(57)【要約】【課題】エッチング速度が速く、しかも壁面の平滑性及び直角度に優れたエッチング構造物を得ることができるシリコン基板のエッチング方法等を提供する。【解決手段】エッチング工程は、シリコン基板に常時電力を印加してバイアス電位を与えつつ、ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスとの混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドにおけるドライエッチングを進行させる工程と、同じく混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドに対して垂直な構造面に保護膜を形成させる工程とが順次繰り返して行われる。ドライエッチング進行工程における混合ガスは、ＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量混合させたものとし、保護膜形成工程における混合ガスを、フロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量混合させたものとされる。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板表面にエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、高周波電力によりプラズマ化したエッチングガスを用いて前記エッチングマスクの開口部から前記シリコン基板表面をドライエッチングして所定の構造面を形成するエッチング工程とを順次実施することによりシリコン基板をエッチングする方法であって、
前記エッチング工程を、
前記シリコン基板に常時電力を印加してバイアス電位を与えつつ、
エッチングガスとしてのＳＦ６ガスと、保護膜形成ガスとしてのフロロカーボンガスとの混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドにおける前記ドライエッチングを進行させる工程と、
同じく前記ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスとの混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドに対して垂直な前記構造面に保護膜を形成させる工程とを順次繰り返して行うようにしたエッチング方法において、
前記ドライエッチング進行工程における前記混合ガスを、ＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量混合させたものとし、
前記保護膜形成工程における前記混合ガスを、フロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量混合させたものとしたことを特徴とするシリコン基板のエッチング方法。
【請求項２】
前記シリコン基板に印加する電力を、前記ドライエッチング進行工程においては高くし、前記保護膜形成工程においては低くすることを特徴とする請求項１記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項３】
前記エッチング工程においてプラズマを発生させるための高周波電力を、前記ドライエッチング進行工程においては高くし、前記保護膜形成工程においては低くすることを特徴とする請求項１又は２記載のシリコン基板のエッチング方法。
【請求項４】
被エッチング物たるシリコン基板を収納するエッチングチャンバと、
前記エッチングチャンバ内の下部位置に配設され、前記シリコン基板が載置される基台と、
前記エッチングチャンバ内にエッチングガスたるＳＦ６ガスを供給するエッチングガス供給手段と、
前記エッチングチャンバ内に保護膜形成ガスたるフロロカーボンガスを供給する保護膜形成ガス供給手段と、
前記エッチングチャンバ内を減圧する減圧手段と、
前記エッチングチャンバの外周にこれと対向するように配設されたコイルを備え、該コイルに高周波電力を印加して、前記エッチングチャンバ内に供給された前記ＳＦ６ガス及びフロロカーボンガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力印加手段と、
前記エッチングガス供給手段及び前記保護膜形成ガス供給手段により前記エッチングチャンバ内に供給される前記ＳＦ６ガス及びとフロロカーボンガスの流量を制御するガス流量制御手段と、
前記プラズマ生成手段のコイルに印加される電力を制御するコイル電力制御手段と、
前記基台電力印加手段により基台に印加される電力を制御する基台電力制御手段とを備えて構成され、
前記ガス流量制御手段は、前記ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスを連続的且つその供給量を周期的に変化させて前記エッチングチャンバ内に供給するとともに、両者の位相が逆となるように前記供給量を制御し、更に、前記ＳＦ６ガスの多量供給時にはＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量供給し、前記フロロカーボンガスの多量供給時にはフロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量供給するように構成されてなることを特徴とするシリコン基板のエッチング装置。
【請求項５】
前記基台電力制御手段は、前記基台に印加される電力を、前記ＳＦ６ガスの多量供給時には高くし、前記フロロカーボンガスの多量供給時には低くするように構成されてなることを特徴とする請求項４記載のシリコン基板のエッチング装置。
【請求項６】
前記コイル電力制御手段は、前記コイルに印加される電力を、前記ＳＦ６ガスの多量供給時には高くし、前記フロロカーボンガスの多量供給時には低くするように構成されてなることを特徴とする請求項４又は５記載のシリコン基板のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチングプロセスによって、シリコン基板に、例えば、溝などの構造面を形成するシリコン基板のエッチング方法及びエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ドライエッチングプロセスによってシリコン基板上に溝などの構造物を形成する、例えば半導体集積回路の分野では、益々高集積化，高密度化が進められており、高精度にトレンチ（深溝若しくは深穴）を形成することのできるエッチング技術が求められている。そして、このようなトレンチエッチングを目的としたエッチング法として、従来、特表平７−５０３８１５号公報に開示されるようなエッチング法が知られている。
【０００３】
このエッチング法は、シリコン基板表面に所望形状のエッチングマスクを形成した後、プラズマ化したＳＦ６とＡｒの混合ガスを用い基板表面をドライエッチングして溝若しくは穴を形成するエッチング工程と、同じくプラズマ化したＣＨＦ３とＡｒの混合ガスを用い、前記溝若しくは穴（以下、溝等という）の側壁に保護膜を形成する重合工程（保護膜形成工程）とを交互に繰り返すことによって、深溝若しくは深穴（以下、深溝等という）を形成するというものである。
【０００４】
このエッチング法によれば、ドライエッチングによって順次形成された溝等の壁面がその後保護膜によって被覆され、以降のドライエッチングの際にこの保護膜により前記壁面が保護されるため、極端なサイドエッチングやアンダーカットが防止され、見かけ上垂直な壁面を備えた溝等を形成することができる。
【０００５】
ところが、上述したエッチング法には、次のような問題が存在した。即ち、上記のエッチング法は、前記壁面に対する保護膜の形成を伴わないエッチング工程と、壁面に保護膜を形成する工程とを順次交番的に繰り返すというものであるため、エッチングされて新たに形成される壁面は、保護膜が形成されていない状態となっている。このため、エッチング工程では、エッチンググランド（溝等の底面）とともにこの壁面がエッチングされ、この結果、壁面が垂直方向に波打ったものとなり、加工精度の悪いものとなるのである。そして、壁面に形成されたこのような凹凸が原因となって、半導体集積回路の分野における高集積化，高密度化が阻害されていた。
【０００６】
そこで、本発明者らは、シリコン基板に常時電力を印加してバイアス電位を与えた状態で、エッチングガスと保護膜形成ガスとの混合ガスを用いてエッチング工程と保護膜形成工程の双方の工程を実施し、エッチング工程では多量のエッチングガスと少量の保護膜形成ガスとの混合ガスを用い、保護膜形成工程では少量のエッチングガスと多量の保護膜形成ガスとの混合ガスを用いるようにしたエッチング法を、特願２００１−２９９４３５号において既に提案している。
【０００７】
このエッチング法によれば、エッチングガスと保護膜形成ガスとの混合ガスを用いてエッチング工程及び保護膜形成工程が実施されるので、エッチング工程では、エッチンググランドがエッチングガスによってエッチングされるとともに、エッチングによって順次形成される垂直な構造面が、保護膜形成ガスからもたらされる保護膜によって直ちに被覆され、引き続いて実行される保護膜形成工程において、前記垂直な構造面が更に強固に保護膜によって被覆される。これにより、当該垂直な構造面に対するエッチングが抑制され、その表面の凹凸が小さく、しかも直角度に優れた垂直構造面を形成することができる。
【０００８】
また、シリコン基板に常時電力を印加してバイアス電位を与えているので、エッチンググランドをイオン照射により物理的にエッチングすることができ、エッチング工程ではエッチング速度が速まる一方、保護膜形成工程ではエッチンググランドに保護膜が形成されるのを防止することができ、その結果、全体のエッチング加工時間を短くすることができるという効果も奏される。
【０００９】
ところが、このエッチング法では、上記のように、エッチングガスと保護膜形成ガスとの混合ガスを用いてエッチングするので、エッチングによって形成された垂直構造面を有効に保護することができるという効果がある反面、エッチンググランドでは、エッチングガスやイオン照射によるエッチングと、このエッチングを抑制する保護膜の形成という相反する作用とが同時に進行するため、エッチング作用をなすエネルギが保護膜の剥離にも費やされることとなり、この分、エッチング時に保護膜形成ガスを用いないエッチング法に比べて、エッチング速度が低下するというデメリットを有している。
【００１０】
また、保護膜形成工程については、エッチングガスやイオンによって、エッチンググランドに保護膜が形成されるのを抑制することができ、全体のエッチング加工時間を短くすることができるという効果が奏される反面、エッチングガスは垂直構造面にも作用するため、当該垂直構造面がエッチングされ易い環境となり、場合によっては、その表面を十分に平滑にすることができないというデメリットがある。
【００１１】
そこで、本発明者らは前記混合ガスの混合割合について鋭意研究を重ねた結果、エッチング進行工程で保護膜形成ガスを用いず、且つ保護膜形成工程でエッチングガスを用いないエッチング法に比べて、エッチング速度を速くし、しかもエッチングによって形成される垂直構造面が十分に平滑で直角度に優れたものとなるような最適な混合割合について知見を得るに至った。
【００１２】
斯くして、本発明は、エッチング速度を低下させることなく、しかもエッチングによって形成される垂直構造面を十分に平滑で直角度に優れたものとすることができるシリコン基板のエッチング方法及びエッチング装置の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、シリコン基板表面にエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、高周波電力によりプラズマ化したエッチングガスを用いて前記エッチングマスクの開口部から前記シリコン基板表面をドライエッチングして所定の構造面を形成するエッチング工程とを順次実施することによりシリコン基板をエッチングする方法であって、
前記エッチング工程を、
前記シリコン基板に常時電力を印加してバイアス電位を与えつつ、
エッチングガスとしてのＳＦ６ガスと、保護膜形成ガスとしてのＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）との混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドにおける前記ドライエッチングを進行させる工程と、
同じく前記ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスとの混合ガスを用いて、主としてエッチンググランドに対して垂直な前記構造面に保護膜を形成させる工程とを順次繰り返して行うようにしたエッチング方法において、
前記ドライエッチング進行工程における前記混合ガスを、ＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量混合させたものとし、
前記保護膜形成工程における前記混合ガスを、フロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量混合させたものとしたことを特徴とするシリコン基板のエッチング方法に係る。
【００１４】
この発明によれば、上記ドライエッチングを進行させる工程では、エッチンググランドがＳＦ６ガスやイオン照射によってエッチングされるとともに、エッチングによって順次形成される垂直な構造面がフロロカーボンガスからもたらされる保護膜によって直ちに被覆される。
【００１５】
また、引き続いて実行される保護膜形成工程では、前記垂直な構造面が保護膜によって更に強固に被覆されるとともに、エッチングガスやイオン照射によって、エッチンググランドに保護膜が形成されるのが抑制される。
【００１６】
尚、上記のように、ドライエッチング進行工程における前記混合ガスは、ＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量混合させたもの、即ち、ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスとを容量比で１００：５〜１２の範囲で混合したものが好ましい。フロロカーボンガスの量が５容量未満であると、フロロカーボンガスの量が少なすぎて、エッチングによって形成された垂直構造面を有効に保護することができず、一方、フロロカーボンガスの量が１２容量を超えると、フロロカーボンガスの量が多すぎて、エッチンググランドに保護膜が形成され易く、エッチング作用をなすエネルギが保護膜の剥離に多く費やされて、エッチング時に保護膜形成ガスを用いないエッチング法に比べて、エッチング速度が低下するからである。
【００１７】
また、保護膜形成工程における前記混合ガスは、フロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量混合させたもの、即ち、フロロカーボンガスとＳＦ６ガスとを容量比で１００：２〜５の範囲で混合させたものが好ましい。ＳＦ６ガスの量が２容量未満であると、ＳＦ６ガスの量が少なすぎて、エッチンググランドに保護膜が形成されるのを十分に抑制することができないため、十分なエッチング速度が得られず、一方、ＳＦ６ガスの量が５容量を超えると、ＳＦ６ガスの量が多すぎて、垂直構造面がエッチングされ易い環境となり、その表面精度が悪化するからである。
【００１８】
斯くして、この発明によれば、ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスとの混合ガスを用いいるとともに、ドライエッチング進行工程における混合ガス、及び保護膜形成工程における混合ガスを、それぞれ上記混合比率とすることで、ドライエッチング進行工程で保護膜形成ガスを用いず、且つ保護膜形成工程でエッチングガスを用いないエッチング法に比べて、エッチング速度を速くし、しかも、エッチングによって形成される垂直構造面を、表面精度の高い平滑面とすることができる。
【００１９】
また、前記シリコン基板に印加する電力は、これを、前記ドライエッチング進行工程においては高くし、前記保護膜形成工程においては低くするのが好ましい。このようにすれば、前記ドライエッチング進行工程におけるイオンの照射速度を高め、エッチング速度を速めることができる一方、保護膜形成工程においては、前記垂直構造面に形成された保護膜が照射イオンによって剥離されるのを極僅かなものとすることができ、前記垂直構造面をより効果的に保護することができる。
【００２０】
更に、前記プラズマを発生させるための高周波電力についても、これを、前記ドライエッチング進行工程においては高くし、前記保護膜形成工程においては低くするのが好ましい。このようにすれば、前記ドライエッチング進行工程ではＳＦ６ガスが効率よくプラズマ化してエッチング速度が速まり、一方、保護膜形成工程ではプラズマ化するＳＦ６ガスの割合が低下して、垂直構造面がエッチングされ難くなり、当該垂直構造面をより効果的に保護することができる。
【００２１】
また、上記エッチング工程は、ドライエッチング進行工程から開始しても、或いは保護膜形成工程から開始しても良いが、保護膜形成工程から開始する方が前記垂直構造面の凹凸をより小さなものとすることができる点で好ましい。
【００２２】
そして、上述したエッチング方法は、以下のエッチング装置によってこれを好適に実施することができる。
【００２３】
即ち、このエッチング装置は、被エッチング物たるシリコン基板を収納するエッチングチャンバと、前記エッチングチャンバ内の下部位置に配設され、前記シリコン基板が載置される基台と、前記エッチングチャンバ内にエッチングガスたるＳＦ６ガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記エッチングチャンバ内に保護膜形成ガスたるフロロカーボンガスを供給する保護膜形成ガス供給手段と、前記エッチングチャンバ内を減圧する減圧手段と、前記エッチングチャンバの外周にこれと対向するように配設されたコイルを備え、該コイルに高周波電力を印加して、前記エッチングチャンバ内に供給された前記ＳＦ６ガス及びフロロカーボンガスをプラズマ化するプラズマ生成手段と、前記基台に高周波電力を印加する基台電力印加手段と、前記エッチングガス供給手段及び前記保護膜形成ガス供給手段により前記エッチングチャンバ内に供給される前記ＳＦ６ガス及びとフロロカーボンガスの流量を制御するガス流量制御手段と、前記プラズマ生成手段のコイルに印加される電力を制御するコイル電力制御手段と、前記基台電力印加手段により基台に印加される電力を制御する基台電力制御手段とを備えて構成され、
前記ガス流量制御手段は、前記ＳＦ６ガスとフロロカーボンガスを連続的且つその供給量を周期的に変化させて前記エッチングチャンバ内に供給するとともに、両者の位相が逆となるように前記供給量を制御し、更に、前記ＳＦ６ガスの多量供給時にはＳＦ６ガス１００容量に対してフロロカーボンガスを５〜１２容量供給し、前記フロロカーボンガスの多量供給時にはフロロカーボンガス１００容量に対してＳＦ６ガスを２〜５容量供給するように構成されてなることを特徴とする。
【００２４】
尚、前記基台電力制御手段は、前記基台に印加される電力を、前記ＳＦ６ガスの多量供給時には高くし、前記フロロカーボンガスの多量供給時には低くするように構成されているのが好ましい。
【００２５】
また、前記コイル電力制御手段も同様に、前記コイルに印加される電力を、前記ＳＦ６ガスの多量供給時には高くし、前記フロロカーボンガスの多量供給時には低くするように構成されているのが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。
【００２７】
まず、本実施形態に係るエッチング装置の構成について図１に基づき説明する。図１は本実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、このエッチング装置１は、セラミックなどからなり、内部にエッチング室２ａが形成された筐体状のエッチングチャンバ２と、前記エッチング室２ａ内の下部領域に配設され、被エッチング物たるシリコン基板Ｓを載置する基台３と、エッチング室２ａ内にエッチングガスたるＳＦ６ガス及び保護膜形成ガスたるＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）を供給するガス供給部７と、エッチング室２ａ内を減圧する減圧部１３と、エッチング室２ａ内に供給されたＳＦ６ガス及びフロロカーボンガスをプラズマ化するプラズマ生成部１５と、前記基台３に高周波電力を印加する高周波電源１８と、これら各部の作動を制御する制御装置２０とを備えている。
【００２９】
前記基台３上には、シリコン基板ＳがＯリング４などのシール部材を介して載置される。基台３はその基部３ａがエッチング室２ａ外に導出されるように設けられており、その中心部には、基台３とシリコン基板Ｓとの間に形成された空間５ａに通じる連通路５が設けられ、この連通路５を通して前記空間５ａ内にヘリウムガスが充填，封入されている。また、基台３には冷却水循環路６が形成されており、この冷却水循環路６内を循環する冷却水（２０℃）により、前記基台３及びヘリウムガスを介して、前記シリコン基板Ｓが冷却されるようになっている。また、この基台３には前記高周波電源１８によって１３．５６ＭＨｚの高周波電力が印加されており、基台３及び基台３上に載置されたシリコン基板Ｓにバイアス電位を生じるようになっている。
【００３０】
前記ガス供給部７は、前記エッチングチャンバ２の上端部に接続されたガス供給管８と、このガス供給管８にそれぞれマスフローコントローラ１１，１２を介して接続されたガスボンベ９，１０とからなり、マスフローコントローラ１１，１２により流量調整されたガスがガスボンベ９，１０からエッチング室２ａ内に供給されるようになっている。尚、本例では、ガスボンベ９内にはエッチング用のＳＦ６ガスが充填され、ガスボンベ１０内には保護膜形成用のＣ４Ｆ８ガスが充填されている。
【００３１】
前記減圧部１３は、前記エッチングチャンバ２の下端部に接続された排気管１４と、この排気管１４に接続された図示しない真空ポンプとからなり、この真空ポンプ（図示せず）によって前記エッチング室２ａ内が所定の低圧に減圧されるようになっている。
【００３２】
前記プラズマ生成部１５は、前記エッチングチャンバ２の前記基台３より高い位置の外周に沿って配設されたコイル１６と、このコイル１６に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加する高周波電源１７とからなり、コイル１６に高周波電力を印加することによりエッチング室２ａ内の空間に変動磁場が形成され、エッチング室２ａ内に供給されたガスがこの変動磁場によって誘起される電界によってプラズマ化されるようになっている。
【００３３】
また、前記制御装置２０は、前記マスフローコントローラ１１，１２を制御し、ガスボンベ９，１０からエッチング室２ａ内に供給されるガス流量を調整するガス流量制御手段２１と、前記コイル１６に印加される高周波電力を制御するコイル電力制御手段２２と、前記基台３に印加される高周波電力を制御する基台電力制御手段２３とからなる。
【００３４】
次に、以上の構成を備えたエッチング装置１によりシリコン基板Ｓをエッチングするその態様について説明する。
【００３５】
まず、フォトリソグラフィなどを用いて所望形状のエッチングマスク（例えばレジスト膜やＳｉＯ２膜など）をシリコン基板Ｓ上に形成した後、このシリコン基板Ｓをエッチングチャンバ２内に搬入し、Ｏリング４を介して基台３上に載置する。この後、連通路５から空間５ａ内にヘリウムガスを充填，封入する。なお、冷却水循環路６内の冷却水は絶えず循環されている。
【００３６】
ついで、ガスボンベ９及び１０からＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスをそれぞれエッチング室２ａ内に供給するとともに、コイル１６に高周波電力を印加し、基台３に高周波電力を印加する。
【００３７】
エッチング室２ａ内に供給されるＳＦ６ガスの流量は、図２（ａ）に示すように、Ｖｅ２からＶｅ１の範囲で矩形波状に変化し、また、Ｃ４Ｆ８ガスの流量は、図２（ｂ）に示すように、Ｖｄ２からＶｄ１の範囲で矩形波状に変化し、且つＳＦ６ガスの位相とＣ４Ｆ８ガスの位相とが相互に逆になるようにそれぞれガス流量制御手段２１によって制御される。
【００３８】
そして、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１とＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２との流量比（即ち、混合容量比）Ｖｅ１：Ｖｄ２が１００：５〜１２の範囲となるように、また、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２とＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１との流量比（即ち、混合容量比）Ｖｅ２：Ｖｄ１が２〜５：１００の範囲となるように、前記ガス流量制御手段２１によって制御される。
【００３９】
また、コイル１６に印加される高周波電力は、図２（ｃ）に示すように、Ｗｃ２からＷｃ１の範囲で矩形波状に変化し、基台３に印加される高周波電力は、図２（ｄ）に示すように、Ｗｐ２からＷｐ１の範囲で矩形波状に変化し、且つコイル１６に印加される高周波電力の位相と基台３に印加される高周波電力の位相とが同位相となるようにそれぞれコイル電力制御手段２２，基台電力制御手段２３によって制御される。
【００４０】
エッチング室２ａ内に供給されたＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスは、コイル１６によって生じた変動磁界内で、イオン，電子，Ｆラジカルなどを含むプラズマとなり、プラズマはこの変動磁界の作用によって高密度に維持される。プラズマ中に存在するＦラジカルはＳｉと化学的に反応して、シリコン基板ＳからＳｉを持ち去る、即ちシリコン基板Ｓをエッチングする働きをし、イオンは基台３及びシリコン基板Ｓに生じた自己バイアス電位により基台３及びシリコン基板Ｓに向けて加速され、シリコン基板Ｓに衝突してこれをエッチングする。斯くして、これらＦラジカル及びイオンによってマスク開口部のシリコン基板Ｓ表面（エッチンググランド）がエッチングされ、所定幅及び深さの溝等が形成される。
【００４１】
一方、Ｃ４Ｆ８ガスはプラズマ化されることにより重合物となって溝等の壁面及び底面（エッチンググランド）に堆積してフロロカーボン膜を形成する働きをする。このフロロカーボン膜はＦラジカルと反応せず、Ｆラジカルに対する保護膜として作用し、この保護膜によってサイドエッチングやアンダーカットが防止される。
【００４２】
このように、ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスを同時にエッチング室２ａ内に供給して得られるプラズマの存在下では、Ｆラジカル及びイオン照射によるエッチングと、重合による保護膜の形成という相反する作用が同時に溝等の壁面及び底面上で進行する。詳細には、イオン照射の多い底面では、重合物の堆積よりもイオン照射による重合物の剥離の方がより強く作用して、Ｆラジカル及びイオンによるエッチングが進行し易く、一方イオン照射の少ない壁面では、イオン照射による重合物の剥離よりも重合物の堆積の方がより強く作用して、保護膜の形成が進行し易い。
【００４３】
以上のことを考慮して本実施形態においては、ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスの流量、並びにコイル１６に印加される高周波電力及び基台３に印加される高周波電力を、上述した如く図２に示すようにそれぞれ制御している。
【００４４】
具体的には、図２においてｅで示す時間帯については、ＳＦ６ガスの供給量をＶｅ１と多くし、Ｃ４Ｆ８ガスの供給量をＶｄ２と少なくするとともに、コイル１６に印加される高周波電力をＷｃ１と高くし、基台３に印加される高周波電力をＷｐ１と高くしている。ＳＦ６ガスの供給量を多くし、Ｃ４Ｆ８ガスの供給量を少なくし、コイル１６に印加される高周波電力を高くすることにより、エッチングに必要なＦラジカルやイオンを適量生成することができる一方、重合物の生成をサイドエッチングやアンダーカットを防止することができる最低限の量に押さえることができる。また、基台３に印加される高周波電力を高くすることにより、イオン照射速度を高め、エッチング速度を高めることができる。
【００４５】
以上により、イオン照射の多いエッチンググランド（底面）については、重合物の堆積よりもイオン照射による重合物の剥離の方がかなり強く作用して、Ｆラジカルやイオンによるエッチングが進行する一方、イオン照射の少ない壁面では、イオン照射による重合物の剥離よりも重合物の堆積の方がより強く作用して、保護膜の形成が進行し、エッチングによって順次形成される壁面がこの保護膜によって直ちに被覆される。
【００４６】
一方、図２においてｄで示す時間帯については、ＳＦ６ガスの供給量をＶｅ２と少なくし、Ｃ４Ｆ８ガスの供給量をＶｄ１と多くするとともに、コイル１６に印加される高周波電力をＷｃ２と低くし、基台３に印加される高周波電力をＷｐ２と低くしている。ＳＦ６ガスの供給量を少なくし、Ｃ４Ｆ８ガスの供給量を多くすることにより、保護膜形成に必要な重合物をより多く生成することができる一方、Ｆラジカルやイオンの生成を、エッチンググランドに堆積される重合物を剥離するのに必要な最低限の量に押さえることができる。また、基台３に印加される高周波電力を低くすることにより、エッチンググランドに堆積される重合物を剥離するのに必要な程度にイオン照射速度を遅くすることができ、壁面に堆積される保護膜がイオン照射によって剥離されるのを防止することができる。
【００４７】
以上により、エッチンググランド（底面）については、堆積される重合物をイオン照射によって剥離する程度にエッチングが抑制される一方、イオン照射の少ない壁面では、より多くの重合物が堆積して、強固な保護膜が形成される。
【００４８】
斯くして、以上のｅ工程及びｄ工程を順次繰り返して実施することにより、主としてエッチングの進行する工程と、主として保護膜形成の進行する工程とが交番的に繰り返され、エッチングによって順次形成される壁面が保護膜によって直ちに被覆されるとともに、引き続いて実行される工程において、保護膜が更に強固に形成されるので、上述したサイドエッチングやアンダーカットを確実に防止することができ、これにより、内壁面が垂直であり且つその凹凸が所定の基準値以下であるトレンチを、効率よくシリコン基板Ｓ上に形成することができる。
【００４９】
このような作用を奏するための前記ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１は６０〜６００ｍｌ／ｍｉｎの範囲であるのが好ましく、前記Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１は５０〜４００ｍｌ／ｍｉｎの範囲であるのが好ましい。
【００５０】
また、上記のように、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２は、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１との比において、Ｖｄ２：Ｖｅ１が５〜１２：１００の範囲となるような流量であるのが好ましい。Ｖｄ２が５未満であると、Ｃ４Ｆ８ガスの量が少なすぎて、エッチングによって形成された壁面を有効に保護することができず、一方、Ｖｄ２が１２を超えると、Ｃ４Ｆ８ガスの量が多すぎて、エッチンググランドに保護膜が形成され易く、エッチング作用をなすエネルギが保護膜の剥離に多く費やされて、エッチング速度が低下するからである。
【００５１】
また、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２は、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１との比において、Ｖｅ２：Ｖｄ１が２〜５：１００の範囲となるような流量であるのが好ましい。Ｖｅ２が２未満であると、ＳＦ６ガスの量が少なすぎて、エッチンググランドに保護膜が形成されるのを十分に抑制することができないため、十分なエッチング速度が得られず、一方、Ｖｅ２が５を超えると、ＳＦ６ガスの量が多すぎて、前記壁面がエッチングされ易い環境となり、その表面精度が悪化するからである。
【００５２】
また、コイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１は８００〜３０００Ｗの範囲であるのが好ましく、Ｗｃ２は６００〜２５００Ｗの範囲であるのが好ましい。更に、基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１は３〜５０Ｗ（更に好ましくは１０〜５０Ｗ）の範囲であるのが好ましく、Ｗｐ２は２〜２５Ｗ（更に好ましくは５〜２５Ｗ）の範囲であるのが好ましい。
【００５３】
また、前記ｅ工程の実施時間は３〜４５秒の範囲が好ましく、前記ｄ工程の実施時間は３〜３０秒の範囲が好ましい。
【００５４】
このように、本例によれば、ＳＦ６ガスとＣ４Ｆ８ガス（フロロカーボンガス）との混合ガスを用いいるとともに、エッチング進行工程における混合ガス、及び保護膜形成工程における混合ガスを、それぞれ上記混合比率とすることで、エッチング進行工程で保護膜形成ガスを用いず、且つ保護膜形成工程でエッチングガスを用いないエッチング法に比べて、エッチング速度を速くし、しかも、エッチングによって形成される壁面を、表面精度の高い平滑面とすることができる。
【００５５】
そして、このような精度の高いエッチングを行うことで、半導体集積回路の高集積化や高密度化を図ることができ、また、形状精度の高いマイクロマシンを製造することができる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明におけるより具体的な効果を実験例に基づいて説明する。
【００５７】
１．実験例１
エッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、保護膜形成ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用い、コイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１を２２００Ｗ、Ｗｃ２を１５００Ｗとし、基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１を４０Ｗ、Ｗｐ２を２０Ｗとし、ｅ工程のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１を４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、ｄ工程のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１を１５０ｍｌ／ｍｉｎとするとともに、ｄ工程のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２を、０ｍｌ／ｍｉｎ，３ｍｌ／ｍｉｎ，４．５ｍｌ／ｍｉｎ，７．５ｍｌ／ｍｉｎ，１５ｍｌ／ｍｉｎと変化させ、且つ、ｅ工程のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を、０ｍｌ／ｍｉｎ，２２．５ｍｌ／ｍｉｎ，３１．５ｍｌ／ｍｉｎ，５４ｍｌ／ｍｉｎ，９０ｍｌ／ｍｉｎ，１３５ｍｌ／ｍｉｎと変化させた各条件下でシリコン基板をエッチングし、当該シリコン基板上に図３に示すような穴３１を形成した。
【００５８】
尚、ｅ工程の処理時間を８．５秒とし、ｄ工程の処理時間を３秒として、このｅ工程とｄ工程とを１５分間繰り返して実施した。また、エッチングチャンバ２内の圧力は、ｅ工程では４．０Ｐａ、ｄ工程では１．９Ｐａであった。
【００５９】
そして、上記各エッチング条件下でのエッチング速度、並びに形成された穴壁面３２の表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）、及び壁面３２の溝底面に対する角度θ（°）をそれぞれ測定した。その結果を、図４乃至図９に示す。尚、図４は、上記各エッチング条件下におけるエッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）の測定結果を示した表であり、図５は、そのグラフである。また、図６は、前記表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）の測定結果を示した表であり、図７は、そのグラフである。また、図８は、前記角度θ（°）の測定結果を示した表であり、図９は、そのグラフである。
【００６０】
また、図４、図６、図８において、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２は、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）を１００とした場合の流量（容量）比でこれを表し、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２も同様に、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１（４５０ｍｌ／ｍｉｎ）を１００とした場合の流量（容量）比でこれを表している。
【００６１】
図４乃至図９に示すように、ｄ工程でＳＦ６ガスを用いない場合（Ａ＝０の場合）には、ｅ工程でのＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を多くするほど表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）や角度θ（°）は良好となるが、エッチング速度が低下する傾向にあり、また、ｅ工程でＣ４Ｆ８ガスを用いない場合には、ｄ工程でのＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２を多くするほどエッチング速度は速くなるが、その一方、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）や角度θ（°）が悪化する傾向にあることが分かる。
【００６２】
そして、この結果から、ｄ工程でのＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２及びをｅ工程でのＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を適量とすることで、エッチング速度、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）及び角度θ（°）のそれぞれを良好なものとすることができると予想されるが、本実験例では、上記図４乃至図９に示すように、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１に対する流量比が２〜５の範囲であり、且つＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１に対する流量比が５〜１２の範囲である場合に、ｅ工程でＣ４Ｆ８ガスを用いず、且つｄ工程でＳＦ６ガスを用いない場合（即ち、Ａ＝０及びＢ＝０の場合）と比べて、エッチング速度が速く、しかも表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）や角度θ（°）を良好にできることが判明した。
【００６３】
尚、エッチング速度は、速ければ速い程好ましいが、本例では、上記のように、ｅ工程でＣ４Ｆ８ガスを用いず、且つｄ工程でＳＦ６ガスを用いない場合（即ち、Ａ＝０及びＢ＝０の場合）と比べて、同程度以上となるエッチング速度を好ましい速度と判断した。また、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）についても、これが小さい方が好ましいが、ｅ工程でＣ４Ｆ８ガスを用いず、且つｄ工程でＳＦ６ガスを用いない場合（即ち、Ａ＝０及びＢ＝０の場合）と比べて、同程度以下となる表面精度を好ましい精度と判断した。更に、角度θ（°）は、９０°に近い方がより好ましいが、９１°以下を好ましい角度とした。
【００６４】
２．実験例２
同じくエッチングガスとしてＳＦ６ガスを用い、保護膜形成ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用い、コイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１を９００Ｗ、Ｗｃ２を８００Ｗとし、基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１を２５Ｗ、Ｗｐ２を５Ｗとし、ｅ工程のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１を２００ｍｌ／ｍｉｎとし、ｄ工程のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１を６０ｍｌ／ｍｉｎとするとともに、ｄ工程のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２を、０ｍｌ／ｍｉｎ，１．２ｍｌ／ｍｉｎ，１．８ｍｌ／ｍｉｎ，３ｍｌ／ｍｉｎ，６ｍｌ／ｍｉｎと変化させ、且つ、ｅ工程のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を、０ｍｌ／ｍｉｎ，１０ｍｌ／ｍｉｎ，１４ｍｌ／ｍｉｎ，２４ｍｌ／ｍｉｎ，４０ｍｌ／ｍｉｎと変化させた各条件下でシリコン基板をエッチングし、当該シリコン基板上に図３に示すような穴３１を形成した。
【００６５】
尚、ｅ工程の処理時間を１５秒とし、ｄ工程の処理時間を７秒として、このｅ工程とｄ工程とを３０分間繰り返して実施した。また、エッチングチャンバ２内の圧力は、ｅ工程では２．５Ｐａ、ｄ工程では０．８Ｐａであった。
【００６６】
そして、上記各エッチング条件下で、そのエッチング速度、並びに形成された穴壁面３２の表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）、及び壁面３２の溝底面に対する角度θ（°）をそれぞれ測定した。その結果を、図１０乃至図１５に示す。尚、図１０は、上記各エッチング条件下におけるエッチング速度（μｍ／ｍｉｎ）の測定結果を示した表であり、図１１は、そのグラフである。また、図１２は、前記表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）の測定結果を示した表であり、図１３は、そのグラフである。また、図１４は、前記角度θ（°）の測定結果を示した表であり、図１５は、そのグラフである。
【００６７】
また、図１０、図１２、図１４において、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２は、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１（６０ｍｌ／ｍｉｎ）を１００とした場合の流量比でこれを表し、Ｃ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２も同様に、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１（２００ｍｌ／ｍｉｎ）を１００とした場合の流量比でこれを表している。
【００６８】
図１０乃至図１５に示すように、この実験例においても、ｄ工程でＳＦ６ガスを用いない場合（Ａ＝０の場合）には、ｅ工程でのＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を多くするほど表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）や角度θ（°）は良好となるが、エッチング速度が低下する傾向にあり、また、ｅ工程でＣ４Ｆ８ガスを用いない場合には、ｄ工程でのＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２を多くするほどエッチング速度は速くなるが、その一方、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）や角度θ（°）が悪化する傾向にあることが分かり、この結果から、ｄ工程でのＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２及びをｅ工程でのＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２を適量とすることにより、エッチング速度、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）及び角度θ（°）のそれぞれを良好なものにできることが分かる。
【００６９】
そして、本実験例においても、上記図１０乃至図１５に示すように、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１に対する流量比が２〜５の範囲であり、且つＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１に対する流量比が５〜１２の範囲である場合に、エッチング速度、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）及び角度θ（°）のいずれをも良好にできることが判明した。尚、エッチング速度、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）及び角度θ（°）の好ましい範囲については、上記実験例１における基準と同じ基準に依ることとした。
【００７０】
実験例２は、実験例１に比べてコイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１及びＷｃ２を下げ、基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１及びＷｐ２を下げるとともに、これに応じて、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１及びＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１を少なくした条件下で実験を行ったが、これら、実験例１及び２から分かるように、コイル１６に印加される高周波電力Ｗｃ１，Ｗｃ２及び基台３に印加される高周波電力Ｗｐ１，Ｗｐ２の大きさに依らず、また、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１及びＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１の多い少ないに依らず、ＳＦ６ガスの流量Ｖｅ２のＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ１に対する流量比が２〜５の範囲であり、且つＣ４Ｆ８ガスの流量Ｖｄ２のＳＦ６ガスの流量Ｖｅ１に対する流量比が５〜１２の範囲である場合に、エッチング速度、表面精度（凹凸）ρ（ｎｍ）及び角度θ（°）のいずれをもを良好にできることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示す断面図である。
【図２】ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスの流量、並びにコイル及び基台に印加される高周波電力の制御状態を示すタイミングチャートである。
【図３】実験例における評価方法を説明するための説明図である。
【図４】実験例１におけるエッチング速度の測定結果を示した表である。
【図５】実験例１におけるエッチング速度の測定結果を示したグラフである。
【図６】実験例１における表面精度ρの測定結果を示した表である。
【図７】実験例１における表面精度ρの測定結果を示したグラフである。
【図８】実験例１における角度θの測定結果を示した表である。
【図９】実験例１における角度θの測定結果を示したグラフである。
【図１０】実験例２におけるエッチング速度の測定結果を示した表である。
【図１１】実験例２におけるエッチング速度の測定結果を示したグラフである。
【図１２】実験例２における表面精度ρの測定結果を示した表である。
【図１３】実験例２における表面精度ρの測定結果を示したグラフである。
【図１４】実験例２における角度θの測定結果を示した表である。
【図１５】実験例２における角度θの測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
Ｓ    シリコン基板
１    エッチング装置
２    エッチングチャンバ
２ａ  エッチング室
３    基台
７    ガス供給部
８    ガス供給管
９，１０  ガスボンベ
１１，１２  マスフローコントローラ
１３  減圧部
１４  排気管
１５  プラズマ生成部
１６  コイル
１７，１８  高周波電源
２０  制御装置
２１  ガス流量制御手段
２２  コイル電力制御手段
２３  基台電力制御手段
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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