(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内の基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
前記処理チャンバ内にエッチングガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記処理チャンバ内に保護膜形成ガスを供給してプラズマ化し、前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程と、
前記処理チャンバ内に保護膜除去ガスを供給してプラズマ化し、前記保護膜を除去する保護膜除去工程と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングする非交番的エッチング工程とを含み、
前記交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記非交番的エッチング工程では、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスに加えて保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給し、該エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記非交番的エッチング工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記非交番的エッチング工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
【請求項５】
処理チャンバ内の基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
前記処理チャンバ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングする第１非交番的エッチング工程と、
前記処理チャンバ内にエッチングガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記処理チャンバ内に保護膜形成ガスを供給してプラズマ化し、前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングする第２非交番的エッチング工程とを含み、
前記第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程及び第２非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項６】
前記交番的エッチング工程から第２非交番的エッチング工程に移行する際に、前記処理チャンバ内に保護膜除去ガスを供給してプラズマ化し、前記保護膜を除去する保護膜除去工程を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程では、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスに加えて保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給し、該エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するようにしたことを特徴とする請求項５又は６記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする請求項５又は６記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする請求項７記載のエッチング方法。
【請求項１０】
閉塞空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを供給するとともに、該エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段，コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備えたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程、前記保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記保護膜を除去する保護膜除去工程、並びに、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする非交番的エッチング工程を実行するとともに、少なくとも前記交番的エッチング工程のエッチング処理及び非交番的エッチング工程の実行時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成され、
更に、前記交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記非交番的エッチング工程の実行時に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されてなることを特徴とする請求項１０記載のエッチング装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されてなることを特徴とする請求項１１記載のエッチング装置。
【請求項１４】
閉塞空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給するとともに、該エッチングガス及び保護膜形成ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段，コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備えたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする第１非交番的エッチング工程、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程、並びに、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする第２非交番的エッチング工程を実行するとともに、少なくとも前記第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程のエッチング処理及び第２非交番的エッチング工程の実行時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成され、
更に、前記第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程及び第２非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置。
【請求項１５】
前記ガス供給手段は、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスに加えて保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するとともに、該保護膜除去ガスの供給流量を調整可能に構成され、
前記コイル電力供給手段は、前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内の前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するように構成され、
前記制御手段は、前記交番的エッチング工程から第２非交番的エッチング工程に移行する際に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記保護膜を除去する保護膜除去工程を実行するように構成されてなることを特徴とする請求項１４記載のエッチング装置。
【請求項１６】
前記ガス供給手段は、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスに加えて保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するとともに、該保護膜除去ガスの供給流量を調整可能に構成され、
前記コイル電力供給手段は、前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内の前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するように構成され、
前記制御手段は、前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するように構成されてなることを特徴とする請求項１４又は１５記載のエッチング装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されてなることを特徴とする請求項１４又は１５記載のエッチング装置。
【請求項１８】
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記第１非交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されてなることを特徴とする請求項１６記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングし、当該シリコン基板に、上部開口幅が広く、底部開口幅が狭いテーパ状の溝や穴を形成する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】
シリコン基板Ｋのエッチングによって形成する溝や穴Ｔの側壁は、図３（ｂ）や図５（ｃ）に示すように、垂直にするのではなく、傾斜をつける（上部開口幅が広く、底部開口幅が狭くなるようにテーパをつける）ことがある。これは、例えば、エッチングによりシリコン基板に形成した溝や穴を、当該シリコン基板の表面に酸化膜などの絶縁膜を形成して埋めるという素子分離技術において、テーパのある方が容易であり、また、絶縁膜が溝や穴内に完全に充填されず、隙間（空隙）を生じて絶縁性が悪化するといった問題を生じ難くなるからである。尚、図３（ｂ）や図５（ｃ）において符号Ｍはマスクをしている。
【０００３】
そして、テーパのついた溝や穴を形成するエッチング方法としては、従来、例えば、特開昭６１−２４７０３３号公報に開示されたものが知られている。このエッチング方法は、一対の平行平板電極間にシリコン基板を配置した後、エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを含んだ処理ガスを当該平行平板電極間に供給するとともに、当該平行平板電極間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化することにより、シリコン基板をエッチングするものである。
【０００４】
エッチングガスをプラズマ化すると、イオン，電子，ラジカルなどが生成され、ラジカルはシリコン原子と化学反応し、イオンはバイアス電位によりシリコン基板側に向け移動して衝突することから、シリコン基板がエッチングされて溝や穴が形成される。
【０００５】
一方、保護膜形成ガスをプラズマ化すると、エッチングガスと同様、イオン，電子，ラジカルなどが生成され、このラジカルから重合物が生成されてシリコン基板の表面（エッチングによって形成された溝や穴の側壁及び底面など）に堆積し、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない保護膜が形成される。
【０００６】
また、保護膜除去ガスをプラズマ化すると、上記と同様、イオン，電子，ラジカルなどが生成され、このラジカルやイオンが保護膜原子と化学反応することなどにより、当該保護膜が除去される。
【０００７】
そして、このような、エッチングガスによるエッチングと、保護膜形成ガスによる保護膜形成と、保護膜除去ガスによる保護膜除去とが並行して行われることで、溝や穴の側壁が直ちに保護されつつ当該溝や穴の深さ方向にエッチングが進行し、当該シリコン基板には、上部開口幅が広く、底部開口幅が狭くなったテーパ状の溝や穴が形成される。尚、溝や穴の側壁の傾斜角θ（図３（ｂ）や図５（ｃ）参照）は、処理ガス中に含まれる保護膜形成ガスの量によって適宜制御される。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−２４７０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを含んだ処理ガスをプラズマ化して、エッチングガスによるエッチングと、保護膜形成ガスによる保護膜形成と、保護膜除去ガスによる保護膜除去とを並行して行う上記従来のエッチング方法では、溝や穴の側壁の傾斜角θを所望の角度にすべく側壁の保護膜の膜厚を制御しながら（保護膜除去量及びエッチング量と保護膜形成量とを制御しながら）深さ方向にエッチングを進行させる必要があるため、エッチング速度を上げることができない、即ち、エッチング速度が遅いという問題があった。
【００１０】
また、保護膜の除去と保護膜の形成という相反する作用が同時進行しているので、このことによってもエッチング速度が遅くなり、更に、エッチング速度が遅いことにより処理時間が長くなると、マスクについてもエッチングが進行してマスク選択比が低下するという問題もある。
【００１１】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、エッチング速度が速く、マスク選択比の高いエッチング方法及びエッチング装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明は、
処理チャンバ内の基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
前記処理チャンバ内にエッチングガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記処理チャンバ内に保護膜形成ガスを供給してプラズマ化し、前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程と、
前記処理チャンバ内に保護膜除去ガスを供給してプラズマ化し、前記保護膜を除去する保護膜除去工程と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス及び保護膜形成ガスを供給してプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングする非交番的エッチング工程とを含み、
前記交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。
【００１３】
そして、このエッチング方法は、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。即ち、このエッチング装置は、
閉塞空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを供給するとともに、該エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段，コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備えたエッチング装置であって、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程、前記保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記保護膜を除去する保護膜除去工程、並びに、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする非交番的エッチング工程を実行するとともに、少なくとも前記交番的エッチング工程のエッチング処理及び非交番的エッチング工程の実行時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成され、
更に、前記交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び非交番的エッチング工程をそれぞれ１回以上順次実行するように構成される。
【００１４】
このエッチング装置によれば、シリコン基板が処理チャンバ内の基台上に載置された後、エッチングガスを処理チャンバ内に供給して行うエッチング処理と保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う保護膜形成処理とが交互に繰り返される交番的エッチング工程と、保護膜除去ガスを処理チャンバ内に供給して行う保護膜除去工程と、エッチングガス及び保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う非交番的エッチング工程とが、１回以上順次実行される。
【００１５】
交番的エッチング工程のエッチング処理時においては、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整されたエッチングガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段及び基台電力供給手段により高周波電力がコイル及び基台にそれぞれ印加される。
【００１６】
コイルに高周波電力が印加されると、処理チャンバ内に磁界が形成され、この磁界によって誘起される電界により、処理チャンバ内のエッチングガスがイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされる。また、基台に高周波電力が印加されると、当該基台とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）が生じる。
【００１７】
前記ラジカルは、シリコン原子と化学反応し、イオンは、バイアス電位によりシリコン基板（基台）側に向け移動して衝突する。これにより、シリコン基板はエッチングされ、当該シリコン基板に溝や穴が形成される。
【００１８】
また、交番的エッチング工程の保護膜形成処理時においては、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整された保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段により高周波電力がコイルに印加される。
【００１９】
処理チャンバ内に供給された保護膜形成ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝や穴の側壁及び底面に堆積する。これにより、当該側壁及び底面には、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない保護膜が形成される。
【００２０】
そして、このような交番的エッチング工程では、エッチング処理時において、イオン照射の多い溝や穴の底面では、イオン照射による保護膜の除去並びにラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝や穴の側壁では、イオン照射による保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、保護膜形成処理時においては、前記底面及び側壁に重合物が再度堆積して、エッチング処理で形成された新たな側壁がすぐに被覆される。これにより、エッチングは溝や穴の深さ方向に進行する。
【００２１】
一方、保護膜除去工程においては、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整された保護膜除去ガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段により高周波電力がコイルに印加され、保護膜除去ガスは、上記と同様、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされる。そして、ラジカルやイオンが保護膜原子と化学反応することなどにより、溝や穴の保護膜が除去される。
【００２２】
また、非交番的エッチング工程においては、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整されたエッチングガス及び保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段及び基台電力供給手段により高周波電力がコイル及び基台にそれぞれ印加される。
【００２３】
処理チャンバ内に供給されたエッチングガス及び保護膜形成ガスは、上記と同様、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、エッチングガスから生じたイオンやラジカルによるシリコン基板のエッチングと、保護膜形成ガスから生じたラジカルによる保護膜の形成と、エッチングガスから生じたイオンによる保護膜の除去とが並行して行われる。
【００２４】
具体的には、溝や穴の側壁及び底面に保護膜が形成されるとともに、形成された保護膜がイオン照射によって直ちに除去されつつイオン照射やラジカルによるエッチングが進行し、前記交番的エッチング工程とは異なり、側壁もエッチングされるが、シリコン基板に対して斜め方向から入射するイオンが側壁底部側よりも上部側に衝突することから、側壁上部側の方が底部側よりエッチングが進行し易く、このために、当該溝や穴は、上部開口幅が広く（マスク開口幅よりも広い）、底部開口幅が狭いテーパ状となる。
【００２５】
斯くして、本発明に係るエッチング方法及びエッチング装置によれば、交番的エッチング工程で溝や穴の深さ方向にエッチングし（溝や穴の底面をエッチングし）、非交番的エッチング工程で溝や穴の幅方向にもエッチングする（溝や穴の側壁もエッチングする）ようにしたので、非交番的エッチング工程において、交番的エッチング工程で形成された溝や穴に対してその幅方向に効率的にエッチングを進行させることができ、また、交番的エッチング工程でエッチング処理と保護膜形成処理とを分けて行うようにしたので、交番的エッチング工程でのエッチング速度を速くすることができる。これにより、全体のエッチング加工時間を短くすることができ、また、全体のエッチング加工時間が短いことから、マスクのエッチングはあまり進まず、高いマスク選択比とすることができる。
【００２６】
また、交番的エッチング工程で形成された（残った）保護膜を保護膜除去工程で除去した後、非交番的エッチング工程を実行しているので、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分において保護膜の除去やエッチングが進まず、オーバハング形状が形成されたり、溝や穴の底部などに残渣が発生して高精度なエッチング形状を得ることができなくなるのを防止することができる。
【００２７】
例えば、交番的エッチング工程でエッチング速度を上げるためには、溝や穴の側壁がエッチングされるのを防止すべく保護膜形成処理時に形成される保護膜の膜厚を厚くする必要があるが、膜厚を厚くすると、続く非交番的エッチング工程において、交番的エッチング工程で形成された保護膜を除去することができず、精度の良いエッチング形状が得られないといった不都合を生じるが、交番的エッチング工程と非交番的エッチング工程との間に保護膜除去工程を設けることで、このような問題を効果的に解消することができる。
【００２８】
尚、前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されていても良く、このようにすれば、保護膜を効果的に除去して、溝や穴の側壁及び底面のエッチングを効率的に進めることができる。
【００２９】
また、前記制御手段は、前記非交番的エッチング工程の実行時に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するように構成されていても良く、このようにすれば、非交番的エッチング工程において、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分や、溝や穴の底部などに形成された保護膜を、保護膜除去ガスから生じたラジカルやイオンにより除去しつつエッチングを進行させることができるので、オーバハング形状の形成や残渣の発生を抑制してエッチング形状の精度低下を防止することができる。
【００３０】
また、この場合、前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されていても良く、このようにすれば、上記と同様、保護膜を効果的に除去して、溝や穴の側壁及び底面のエッチングを効率的に進めることができる。
【００３１】
また、前記制御手段は、上記各工程を実行してシリコン基板をエッチングするのではなく、次のような各工程を実行してエッチングするように構成されていても良い。即ち、当該制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする第１非交番的エッチング工程、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程、並びに、前記エッチングガス及び保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングする第２非交番的エッチング工程を実行するとともに、少なくとも前記第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程のエッチング処理及び第２非交番的エッチング工程の実行時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成され、更に、前記第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程及び第２非交番的エッチングをそれぞれ１回以上順次実行するように構成される。
【００３２】
このようにすれば、シリコン基板が処理チャンバ内の基台上に載置された後、エッチングガス及び保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う第１非交番的エッチング工程と、エッチングガスを処理チャンバ内に供給して行うエッチング処理と保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う保護膜形成処理とが交互に繰り返される交番的エッチング工程と、エッチングガス及び保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う第２非交番的エッチング工程とが、それぞれ１回以上順次実行される。
【００３３】
第１非交番的エッチング工程では、エッチングガス及び保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給され、プラズマ化されており、溝や穴の側壁及び底面において、保護膜の形成とイオン照射による保護膜の除去とが同時に行われつつイオン照射やラジカルによるエッチングが進行するが、シリコン基板に対して斜め方向から入射するイオンが側壁底部側よりも上部側に衝突することから、側壁上部側の方が底部側よりエッチングが進行し易く、このために、上部開口幅が広く（マスク開口幅よりも広い）、底部開口幅が狭いテーパ状の溝や穴が形成される。
【００３４】
一方、交番的エッチング工程では、エッチングガスを処理チャンバ内に供給して行うエッチング処理と保護膜形成ガスを処理チャンバ内に供給して行う保護膜形成処理とが交互に繰り返されることにより、溝や穴の側壁がエッチングされるのが防止されつつ溝や穴の深さ方向にエッチングが進行する。
【００３５】
そして、第２非交番的エッチング工程では、上記第１非交番的エッチング工程と同様、エッチングガス及び保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給されてプラズマ化されることにより、溝や穴の底面及び側壁でエッチングが進行するとともに、側壁上部側が底部側よりもエッチングされて、上部開口幅が広く（マスク開口幅よりも広い）、底部開口幅が狭いテーパ状の溝や穴が形成される。
【００３６】
このように、第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程及び第２非交番的エッチングをそれぞれ１回以上順次行うようにすれば、第１非交番的エッチング工程でマスク開口幅よりも上部開口幅が広いテーパ状の溝や穴が形成されていることから、当該マスク開口側端部の直下部分に保護膜が形成され難くなり、オーバハング形状が形成されて高精度なエッチング形状を得ることができなくなるのを有効に防止することができる。尚、全体のエッチング加工時間を短くすることができる点や、高いマスク選択比とすることができる点については、上記と同様である。
【００３７】
この場合において、前記制御手段は、前記交番的エッチング工程から第２非交番的エッチング工程に移行する際に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記保護膜を除去する保護膜除去工程を実行するように構成されていたり、前記交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に、前記ガス供給手段による流量制御の下、前記エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを前記処理チャンバ内に供給するように構成されていても良く、このようにすることで、上述のように、エッチング形状の精度が低下するのを防止することができる。
【００３８】
また、更に、前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して、前記交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガスの流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くしたり、前記交番的エッチング工程及び／又は第２非交番的エッチング工程の実行時に前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス及び保護膜除去ガスの合計流量を前記保護膜形成ガスの流量よりも多くするように構成されていても良く、このようにすれば、上記と同様、保護膜を効果的に除去して、溝や穴の側壁及び底面のエッチングを効率的に進めることができる。
【００３９】
尚、前記エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６ガス，ＮＦ３ガス及びＦ２ガスなどを挙げることができ、前記保護膜形成ガスとしては、Ｃ４Ｆ８ガスといったフロロカーボンガス（ＣｘＦｙ）やＨＢｒガスなどを挙げることができ、前記保護膜除去ガスとしては、Ｏ２ガスなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、各工程においてそれぞれ用いるエッチングガスや保護膜形成ガス、保護膜除去ガスの種類は、各工程毎にそれぞれ異ならせるようにしても良い。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明に係るエッチング方法及びエッチング装置によれば、溝や穴の深さ方向へのエッチングを行った後、溝や穴の幅方向へのエッチングを行うようにしたので、エッチング速度が速く、マスク選択比の高いエッチングを実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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。尚、図１は、本発明の一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した断面図である。
【００４２】
図１に示すように、本例のエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内の下部側に配設され、エッチング対象のシリコン基板Ｋが載置される基台１２と、処理チャンバ１１内を減圧する減圧装置１４と、処理チャンバ１１内にエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスを供給するガス供給装置２０と、処理チャンバ１１内に供給されたエッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１２に高周波電力を印加して、当該基台１２とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる第１高周波電源１３と、ガス供給装置２０，プラズマ生成装置３０及び第１高周波電源１３などの作動を制御する制御装置４０とを備える。
【００４３】
前記処理チャンバ１１は、プラズマ生成室１１ａ及びこの下側に設けられる反応室１１ｂから構成され、前記基台１２は、第１高周波電源１３によって高周波電力が印加される電極１２ａを備え、前記反応室１１ｂ内に配置されている。
【００４４】
前記減圧装置１４は、処理チャンバ１１の反応室１１ｂの側壁に接続される排気管１５と、排気管１５に接続された真空ポンプ１６とからなり、この真空ポンプ１６によって処理チャンバ１１内の圧力が減圧される。
【００４５】
前記ガス供給装置２０は、処理チャンバ１１のプラズマ生成室１１ａの天井部に接続される供給管２１と、流量調整機構２５，２６，２７を介して供給管２１に接続したガスボンベ２２，２３，２４とからなり、流量調整機構２５，２６，２７によって流量調整されたガスがガスボンベ２２，２３，２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給される。
【００４６】
尚、ガスボンベ２２内にはエッチング用のＳＦ６ガスが、ガスボンベ２３内には保護膜形成用のＣ４Ｆ８ガスが、ガスボンベ２４内には保護膜除去用のＯ２ガスがそれぞれ充填されているが、エッチングガス，保護膜形成ガス及び保護膜除去ガスは、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスに限定されるものではない。例えば、エッチングガスとしてＮＦ３ガスやＦ２ガスを用いたり、保護膜形成ガスとしてＨＢｒガスなどを用いるようにしても良い。
【００４７】
前記プラズマ生成装置３０は、処理チャンバ１１のプラズマ生成室１１ａの外周部に配設されたコイル３１と、コイル３１に高周波電力を印加する第２高周波電源３２とからなり、第２高周波電源３２によりコイル３１に高周波電力を印加することで、プラズマ生成室１１ａ内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界によりプラズマ生成室１１ａ内のガスをプラズマ化する。
【００４８】
前記制御装置４０は、流量調整機構２５，２６，２７を制御して、ガスボンベ２２，２３，２４から処理チャンバ１１のプラズマ生成室１１ａ内に供給されるＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスの流量を調整する流量制御部４１と、第１高周波電源１３を制御して基台１２（電極１２ａ）に印加される高周波電力を調整する基台電力制御部４２と、第２高周波電源３２を制御してコイル３１に印加される高周波電力を調整するコイル電力制御部４３とからなる。
【００４９】
前記流量制御部４１は、ガスボンベ２２，２３，２４から処理チャンバ１１内のプラズマ生成室１１ａ内に供給されるＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスの流量を変化させることにより、ＳＦ６ガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングするエッチング処理と、Ｃ４Ｆ８ガスを供給してシリコン基板Ｋに保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程、Ｏ２ガスを供給してシリコン基板Ｋに形成された保護膜を除去する保護膜除去工程、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングする非交番的エッチング工程を実行する。
【００５０】
具体的には、図２に示すように、エッチング処理ｅ及び保護膜形成処理ｄを交互に繰り返す交番的エッチング工程Ａ，保護膜除去工程Ｂ及び非交番的エッチング工程Ｃをそれぞれ１回順次実行する。尚、非交番的エッチング工程Ｃの実行時にプラズマ生成室１１ａ内に供給されるＳＦ６ガス及びＯ２ガスの合計流量は、Ｃ４Ｆ８ガスよりも多くなるように制御される。
【００５１】
前記基台電力制御部４２は、交番的エッチング工程Ａにおけるエッチング処理ｅの実行時、保護膜除去工程Ｂの実行時、非交番的エッチング工程Ｃの実行時に所定の高周波電力が基台１２に印加されるように第１高周波電源１３を制御し、前記コイル電力制御部４３は、交番的エッチング工程Ａにおけるエッチング処理ｅ及び保護膜形成処理ｄの実行時、保護膜除去工程Ｂの実行時、非交番的エッチング工程Ｃの実行時に所定の高周波電力がコイル３１に印加されるように第２高周波電源３２を制御する。
【００５２】
以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、まず、シリコン基板Ｋが反応室１１ｂ内の基台１２上に載置され、次に、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５により流量調整されたＳＦ６ガスがガスボンベ２２からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００５３】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＳＦ６ガスは、コイル３１によって形成された電界によりイオン，電子，Ｆラジカルなどを含むプラズマとされ、Ｆラジカルがシリコン原子と化学反応したり、イオンが基台１２とプラズマとの間に生じた電位差（バイアス電位）により基台１２（シリコン基板Ｋ）側に向け移動して衝突することで、シリコン基板Ｋがエッチングされ、当該シリコン基板Ｋには溝や穴が形成される。
【００５４】
ＳＦ６ガスが所定時間供給されると、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２６により流量調整されたＣ４Ｆ８ガスがガスボンベ２３からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、第２高周波電源３２により所定の高周波電力がコイル３１に印加される。
【００５５】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＣ４Ｆ８ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝や穴の側壁及び底面に堆積し、当該側壁及び底面には、Ｆラジカルと反応しない保護膜（フロロカーボン膜）が形成される。
【００５６】
Ｃ４Ｆ８ガスが所定時間供給されると、再びＳＦ６ガスが供給され、エッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄとが交互に繰り返して実行されるが、エッチング処理ｅにおいて、溝や穴の底面では、イオン照射による保護膜の除去並びにＦラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、溝や穴の側壁では、イオン照射による保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、保護膜形成処理ｄにおいては、前記底面及び側壁に重合物が再度堆積して保護膜が形成され、エッチング処理ｅで形成された新たな側壁がすぐに被覆される。これにより、エッチングは溝や穴の深さ方向に進行する。
【００５７】
そして、エッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄとが交互に繰り返され、エッチング処理ｅで交番的エッチング工程Ａが終了すると、図３（ａ）に示すような溝や穴Ｔがシリコン基板Ｋに形成され、この後、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２７により流量調整されたＯ２ガスがガスボンベ２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。尚、図３（ａ）において符号Ｍはマスクを示している。
【００５８】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＯ２ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このイオンやラジカルが、前記交番的エッチング工程Ａで溝や穴の側壁及び底面に形成された（残った）保護膜原子と化学反応することなどによって当該保護膜が除去される。尚、イオンは、前記バイアス電位によりシリコン基板Ｋ側に向けて移動するので、保護膜は効率的に除去される。
【００５９】
Ｏ２ガスが所定時間供給され、保護膜除去工程Ｂが終了すると、ついで、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５，２６，２７により流量調整されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスがガスボンベ２２，２３，２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。尚、このとき供給される各ガスの流量は、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの合計流量がＣ４Ｆ８ガスよりも多くなるように調整されている。
【００６０】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスは、上記と同様、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、ＳＦ６ガスから生じたイオンやＦラジカルによるエッチングと、Ｃ４Ｆ８ガスから生じたラジカルによる保護膜の形成と、ＳＦ６ガスから生じたイオン、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによる保護膜の除去とが並行して行われる。
【００６１】
具体的には、溝や穴の側壁及び底面に保護膜が形成されるとともに、形成された保護膜が、イオン照射、イオンやラジカルと保護膜原子との化学反応によって直ちに除去されつつイオン照射やＦラジカルによるエッチングが進行し、前記交番的エッチング工程Ａとは異なり、側壁もエッチングされるが、シリコン基板Ｋに対して斜め方向から入射するイオンが側壁底部側よりも上部側に衝突することから、側壁上部側の方が底部側よりエッチングが進行し易く、このために、当該溝や穴は、上部開口幅が広く（マスク開口幅よりも広い）、底部開口幅が狭いテーパ状となる。また、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分や、溝や穴の底部などに形成された保護膜は、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによって効果的に除去される。
【００６２】
そして、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスが所定時間供給され、非交番的エッチング工程Ｃが終了すると、シリコン基板Ｋには、図３（ｂ）に示すように、所定の傾斜角θ（例えば、８５°〜９０°の角度）で傾斜した側壁を有するテーパ状の溝や穴Ｔが形成される。尚、前記所定の傾斜角θは、８５°〜９０°の角度に限定されるものではない。また、図３（ｂ）において符号Ｍはマスクを示している。
【００６３】
斯くして、本例のエッチング装置１によれば、交番的エッチング工程Ａで溝や穴の深さ方向にエッチングし（溝や穴の底面をエッチングし）、非交番的エッチング工程Ｃで溝や穴の幅方向にもエッチングする（溝や穴の側壁もエッチングする）ようにしたので、非交番的エッチング工程Ｃにおいて、交番的エッチング工程Ａで形成された溝や穴に対してその幅方向に効率的にエッチングを進行させることができ、また、交番的エッチング工程Ａでエッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄとを分けて行うようにしたので、交番的エッチング工程Ａでのエッチング速度を速くすることができる。これにより、全体のエッチング加工時間を短くすることができ、また、全体のエッチング加工時間が短いことから、マスクのエッチングはあまり進まず、高いマスク選択比とすることができる。
【００６４】
また、交番的エッチング工程Ａで形成された（残った）保護膜を保護膜除去工程Ｂで除去した後、非交番的エッチング工程Ｃを実行するようにしているので、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分において保護膜の除去やエッチングが進まず、図６に示すようなオーバハング形状Ｐが形成されたり、溝や穴の底部などに残渣が発生して高精度なエッチング形状を得ることができなくなるのを防止することができる。尚、図６において符号Ｍはマスクを示している。
【００６５】
例えば、交番的エッチング工程Ａでエッチング速度を上げるためには、溝や穴の側壁がエッチングされるのを防止すべく保護膜形成処理ｄ時に形成される保護膜の膜厚を厚くする必要があるが、膜厚を厚くすると、続く非交番的エッチング工程Ｃにおいて、交番的エッチング工程Ａで形成された保護膜を除去することができず、精度の良いエッチング形状が得られないといった不都合を生じるが、本例のように、交番的エッチング工程Ａと非交番的エッチング工程Ｃとの間に保護膜除去工程Ｂを設けることで、このような問題を効果的に解消することができる。
【００６６】
また、非交番的エッチング工程Ｃの実行時に、ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスの他、Ｏ２ガスを供給するようにしているので、非交番的エッチング工程Ｃにおいて、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分や、溝や穴の底部などに形成された保護膜を、Ｏ２ガスから生じたラジカルやイオンにより除去しつつエッチングを進行させることができるので、図６に示すようなオーバハング形状Ｐの形成や残渣の発生を抑制してエッチング形状の精度低下を防止することができる。
【００６７】
また、非交番的エッチング工程Ｃの実行時に供給されるＳＦ６ガス及びＯ２ガスの合計流量をＣ４Ｆ８ガスの流量よりも多くしているので、保護膜を効果的に除去して、溝や穴の側壁及び底面のエッチングを効率的に進めることができる。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００６９】
上例では、図２に示したように、交番的エッチング工程Ａ，保護膜除去工程Ｂ及び非交番的エッチング工程Ｃを順次実行するように構成したが、このような各工程に代えて、図４に示すような工程を順次実行するように構成することもできる。
【００７０】
この場合、前記流量制御部４１は、図４に示すように、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングする第１非交番的エッチング工程Ｄ、ＳＦ６ガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングするエッチング処理ｅと、Ｃ４Ｆ８ガスを供給してシリコン基板Ｋに保護膜を形成する保護膜形成処理ｄとを交互に繰り返して実行する交番的エッチング工程Ｅ、Ｏ２ガスを供給してシリコン基板Ｋに形成された保護膜を除去する保護膜除去工程Ｆ、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングする第２非交番的エッチング工程Ｇをそれぞれ１回順次実行するとともに、第１非交番的エッチング工程Ｄ及び第２非交番的エッチング工程Ｇの実行時にプラズマ生成室１１ａ内に供給するＳＦ６ガス及びＯ２ガスの合計流量が、Ｃ４Ｆ８ガスよりも多くなるように流量調整機構２５，２６，２７を制御する。
【００７１】
また、前記基台電力制御部４２及びコイル電力制御部４３は、第１非交番的エッチング工程Ｄの実行時、交番的エッチング工程Ｅにおけるエッチング処理ｅ及び保護膜形成処理ｄの実行時、保護膜除去工程Ｆの実行時、第２非交番的エッチング工程Ｇの実行時に所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加されるように各高周波電源１３，３２を制御する。
【００７２】
このようにすれば、まず、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５，２６，２７により流量調整されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスがガスボンベ２２，２３，２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００７３】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、ＳＦ６ガスから生じたイオンやＦラジカルによるエッチングと、Ｃ４Ｆ８ガスから生じたラジカルによる保護膜の形成と、ＳＦ６ガスから生じたイオン、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによる保護膜の除去とが並行して行われる。
【００７４】
溝や穴の側壁及び底面では、保護膜の形成とイオン照射による保護膜の除去とが同時に行われつつイオン照射やＦラジカルによるエッチングが進行するが、シリコン基板Ｋに対して斜め方向から入射するイオンが側壁底部側よりも上部側に衝突するために、側壁上部側の方が底部側よりエッチングが進行する。また、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分や、溝や穴の底部に形成された保護膜は、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによって効果的に除去される。
【００７５】
そして、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスが所定時間供給され、第１非交番的エッチング工程Ｄが終了すると、シリコン基板Ｋには、図５（ａ）に示すように、上部開口幅が広く（マスクＭの開口幅よりも広い）、底部開口幅が狭いテーパ状の溝や穴Ｔが形成され、この後、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５により流量調整されたＳＦ６ガスがガスボンベ２２からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００７６】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＳＦ６ガスは、前記電界によりイオン，電子，Ｆラジカルなどを含むプラズマとされ、Ｆラジカルがシリコン原子と化学反応したり、イオンが基台１２とプラズマとの間に生じた電位差（バイアス電位）によりシリコン基板Ｋ側に向け移動して衝突することで、シリコン基板Ｋがエッチングされ、当該シリコン基板Ｋには溝や穴が形成される。
【００７７】
ＳＦ６ガスが所定時間供給されると、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２６により流量調整されたＣ４Ｆ８ガスがガスボンベ２３からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００７８】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＣ４Ｆ８ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝や穴の側壁及び底面に堆積し、当該側壁及び底面には保護膜が形成される。
【００７９】
Ｃ４Ｆ８ガスが所定時間供給されると、再びＳＦ６ガスが供給され、エッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄとが交互に繰り返して実行される。これにより、溝や穴の側壁がエッチングされるのが防止されつつ溝や穴の深さ方向にエッチングが進行する。即ち、エッチング処理ｅにおいて、イオン照射の多い溝や穴の底面では、イオン照射による保護膜の除去並びにＦラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝や穴の側壁では、イオン照射による保護膜の除去のみが進行し、保護膜形成処理ｄにおいて、エッチング処理ｅで形成された新たな側壁がすぐに保護膜によって被覆されることにより、エッチングは溝や穴の深さ方向に進行するのである。こうして、シリコン基板Ｋには、図５（ｂ）に示すような溝や穴Ｔが形成される。
【００８０】
そして、エッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄがとが交互に繰り返され、エッチング処理ｅで交番的エッチング工程Ｅが終了すると、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２７により流量調整されたＯ２ガスがガスボンベ２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００８１】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＯ２ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このイオンやラジカルが、前記交番的エッチング工程Ｅで形成された（残った）保護膜原子と化学反応することなどにより当該保護膜が除去される。尚、イオンは、前記バイアス電位によりシリコン基板Ｋ側に向けて移動することから、保護膜は効率的に除去される。
【００８２】
Ｏ２ガスが所定時間供給され、保護膜除去工程Ｆが終了すると、ついで、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５，２６，２７により流量調整されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスがガスボンベ２２，２３，２４からプラズマ生成室１１ａ内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。
【００８３】
プラズマ生成室１１ａ内に供給されたＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスは、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、上記と同様、ＳＦ６ガスから生じたイオンやＦラジカルによるエッチングと、Ｃ４Ｆ８ガスから生じたラジカルによる保護膜の形成と、ＳＦ６ガスから生じたイオン、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによる保護膜の除去とが並行して行われ、溝や穴の底面及び側壁でエッチングが進行するとともに、側壁上部側が底部側よりもエッチングされる。また、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分や、溝や穴の底部に形成された保護膜は、Ｏ２ガスから生じたイオンやラジカルによって効果的に除去される。
【００８４】
そして、ＳＦ６ガス，Ｃ４Ｆ８ガス及びＯ２ガスが所定時間供給され、第２非交番的エッチング工程Ｇが終了すると、シリコン基板Ｋには、図５（ｃ）に示すように、所定の傾斜角θ（例えば、８５°〜９０°）で傾斜した側壁を有するテーパ状の溝や穴Ｔが形成される。尚、図５（ａ），（ｂ）及び（ｃ）において符号Ｍはマスクを示している。
【００８５】
このように、第１非交番的エッチング工程Ｄ，交番的エッチング工程Ｅ，保護膜除去工程Ｆ及び第２非交番的エッチング工程Ｇを順次行うようにすれば、第１非交番的エッチング工程Ｄでマスク開口幅よりも上部開口幅が広い溝や穴が形成されていることから、当該マスク開口側端部の直下部分に保護膜が形成され難くなり、図６に示すようなオーバハング形状Ｐが形成されて高精度なエッチング形状を得ることができなくなるのを有効に防止することができる。
【００８６】
また、交番的エッチング工程Ｅで溝や穴の深さ方向へのエッチングを行い、第２非交番的エッチング工程Ｇで溝や穴の幅方向へもエッチングを行うとともに、交番的エッチング工程Ｅでエッチング処理ｅと保護膜形成処理ｄとを分けて行うようにしているので、上記と同様、全体のエッチング加工時間を短くしたり、高いマスク選択比とすることができる。
【００８７】
また、交番的エッチング工程Ｅで形成された（残った）保護膜を保護膜除去工程Ｆで除去した後、第２非交番的エッチング工程Ｇを実行するとともに、第１非交番的エッチング工程Ｄ及び第２非交番的エッチング工程Ｇの実行時に、ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスの他、Ｏ２ガスを供給するようにしているので、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分において保護膜の除去やエッチングが進まず、図６に示すようなオーバハング形状Ｐが形成されたり、溝や穴の底部などに残渣が発生して高精度なエッチング形状を得ることができなくなるのを防止するのに効果的である。
【００８８】
また、第１非交番的エッチング工程Ｄ及び第２非交番的エッチング工程Ｇの実行時に供給されるＳＦ６ガス及びＯ２ガスの合計流量をＣ４Ｆ８ガスの流量よりも多くしているので、上記と同様、保護膜を効果的に除去して、溝や穴の側壁及び底面のエッチングを効率的に進めることができる。
【００８９】
また、上例では、図２に示したように、交番的エッチング工程Ａ，保護膜除去工程Ｂ及び非交番的エッチング工程Ｃをそれぞれ１回順次実行したり、図４に示したように、第１非交番的エッチング工程Ｄ，交番的エッチング工程Ｅ，保護膜除去工程Ｆ及び第２非交番的エッチング工程Ｇをそれぞれ１回順次実行するように構成したが、これに限られるものではなく、交番的エッチング工程Ａ，保護膜除去工程Ｂ及び非交番的エッチング工程Ｃや、第１非交番的エッチング工程Ｄ，交番的エッチング工程Ｅ，保護膜除去工程Ｆ及び第２非交番的エッチング工程Ｇを所定回数繰り返して実行するように構成しても良い。
【００９０】
また、保護膜除去工程Ｆを省略したり、非交番的エッチング工程Ｃ，Ｄ，Ｇで、Ｏ２ガスを省略してＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスのみをプラズマ生成室１１ａ内に供給するようにしても良いが、この場合、溝や穴の側壁上部とマスクとの境界部といったイオン照射の少ない部分に形成された保護膜を除去し難いという問題を生じて、図６に示すようなオーバハング形状Ｐが形成されたり、溝や穴の底部などに残渣が発生して高精度なエッチング形状を得ることができなくなる恐れがある点に注意を要する。
【００９１】
また、交番的エッチング工程Ａ，Ｅや非交番的エッチング工程Ｃ，Ｄ，Ｇでは、エッチングガスとしてＳＦ６ガスを、保護膜形成ガスとしてＣ４Ｆ８ガスを用い、保護膜除去工程Ｂ，Ｆや非交番的エッチング工程Ｃ，Ｄ，Ｇでは、保護膜除去ガスとしてＯ２ガスを用いたが、これに限られるものではなく、例えば、各エッチング工程Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｇ毎にそれぞれエッチングガスや保護膜形成ガスの種類を異ならせるようにしたり、保護膜除去工程Ｂ，Ｆと非交番的エッチング工程Ｃ，Ｄ，Ｇとで保護膜除去ガスの種類を異ならせるようにしても良い。
【００９２】
また、更に、基台電力制御部４２は、交番的エッチング工程Ａにおける保護膜形成処理ｄの実行時に高周波電力が基台１２に印加されるように、保護膜除去工程Ｂ，Ｆの実行時や、交番的エッチング工程Ｅにおける保護膜形成処理ｄの実行時に高周波電力が基台１２に印加されないように、第１高周波電源１３を制御するように構成されていても良い。
【００９３】
（実施例１）
実施例１として、交番的エッチング工程Ａのエッチング処理ｅのとき、その処理時間を９秒と、コイル３１に印加する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を４０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、交番的エッチング工程Ａの保護膜形成処理ｄのとき、その処理時間を３秒と、コイル３１に印加する高周波電力を２ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を０Ｗと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を２００ｍｌ／ｍｉｎとして当該交番的エッチング工程Ａの処理時間を１０分とし、保護膜除去工程Ｂのとき、その処理時間を１分と、コイル３１に印加する高周波電力を２．８ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を４０Ｗと、Ｏ２ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとし、非交番的エッチング工程Ｃのとき、その処理時間を５分と、コイル３１に印加する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を１０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を６００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を７５ｍｌ／ｍｉｎとした条件で、交番的エッチング工程Ａ，保護膜除去工程Ｂ及び非交番的エッチング工程Ｃを順次行うようにして、マスク開口幅が１００μｍのシリコン基板Ｋに深さが２００μｍの溝や穴Ｔを形成したところ、傾斜角θが８５°と、エッチング速度が１５μｍ／ｍｉｎと、マスク選択比が８５以上となり、図７に示すような断面形状が得られた。
【００９４】
（参考例１）
参考例１として、交番的エッチング工程Ａのエッチング処理ｅのとき、その処理時間を６秒と、コイル３１に印加する高周波電力を２．２ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を３５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、交番的エッチング工程Ａの保護膜形成処理ｄのとき、その処理時間を３秒と、コイル３１に印加する高周波電力を１．８ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を２０Ｗと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を２００ｍｌ／ｍｉｎとして当該交番的エッチング工程Ａの処理時間を２０分とし、非交番的エッチング工程Ｃのとき、その処理時間を２５分と、コイル３１に印加する高周波電力を１ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を３０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を１３０ｍｌ／ｍｉｎと、Ｏ２ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとした条件で、交番的エッチング工程Ａ及び非交番的エッチング工程Ｃを順次行うようにして、マスク開口幅が３０μｍのシリコン基板Ｋに深さが２３０μｍの溝や穴Ｔを形成したところ、傾斜角θが８５°と、エッチング速度が５μｍ／ｍｉｎと、マスク選択比が６０以上となり、図８に示すような断面形状が得られた。
【００９５】
（実施例２）
実施例２として、第１非交番的エッチング工程Ｄのとき、その処理時間を３分と、コイル３１に印加する高周波電力を１ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を３０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を１３０ｍｌ／ｍｉｎと、Ｏ２ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとし、交番的エッチング工程Ｅのエッチング処理ｅのとき、その処理時間を６秒と、コイル３１に印加する高周波電力を２．２ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を３５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を４５０ｍｌ／ｍｉｎとし、交番的エッチング工程Ｅの保護膜形成処理ｄのとき、その処理時間を３秒と、コイル３１に印加する高周波電力を１．８ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を０Ｗと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を２００ｍｌ／ｍｉｎとして当該交番的エッチング工程Ｅの処理時間を１８分とし、第２非交番的エッチング工程Ｇのとき、その処理時間を１８分と、コイル３１に印加する高周波電力を１ｋＷと、基台１２に印加する高周波電力を３０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を１３０ｍｌ／ｍｉｎと、Ｏ２ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとした条件で、第１非交番的エッチング工程Ｅ，交番的エッチング工程Ｆ及び第２非交番的エッチング工程Ｇを順次行うようにして、マスク開口幅が３０μｍのシリコン基板Ｋに深さが２００μｍの溝や穴Ｔを形成したところ、傾斜角θが８５°と、エッチング速度が５μｍ／ｍｉｎと、マスク選択比が６０以上となり、図９に示すような断面形状が得られた。
【００９６】
このように、かかる実施例１及び２並びに参考例１からも、本例のエッチング装置１によれば、テーパのついた形状（実施例では、８５°）をエッチングする際に、エッチング速度が速く、マスク選択比が高いことが容易に理解され、また、実施例１では、非交番的エッチング工程ＣでＯ２ガスを供給していないため、オーバハング形状が若干形成されているものの、実施例２及び参考例１では、このような形状は形成されていないことがわかり、本例のエッチング装置１は、テーパ状の溝や穴を形成するのに適していると言える。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一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した断面図である。
【図２】本実施形態に係る交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び非交番的エッチング工程の実行順序を示した説明図である。
【図３】本実施形態に係る、シリコン基板のエッチング過程を説明するための説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る第１非交番的エッチング工程，交番的エッチング工程，保護膜除去工程及び第２非交番的エッチング工程の実行順序を示した説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る、シリコン基板のエッチング過程を説明するための説明図である。
【図６】オーバハング形状を説明するための説明図である。
【図７】実施例１で得られたエッチング形状を示す断面図である。
【図８】参考例１で得られたエッチング形状を示す断面図である。
【図９】実施例２で得られたエッチング形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１    エッチング装置
１１  処理チャンバ
１１ａ  プラズマ生成室
１１ｂ  反応室
１２  基台
１３  第１高周波電源
１４  減圧装置
２０  ガス供給装置
２２，２３，２４  ガスボンベ
２５，２６，２７  流量調整機構
３０  プラズマ生成装置
３１  コイル
３２  第２高周波電源
４０  制御装置
４１  流量制御部
４２  基台電力制御部
４３  コイル電力制御部
Ｋ    シリコン基板
【図１】
0004512529.tif 000002
【図２】
0004512529.tif 000003
【図３】
0004512529.tif 000004
【図４】
0004512529.tif 000005
【図５】
0004512529.tif 000006
【図６】
0004512529.tif 000007
【図７】
0004512529.tif 000008
【図８】
0004512529.tif 000009
【図９】
0004512529.tif 000010