、図３（ｃ）に示されるように、Ｎ２ガスから生成されたプラズマ中のＮ＋イオンがＡｌＮ層３３に引き込まれることで、ＡｌＮ層３３における上部Ｍｏ層３４及びレジストマスク３５で覆われていない領域の残部がエッチングされる。
【００５５】
このように、ＡｌＮ層３３をＳＦ６ガスから生成されたプラズマでエッチングした後、ＡｌＮ層３３から下部Ｍｏ層３２が露出する前に、同ＡｌＮ層３３をＮ２ガスから生成されたプラズマによってエッチングするようにしている。そのため、下部Ｍｏ層３２が露出するときには、Ｎ２ガスのプラズマによってＡｌＮ層３３のエッチングが行われていることから、第１実施形態と同様、上記選択比が大きくなる。それゆえに、ＡｌＮ層３３のエッチングに際して、下部Ｍｏ層３２のエッチングを抑えることができる。
【００５６】
加えて、本実施形態では、ＡｌＮ層３３をその厚さ方向の途中まで、Ｎ２ガスのプラズマよりも高いエッチングレートを得ることができるＳＦ６ガスから生成されたプラズマによってエッチングするようにしている。そのため、下部Ｍｏ層３２のエッチングを抑えつつ、ＡｌＮ層３３のエッチング時間を短くすることができる。
【００５７】
しかも、上記第１ステップでは、上部Ｍｏ層３４とＡｌＮ層３３の一部とが、一括してエッチングされる。そのため、ＡｌＮ層３３のエッチングの途中において、プラズマの生成に用いられるガスをＳＦ６ガスからＮ２ガスに切り替えたとしても、処理基板Ｓのエッチングが煩雑になることを抑えられる。
【００５８】
［試験例］
［ＡｌＮ層、Ｍｏ層のエッチングレートと選択比］
直径８インチのガラス基板上に、５０ｎｍのＭｏ層と、１０００ｎｍのＡｌＮ層とをこの順にスパッタ成膜した。そして、ＡｌＮ層のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を測定するための試験用基板（ＡｌＮ層用基板）を作成した。また、同じく直径８インチのガラス基板上に、２００ｎｍのＭｏ層をスパッタ成膜した。そして、Ｍｏ層のエッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を測定するための試験用基板（Ｍｏ層用基板）を作成した。
【００５９】
ＡｌＮ層用基板とＭｏ層用基板とをＮ２ガス、Ａｒガス、ＳＦ６ガス、及びＣｌ２ガスのいずれかから生成したプラズマによってエッチングした後、各基板におけるＡｌＮ層の厚さとＭｏ層の厚さとを走査型電子顕微鏡を用いて測定した。この測定結果に基づき算出したＡｌＮ層及びＭｏ層のエッチングレートと、Ｍｏ層のエッチングレートに対するＡｌＮ層のエッチングレートの比（［ＡｌＮ層のエッチングレート］／［Ｍｏ層のエッチングレート］）としての選択比を図４に示す。なお、ＡｌＮ層用基板及びＭｏ層用基板のエッチングは、以下の条件にて行われた。
【００６０】
・各ガスの流量                        ２０ｓｃｃｍ
・アンテナ用高周波電源の出力周波数    １３．５６ＭＨｚ
・アンテナ用高周波電源の出力          ６００Ｗ
・バイアス用高周波電源の出力周波数    ６００ｋＨｚ
・バイアス用高周波電源の出力          ３００Ｗ
・真空槽内の圧力                      ０．５Ｐａ
・試験用基板の温度                    ２０℃
図４に示されるように、Ｎ２ガスから生成したプラズマを用いたエッチングによれば、３を超える選択比が得られることが認められた。これに対し、Ａｒガス、ＳＦ６ガス、及びＣｌ２ガスから生成されたプラズマを用いたエッチングでは、２を超えない選択比しか得られないことが認められた。詳細には、Ｎ２ガスを用いたときの選択比が３．６、Ａｒガスを用いたときの選択比が１．２、ＳＦ６ガスを用いたときの選択比が１．０、Ｃｌ２ガスを用いたときの選択比が１．６５であった。
【００６１】
また、同図４に示されるように、ＳＦ６ガスから生成したプラズマを用いたＡｌＮ層のエッチングレートは、Ｎ２ガスから生成したプラズマを用いたＡｌＮ層のエッチングレートの略６倍であることが認められた。
【００６２】
［選択比の周波数依存性］
上記ＡｌＮ層用基板、及びＭｏ層用基板をＮ２ガスから生成されたプラズマによってエッチングし、そのときのエッチングレートを算出した。なお、エッチング時の各種条件は、上述の条件からバイアス用高周波電源の出力周波数を１３．５６ＭＨｚ、及び２７ＭＨｚに変更したものとした。また、エッチングレートは上述の方法で算出した。こうして算出したエッチングレート、及びエッチングレートに基づく選択比（［ＡｌＮ層のエッチングレート］／［Ｍｏ層のエッチングレート］）を図５に示す。
【００６３】
同図５に示されるように、出力周波数が大きくなるほど、ＡｌＮ層のエッチングレートが大きくなる一方、Ｍｏ層のエッチングレートが小さくなることが認められた。すなわち、出力周波数が大きくなるほど、上記選択比が大きくなることが認められた。しかも、出力周波数が１３．５６ＭＨｚ以上であると、５以上という高い選択比が得られることが認められた。詳細には、出力周波数が１３．５６ＭＨｚであるときの選択比が５、同出力周波数が２７ＭＨｚであるときの選択比が６．４であった。
【００６４】
［選択比獲得のメカニズム］
上述のような結果から、Ｎ２ガスから生成されたプラズマによれば、図６に示されるようなメカニズムにてＡｌＮ層がエッチングされるものと考えられる。なお、図６では、図示の便宜上、上記処理基板における下部Ｍｏ層、ＡｌＮ層、及び上部Ｍｏ層のみを図示し、これらが積層されるガラス基板、及び上部Ｍｏ層上に形成されたレジストマスクの図示を割愛している。
【００６５】
ＡｌＮ層４３のエッチング時には、図６（ａ）に示されるように、負の電圧が印加された処理基板に対して、Ｎ２ガスから生成されたプラズマＰ中のＮ＋イオンが、上部Ｍｏ層４４に覆われていないＡｌＮ層４３の表面に引き込まれる。Ｎ＋イオンが引き込まれると、ＡｌＮ層４３の表面に露出するＡｌ原子及びＮ原子のうち、Ｎ原子が該Ｎ＋イオンと反応してＮ２分子を形成し、これにより、ＡｌＮ層４３中のＮ原子がＮ２ガスとして脱離しやすくなる。
【００６６】
そのため、ＡｌＮ層４３の表面では、Ａｌが多くなることから、図６（ｂ）に示されるように、Ｎ＋イオンによるＡｌ原子の物理的なエッチングが生じやすくなる。こうしたＮ原子の脱離とＡｌ原子のエッチングとが繰り返されることによって、ＡｌＮ層４３がその厚さ方向にエッチングされる。
【００６７】
ＡｌＮ層４３がエッチングされると、下部Ｍｏ層４２が露出し、そして、下部Ｍｏ層４２の表面にプラズマＰ中のＮ＋イオンが引き込まれることになる。下部Ｍｏ層４２には、ＡｌＮ層４３と異なりＮ原子が含まれていないことから、上述のようなＮ＋イオンとの反応が生じない。そのため、Ｎ原子の脱離したＡｌＮ層４３よりもＭｏ原子の密度が高く、また、Ｍｏ原子そのものがＡｌ原子よりも大きいことから、図６（ｃ）に示されるように、下部Ｍｏ層４２は、ＡｌＮ層４３よりも物理的にエッチングされにくい。つまり、下部Ｍｏ層４２の表面にて反跳するＮ＋イオンが多くなる。
【００６８】
なお、下部Ｍｏ層４２の表面では、下部Ｍｏ層４２そのものの表面にてＮ＋イオンが反跳すること以外に、以下のようなメカニズムにより下部Ｍｏ層４２のエッチングが抑えられることも考えられる。すなわち、下部Ｍｏ層４２の表面においては、ＡｌＮ層４３のようなＮ＋イオンのＮ２分子化が起こりにくいために、下部Ｍｏ層４２の表面に引き込まれたＮ＋イオンが該下部Ｍｏ層４２の表面に付着しやすい。そして、こうして付着したＮ＋イオンのために、新たに下部Ｍｏ層４２の表面に引き込まれたＮ＋イオンは、下部Ｍｏ層４２の表面に到達しにくくなることから、該下部Ｍｏ層４２がエッチングされにくくなる。
【００６９】
これに対し、上記ＳＦ６ガスやＣｌ２ガスから生成されたプラズマによるエッチングでは、ＡｌＮ層４３において上述のような反応が生じないことから、ＡｌＮ層４３と下部Ｍｏ層４２とにおいては、プラズマ中に含まれる正イオンによる物理的なエッチングが主に生じることになる。そのため、ＡｌＮ層４３のエッチングレートと下部Ｍｏ層４２とのエッチングレートとには、Ｎ２ガスから生成したプラズマを用いた場合ほどの違いが生じない。
【００７０】
したがって、ＡｌＮ層４３のエッチングにＮ２ガスのプラズマを用いることにより、他のガスから生成したプラズマを用いるよりも、高い選択比を得ることができる。
以上説明したように、上記第１実施形態及び第２実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
【００７１】
（１）第１実施形態及び第２実施形態では、下部Ｍｏ層２２，３２上に積層されたＡｌＮ層２３，３３のエッチングにおいて、下部Ｍｏ層２２，３２の少なくとも一部が露出する状態で、Ｎ２ガスから生成されたプラズマを用いるようにしている。そのため、上記選択比が、他のガスから生成されたプラズマを用いてエッチングした場合よりも大きくなることから、ＡｌＮ層２３，３３のエッチングにおいて、下部Ｍｏ層２２，３２のエッチングを抑えることができる。
【００７２】
（２）第１実施形態及び第２実施形態では、バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力周波数を１３．５６ＭＨｚ以上としている。そのため、５以上という高い選択比が得られることとなり、ひいては、下部Ｍｏ層２２，３２のエッチングが、より確実に抑えられることになる。
【００７３】
（３）第１実施形態及び第２実施形態では、ＡｌＮ層２３，３３上に上部電極としての上部Ｍｏ層２４，３４が形成されている。そのため、上部Ｍｏ層２４，３４とＡｌＮ層２３，３３との選択比も、他のガスから生成されたプラズマを用いた場合よりも大きくなる。そのため、レジストマスク２５，３５に加えて、上部Ｍｏ層２４，３４が、ＡｌＮ層２３，３３をエッチングするときのマスクとして機能する。それゆえに、たとえ、ＡｌＮ層２３，３３のエッチングの途中にてレジストマスク２５，３５のほとんどが除去されてしまったとしても、ＡｌＮ層２３，３３が所望の形状にエッチングされる。また、他のガスを用いたエッチングを行う場合よりも、上部Ｍｏ層２４上に積層するレジストマスク２５の膜厚を薄くすることができる。
【００７４】
（４）第２実施形態では、ＡｌＮ層３３のエッチングに際して、ＳＦ６ガスからプラズマが生成された後に、Ｎ２ガスからプラズマが生成されるため、ＡｌＮ層３３が、少なからずＳＦ６ガスから生成されたプラズマによってエッチングされることになる。これにより、ＡｌＮ層３３の全てをＮ２ガスから生成されたプラズマによってエッチングする場合と比較して、該ＡｌＮ層３３のエッチングに要する時間を短くすることができる。
【００７５】
（５）第２実施形態では、ＡｌＮ層３３から下部Ｍｏ層３２が露出される以前に、Ｎ２ガスからプラズマを生成するようにしている。そのため、下部Ｍｏ層３２には、上記ＳＦ６ガスから生成されたプラズマのようなＮ２ガス以外のガスから生成されたプラズマが供給されなくなる。それゆえに、ＡｌＮ層３３のエッチングに際して、下部Ｍｏ層３２のエッチングがその全体において抑えられるようになる。
【００７６】
（６）第２実施形態では、上部Ｍｏ層３４とＡｌＮ層３３の一部とが、一括してエッチングされる。そのため、ＡｌＮ層３３のエッチングの途中において、プラズマの生成に用いられるガスをＳＦ６ガスからＮ２ガスに切り替えたとしても、処理基板Ｓのエッチングが煩雑になることを抑えられる。
【００７７】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力周波数は、１３．５６ＭＨｚより小さくてもよい。こうした構成であっても、上記（１）、（３）〜（６）に準じた効果を得ることができる。
【００７８】
・上部Ｍｏ層２４，３４に代えて、他の金属、例えば白金等から上部電極を形成するようにしてもよい。こうした構成であっても、上記（１）、（２）、（４）、（５）に準じた効果を得ることができる。また、上記他の金属にて上部電極を形成した場合にも、該上部電極のエッチングに、ＳＦ６ガスから生成されたプラズマを用いることが可能であれば、上記（６）に準じた効果を得ることもできる。
【００７９】
・第２実施形態では、ＳＦ６ガス以外のフッ素含有ガス、例えばＦ２ガス、ＣＦ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、及びＣＨＦ３ガス等から生成されたプラズマをＡｌＮ層３３のエッチングに用いるようにしてもよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることができる。
【００８０】
・第２実施形態では、ＳＦ６ガス以外のガス、例えばＣｌ２ガス、ＢＣｌ３ガス等、フッ素及び塩素の少なくとも一つが含まれるガスから生成されたプラズマを用いるようにしてもよい。要は、ＡｌＮ層のエッチングレートが、Ｎ２ガスから生成されたプラズマよりも大きいガスから生成されたプラズマによってエッチングを行うようにすればよい。こうした構成であっても、上記（１）〜（３）に準じた効果を得ることができる。
【００８１】
・第２実施形態では、下部Ｍｏ層３２の一部が露出された後に、ＳＦ６ガスから生成されたプラズマから、Ｎ２ガスから生成されたプラズマに切り替えるようにしてもよい。こうした構成によっても、下部Ｍｏ層３２の一部においては該下部Ｍｏ層３２のエッチングが抑えられるようになることから、上記（１）〜（４）、（６）に準じた効果を得ることができる。
【００８２】
・ＡｌＮ層のエッチングにおける各種条件、例えば、Ｎ２ガスの流量、アンテナ用高周波電源ＲＦ２の出力周波数、アンテナ用高周波電源ＲＦ２の出力、バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力周波数、バイアス用高周波電源ＲＦ１の出力、真空槽１１内の圧力、及び処理基板Ｓの温度等は、上記以外の条件にて行うことができる。つまり、ＡｌＮ層のエッチングが可能である範囲で、上記各種条件は適宜変更することができる。また、各種条件が変更されたとしても、ＡｌＮ層のエッチングをＮ２ガスから生成されたプラズマによって行う限りは、上記（１）に準じた効果を得ることができる。
【００８３】
・下部Ｍｏ層２２，３２，４２、ＡｌＮ層２３，３３，４３、及び上部Ｍｏ層２４，３４，４４は、ガラス基板に代えてシリコン基板等の半導体基板上に積層されてもよい。
・第１実施形態及び第２実施形態では、上部Ｍｏ層２４，３４のエッチングとＡｌＮ層のエッチングとの間に、レジストマスクの形成を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…プラズマエッチング装置、１０Ｃ…制御装置、１１…真空槽、１２…石英窓、１３…ステージ、１４…温調部、１５…防着板、１６…排気部、１７…窒素ガス供給部、１８…ハロゲンガス供給部、１９…誘導アンテナ、２１，３１，５１…ガラス基板、２２，３２，４２，５２…下部Ｍｏ（モリブデン）層、２３，３３，４３，５３…ＡｌＮ（窒化アルミニウム）層、２４，３４，４４，５４…上部Ｍｏ（モリブデン）層、２５，３５，５５…レジストマスク、５２ａ…凹部、ＭＢ１…バイアス用整合器、ＭＢ２…アンテナ用整合器、Ｐ…プラズマ、ＲＦ１…バイアス用高周波電源、ＲＦ２…アンテナ用高周波電源、Ｓ…処理基板。
【図１】
0005731313.tif 000002
【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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