(57)【要約】【課題】  化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめると共に、レジストダメージを低減させることができるエッチング装置及びエッチング方法の提供。【解決手段】  対向電極１４のプラズマ発生部２側にシリコンプレート１６を設け、対向電極１４に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイル８とこのコイル用の高周波電源９との間の給電路途中に分岐コンデンサー１７を設け、この分岐コンデンサーの静電容量を所定の範囲に設定し、シリコンプレート１６に対して所定の電圧を印加せしめることができるように構成する。この装置を用いてエッチングを行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成された前記プラズマ発生部の側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、この基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される基板電極を設け、そしてこの基板電極に対向させて前記プラズマ発生部内に対向電極を設けてなり、この対向電極はプラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、前記アンテナコイルと第一の高周波電源との間の給電路の途中に分岐デバイスとして可変コンデンサーを設けて対向電極へ接続されるように構成されているドライエッチング装置において、
前記対向電極のプラズマ発生部側にシリコンプレートを設置するか又は対向電極自体をシリコンプレートで構成すること、また、前記可変コンデンサーに対して、成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することを可能とする静電容量を設定するための第一の印加電圧設定機構が設けられていること、又は前記プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して、成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することを可能とする電圧を設定するための第二の印加電圧設定機構が設けられていること、又は前記第一の及び第二の印加電圧設定機構の両方が設けられていることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種が、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種のハロゲンガス又はハロゲン化物ガス由来の励起活性種であることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記アンテナコイルの外側に磁場コイルを設け、この磁場コイルによってプラズマ発生部内に形成された環状磁気中性線に沿って交番電場が印加され、この磁気中性線に放電プラズマを発生せしめるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、
真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレートに、又はシリコンプレートで構成されている対向電極に、高周波電源から可変コンデンサーを介して所定の電圧を印加し、生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種により被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項５】
前記所定の電圧が、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されて設けられたプラズマ発生用高周波アンテナコイルと前記第一の高周波電源との間の給電路の途中に設けられた分岐デバイスとしての可変コンデンサーを介して、生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により前記励起活性種の一部を消費することを可能とする電圧であり、そのような電圧をシリコンプレートに印加し、前記励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種で処理基板上の化合物膜をエッチングし、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とする請求項４記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
前記所定の電圧が、可変コンデンサーの静電容量値で２５〜９０ｐＦとなるような値であることを特徴とする請求項４又は５記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、
真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して所定の電圧を印加してプラズマを生成し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレート上、又はシリコンプレートで構成されている対向電極上で、生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種とＳｉとの反応を行って励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種により被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項８】
前記所定の電圧が、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して印加される電圧であって、プラズマ中に過剰に存在する励起活性種と前記シリコンプレート表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することができるような電圧であることを特徴とする請求項７記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、
真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレートに、又はシリコンプレートで構成されている対向電極に、高周波電源から可変コンデンサーを介して所定の電圧を印加し、また、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して所定の電圧を印加し、そして生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種により被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１０】
前記エッチング用ガスが、エッチングガス単独又はエッチングガスと希釈ガスとの混合物であり、混合物の場合は、その全流量基準で、希釈ガスを４０〜９０％の割合で添加された混合ガスであることを特徴とする請求項４〜９のいずれか１項に記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】
前記エッチングガスが、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種のハロゲンガス又はハロゲン化物ガスであることを特徴とする請求項１０記載のドライエッチング方法。
【請求項１２】
前記希釈ガスが、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０又は１１記載のドライエッチング方法。
【請求項１３】
前記化合物膜が、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ又はＳｉＣであることを特徴とする請求項４〜１２のいずれか１項記載のドライエッチング方法。
【請求項１４】
前記エッチング方法を、請求項１〜３のいずれか１項記載のドライエッチング装置を用いて行うことを特徴とする請求項４〜１３のいずれか１項記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関し、特に、半導体や電子部品等の製造工程に用いられるドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体や電子部品等の製造工程において、異方性エッチングが利用されている。しかるに、例えば、エッチングガスとしてフッ素原子含有ガスを用い、横方向への広がりを抑えて、できるだけ垂直な側面をもって深さ方向へ深く延びる孔や溝をシリコン基板等に形成する場合、基板を極めて低温まで(例えば、−１４０℃程度まで)冷却しなければ、異方性エッチング形状が得られないことが知られている。しかし、冷却手段を設けなければならないため、装置のコストが高くなるという問題がある。
【０００３】
そのため、フッ素原子含有ガスを用いてシリコン基板をエッチングする場合、冷却手段を設けて低温まで冷却することなく、異方性エッチング形状を得るために、孔等の側壁にエッチング保護膜を形成して、等方性エッチングを抑制することが提案されている(例えば、特許文献１参照)。この場合、エッチングガスとしてのＳＦ６ガス及びパッシベートガスとしてのＣＨＦ３やＣ４Ｆｎ等からなる混合ガスを処理チャンバーへ導入し、このガスを電磁放射で励起させると同時に、基板に高いバイアス電圧を印加して異方性エッチングを行う工程と、この電磁放射での混合ガスの励起によりプラズマ中に不飽和モノマーを生成させると同時に、基板に低バイアス電圧を印加してエッチングすべき表面の露出した側壁上に保護ポリマー膜を形成する重合工程とを交互に繰り返すことで等方性エッチングを抑制している。
【０００４】
この特許文献１に記載されたような技術では、基板に印加されるバイアス電圧をエッチング工程と保護ポリマー膜形成のための重合工程とで変えることが必要であり、制御系が複雑になる上、装置のコストが高くなるという問題がある。また、重合工程において、パーティクルが発生するという問題もある。さらに、重合工程では、高エネルギーが必要であり、エネルギーコストも高くなるという問題もある。
【０００５】
特許文献１におけるようにパッシベートガスを使用する場合、成膜の際に消費されなかったガスは真空チャンバー内から排気される。このガスは、環境を汚染するため、排気されたガスを回収及び無害化処理することが必要となる。この処理にも莫大なコストと時間がかかり、プロセスコストの上昇につながる。
【０００６】
また、異方性エッチング形状を得る方法として、ＨＢｒガスを用いる方法も知られているが、この方法では対マスク選択比が低く、アスペクト比の高い孔等を形成するのには適さない。
【０００７】
さらに、化合物材料膜の微細エッチングを、エッチングガスとしてハロゲン系ガス、特に塩素系ガスを用いて行う場合があるが、化合物膜の対レジスト選択比を向上させることは技術的に困難である。そのため、このエッチングガスにＳｉＣｌ４ガスを添加して気相中にシリコンを導入し、化合物膜の対レジスト選択比を向上させようとすることが考えられるけれども、ＳｉＣｌ４ガス自体が塩素生成源になることから、雰囲気中に塩素量が増大し、特にＡｒＦレジストや電子線レジスト等の脆弱レジストをマスクとして用いて行う微細エッチングにおいては、レジストダメージの側面から問題がある。
【０００８】
ドライエッチングを実施するために使用されている従来技術の一つである磁気中性線放電エッチング装置の概略の構成を図１に模式的に示す(例えば、特許文献２参照)。このエッチング装置は、真空チャンバー１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２であり、下部は基板電極部３である。プラズマ発生部２の壁(誘電体側壁)の外側に設けられた三つの磁場コイル４、５及び６によって、プラズマ発生部２内に環状磁気中性線７が形成される。磁場コイル４、５及び６と誘電体側壁の外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル８が配置され、この高周波アンテナコイル８は、高周波電源９に接続され、磁場コイルによって形成された磁気中性線７に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
【０００９】
磁気中性線７の作る面と平行して下部の基板電極部３内には基板電極１０が絶縁体部材１１を介して設けられている。この基板電極１０は、ブロッキングコンデンサー１２を介して高周波バイアス電力を印加する高周波電源１３に接続され、ブロッキングコンデンサー１２によって電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部２の天板１４は誘電体側壁の上部フランジに密封固着され、対向電極を形成している。天板１４にはプラズマ発生部２側の面に、真空チャンバー１内ヘエツチングガスを導入するガス導入口を有するシャワープレートが設けられ、このガス導入口は、図示していないが、ガス供給路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続されている。基板電極部３には排気口１５が設けられている。
【００１０】
図１に示すエッチング装置を用いて、ハロゲン系エッチングガスで微細な構造を持つレジストパターンのエッチングを行うと、長時間のエッチングにより天板部分壁面に付着した膜の剥離が起こり、ダストが発生するという不都合が生じると共に、対レジスト選択比が劣り、レジストダメージが生じる。この場合、通常のエッチングでは、プラズマ中にエッチングに必要な励起活性種(イオンやラジカル等)の量以上の過剰量の励起活性種が生成されてしまうことに問題があるものと考えられる。
【特許文献１】特開２０００−３２３４５４号公報(特許請求の範囲等)
【特許文献２】特開平７−２６３１９２号公報(特許請求の範囲等)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめると共に、レジストダメージを低減させることができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、高周波バイアス電力が印加される基板電極、及び浮遊電極として構成される対向電極を備え、プラズマ発生部側壁の外側にプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、このアンテナコイルに接続された第一の高周波電源とアンテナコイルとの間の給電路の途中に分岐デバイスとして可変コンデンサーを設け、これを対向電極へ接続するように構成されている誘導結合放電プラズマエッチング装置を用いて化合物材料膜の微細エッチングを行うに際し、対向電極としてシリコンプレートからなる電極を用い、また、可変コンデンサー及び／又はプラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して、所定の電圧を印加することにより、エッチングに際して、プラズマ中に過剰に発生した励起活性種(イオンやラジカル等)の一部がエッチング雰囲気から除かれることに気がつき、これをさらに発展させることによって、化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめると共に、レジストダメージを低減させることに成功し本発明を完成させるに至った。
【００１３】
本発明のドライエッチング装置は、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部及び下部に基板電極部を設け、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部の側壁の外側に第一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、この基板電極部には第二の高周波電源から高周波バイアス電力が印加される基板電極を設け、そしてこの基板電極に対向させてプラズマ発生部内に対向電極を設けてなり、この対向電極はプラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、前記アンテナコイルと第一の高周波電源との間の給電路の途中に分岐デバイスとして可変コンデンサーを設けて対向電極へ接続されるように構成されているドライエッチング装置において、前記対向電極のプラズマ発生部側にシリコンプレートを設置するか又は対向電極自体をシリコンプレートで構成すること、また、前記可変コンデンサーに対して、成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種(イオンやラジカル等)と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することを可能とする静電容量を設定するための第一の印加電圧設定機構が設けられていること、又は前記プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して、成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することを可能とする電圧を設定するための第二の印加電圧設定機構が設けられていること、又は前記第一の及び第二の印加電圧設定機構の両方が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このように、成膜時にシリコンプレートを構成するＳｉと、プラズマ中に過剰に存在する励起活性種、例えばハロゲンイオンやラジカルとを、シリコンプレート上で反応せしめることによってプラズマ中に生成した励起活性種の一部を消費するような機構を設ければ、被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜をエッチングするに際し、化合物膜エッチングレートのレジストエッチングレートに対する選択比を適正化することができ、化合物膜内に所望の孔や溝を形成することができるエッチング装置を提供できる。
【００１５】
前記成膜時にプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種は、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種のハロゲンガス又はハロゲン化物ガス由来の励起活性種であることを特徴とする。
【００１６】
前記アンテナコイルの外側に磁場コイルを設け、この磁場コイルによってプラズマ発生部内に形成された環状磁気中性線に沿って交番電場が印加され、この磁気中性線に放電プラズマを発生せしめるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレートに、又はシリコンプレートで構成されている対向電極に、高周波電源から可変コンデンサーを介して所定の電圧を印加し、生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種(イオン又はラジカル)と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種により被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とする。
【００１８】
このように、シリコンプレート表面におけるＳｉと励起活性種との反応により、プラズマ中に過剰に生成した励起活性種の一部を消費することができるので、化合物膜エッチングレートのレジストエッチングレートに対する選択比を適正化することができ、化合物膜内に所望の孔や溝を形成することができるエッチング方法を提供できる。
【００１９】
前記所定の電圧は、誘電体材料で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に第一の高周波電源に接続されて設けられたプラズマ発生用高周波アンテナコイルと前記第一の高周波電源との間の給電路の途中に設けられた分岐デバイスとしての可変コンデンサーを介して、プラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により前記励起活性種の一部を消費することを可能とする電圧であり、そのような電圧をシリコンプレートに印加し、前記励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種で処理基板上の化合物膜をエッチングし、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とする。
【００２０】
前記所定の電圧は、可変コンデンサーの静電容量値で２５〜９０ｐＦとなるような値であることを特徴とする。静電容量が、２５ｐＦ未満であると化合物膜の対レジスト選択比が劣り、また、９０ｐＦを超えると化合物膜のエッチングレートが低くなりすぎ、実用的でなくなる。  
【００２１】
本発明のエッチング方法はまた、真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して所定の電圧を印加してプラズマを生成し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレート上、又はシリコンプレートで構成されている対向電極上で、生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種とＳｉとの反応を行って励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種で被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とする。
【００２２】
前記所定の電圧は、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して印加される電圧であって、プラズマ中に過剰に存在する励起活性種と前記シリコンプレート表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費することができるような電圧であることを特徴とする。
【００２３】
本発明のドライエッチング方法はまた、真空チャンバー内に載置された被処理基板をプラズマエッチングして、前記被処理基板上のレジストマスクで覆われた化合物膜を加工処理し、孔や溝を形成するドライエッチング方法において、真空チャンバー内へエッチング用ガスを供給し、被処理基板に対向して設置されている対向電極のプラズマ発生部側に設けられているシリコンプレートに、又はシリコンプレートで構成されている対向電極に、高周波電源から可変コンデンサーを介して所定の電圧を印加し、また、プラズマ発生用高周波アンテナコイルに対して所定の電圧を印加し、そして生成したプラズマ中に過剰に存在するエッチング用ガス由来の励起活性種と、前記シリコンプレートの表面でのＳｉとの反応により励起活性種の一部を消費しながら、プラズマ中に存在する残りの励起活性種により被処理基板上の化合物膜をエッチングして、化合物膜内に孔や溝を形成することを特徴とする。この場合も、可変コンデンサーを介して印加される所定の電圧及びプラズマ発生用高周波アンテナコイルに印加する所定の電圧は、上記した通りである。
【００２４】
前記エッチング用ガスは、エッチングガス単独又はエッチングガスと希釈ガスとの混合物であり、混合物の場合は、その全流量基準で、希釈ガスを４０〜９０％、好ましくは５０〜８０％の割合で添加した混合ガスである。希釈ガスの割合が４０％未満であると、化合物膜エッチングレートのレジストエッチングレートに対する選択性(選択比)が低く、また、９０％を超えると、化合物膜エッチングレート及びレジストエッチングレートが低くなりすぎ、実用的でない。
【００２５】
前記エッチングガスは、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＣｌ４、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩからなる群から選ばれた少なくとも１種のハロゲンガス又はハロゲン化物ガスであることが好ましい。
【００２６】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅからなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００２７】
前記化合物膜は、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ又はＳｉＣであることが好ましい。
【００２８】
本発明の上記ドライエッチング方法はまた、上記本発明のドライエッチング装置を用いて実施することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のドライエッチング装置及びドライエッチング方法を使用して、レジストマスクで覆われた化合物膜をエッチングすれば、化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめると共に、レジストダメージを低減させて所望の孔や溝を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の実施の形態では、ＮＬＤエッチング装置及びその装置を用いるエッチング方法について説明するが、勿論、磁場コイルを設けない通常のエッチング装置を用いて本発明のエッチング方法を実施することもできる。
【００３１】
本発明のエッチング装置を図２に示し、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付する。図２に示すエッチング装置は、図１の場合と同様に、真空チャンバー１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２であり、下部は基板電極部３である。プラズマ発生部２の側壁(誘電体側壁)の外側に設けられた磁場コイル(図中には磁場コイル４、５及び６が示されている)によって、プラズマ発生部２内に環状磁気中性線７が形成される。磁場コイル４、５及び６と誘電体側壁の外側との間には、プラズマ発生用高周波アンテナコイル８が配置され、この高周波アンテナコイル８は、第一の高周波電源９に接続され、磁場コイルによって形成された磁気中性線７に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
【００３２】
磁気中性線７の作る面と平行して下部の基板電極部３内には基板電極１０が絶縁体部材１１を介して設けられている。この基板電極１０は、ブロッキングコンデンサー１２を介して高周波バイアス電力を印加する第二の高周波電源１３に接続され、ブロッキングコンデンサー１２によって電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部２の天板１４は、誘電体側壁の上部フランジに密封固着され、対向電極を形成しており、この天板のプラズマ発生部２側にシリコンプレート１６が設置されている。天板１４自体がシリコンプレートから構成されていても良い。シリコンプレート１６には、真空チャンバー１内ヘエツチング用混合ガスを導入する図示していないガス導入口が設けられ、このガス導入口は、図示していないが、ガス供給路及びエッチング用混合ガスの各成分ガスの流量を制御する各ガス流量制御装置を介して各成分ガス供給源に接続されている。基板電極部３には排気口１５が設けられている。
【００３３】
図２に示すエッチング装置は、２周波放電方式である。このエッチング装置では、上記したようにして、基板電極１０と対向する位置に設けた接地電極を誘電体により電位的に浮遊状態とした対向電極として構成し、この対向電極(天板１４)に対して弱い高周波バイアス電力が印加できるように構成されている。プラズマ発生用高周波電源９から誘導放電を発生させる高周波アンテナコイル８へ至る給電路の途中の任意の位置に分岐路を設け、この分岐路に設けた可変コンデンサー１７を介して誘導放電用高周波電力の一部を対向電極に分岐印加し、対向電極に自己バイアスを発生させるように構成されている。
【００３４】
本発明のエッチング装置では、この可変コンデンサー１７を用い、対向電極１４ひいてはシリコンプレート１６に印加させる電圧を所定の範囲内に設定できるように、駆動装置により可変コンデンサーの容量を可変、設定する機構が設けられている。
【００３５】
本発明によれば、上記したように、対向電極として機能する天板１４に対して、容量値制御装置を組み込んだ可変コンデンサー１７を介して高周波電力を分岐印加するように構成されている。すなわち、高周波電源９から分岐路を経て天板(対向電極)１４に印加される電圧を変化させ得るように機能する可変コンデンサー１７が設けられている。また、誘導放電用高周波アンテナコイル８への印加電圧値が所定の値(例えば、１８００Ｖ)になるようにする機構が設けられていてもよい。
【００３６】
上記のようにして構成されたエッチング装置は、簡単な構造を有し、かつ、安価であり、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題もなく、高効率のプラズマを形成することができる。また、対向電極である天板に所望の高周波電圧を印加することができるので、天板に設置したシリコンプレート１６表面でＳｉとプラズマ中の所定量の特定の励起活性種(イオンやラジカル等)とを反応させてシリコン化合物を生成させ、過剰量の励起活性種を消費することができる。例えば、エッチングガスとしてＣｌ２ガスを用いる場合、ＳｉとＣｌイオンやＣｌラジカル等とが優先的に反応して、ＳｉＣｌ４が生成するので、レジストを攻撃してエッチングしてしまうＣｌイオンやラジカルの量が減少し、レジストのエッチングをコントロールすることができる。そのために、本発明によれば、マスクの耐性を向上させ、目的とするエッチングを抑制することなく、良好なエッチ速度を達成し、レジストダメージを減少せしめることができる。
【００３７】
アンテナコイル８に接続された高周波電源９の給電路を分岐して、高周波電力を分岐し、可変コンデンサー１７を通して、アンテナコイルの内側に設置されたファラディシールド(又は静電場シールド)様浮遊電極に、高周波電力の一部を分岐印加する方式の場合も、上記したように天板を浮遊電極とする方式の場合と同様に構成することができ、同様なエッチングを実行することができる。このファラディシールド様浮遊電極等は、高周波アンテナコイルの内側に設置することができる。
【００３８】
上記ファラディシールドは、既知のファラディシールドであり、例えば、複数のスリットが平行に設けられ、このスリットの長手方向の中間にスリットと直交してアンテナコイルが設けられた金属板である。スリットの長手方向の両端には、短冊状金属板の電位を同じにする金属縁が設けられている。アンテナコイルの静電場は金属板によりシールドされるが、誘導磁場はシールドされない。この誘導磁場がプラズマ中に入り誘導電場を形成する。スリットの幅は、目的に応じて適宜設計でき、０．５〜１０ｍｍ程度のものが用いられるが、通常は、１〜２ｍｍのスリットで十分である。スリットの幅が広すぎると静電場の浸みこみが起こり、好ましくない。スリットの厚みは、〜２ｍｍ程度である。
【００３９】
本発明のドライエッチング方法で用いるエッチング用ガスは、エッチングガス単独であっても、エッチングガスと希釈ガスとの混合ガスからなっていても良い。上記したように、このエッチングガスとしては、例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＣｌ４、ＨＢｒ及びＨＩ等のハロゲンガス又はハロゲン系ガスを挙げることができ、このうちの少なくとも１種のガスを用いることができる。また、希釈ガスとしては、例えばＡｒ、Ｋｒ及びＸｅ等の不活性ガスを挙げることができ、このうちの少なくとも１種のガスを用いることができる。
【００４０】
上記したように、シリコンプレートを設けたエッチング装置を使用し、この装置内へ上記エッチング用ガスを導入し、レジストマスクで覆われた化合物膜をエッチングして、孔や溝の微細加工をすれば、レジストダメージもなく、化合物膜の高い対レジスト選択比をもって、所望の孔や溝を形成することができる。この場合、シリコンプレートに所定の値の高周波電圧を印加しながらエッチングすれば、プラズマ中に存在し、レジストにダメージを与える過剰な励起活性種(例えば、ハロゲンイオンやハロゲンラジカル等)の一部がシリコンプレート表面におけるＳｉとの反応で消費されて、目的とするエッチングに使用される励起活性種量が適正になるものと考えられる。その結果、以下の実施例から明らかなように、レジストダメージもなく、化合物膜の高い対レジスト選択比をもって、所望の孔や溝を形成することができるのである。このためには、シリコンプレートに印加する高周波電圧を上記したようにして最適化する必要がある。このシリコンプレートへの高周波電圧の印加の最適化は、分岐コンデンサー(可変コンデンサー)の静電容量の調整及び／又は誘導放電アンテナコイルへの印加電圧値の調整により可能である。
【００４１】
シリコンプレート表面でＳｉと反応する上記励起活性種であるイオンやラジカル等としては、使用するエッチングガスの種類によるが、例えば、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩ等のイオンやラジカルを挙げることができる。通常のプラズマエッチングにおいてハロゲン系ガスを使用する場合、プラズマ中には、こられのハロゲンラジカル等が過剰に生成しており、成膜時にその量をコントロールすることはできない。しかるに、本発明のようにＳｉとハロゲンイオンやハロゲンラジカルとを反応させることにより、生成した過剰のハロゲンイオンやハロゲンラジカル量を減少せしめることができるので、レジストエッチングをコントロールし、化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめることができる。
【００４２】
本発明によれば、基板上にレジストマスクで覆われた化合物膜を設けた被処理基板をエッチング対象とするのであるが、この化合物膜としては、例えばＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳｅ又はＳｉＣ等からなる膜を挙げることができる。レジストマスクとしては、例えばＺＥＰ−５２０レジスト(日本ゼオン株式会社製)等からなるマスクを挙げることができ、また、基板としては、例えばＧａＮ基板を挙げることができる。
【００４３】
なお、前記化合物膜は、前述のものに限られず、複数の元素を材料として成膜された化合物半導体膜であればよい。
【実施例１】
【００４４】
図２に示すような天板内壁材としてシリコンプレートを備えたＮＬＤエッチング装置を用いて、以下の工程からなるエッチングプロセスを行った。基板としては、ＧａＮ基板を用いた。
【００４５】
プラズマ発生用高周波電源９(１３．５６ＭＨｚ)の電力を１２００Ｗ(アンテナパワー)、基板バイアス高周波電源１３(１２．５６ＭＨｚ)の電力を４００Ｗ(バイアスパワー)、可変コンデンサー(分枝コンデンサー)１７の静電容量(Ｃｓ)＝５０ｐＦの条件下で、エッチングガス(Ｃｌ２)と希釈ガス(Ａｒ)との混合ガスとして、Ａｒ量が総流量基準で０〜７５％の範囲(例えば、Ｃｌ２／Ａｒ＝１２．５ｓｃｃｍ／３７．５ｓｃｃｍ(Ａｒを７５％添加))の混合ガスを導入し、０．４Ｐａの圧力下、基板設定温度０℃で１８０秒間放電し、ＺＥＰ−５２０レジストをマスクとして化合物膜(ＧａＮ膜)の形成された基板をエッチングし、エッチングレート(μｍ／分)及び選択性(ＧａＮ／レジスト)を検討した。
【００４６】
かくして得られた結果を図３に示す。図３から明らかなように、Ａｒ添加なしでも対レジス選択比は１以上あるが、Ａｒの添加量を増やすにつれて、大幅な化合物膜の対レジスト選択比の向上が認められた。エッチング用混合ガスの場合は、その全流量基準で、図３から推測すれば、希釈ガスを４０〜９０％、好ましくは５０〜８０％、さらに好ましくは５０〜７５％の割合で添加した場合に所期の目的を達成できる。希釈ガスの割合が４０％未満であると、化合物膜エッチングレートのレジストエッチングレートに対する比率(選択性又は選択比)が低く、また、９０％を超えると、化合物膜エッチングレート及びレジストエッチングレートが低くなりすぎ、実用的でない。
【００４７】
また、上記したようにＡｒ添加なしの場合、及びＡｒを添加した場合に得られたエッチング形状は、ＳＥＭ写真によれば、異方性形状のエッチング形状が得られており、レジストダメージもなかった。
(比較例１)
【００４８】
実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返した。但し、シリコンプレートに高周波電力を印加せずに、Ａｒを総流量基準で０〜７５％の範囲で添加してエッチングを実施した。
【００４９】
かくして得られた結果を図４に示す。図４から明らかなように、シリコンプレートに高周波電力を印加しないときには、Ａｒを添加してもしなくても、また、Ａｒ添加量を増やしても、化合物膜の対レジスト選択比はそれほど変化しないことが分かる。また、ＳＥＭ写真によれば、得られたエッチング形状は、異方性形状ではなかった。
【実施例２】
【００５０】
実施例１記載のエッチングプロセスを繰り返した。但し、エッチング用ガスとして、Ｃｌ２／Ａｒ＝１２．５ｓｃｃｍ／３７．５ｓｃｃｍを用い、シリコンプレートを水冷してその温度が１５〜２００℃になるようにしてエッチングを行った。
【００５１】
化合物膜とレジストとのエッチングレートを比較した結果を図５に示す。図５から明らかなように、化合物膜のエッチングレートは、シリコンプレートの温度が低い場合でも、高い場合でも変化せずほぼ一定であったが、レジストのエッチングレートは、シリコンプレートの温度が高くなるに従って低くなっており、その結果、化合物膜の対レジスト選択比は、シリコンプレートの温度が高くなるに従って高くなっていた。このことから、ＣｌイオンやラジカルとＳｉとの反応性が高く、かつ温度依存性のあることを考えれば、成膜時に過剰に生成したＣｌイオンやラジカルの一部は、温度が高くなるに従ってシリコンプレート表面でのＳｉとの反応により消費され、レジストのエッチングに使用される量が少なくなり、レジストのエッチングレートが低くなったものと考えられる。温度５０℃以下でも、Ｓｉとの反応により充分消費されていた。
【００５２】
上記実施例１、比較例１及び実施例２の結果から、シリコンプレートを設置し、これに高周波電力を印加してエッチングすることにより、過剰に生成したハロゲンイオンやラジカルの一部が消費され、例えばＣｌイオンやラジカルの一部はシリコンプレートのＳｉと反応してＳｉＣｌ４を生成するようにして消費され、エッチングに用いられるハロゲンイオンやラジカルが適正な量となる。その結果、化合物膜の対レジスト選択比が改良され、レジストダメージが改良され、異方性形状のエッチング形状が得られるものと考えられる。
【実施例３】
【００５３】
実施例１記載のＡｒを添加した場合のエッチングプロセスを繰り返した。但し、分枝コンデンサー１７の静電容量を０〜１００ｐＦの範囲で変化させて、シリコンプレートに高周波電力を印加せしめてエッチングを実施した。
【００５４】
かくして得られた結果を図６に示す。図６から明らかなように、天板電極へ印加される分枝コンデンサーの静電容量を０ｐＦから１００ｐＦまで増加していくにつれて、２５ｐＦ付近で化合物膜の対レジスト選択比が急激に上昇しだし、５０ｐＦ付近で化合物膜の対レジスト選択比がピークとなり、それ以後は、化合物膜の対レジスト選択比が一定であることが分かる。かくして、２５ｐＦ以上、好ましくは５０ｐＦ以上で化合物膜の対レジスト選択比が良好で、レジストダメージがない微細エッチングが可能であることが分かる。コンデンサー容量の上限は、化合物膜(ＧａＮ膜)及びレジストのエッチングレートに鑑みれば、９０ｐＦ程度であるが、５０ｐＦを超えれば、これらのエッチングレートにはほとんど変化はなかった。
【００５５】
従って、化合物膜の対レジスト選択比及び化合物膜のエッチングレートの点からは、可変コンデンサーの静電容量値は、２５〜９０ｐＦ、好ましくは２５〜５０ｐＦであればよい。
【００５６】
また、上記したように２５〜１００ｐＦの間で得られたエッチング形状は、ＳＥＭ写真によれば、異方性形状のエッチング形状が得られており、レジストダメージもなかった。
【実施例４】
【００５７】
エッチングガスとして、Ｃｌ２ガスの代わりに、ＢＣｌ３、ＨＣｌ、ＨＢｒ、又はＨＩのガスを用い、希釈ガスとしてＡｒガスを用いて、実施例１及び２記載のエッチングプロセスを繰り返してエッチングを実施した。エッチング結果は、実施例１及び２の場合と同様であった。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明のエッチング装置及びエッチング方法を用いれば、エッチング時に、化合物膜の対レジスト選択比を向上せしめると共に、レジストダメージを低減させることができる。従って、本発明は、例えば、高周波プラズマにより材料表面の加工、修飾を行う材料加工分野、電子デバイス加工分野で利用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来のエッチング装置の概略の構成を模式的に示す構成図。
【図２】本発明のエッチング装置の概略の構成を模式的に示す構成図。
【図３】実施例１で行われたエッチングにおける化合物膜の対レジスト選択比を示すグラフ。
【図４】比較例１で行われたエッチングにおける化合物膜の対レジスト選択比を示すグラフ。
【図５】実施例２で行われたエッチングの結果を示すグラフ。
【図６】実施例３で行われたエッチングにおいて、分岐コンデンサーの印加静電容量が化合物膜の対レジスト選択比に及ぼす影響を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６０】
１  真空チャンバー                  ２  プラズマ発生部
３  基板電極部                      ４、５及び６  磁場コイル
７  磁気中性線                      ８  高周波アンテナコイル
９  高周波電源                    １０  基板電極
１１  絶縁体部材                    １２  ブロッキングコンデンサー
１３  高周波電源                    １４  天板（対向電極、浮遊電極）
１５  排気口                        １６  シリコンプレート
１７  可変コンデンサー(分岐コンデンサー)
【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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