(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング方法であって、
臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、供給したガスから生成されたプラズマによりシリコン膜をエッチングする複数の工程を有し、
前記臭化水素ガスの流量を、前記複数の工程のうちの最後の工程を含む２以上の工程において段階的に減少させ、
前記酸素ガスの流量を、前記臭化水素ガスの減少に応じて調整する、
エッチング方法。
【請求項２】
前記酸素ガスの流量を段階的に高くする、
請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記臭化水素ガスに対する酸素ガスの流量比を段階的に高くする、
請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記三フッ化窒素ガスの流量を一定にするか又は増加させ、
前記三フッ化窒素ガスの流量を増加させた場合、前記酸素ガスの流量を前記三フッ化窒素ガスの増加に応じて増加させる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記基板の温度を、１００℃〜２００℃に調整する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記複数の工程において、４０００Ｗ以上のバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記バイアス用の高周波電力のパルス波の周波数は、０．１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、Ｄｕｔｙ比は、５％〜３０％である、
請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
制御部を有し、基板の上に形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング装置であって、
前記制御部は、
臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、供給したガスから生成されたプラズマによりシリコン膜をエッチングする複数の工程において前記臭化水素ガスの流量を段階的に減少させ、
前記酸素ガスの流量を、前記臭化水素ガスの減少に応じて調整する、
エッチング装置。
【請求項９】
基板の上に形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング方法であって、
臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、供給したガスから生成されたプラズマによりシリコン膜をエッチングする複数の工程を有し、
前記複数の工程において前記臭化水素ガスの流量を段階的に減少させ、前記酸素ガスの流量を、前記臭化水素ガスの減少に応じて調整し、４０００Ｗ以上のバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加する、
エッチング方法。
【請求項１０】
制御部を有し、基板の上に形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング装置であって、
前記制御部は、
臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、供給したガスから生成されたプラズマによりシリコン膜をエッチングする複数の工程を有し、
前記複数の工程において前記臭化水素ガスの流量を段階的に減少させ、前記酸素ガスの流量を、前記臭化水素ガスの減少に応じて調整し、４０００Ｗ以上のバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加する、
エッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを供給し、それらのガスから生成されたプラズマにより、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングするエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５８２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エッチングによりシリコン膜にホールを形成する場合、アスペクト比が、例えば１５以上に高くなると、エッチングしたホールの先がよれる現象（以下、「ツイスティング（Twisting）」という。）が発生し、エッチング形状が悪くなる。近年、特にデバイスの微細化及び高アスペクト比のエッチングに対する需要によりツイスティングの課題がますます顕在化している。
【０００５】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、エッチング形状を良好にすることを目的とする。
【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、一の態様によれば、基板上に形成されたシリコン膜をエッチングするエッチング方法であって、臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、供給したガスから生成されたプラズマによりシリコン膜をエッチングする複数の工程を有し、前記複数の工程において前記臭化水素ガスの流量を段階的に減少させ、前記酸素ガスの流量を、前記臭化水素ガスの減少に応じて調整する、エッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、エッチング形状を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態にかかるエッチング装置の縦断面を示す図。
【図２】理想的なエッチングに対するツイスティングを説明するための図。
【図３】一実施形態と比較例におけるエッチング時のガスの供給を示すタイムチャート。
【図４】一実施形態と比較例におけるアスペクト比とツイスティングとの関係を示す図。
【図５】一実施形態と比較例におけるエッチング形状を示す図。
【図６】一実施形態にかかるエッチング方法の一例を示す図。
【図７】一実施形態の変形例にかかるＬＦのボトムＣＤ値とツイスティング値との関係の一例を示す図。
【図８】一実施形態の変形例にかかるツイスティング値の一例を示す図。
【図９】一実施形態の変形例にかかるエッチング方法の効果の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
［エッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるエッチング装置１の一例について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるエッチング装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるエッチング装置１は、チャンバ１０内に載置台２０とガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のプラズマ処理装置（容量結合型プラズマ処理装置）である。載置台２０は、半導体ウェハなどの被処理基板（以下、単に「ウェハＷ」という。）を保持する機能を有するとともに下部電極として機能する。ガスシャワーヘッド２５は、ガスをチャンバ１０内にシャワー状に供給する機能を有するとともに上部電極として機能する。
【００１１】
チャンバ１０は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなり、円筒形である。チャンバ１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、チャンバ１０の底部に設置され、ウェハＷを載置する。ウェハＷは、エッチング対象である基板の一例であり、ウェハＷには、ポリシリコン膜上にマスクが形成されている。
【００１２】
載置台２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている支持体１０４と、載置台２０の上面を形成し、ウェハを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられた構成をしている。静電チャック１０６は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの誘電体からなる絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。
【００１３】
チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給される。これにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６の表面に吸着される。
【００１４】
支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。これにより、載置台２０及び静電チャック１０６は冷却される。
【００１５】
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウエハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷却媒体と、ウエハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。また、加熱源を使用することでウエハＷを加熱する構成にしても良い。
【００１６】
載置台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周波数のプラズマ生起用の高周波電力ＨＦ（High Frequency）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周波数のバイアス用の高周波電力ＬＦ（Low Frequency）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台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を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、１００ＭＨｚのプラズマ励起用の高周波電力ＨＦを載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、１３．５６ＭＨｚのバイアス用の高周波電力ＬＦを載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、高周波電力ＨＦは載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加してもよい。
【００１７】
第１整合器３３は、第１高周波電源３２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。第２整合器３５は、第２高周波電源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。第１整合器３３は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、チャンバ１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００１８】
ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を絶縁する絶縁部材を介してチャンバ１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５は、図１に示すように電気的に接地してもよい。また、可変直流電源を接続してガスシャワーヘッド２５に所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるようにしてもよい。
【００１９】
ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンタ側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、それぞれの拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
【００２０】
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にに排気管を介して接続された排気装置６５によってチャンバ１０内が排気される。これにより、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の開閉によりチャンバ１０からウェハＷの搬入及び搬出が行われる。
【００２１】
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、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５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、後述されるエッチング等の所望の処理を実行する。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、静電チャック温度など）、チラー１０７の温度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もよい。また、レシピは、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してもよい。
【００２２】
エッチング処理時には、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電流が供給されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。
【００２３】
次いで、エッチングガス、プラズマ励起用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦがチャンバ１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷにプラズマエッチング処理が施される。
【００２４】
エッチング処理後、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶを印加してウェハＷの電荷を除電し、ウェハＷを静電チャック１０６から剥がす。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷがチャンバ１０から搬出される。
【００２５】
［エッチング方法］
本発明の一態様のエッチング方法について説明する。例えば、図２（ａ）に示すように、シリコン酸化膜（Ｓｉ０２）をマスク１１として被エッチング対象膜であるポリ（多結晶）シリコン膜１２をエッチングする。ただし、被エッチング対象膜は、ポリシリコン膜１２に限られず、例えばアモルファスシリコン膜、単結晶層であってもよい。被エッチング対象膜は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）であってもよい。マスク１１は、酸化膜であってもよいし、窒化膜であってもよい。ポリシリコン膜１２の下地膜１３としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が挙げられる。
【００２６】
図２（ａ）は、エッチング前の基板上に形成された膜の構成の一例を示し、図２（ｂ）は、エッチング後にポリシリコン膜１２に形成されたホールのエッチング形状の断面の一例を示す。
【００２７】
アスペクト比は、ポリシリコン膜１２のトップＣＤ（ｔｏｐ  ＣＤ）とポリシリコン膜１２の深さＤとの比として定義される。例えば、アスペクト比が１５〜２０程度では、図２（ｂ）のように良好なエッチング形状が得られる場合であっても、近年要求されるアスペクト比２５〜３０では、良好なエッチング形状が得られないことがある。特に３０以上では顕著である。その結果、図２（ｃ）に示すように、エッチングしたホールの先（ホールの底側）がよれる（屈曲、曲がる）現象であるツイスティング（Twisting）が発生する。以下に、比較例と本実施形態のプロセス条件を比較しながら、ツイスティングの課題を解決するためのプロセス条件と該プロセス条件に基づく本発明の一態様のエッチング方法について説明する。
【００２８】
図２（ａ）の膜構成のエッチングでは、ポリシリコン膜１２をエッチングするメインエッチング及び下地膜１３をエッチングするオーバエッチングが行なわれる。エッチングガスには、例えば臭化水素（ＨＢｒ）ガス、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガス及び酸素ガス（Ｏ２）が用いられる（第１のプロセス条件）。第１のプロセス条件のこれらのガスから生成されたプラズマによりマスク１１を介してポリシリコン膜１２がエッチングされる。続けて、第１のプロセス条件で下地膜１３をエッチングするオーバエッチングを行う。本実施形態にかかるエッチング方法は、例えば３Ｄ  ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の三次元積層半導体メモリの製造において好適である。
【００２９】
なお、本実施形態にかかるエッチング方法は、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスから生成されたプラズマにより、マスク１１を介してポリシリコン膜１２上の自然酸化膜を除去する工程を１０秒程実行した後、続けてポリシリコン膜１２をエッチングする。
【００３０】
［比較例にかかるエッチング方法］
以下に、比較例にかかるエッチング方法について説明する。比較例においてポリシリコン膜１２をエッチングする際のプロセス条件の一例を以下に示す。
・圧力            ８０ｍＴ（１０．７Ｐａ）
・高周波電力ＨＦ  ４００Ｗ
・高周波電力ＬＦ  ２３５０Ｗ  パルス波（周波数０．１ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比３０％）
・ガス            ＨＢｒ／ＮＦ３／Ｏ２
・エッチング時間  ９０秒
・載置台２０の温度    ６５℃
比較例にかかるエッチングでは、ポリシリコン膜１２がメインエッチングされた後、下地膜１３が例えば３０％程度オーバエッチングされる。比較例では、図３（ａ）に示すようにメインエッチング及びオーバエッチングにおいてＨＢｒガス、ＮＦ３ガス及びＯ２ガスはすべて一定の流量で供給される。
【００３１】
上記プロセス条件によるプラズマエッチングでは、アスペクト比が１５程度の場合、図２（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１２のエッチング形状はほぼ垂直に加工される。ところが、アスペクト比が、例えば２０と高くなると、図２（ｃ）に示すようなツイスティングが発生し、エッチング形状が悪くなる。
【００３２】
図４（ａ）は、上記プロセス条件における比較例にかかるエッチング結果の一例を示す。図４（ａ）に示すように、アスペクト比が１５以下ではツイスティングは問題とならない程度であるが、アスペクト比が１５を超えてくるとツイスティング発生し始め、アスペクト比が２５以上になるとツイスティングが顕在化する。特に近年のデバイスの微細化に伴い、アスペクト比が２５以上のエッチングにおけるツイスティングの課題は許容できない程度になってきている。
【００３３】
ツイスティングの原因の一つは、以下の反応式（１）で示されるシリコンＳｉとエッチング工程中に生成される反応生成物であるＳｉＢｒｘＯｙやＳｉＯＦｘ等が過剰にホールの側壁に付着することでイオンの方向性が妨げられ、変化することによるものと考えられる。
【００３４】
Ｓｉ＋ＨＢｒ＋Ｏ２＋ＮＦ３→ＳｉＦｘＢｒｙ↑＋ＳｉＦ４↑＋ＮＨ３↑＋ＳｉＢｒｘＯｙ↓＋ＳｉＯＦｘ↓・・・（１）
反応式（１）によれば、ＳｉＦｘＢｒｙ、ＳｉＦ４、ＮＨ３は揮発性の物質であり、チャンバ１０外に排気されるが、ＳｉＢｒｘＯｙ、ＳｉＯＦｘは、堆積性の物質であり、ホールの側部等に付着する。
【００３５】
上記プロセス条件では載置台２０の温度が６５℃であった。これに対して、載置台２０の温度を１００℃の高温に制御し、上記プロセス条件のうちの他の条件は変えずにメインエッチング→オーバエッチングを実行したところ、ホールの壁部等に付着する堆積物の量は少なくなり、ホールのエッチングが進み、ホールの側部が広がるボーイング（Bowing）が発生してしまい、良好なエッチング形状が得られなかった。
【００３６】
［本実施形態にかかるエッチング方法］
そこで、本実施形態にかかるエッチング方法では、上記プロセス条件のうち載置台２０の温度を１００℃に制御することに加えて、図３（ｂ）に示すように、エッチング工程中にガスの流量を変動させる。具体的には、ＮＦ３ガスの流量を一定に制御しつつ、ＨＢｒガス及びＯ２ガスの流量を変動させる。
【００３７】
本実施形態のエッチング方法では、図２（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１２のメインエッチングを概ね三等分した第１〜第３ステップと、下地膜１３のオーバエッチングの第４ステップとの４ステップに分けて各ガス流量が制御される。ガスの流量制御は、制御部１００により行われる。
【００３８】
具体的には、図３（ｂ）の第１ステップでは、ＨＢｒガス、ＮＦ３ガス及びＯ２ガスの流量は初期値に設定される。ＨＢｒガスは、主にエッチングを促進するためのガスであり、メインのエッチングガスである。ＮＦ３ガスは、主にマスク１１に付着する堆積物を除去するためのガスである。Ｏ２ガスは、主にマスク１１やポリシリコン膜１２のホールの壁部を保護するためのガスである。
【００３９】
ボーイングは、ＨＢｒガスの流量が増加すると発生しやすく、また、Ｏ２ガスに対するＨＢｒガスの流量比が高くなると発生しやすい。そこで、ポリシリコン膜１２のエッチングにおいてボーイングを抑制するために、ＨＢｒガスの流量を減らすだけでなく、ＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比を高めることが好ましい。
【００４０】
具体的には、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２ステップにおけるＨＢｒガスの流量は、第３及び第４ステップにおけるＨＢｒガスの流量よりも多くなるように制御する。これにより、第１及び第２ステップにおいてエッチングを促進させる。また、ＨＢｒガスの流量は、第２ステップ〜第４ステップにおいて段階的に減少するように制御する。これにより、段階的にエッチングを抑制し、ホールに形成されるボーイングを抑制する。第１と第２ステップにおけるＨＢｒガスの流量は、同じであっても良く、段階的に減少及び増加するようにして良い。
【００４１】
更に、第２ステップにおけるＯ２ガスの流量は、第１ステップにおけるＯ２ガスの流量よりも増加するように制御することで、ＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比を高め、ポリシリコン膜１２に形成されたホールの壁部を保護するようにする。
【００４２】
更に、第３及び第４ステップにおけるＯ２ガスの流量は、第２ステップにおけるＯ２ガスの流量よりも若干少なくする。また、第３及び第４ステップにおけるＯ２ガスの流量は、第２ステップにおけるＯ２ガスの流量と同じにしても良いし、段階的に減少するようにしても良く、増加するようにしても良い。また、ここで、第２ステップ〜第４ステップにおいてＨＢｒガスの流量が段階的に減少している。これにより、第２ステップ〜第４ステップにおいてＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比は段階的に高くなる。これにより、ボーイングをより効果的に抑制することができる。
【００４３】
このように本実施形態では、Ｏ２ガスの流量をＨＢｒの流量に応じて変動させる。具体的には、ボーイングを抑制するためにＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比が徐々に高くなるように制御する。なお、図３（ｂ）では、Ｏ２ガスは、第３及び第４ステップにおいて同じ流量に制御されているが、これに限らない。例えば、図３（ｃ）に示すように、第１ステップ〜第４ステップまでにＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比を段階的に高くすることでツイスティングの発生を抑制しつつ、ボーイングも抑制することが出来る。エッチングステップは、少なくとも２ステップ以上でエッチングすることが好ましく、３ステップ以上がより好ましい。このＨＢｒガスとＯ２ガスの流量比の制御は、載置台２０の温度およびサンプルの構造によって変化する。
【００４４】
また、ＮＦ３ガスの流量は、図３（ｂ）に示すように全ステップにおいて一定に制御してもよい。また、これに限らず、例えば、第１及び第２ステップにおいて一定に制御し、第３及び第４ステップにおいて徐々に増加するように制御してもよい。また、ＮＦ３ガスの流量が増加することに応じてＯ２ガスの流量が増加するように制御してもよい。これにより、マスク１１に付着する堆積物を除去しながら、ホールの側壁を保護する保護膜の形成を促進することができる。また、ＮＦ３ガスに替えてＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスを供給してもよい。
【００４５】
本実施形態にかかるエッチング結果の一例を図４(ｂ)に示す。図３（ａ）に示すように、各ガスの流量を一定に制御し、かつ載置台２０の温度を１００℃に制御した比較例の結果の図４（ａ）の場合と比べて、ツイスティングの発生が抑制されていることがわかる。特に、図４（ｂ）では、アスペクト比が２５であってもツイスティングの発生を防止できている。
【００４６】
以上に説明したように、本実施形態にかかるエッチング方法によれば、載置台２０の温度を例えば１００℃の高温に制御し、複数のエッチングステップ（第１〜第４ステップ）においてエッチングガスの流量を変動させる。つまり、チャンバ１０内に供給するガスのうち、ＨＢｒガスを段階的に減少させる。また、本エッチング方法では、エッチングが進むにつれ、ＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量比が高くなるようにＯ２ガスの流量が制御される。さらに、ＮＦ３ガスの流量は全ステップにおいて一定に制御されるか、Ｏ２ガスの流量の増加に伴い増加させる。これにより、エッチングにおけるツイスティングの発生（図２（ｃ）参照）とボーイングの発生（図５（ａ）参照）を抑制し、図５の（ｂ）に示すようにポリシリコン膜１２のホールのエッチング形状を概ね垂直に形成することができる。
【００４７】
本実施形態にかかるエッチング方法の流れを、図６を参照しながら簡単に説明する。本処理が開始されると、制御部１００は、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスをチャンバ１０内に供給し、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスから生成されたプラズマにより基板上のマスク１１の自然酸化膜を除去する（ステップＳ１０）。
【００４８】
次に、制御部１００は、ＨＢｒガス、ＮＦ３ガス及びＯ２ガスをチャンバ１０内に供給し、ＨＢｒガス、ＮＦ３ガス及びＯ２ガスから生成されたプラズマによりポリシリコン膜１２をエッチングする（ステップＳ１２）。ただし、ＨＢｒガス、ＮＦ３ガス及びＯ２ガスに不活性ガス等の他のガスを加えてもよい。
【００４９】
次に、制御部１００は、エッチングの第１ステップが終了したかを判定する（ステップＳ１４）。制御部１００は、第１ステップが終了したと判定した場合、第２〜第４ステップにおいてＨＢｒガスの流量を段階的に減少させる（ステップＳ１６）。次に、制御部１００は、第２〜第４ステップにおいてＨＢｒガスに対するＯ２ガスの流量を段階的に高くし（ステップＳ１８）、本処理を終了する。これにより、ポリシリコン膜１２に形成されるホールのエッチング形状を良好にすることができる。
【００５０】
［変形例］
次に、上記実施形態の変形例にかかるエッチング方法について説明する。本変形例では、ツイスティングを改善するために、バイアス用の高周波電力ＬＦの制御領域を適正化する。
【００５１】
具体的には、例えば、従来のバイアス用の高周波電力ＬＦの制御領域の上限値は１５００Ｗ未満であった。これに対して、本変形例では、制御部１００は、バイアス用の高周波電力ＬＦを、従来よりも高い４０００Ｗ〜１００００Ｗの範囲で制御する。例えば、図７には、本実施形態の変形例にかかるエッチング方法とツイスティング状態の一例を示す。本変形例のエッチング方法に使用されるプロセス条件は以下である。
・圧力            ３０ｍＴ（４．００Ｐａ）〜９０ｍＴ（１２．０Ｐａ）
・高周波電力ＨＦ  ３００〜７００Ｗ
・高周波電力ＬＦ  ３０００Ｗ、４５００Ｗ、７０００Ｗ（パルス波（周波数０．１ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比２０％））
・ガス            ＨＢｒ／ＮＦ３／Ｏ２
・エッチング時間  ９０秒
・載置台２０の温度    ６５℃〜１００℃
なお、バイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波の周波数は、０．１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲でもよい。また、Ｄｕｔｙ比は、５％〜３０％の範囲でもよい。
【００５２】
図７は、バイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を３０００Ｗ、４５００Ｗ、７０００Ｗの各パワーで印加した場合の結果を示す。図７の横軸は、ボトムＣＤである。図８に示すように、ボトムＣＤは、ポリシリコン膜１２に形成されたホールの底部の直径である。図７の横軸に示すラージ（Ｌａｒｇｅ）に比べてミドルは１２％、スモール（Ｓｍａｌｌ）は２５％小さい。
【００５３】
図７の縦軸は、ツイスティング値である。ツイスティング値は、図８に一例を示すホールのボトムの形状（フットプリント）からホール間の距離のバラツキを偏差（３σ）により示したものである。図８の例では、バイアス用の高周波電力ＬＦが低い場合（Ｌｏｗ  Ｐｏｗｅｒ）、それよりもバイアス用の高周波電力ＬＦが高い場合（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ）と比べてツイスティング値が高くなっている。
【００５４】
図７の結果によれば、３０００Ｗのバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加した場合、ボトムＣＤが「Ｓｍａｌｌ」に近くなる程、ツイスティング値は悪くなる。これは、ボトムＣＤが小さくなる程、プラズマ中のイオンが細いホール内を移動する際に、図９（ａ）の（１）に示すようにホールの底部まで届き難くなり、ホールの底部に届く前に湾曲して、ツイスティングが生じるためである。
【００５５】
これに対して、４５００Ｗ及び７０００Ｗのバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加した場合、３０００Ｗのバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加した場合と比べて、ボトムＣＤが「Ｓｍａｌｌ」になってもツイスティング値は悪化し難くなっている。つまり、イオンが、ホールの底部付近で湾曲することにより生じるツイスティングが改善されている。これは、バイアス用の高周波電力ＬＦの値を大きくしたことで、図９（ｂ）に示すように、イオンエネルギーが高くなり、イオンの直進性を高め、ホールの底部付近に到達するイオン数を増加させることができたためである。
【００５６】
なお、バイアス用の高周波電力ＬＦはパルス波であり、バイアス用の高周波電力ＬＦが印加されるオンの間と、印加されないオフの間とが繰り返される。これにより、バイアス用の高周波電力ＬＦがオンの間、エッチングを促進し、バイアス用の高周波電力ＬＦがオフの間、ホール内のガスをホール外へ排気できる。これにより、図９（ａ）の（２）に示すマスク膜１１の間口がエッチング時の反応生成物で狭くなるマスククロッギングを防止できる。また、図９（ａ）の（３）に示すホールの側面に反応生成物が付着してホール内の一部が狭くなるネッキングを防止できる。これにより、イオンが、よりホールの底部に到着し易くなる。
【００５７】
以上に説明したように、本変形例にかかるエッチング方法によれば、４０００Ｗ以上のバイアス用の高周波電力ＬＦのパルス波を印加することで、プラズマ中のイオンエネルギーを高め、イオンをホールの底部に到達し易くする。これにより、ツイスティングを改善し、エッチング形状を良好にし、ホールのエッチングを促進させることができる。この結果、アスペクト比が２０〜２５、好ましくは２５以上のホールや溝に良好なエッチングを施すことができる。
【００５８】
なお、本変形例にかかるエッチング方法は、図３（ｂ）に示すように、上記実施形態のＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、Ｏ２ガスの制御を行いつつ、バイアス用の高周波電力ＬＦの制御を行ってもよい。あるいは、図３（ａ）に示すように、上記実施形態のＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、Ｏ２ガスは一定に制御しつつ、バイアス用の高周波電力ＬＦの制御を行ってもよい。
【００５９】
以上、エッチング方法及びエッチング装置を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるエッチング方法及びエッチング装置は上記実施形態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。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６０】
例えば、基板の温度は、１００℃以上であることが好ましく、１００℃〜２００℃の範囲が更に好ましい。基板の温度は、載置台２０の温度（表面温度）又は静電チャック１０６の温度であってもよい。
【００６１】
また、本発明にかかるエッチング方法を使用するエッチング装置は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置だけでなく、その他のエッチング装置に適用可能である。その他のエッチング装置としては、誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマ処理装置、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Ｒesonance Plasma）装置等であってもよい。
【００６２】
また、本発明にかかるエッチング装置により処理される基板は、ウェハに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display)用の大型基板、ＥＬ素子又は太陽電池用の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１：エッチング装置
１０：チャンバ
１１：マスク
１２：ポリシリコン膜
１３：下地膜
１５：ガス供給源
２０：載置台２０（下部電極）
２５：ガスシャワーヘッド（上部電極）
３０：電力供給装置
１００：制御部
１０６：静電チャック
【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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【図８】
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【図９】
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