(57)【要約】【課題】被加工物に形成される溝部の側面にテーパーを容易に形成可能なドライエッチング装置等を提供する。【解決手段】本願のドライエッチング方法は、反応室２にエッチングガスとデポジションガスとを交互に導入し、プラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室に設置された被加工物４に対して溝部２５を形成するドライエッチング方法において、前記エッチングガス又はデポジションガスを前記反応室２に導入する際に、前記一方のガスに前記他方のガスを加えて、両方のガスが前記反応室２に導入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室にエッチングガスとデポジションガスとを交互に導入し、プラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング方法において、
前記エッチングガス又はデポジションガスを前記反応室に導入する際に、前記一方のガスに前記他方のガスを加えて、両方のガスが前記反応室に導入されることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記他方のガスの導入量は、前記導入すべきガスに対して０％より大きく５％以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチングガスによるエッチング中に前記エッチングガスとともにデポジションガスを加えてドライエッチングすることを特徴とする請求項１、又は２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記エッチングガスにデポジションガスを加えることによって前記被加工物に形成される溝部の前記被加工物の表面に対する側面の角度が８５度〜９０度未満の範囲で規定されることを特徴とする請求項３に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスによるエッチング後、デポジションガスとともにエッチングガスを加えることを特徴とする請求項１、又は２に記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
反応室にエッチングガスとデポジションガスとを交互に導入し、プラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング装置において、
前記エッチングガス又はデポジションガスを前記反応室に導入する際に、前記一方のガスに前記他方のガスを加えて、両方のガスを前記反応室に導入するガス導入手段を具備していることを特徴とするドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドライエッチング方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプラズマを用いたドライエッチング装置が知られている。当該ドライエッチング装置は、例えば、真空容器内に所定のプロセスガスを導入し、当該プロセスガスを高周波電源などにより励起し、プラズマを生成し、当該プラズマにより生成されたラジカルにより半導体基板をエッチングするものである。
【０００３】
当該ドライエッチング装置を用いたエッチング方法において、エッチング性ガスを真空容器内に導入して当該ガスを前記真空容器内から排気する工程の終了後、デポジション性ガスを真空容器内に導入して当該ガスを前記真空容器内から排気する工程からなる処理を短い時間（数秒）で交互に繰り返して行うことにより、ウェハに対して異方的なエッチング溝を形成することが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、当該ドライエッチング装置は、エッチング又はデポジションの強弱によって前記切欠部の側面に形成されるテーパー角を制御することが可能となっている。当該テーパー角の制御は、具体的には、エッチング性ガス又はデポジション性ガスの流量やエッチング性ガス又はデポジション性ガスを真空容器内に導入する各処理工程の時間を調整して行われていた。
【０００５】
【特許文献１】特表平７−５０３８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法を用いてエッチング性ガス又はデポジション性ガスの流量やエッチング性ガス又はデポジション性ガスを真空容器内に導入する各処理工程の時間を調整してテーパー角を制御すると、切欠部の底面が荒れるなど、製品としての品質が低下し、場合によっては使い物にならないという問題が生じていた。また、底面に荒れ（残渣）が生じることによってプロセスを通じてエッチングレートの安定化が図れない、エッチングレートの低下などの問題が生じていた。
【０００７】
また、近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）分野におけるマイクロ流路デバイスの鋳型などを、半導体材料を用いて安価に製造する必要性が生じ、このような場合には、鋳型同士を抜き合う必要性があるため、側壁が順テーパー形状である流路溝を形成する必要がある。
【０００８】
また、半導体微細加工技術を用いた微小なセンサー素子（加速度センサー、角速度センサー等）の重錘部形成において被エッチング加工対象物を、いわゆるＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により高アスペクトかつ異方的に（溝側壁が垂直もしくは順テーパー）加工する必要がある。
【０００９】
そこで、このような課題の一例を解消するために、本願は、エッチングレートの低下を防ぎ、且つ製品としての品質を低下させることなく被加工物に形成される溝部の側面にテーパーの制御を容易にすることが可能なドライエッチング装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本願請求項１に記載のドライエッチング方法は、反応室（２）にエッチングガスとデポジションガスとを交互に導入し、プラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室に設置された被加工物（４）に対して溝部（２５）を形成するドライエッチング方法において、前記エッチングガス又はデポジションガスを前記反応室に導入する際に、前記一方のガスに前記他方のガスを加えて、両方のガスが前記反応室に導入されることを特徴とする。
【００１１】
また、本願請求項２に記載のドライエッチング方法は、請求項１に記載のドライエッチング方法において、前記異なるガスの導入量は、前記導入すべきガスに対して０％より大きく５％以下の範囲であることを特徴とする。
【００１２】
また、本願請求項３に記載のドライエッチング方法は、請求項１、又は２に記載のドライエッチング方法において、エッチングガスによるエッチング中に前記エッチングガスとともにデポジションガスを加えてドライエッチングすることを特徴とする。
【００１３】
また、本願請求項４に記載のドライエッチング方法は、請求項３に記載のドライエッチング方法において、前記エッチングガスにデポジションガスを加えることによって前記被加工物に形成される溝部の前記被加工物の表面に対する側面の角度が８５度〜９０度未満の範囲で規定されることを特徴とする。
【００１４】
また、本願請求項５に記載のドライエッチング方法は、請求項１、又は２に記載のドライエッチング方法において、エッチングガスによるエッチング後、デポジションガスとともにエッチングガスを加えることを特徴とする。
【００１５】
また、本願請求項６に記載のドライエッチング装置は、反応室にエッチングガスとデポジションガスとを交互に導入し、プラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室に設置された被加工物に対して溝部を形成するドライエッチング装置において、前記エッチングガス又はデポジションガスを前記反応室に導入する際に、前記一方のガスに前記他方のガスを加えて、両方のガスを前記反応室に導入するガス導入手段（１６）を具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のドライエッチング方法等によれば、製品としての品質を低下させることなく、被加工物に形成される溝部の側面にテーパーを形成することが可能となる。当該エッチング方法により被加工物に形成される溝部の側面に形成するテーパーの角度を容易に制御することが可能となる。また、従来のドライエッチング方法によると底面に残渣が生じ、エッチングレートの低下を招くが、本願のドライエッチング方法等によれば、底面の残渣による被加工物のエッチングレートの低下を防ぐことができ、高アスペクト比を有する微細なテーパー溝の形成プロセスを短縮して行うことが可能であり、コストを減らすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本願を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。以下に説明する実施の形態は、いわゆる、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Inductively-Coupled Plasma Etching Method）を用いた市販のドライエッチング装置に本願を適用したものである。プラズマ源としては前記ＩＣＰ型の他に、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ型：Capacitively-Coupled Plasma）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＰ型:Electron-Coupled Plasma）、マイクロ波励起表面波プラズマ（ＳＷＰ：Surface Wave Plasma）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Helicon Wave Plasma）などを用いても同様の効果を得ることができる。なお、後述する「順テーパー」とは、溝部の底面に向かって狭まっている側面の形状を言い、「逆テーパー」とは、溝部の底面に向かって広がっている側面の形状を言うものとする。また、「テーパー角」とは、被加工物の表面に対する溝部の側面の角度を言うものとする。
【００１８】
図１は本願のドライエッチング装置の構成図、図２は試料に対して溝部を形成する際のエッチングステップとデポジションステップのタイムチャート、図３は溝部の構造図である。
【００１９】
本実施形態のドライエッチング装置Ｓは、図１に示すように、真空容器を有して構成される反応室２を備えている。反応室２の内部には、底部に試料４を設置する試料台６が設けられている。当該試料４は、例えば、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたフォトレジストマスクが上面に形成されたシリコンウェハである。当該試料台６は下部電極として機能し、当該反応室２の外側に設けられている印加バイアス電源８と接続されている。当該試料台６には、当該印加バイアス電源８により所定の電力が印加されるようになっている。
【００２０】
当該反応室２の内部上方には、当該試料台６と対向するように上部電極として機能する誘導コイル１０が設けられている。当該誘導コイル１０は反応室２の外側に設けられているコイル電源１２と接続されており、当該誘導コイル１０には、当該コイル電源１２により所定の電力が印加されるようになっている。
【００２１】
また、当該試料台６と誘導コイル１０とは、プラズマを発生させるために必要な空間分だけ離間して設けられている。
【００２２】
反応室２の上端部には、反応室２の内部にプロセスガスを導入するための導入口２ａが形成されており、当該プロセスガスは、導入口２ａを介して誘導コイル１０内に供給される。当該導入口２ａは、反応室２の外側に設けられているガス管などを含むガス供給ライン１５と接続される。
【００２３】
ガス供給ライン１５は、ガス流量コントローラ１６、及び所定の弁体１７を介して、所定の種類のプロセスガスを収容している収容室１８〜１８ｃと連絡している。当該弁体１７は、開閉により所定のプロセスガスをガス流量コントローラ１６に供給する機能を有し、ガス流量コントローラ１６は、各収容室１８〜１８ｃから弁体１７を介して供給されるプロセスガスを所定の流量だけ反応室２の内部に供給するように調整する機能を有している。なお、本実施形態のガス流量コントローラは、本願のガス導入手段として機能する。
【００２４】
収容室１８〜１８ｃに収容される所定のプロセスガスとは、例えば、エッチング性ガス（以下、エッチングガスと称する。）としてのフッ素供給ガス、デポジション性ガス（以下、デポジションガスと称する。）としての側壁保護膜形成用デポガス、必要に応じて反応室に供給される酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）等の低分子ガス、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性希ガスである。エッチングガスはフッ素供給エッチングガスを、デポジションガスは特に低いフッ素対炭素比を有するフッ化炭素を用いることが知られている。なお、本実施形態ではエッチングガスとして、一般にＳＦ6と称されるガスが用いられ、デポジションガスとして、一般にＣ4Ｆ8と称されるガスが用いられている。但しエッチングガスとデポジションガスは上記の組合せに限ることなく、上記したガスの中で被加工対象物に対し腐食性を有するガスと、切片部にフッ素樹脂系デポジション膜を生成するガスであればよい。
【００２５】
一方、反応室２の下端部には、反応室２の内部から外部にプロセスガスを排出するための排気口２ｂが形成されている。当該排気口２ｂは、反応室の外側に設けられているガス管などを含む排気ライン２０と接続される。
【００２６】
排気ライン２０には、圧力調整コントローラ２１を介してターボ分子ポンプ２２や図示しないドライポンプ（または、ロータリーポンプ等）を含む排気系が接続され、所定の圧力で反応室２の内部に有するプロセスガスが外部へと排気されるようになっている。排気ラインの構成はプロセス中に反応室を０．１〜１０Ｐａ（パスカル）の範囲の真空度に保てるものであれば上記構成に限らないものとする。
【００２７】
このように構成されたエッチング装置Ｓは、例えば、図示しない制御部によって弁体１７が開閉制御されることにより、エッチングガスとデポジションガスとの流路が、所定の時間で交互に切り替えられながら、ガス流量コントローラ１６によって、前記エッチングガスとデポジションガスとが所定の流量に制御されつつ、前記ガス導入口２ａを介して、交互に反応室２の内部に供給されるととともに当該反応室２から外部に排気されるようになっている。
【００２８】
ここで、反応室２にエッチングガスが導入されるエッチングステップにおいて、当該反応室２にエッチングガスが導入されると、反応室２の上部でプラズマを発生させ、当該プラズマにより前記反応室２の試料台６に設置された試料４（例えば、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたフォトレジストマスクが上面に形成されたシリコンウェハ）がエッチングされる。一方、反応室２にデポジションガスが導入されるデポジションステップにおいて、当該反応室２にデポジションガスが導入されると、試料４に対するエッチングされた溝部２５の側壁が保護される。このようにして、図２に示すように、エッチングステップとデポジションステップとを所定の時間間隔で交互に所定の回数行うことにより、図３に示すように、試料４に対して異方性溝部２５を形成することが可能となっている。
【００２９】
次いで、テーパーを有する溝部を形成する処理について説明する。図４は溝部の構造を示し、図４（ａ）は側面が順テーパーを有する溝部の構造図、図４（ｂ）は側面が逆テーパーを有する溝部の構造図、図５は溝部の側壁が順テーパーとなるように形成する場合のエッチングステップとデポジションステップのタイムチャートである。
【００３０】
まず、弁体１７を介してエッチングガスを導入するエッチングステップとデポジションガスを導入するデポジションステップとを交互に切り替えることで、反応室２の内部には、エッチングガスとデポジションガスとが所定の単位時間で交互に導入及び排気される。
【００３１】
その際、本実施形態では、エッチングガス、デポジションガスのどちらか一方を反応室２に導入する際に、当該他方のガスを所定の量加えて反応室２に導入するようにしている。
【００３２】
具体的には、側壁２５ａが順テーパーとなるように溝部２５を形成する場合には、図５に示すように、エッチングステップにおいて、当該エッチングガスとともに、所定のテーパー角θを得るために規定された量（少量）のデポジションガスを加えて反応室２に導入するようにする。なお、当該エッチングステップ後のデポジションステップでは、デポジションガスのみを反応室２に導入する。そして、エッチングステップ後、デポジションステップを行う処理を１工程として、当該処理を所定の回数繰り返すことにより、側面２５ａに順テーパーを有する溝部２５を形成することが可能となっている。
【００３３】
一方、側壁２５ａが逆テーパーとなるように溝部２５を形成する場合には、デポジションステップにおいて、当該デポジションガスとともに、所定のテーパー角θを得るために規定された量のエッチングガスを加えて反応室に導入するようにする。なお、当該デポジションステップ後のエッチングステップでは、エッチングガスのみを反応室に導入する。
【００３４】
ここで、基板面積の約１０％を占めるような様々な開口パターンを有するレジストパターニングウェハのエッチングを上記に説明した方法により行い、当該開口パターンにおいて計測したテーパー角とエッチング性ガスに対するデポジション性ガスの導入量との関係について図６を用いて説明する。なお、本実施形態で行った開口パターンは、所定幅（１５μｍ）の線状の溝部が等間隔で形成された配線パターンと、中央に２００μｍの正方形状の溝部が形成された正方パターンと、である。
【００３５】
図６は順テーパを得る場合のテーパー角とエッチングガスに対するデポジションガスの導入量との関係を示す図である。なお、図６における測定は、エッチングガスとしてのＳＦ６を１００〜３００ｓｃｃｍ（standard cc／min）の範囲で導入するとともに、デポジションガスとしてのＣ4Ｆ8を５０〜２００ｓｃｃｍの範囲で導入し、下部電極に１０〜１００Ｗの範囲で電力を印加し、コイル電極に５００〜２０００Ｗの範囲で電力を印加して測定を行った。
【００３６】
このようにして、本実施形態では、エッチングステップにおいて、デポジションガスを、当該エッチングガスの導入量に対して０％より大きく５％以下の範囲で導入して形成された側壁２５ａのテーパー角と品質状態を検証した。
【００３７】
その結果、図６に示すように、エッチングステップにおいて、デポジションガスを、エッチングガスの導入量の約１％加えることにより約８８度、同様にデポジションガスを約２％加えることにより約８７度、同様にデポジションガスを約３％加えることにより８６度のテーパー角が形成されることが検証できた。このように、エッチングステップに導入するデポジションガスの導入量の増加に対して、より低いテーパー角（溝部２５の底部に向かうにつれ狭まる）を得られることが検証できた。
【００３８】
また、デポジションガスの導入量をエッチングガスの導入量に対して５％を超えて加えると、溝部２５の底面に荒れが生じ、品質の低下を招くことが検証できた。
【００３９】
また、一般に開口面積が大きいパターンのエッチングでは、エッチャントが開口寸法の大きいパターンに流れ込みやすく（マイクロローディング効果）、そのため開口寸法の大きいパターンでは逆テーパーになる傾向があるが、本願の方法でも上記の傾向が見られるが（図６）、面積の大きい開口パターンにおいても順テーパー形状の溝部を形成できることが検証できた。
【００４０】
このように、エッチングレートの低下を防ぎ、且つ品質の低下を招くことなく側面２５ａに所定のテーパー角が形成された順テーパーを形成するには、エッチングステップにおいて、エッチングガスの導入量に対するデポジションガスの導入量を０％より大きく５％未満の範囲で制御して、エッチングガスにデポジションガスを加えれば良いことが検証できた。また、その際に得られるテーパー角θは８５度〜９０度未満の範囲で規定されることが検証できた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本願のドライエッチング装置の構成図である。
【図２】試料に対して溝部を形成する際のエッチングステップとデポジションステップのタイムチャートである。
【図３】溝部の構造図である。
【図４】溝部の構造を示し、図４（ａ）は側面が順テーパーを有する溝部の構造図、図４（ｂ）は側面が逆テーパーを有する溝部の構造図である。
【図５】溝部の側壁が順テーパーとなるように形成する場合のエッチングステップとデポジションステップのタイムチャートである。
【図６】順テーパーを得る場合のテーパー角とエッチングガスに対するデポジションガスの導入量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２  反応室
４  試料
１６  ガス流量コントローラ
２５  溝部
【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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