(57)【要約】【課題】  大開口サイズ、大開口率にパターン形成された被処理体に対してエッチングなどのプラズマ処理を行なう場合でも、エッチングむらを生じさせず、均一な処理が可能なプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  被処理体を載置する載置台と、該載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が５００μｍ以上である被処理体を載置台に載置する工程と、載置台と天井部との間隔を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定する工程と、処理空間にプラズマを生成し、被処理体をプラズマ処理する工程と、を含むプラズマ処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を載置する載置台と、該載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が５００μｍ以上である被処理体を前記載置台に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記被処理体の開口部の開口率が２％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
被処理体を載置する載置台と、該載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が５００μｍ以上である被処理体を前記載置台に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項４】
被処理体を載置するとともにプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極と、該電極との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が１５００μｍ以上である被処理体を前記電極に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法。
【請求項５】
前記被処理体の開口部の開口率が２５％以上であることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記プラズマ処理は、シリコンのエッチング処理であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでエッチング処理を行なうことを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２を用いることを特徴とする、請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
６．７Ｐａ〜１３３．３Ｐａの圧力で処理を行なうことを特徴とする、請求項８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
平行平板方式のプラズマ処理装置を用いることを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御することを特徴とする、制御プログラム。
【請求項１２】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
【請求項１３】
被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容する真空保持可能な処理容器と、
被処理体に対し、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項１４】
開口部の開口幅が５００μｍ以上である開口パターンを有する被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容し、内部でプラズマエッチング処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
を備え、
前記載置台と前記天井部との間隔を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定し、被処理体に対し、５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでプラズマエッチング処理を行なうものである、高速プラズマエッチング装置。
【請求項１５】
開口部の開口幅が１５００μｍ以上である開口パターンを有する被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容し、内部でプラズマエッチング処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
を備え、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定し、被処理体に対し、５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでプラズマエッチング処理を行なうものである、高速プラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理方法および高速プラズマエッチング装置に関し、詳細には、反応性ガスのプラズマを利用してエッチング処理等を行なうプラズマ処理方法および高速プラズマエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の製造過程では、Ｓｉ基板などの被処理体にホールや溝を形成する目的でプラズマエッチング処理が行なわれる。ＭＥＭＳの加工では、プラズマエッチングによって形成されるホールの径や溝の幅などのサイズが１００μｍを超えることから、それに対応してエッチングのためのマスクパターンの開口部のサイズも大きくなり、被処理体の面積に占める開口部の面積比率（開口率）も大きくなる。
【０００３】
このような大開口サイズ、大開口率にパターン形成された被処理体に対してプラズマエッチングを行なうためには、半導体デバイスの製造過程で行なわれるエッチングと比較して、高いエッチングレートでエッチングを行なうことが必要である。シリコンの高速エッチングに関しては、５〜２００μｍ程度の開口幅にパターン形成された被処理体に対して、プラズマ生成領域と被処理体との距離を好ましくは２０μｍ以下に調節し、処理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐａとしてエッチングを行なう高速Ｓｉエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−９３７７６号公報（例えば、請求項１、請求項３など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、スループット向上の観点から、エッチングレートは高い方が好ましく、特にＭＥＭＳの加工では、大開口サイズ、大開口率にパターン形成された被処理体に対してエッチングを行なうことから、前記特許文献１のように高速エッチングが必要となる。
【０００５】
しかし、開口サイズがさらに大きくなり、５００μｍ以上の大開口サイズにパターン形成された被処理体に高速エッチングを行なうと、被処理体の面内におけるエッチングむらが発生する。具体的には、被処理体の面内の中央部と周縁部との比較で、周縁部のエッチングレートが速くなり、周縁部のエッチング量が多くなることから、ホールや溝の深さが面内で不均一になってしまうという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、大開口サイズ、大開口率にパターン形成された被処理体に対してエッチングなどのプラズマ処理を行なう場合でも、処理むらを生じさせず、均一な処理が可能なプラズマ処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、被処理体を載置する載置台と、該載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が５００μｍ以上である被処理体を前記載置台に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。
【０００８】
上記第１の観点において、前記被処理体の開口部の開口率が２％以上であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第２の観点は、被処理体を載置する載置台と、該載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が５００μｍ以上である被処理体を前記載置台に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。
【００１０】
また、本発明の第３の観点は、被処理体を載置するとともにプラズマ生成用の高周波電力が印加される電極と、該電極との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、を備えたプラズマ処理装置の処理容器内で被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、
表面に開口部による開口パターンが形成され、その開口幅が１５００μｍ以上である被処理体を前記電極に載置する工程と、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定する工程と、
前記処理空間にプラズマを生成し、前記被処理体をプラズマ処理する工程と、
を含むことを特徴とする、プラズマ処理方法を提供する。
【００１１】
上記第２の観点または第３の観点において、前記被処理体の開口部の開口率が２５％以上であることが好ましい。
【００１２】
また、上記第１〜第３のいずれかの観点において、前記プラズマ処理は、シリコンのエッチング処理であることが好ましい。この場合、５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでエッチング処理を行なうことが好ましい。また、エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２を用いることが好ましい。さらに、６．７Ｐａ〜１３３．３Ｐａの圧力で処理を行なうことが好ましい。またさらに、平行平板方式のプラズマ処理装置を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明の第４の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１〜第３のいずれかの観点のプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御することを特徴とする、制御プログラムを提供する。
【００１４】
本発明の第５の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１〜第３のいずれかの観点のプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御することを特徴とする、コンピュータ記憶媒体を提供する。
【００１５】
本発明の第５の観点は、被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容する真空保持可能な処理容器と、
被処理体に対し、上記第１〜第３のいずれかの観点のプラズマ処理方法が行なわれるように前記処理容器を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６の観点は、開口部の開口幅が５００μｍ以上である開口パターンを有する被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容し、内部でプラズマエッチング処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
を備え、
前記載置台と前記天井部との間隔を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定し、被処理体に対し、５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでプラズマエッチング処理を行なうものである、高速プラズマエッチング装置を提供する。
【００１７】
本発明の第７の観点は、開口部の開口幅が１５００μｍ以上である開口パターンを有する被処理体を載置する載置台と、
前記載置台との間にプラズマ処理空間を形成する天井部と、
前記載置台を収容し、内部でプラズマエッチング処理を行なう真空保持可能な処理容器と、
を備え、
前記載置台と前記天井部との間隔を４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下に設定し、被処理体に対し、５μｍ／ｍｉｎ以上のエッチングレートでプラズマエッチング処理を行なうものである、高速プラズマエッチング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、プラズマ処理装置の処理容器内でプラズマ処理空間を規定する載置台と天井部との間隔（ギャップ）を２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定することにより、大開口サイズ、大開口率にパターン形成された被処理体に対してエッチングなどのプラズマ処理を行なう場合でも、処理むらを生じさせずに、均一な処理が可能になる。
【００１９】
特に、プラズマ処理がエッチングである場合には、ギャップを２５ｍｍ超６５ｍｍ未満に設定することにより、エッチング形状を制御しつつ処理むらがほとんど無い均一なエッチングが可能であり、しかもギャップが短い場合に比べてエッチングレートも向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明方法を実施する目的で好適に使用可能なＲＩＥ方式のプラズマエッチング装置１００の概要を示す断面図である。このエッチング装置１００は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
【００２１】
このチャンバー１内には、被処理体として、例えばＭＥＭＳ加工用のシリコン基板（以下、単に「基板」と記す）Ｓを水平に支持する載置台としての支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周には、例えばＳｉあるいは石英などで形成されたフォーカスリング５が設けられている。上記支持テーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われている。ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。また、上記フォーカスリング５の外側にはバッフル板１０が設けられている。なお、チャンバー１は接地されている。
【００２２】
チャンバー１の下部１ｂの側壁には、排気ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側には、基板Ｓの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３が設けられている。
【００２３】
支持テーブル２には、整合器１４を介してプラズマ形成用の第１の高周波電源１５が接続されており、この第１の高周波電源１５から所定の周波数の高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、支持テーブル２に対向してその上方にはシャワーヘッド２０が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド２０は接地されている。したがって、支持テーブル２およびシャワーヘッド２０は一対の電極として機能する。
【００２４】
第１の高周波電源１５の給電線には、整合器２５を介して第２の高周波電源２６が接続されている。第２の高周波電源２６は、第１の高周波電源１５の周波数よりも低い周波数の高周波電力を供給し、プラズマ形成用の高周波電力に重畳されるようになっている。
【００２５】
支持テーブル２の表面上には基板Ｓを静電吸着して保持するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在されて構成されており、電極６ａには直流電源１６が接続されている。そして電極６ａに電源１６から電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン力によって基板Ｓが吸着される。
【００２６】
支持テーブル２の内部には、温度調節媒体室１７が設けられており、この温度調節媒体室１７には、温度調節媒体が導入管１７ａを介して導入され排出管１７ｂから排出されて循環し、その熱（温熱、冷熱）が支持テーブル２を介して基板Ｓに対して伝熱され、これにより基板Ｓの処理面が所望の温度に制御される。
【００２７】
また、チャンバー１が排気系１２により排気されて真空に保持されていても、温度調節媒体室１７に循環される温度調節媒体により基板Ｓを有効に温度調節可能なように、伝熱媒体としてのガスが、ガス導入機構１８によりそのガス供給ライン１９を介して静電チャック６の表面と基板Ｓの裏面との間に所定圧力（バックプレッシャー）で導入される。このように伝熱媒体としてのガスを導入することにより、温度調節媒体の熱が基板Ｓに有効に伝達され、基板Ｓの温度調節効率を高くすることができる。
【００２８】
上記シャワーヘッド２０は、チャンバー１の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられている。このシャワーヘッド２０は、その下面に多数のガス吐出孔２２が設けられており、かつその上部にガス導入部２０ａを有している。そして、その内部には空間２１が形成されている。ガス導入部２０ａにはガス供給配管２３ａが接続されており、このガス供給配管２３ａの他端には、エッチングガスなどの処理ガスを供給する処理ガス供給系２３が接続されている。
【００２９】
このような処理ガスが、処理ガス供給系２３からガス供給配管２３ａ、ガス導入部２０ａを介してシャワーヘッド２０の空間２１に至り、ガス吐出孔２２から吐出される。
【００３０】
したがって、支持テーブル２とシャワーヘッド２０との間の空間には、図２に模式的に示すように、第１の高周波電源１５により鉛直方向の電界ＥＬが形成される。これによって高エネルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、基板Ｓがエッチングされる。
また、図２の符号Ｇは、支持テーブル２の上面から天井部であるシャワーヘッド２０の下面までの間隔、つまり上下電極間のギャップを意味する。
【００３１】
また、プラズマエッチング装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインタフェース５１が接続されている。
【００３２】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００３３】
そして、必要に応じて、ユーザーインタフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどの読み出し可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００３４】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１００を用いた本発明方法の一実施形態に係るプラズマエッチング方法について、適宜図３を参照しながら説明する。まず、図１のゲートバルブ１３を開にして基板Ｓをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２に載置した後、支持テーブル２を図示の位置まで上昇させ、上下電極間のギャップＧ（図２参照）を設定する。ギャップＧは、２５ｍｍ超６５ｍｍ未満が好ましく、４０ｍｍ以上５５ｍｍ以下が好ましい。ギャップＧが２５ｍｍ以下であると、基板Ｓの上部空間において形成されるプラズマが十分な密度に達せず、基板Ｓへのエッチャントの供給が不足するため、プラズマ処理空間で横方向からのエッチャント補給が上からのエッチャント供給を上回り、その結果、基板Ｓにおける周縁部のエッチングレートが中央部のエッチングレートを上回り、基板Ｓの面内におけるエッチング深さの不均一、つまりエッチングむらを生じるからである。また、ギャップＧが６５ｍｍ以上では、エッチング形状の制御が困難になることがある。
【００３５】
そして、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１を介してチャンバー１内を排気する。基板Ｓは、図３（ａ）に示すように、被エッチング層としてのＳｉ層１０１上に、所定の開口パターンが形成されたマスク層１０２が積層された構造をしている。マスク層１０２としては、特に制限はなく、例えばフォトレジストや、酸化膜などによるハードマスクを用いることができる。
【００３６】
基板Ｓのマスク層１０２の中央部には、開口１１０ａが形成されており、基板Ｓのマスク層１０２の周縁部には、開口１１０ｂが形成されている。ここで、開口１１０ａ，１１０ｂは、Ｓｉ層１０１に形成される大型の凹部（ホールや溝など）に対応して大開口サイズに形成されており、そのサイズ（径や幅）Ｌとしては、例えば５００μｍ以上であり、特に１５００μｍ以上である場合に本発明の効果が顕著に顕れる。開口１１０ａ，１１０ｂのサイズＬの上限は特に制限されないが、好適には例えば２０００μｍ程度である。また、開口１１０ａ，１１０ｂの開口率、すなわち、基板Ｓの面積に対する開口１１０ａ，１１０ｂの面積比率（開口率）としては、例えば２％以上であり、特に５％以上で本発明の効果が顕著に顕れる。その上限は特に制限されないが、好適には例えば２５％程度である。
【００３７】
そして処理ガス供給系２３からエッチングガスが所定の流量でチャンバー１内に導入され、例えばチャンバー１内の圧力を６．７〜１３３．３Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）、基板Ｓ（支持テーブル２）の温度を−５０℃〜３０℃とし、その状態で第１の高周波電源１５および第２の高周波電源２６から、それぞれ支持テーブル２に所定の高周波電力を供給する。この際に、直流電源１６から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加されることにより、基板Ｓは、例えばクーロン力により静電チャック６に吸着保持される。
【００３８】
また、ガス導入機構１８によりガス供給ライン１９を介して基板Ｓに熱（温熱または冷熱）を有効に供給するための伝熱媒体のガスが静電チャック６の表面と基板Ｓの裏面との間に所定圧力（バックプレッシャー）で導入される。このガスとしては、例えばＨｅなどを用いることができる。
【００３９】
エッチング処理の際に、プラズマ生成用の第１の高周波電源１５は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および出力が適宜設定される。基板Ｓの直上のプラズマ密度を高くする観点からは、周波数を例えば４０ＭＨｚ以上、例えば１００ＭＨｚとすることが好ましい。
【００４０】
また、第２の高周波電源２６は、プラズマのイオンエネルギーをコントロールするための高周波電力を供給するためのものであり、その周波数は、第１の高周波電源１５の周波数よりも小さくすることが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚとすることが好ましい。
【００４１】
エッチングレートを高くする観点から、第１の高周波電源１５からの高周波電力としては、基板Ｓの直径が１５０ｍｍの場合、例えば２００〜１５００Ｗとすることが好ましく、また、第２の高周波電源２６からの高周波電力としては、０〜５００Ｗ程度とすることが好ましい。
【００４２】
このようにして、上部電極であるシャワーヘッド２０と下部電極である支持テーブル２との間に高周波電界が形成される。この高周波電界によりエッチングガスのプラズマが生成され、このプラズマにより基板ＳのＳｉ層１０１がエッチングされ、図３（ｂ）に示すように、ホールや溝などの凹部１１１ａ，１１１ｂが形成される。
【００４３】
この場合に、チャンバー１内のガス圧力を前記範囲に設定することにより、イオンおよび電子の荷電粒子のみならず、十分な量のラジカルを生成させることができ、このラジカルが有効に作用してエッチングレートを向上させることができる。その後、マスク層１０２をアッシング処理して除去すると、図３（ｃ）に示すように、マスク層１０２の開口１１０ａ，１１０ｂのサイズＬにほぼ対応したサイズで凹部１１１ａ，１１１ｂが形成された基板Ｓが得られる。
【００４４】
本実施形態ではＲＩＥタイプのプラズマ生成機構を用い、基板Ｓを載置する下部電極である支持テーブル２に高周波電力を印加するので、プラズマを被処理体の直上で形成することができる。これらにより、一層高速でエッチングすることができる。
【００４５】
エッチング工程で使用するエッチングガスとしては、基板Ｓを高速でエッチングする観点から反応性の高いフッ素化合物を含むガスを用いることが好ましい。このような、フッ素化合物を含むガスとしては、例えばＳＦ６とＯ２との混合ガスを用いることが好ましい。また、エッチングガスとして、前記ＳＦ６とＯ２との混合ガスに換えて、選択比の向上や、エッチング形状の制御性を高める観点から、例えばＳｉＦ４、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２等のハロゲン系ガスを用いてもよい。さらに、エッチングガスとともに、例えばＡｒ、Ｈｅなどの希ガスを用いることもできる。
【００４６】
以上のようにして、プラズマエッチング装置１００を用いて基板Ｓに対し所望のエッチング処理が実施される。本発明のエッチング方法では、例えば５μｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは１０μｍ／ｍｉｎ以上の高いエッチングレートでの高速エッチングが可能である。そして、ギャップＧを前記範囲に調節することにより、このような高速でエッチングを行なっても基板Ｓの面内での均一性を確保することができる。すなわち、基板Ｓの中央部に形成された凹部１１１ａと、基板Ｓの周縁部に形成された凹部１１１ｂの深さＤが略均一になる。
【００４７】
ここで、図４を参照しながら、本発明の作用機構を説明する。大開口サイズで大開口率のマスクパターンを用いる高速エッチングにおいて、エッチング量の面内不均一が発生する機構としては、エッチャントのローディング効果が関与していると考えられる。図４（ａ）〜（ｃ）は、エッチング時の基板Ｓの断面を模式的に示している。まず、図４（ａ）では、パターニングされたマスク層１０２を有するＳｉ層１０１上に、プラズマ中でＦラジカルなどのエッチャント２００が生成した状態を示している。生成したエッチャント２００は、マスク層１０２の開口１２０ａ，１２０ｂ内に露出したＳｉと反応する。なお、開口１２０ａはＳｉ層１０１の中央付近の開口を示し、開口１２０ｂはシリコン基板の周縁部の開口を示している。
【００４８】
エッチングは、エッチャント２００がＳｉと反応して消費されることにより進行するため、エッチング途中では、図４（ｂ）に示すように開口１２０ａ，１２０ｂの上方のエッチャント２００が不足し、エッチャント欠乏領域が生じる。
【００４９】
このように発生したエッチャント欠乏領域には、エッチャント２００の不足を補うように、周囲のエッチャント濃度が高い部分（Ｓｉが露出していないため、エッチャント２００の消費が進まない部分）から、エッチャント２００が横方向に移動して補給される。補給されるエッチャント２００の移動は、図４（ｃ）に黒矢印で示している。
【００５０】
このように、図４（ａ）〜（ｃ）に示す現象が極く短い周期で繰り返されることによって、エッチングが進行する。ところが、図４（ｃ）に示す横方向のエッチャント補給が、上からのエッチャント供給（同図において白矢印で示す）に比べて多くなると、Ｓｉ層１０１の中央の開口１２０ａに比べて周縁部の開口１２０ｂ付近のエッチャント２００が多くなり、周縁部のエッチングレートが高くなると考えられる。この現象は、エッチャント２００の消費と、反応によるバイプロダクトの生成により、エッチャント２００の上下方向の供給と横方向の補給のバランスが崩れることにより生じる。開口パターンの開口幅が数μｍ〜数十μｍ程度では、プラズマの均一性が支配的であるため、エッチャント欠乏領域自体が生じにくい。しかし、５００μｍ以上の大開口幅、２％以上の大開口率にパターン形成された被処理体に対して高エッチングレートでエッチングを行なう場合には、エッチャント欠乏領域が生じやすく、前記エッチャント２００の供給と補給のバランスが崩れ易いと考えられる。
【００５１】
そして、図４（ｃ）に示すように、基板ＳのＳｉ層１０１の周縁部に形成されたホールや溝などの凹部１２１ｂの深さが、基板ＳのＳｉ層１０１の中央部に形成された凹部１２１ａの深さに比べて深くなり、基板Ｓの面内におけるエッチングむらとなる。
【００５２】
前記エッチャント２００の供給と補給のバランスには、ギャップＧが関係しており、ギャップＧが短いと、プラズマ生成空間も狭くなるため、エッチャント２００の供給と補給のバランスが崩れやすくなるものと考えられる。そこで、本発明では、ギャップＧを従来より広く設定してエッチングを行なうことにより、エッチングむらの問題を解決した。すなわち、ギャップＧを２５ｍｍ超、好ましくは４５ｍｍ以上に調節することにより、エッチャント供給律速による基板Ｓ面内のエッチングむらを解消できた。ギャップＧを広く設定することにより、プラズマ生成空間が拡大し、エッチャント２００の供給と補給のバランスが良好に保たれる。また、プラズマ生成空間を拡大することで、バイプロダクトの排気効率も高まるので、エッチングレートも向上させることができる。
【００５３】
次に、本発明の効果を確認した試験結果について述べる。
図１と同様の構成のプラズマエッチング装置１００により、図３に示したものと同様の断面構造を有するＭＥＭＳ加工用の基板Ｓに対して、エッチングガスとしてＳＦ６／Ｏ２を用い、以下に示す条件でＳｉ層１０１のプラズマエッチングを実施した。ここでは、サンプルとして、直径５００μｍの円形状ホールパターンが形成された開口率２％のサンプルＡと、同開口率７％のサンプルＢと、一辺の長さが１５００μｍの四角状ホールパターンが形成された開口率２５％のサンプルＣについてエッチングを実施した。
【００５４】
チャンバー１内の圧力＝２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）；
第１の高周波電源１５の高周波電力（１００ＭＨｚ）＝１０００Ｗ；
第２の高周波電源２６の高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）＝１００Ｗ；
ＳＦ６／Ｏ２流量比＝３００／７５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）；
上下部電極間ギャップ＝２５ｍｍ、４０ｍｍ、５５ｍｍまたは６５ｍｍ；
支持テーブル２の温度＝２０℃；
処理時間＝９００秒
【００５５】
各ギャップＧにおけるプラズマエッチング処理におけるエッチングレートと、基板Ｓのセンター部（中央部）とエッジ部（周縁部）におけるエッチング量の均一性を調べた。その結果を表１に示した。なお、均一性は、下式により求めた。均一性は５％以内であれば実用上充分である。
【００５６】
【数１】
2007005592.tif 000003
【００５７】
【表１】
2007005592.tif 000004
【００５８】
表１から、ギャップＧを２５ｍｍに設定してエッチングを行なった場合には、サンプルＡ、サンプルＣともにギャップＧを４０ｍｍ以上に設定した場合に比べて、均一性が悪く、特に大開口サイズ、大開口率のサンプルＣではその傾向が顕著であった。しかし、ギャップＧを４０ｍｍ〜５５ｍｍに設定することによりギャップＧを２５ｍｍに設定した場合に比べ、均一性が大幅に改善された。また、エッチングレートも向上しており、これはＳｉ反応生成物の除去が効率的に行なわれることで、エッチャントとＳｉとの反応が促進されたためであると考えられる。
【００５９】
また、ギャップＧを６５ｍｍに設定してエッチングを行なった場合には、均一性はわずかに改善されたものの、大開口サイズ、大開口率のサンプルＣでエッチング形状が逆テーパー状になった（結果は図示を省略する）。このことから、ギャップＧを広げすぎると、エッチング形状の制御が困難になると考えられた。
以上のことから、ギャップＧは２５ｍｍ超６５ｍｍ未満とすることがよく、４０ｍｍ〜５５ｍｍが好ましいことが示された。
【００６０】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態ではプラズマエッチング装置１００として平行平板型の装置を用いたが、これに限るものではなく、本発明の範囲のギャップＧでプラズマ形成することができれば、他の形式のプラズマエッチング装置を用いることもできる。
【００６１】
また、上記実施形態では、被処理体としてＭＥＭＳ加工用の基板Ｓに対してエッチングを行なう場合を例に挙げたが、大開口径、大開口率を有するものであればこれに限定されるものではなく、例えば半導体ウエハなどのシリコン基板へのエッチングにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのＲＩＥプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図。
【図２】チャンバー内に形成される電界と、ギャップを説明するための模式図。
【図３】プラズマエッチング処理の手順を示す基板の要部断面図。
【図４】エッチャント供給律速によるエッチングむら発生機構の説明に供する図面。
【符号の説明】
【００６３】
１；チャンバー（処理容器）
２；支持テーブル（電極）
１２；排気系
１５；第１の高周波電源
１７；温度調節媒体室
１８；ガス導入機構
２０；シャワーヘッド（電極）
２３；処理ガス供給系
２６；第２の高周波電源
１００；プラズマエッチング装置
１０１；Ｓｉ層
１０２；マスク層
Ｓ；基板
【図１】
2007005592.tif 000005
【図２】
2007005592.tif 000006
【図３】
2007005592.tif 000007
【図４】
2007005592.tif 000008