(57)【要約】【課題】高圧下において面内均一性の向上を図るとともに、エッチングレートの低下を抑制することができるエッチング装置及びエッチング方法を提供する。【解決手段】基板Ｓを収容する真空槽１１と、基板Ｓが載置される下部電極２５と、下部電極２５に対してプラズマ生成空間ＰＬを介して対向する上部電極１２と、下部電極２５に接続された高周波電源２６と、真空槽１１にエッチングガスを供給するガス導入口１２ａと、真空槽１１内の圧力を調整する排気系制御部Ｃ２とを備えるエッチング装置であって、高周波電源２６は、下部電極２５にＶＨＦ周波数帯の高周波電力を供給し、排気系制御部Ｃ２は、真空槽１１内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に調整し、下部電極２５と上部電極１２との間の電極間距離Ｌが５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する真空槽と、
前記基板が載置される第１の電極と、
前記第１の電極に対してプラズマ生成空間を介して対向する第２の電極と、
前記第１の電極に接続された高周波電源と、
前記真空槽にエッチングガスを供給するガス供給部と、
前記真空槽内の圧力を調整する圧力制御部とを備えるエッチング装置であって、
前記高周波電源は、前記第１の電極にＶＨＦ周波数帯の高周波電力を供給し、
前記圧力制御部は、前記真空槽内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に調整し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記第２の電極を昇降させることで前記電極間距離を調整する電極位置制御部を備えるとともに、
前記真空槽の内側面のうち、少なくとも前記第１の電極に対する最短距離が、前記電極間距離よりも小さい領域が絶縁体によって覆われている請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
真空槽内に設けられた第１の電極に基板を載置し、前記真空槽内にエッチングガスを供給しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することによって、前記第１の電極と該第１の電極と対向する第２の電極との間でプラズマを生成して前記基板をエッチングするエッチング方法であって、
前記第１の電極に、周波数がＶＨＦ周波数帯に含まれる高周波電力を供給し、
前記真空槽内を、５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以上の圧力に調整し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離を５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、
前記フッ素含有ガス及び前記酸素ガスの流量は、それぞれ５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下及び１０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下である請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスとハロゲン化ガスとの混合ガスであって、
前記フッ素含有ガス及び前記ハロゲン化ガスの流量は、それぞれ５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下及び０ｓｃｃｍ超１５０ｓｃｃｍ以下である請求項３に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置及びエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチングプロセスで用いられる高周波放電プラズマとしては、主に容量結合型プラズマ（Capacitively Coupled Plasma；ＣＣＰ）、誘導結合型プラズマ（Inductively Coupled Plasma）がある。このうち容量結合型プラズマ源を搭載したエッチング装置は、広い面積で一様な放電を生成しやすいといった利点から、例えば太陽電池等の大面積基板を処理する製造プロセス等で用いられている。
【０００３】
図８に従来構成の容量結合型プラズマエッチング装置の一例を示す。エッチング装置１００は、接地された真空槽１０１を有しており、真空槽１０１内にはプラズマ生成空間ＰＬが設けられている。プラズマ生成空間ＰＬの上部には、接地された上部電極１０２が設けられ、この上部電極１０２には、ガス供給口１０３を介して、ガス供給系１０４からエッチングガスが供給される。上部電極１０２に導入されたガスは、上部電極１０２の下面に設けられたシャワープレートから真空槽１０１内に供給される。また真空槽１０１内のガスは、排気口１０５に接続されたポンプ等の排気系１０６が駆動することによって、所定圧力範囲に維持される。
【０００４】
また真空槽１０１内には、絶縁物からなる支持台１０７が設けられている。支持台１０７には、上部電極１０２と対向し且つ平行となるように下部電極１０８が配設されている。下部電極１０８は、基板Ｓが載置される平面を有し、整合器１０９を介して高周波電源１１０が接続されている。エッチングを実施する際には、真空槽１０１内にエッチングガスを供給しつつ、下部電極１０８に高周波電力を供給することにより、エッチングガスを原料としたプラズマを生成する。
【０００５】
一方、容量結合型のプラズマ源は、誘導結合型プラズマ源に比べ、一般的に、生成できるプラズマの密度が低いことが知られている。このため、エッチング装置１００の電極間距離Ｌは、プラズマ密度の向上を図るために、通常５０ｍｍよりも小さい距離に保持されている。
【０００６】
しかし、電極間距離Ｌを小さくすると、プラズマ生成空間ＰＬにエッチングガスを導入した際、ガス供給口１０３から排気口１０５に向かう方向へのガスの流れやすさが低下し、特にプラズマ生成空間ＰＬの中央部にガスが滞留しやすくなる。その結果、プラズマ生成空間ＰＬ内のプラズマ密度は、基板中央部で高く、中央部から基板の径方向外側へ向かうにつれて低くなる。このように基板Ｓの径方向に沿ってプラズマ密度の勾配が生じると、基板Ｓの中央部とエッジ部におけるエッチングレートの面内均一性が低下したり、エッチング形状の均一性に悪影響を及ぼす。
【０００７】
これに対し特許文献１では、レジストをマスクとしてシリコンエッチングを行う際に、エッチングレートが基板中央部において高く、エッジ部において低くなるといった問題を解消するため、シャワーヘッドの直下に、シャワーヘッドを囲むような環状凸部を設けることが提案されている。この環状凸部を形成することによって、ガス供給孔から吐出されるガス流れのコンダクタンスを低下させ、基板エッジ部における圧力を高め、空間内の圧力勾配の抑制を図っている。またガス供給孔をシャワーヘッドの中央部に集中して形成することにより、中央上部で生成されるエッチャントの量を低減させて、基板中央におけるエッチングレートを低下させ、面内均一性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２２７８２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、真空槽内の圧力等の条件が変わることによって、面内のエッチング特性は大きく変化する。例えば、従来構成のエッチング装置を用い、例えば５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下といった比較的高い圧力下でエッチングを実施した場合、エッチングレートは基板中央で低く、エッジ部で高くなることが発明者の実験により判っている。これは、プラズマ生成空間ＰＬの中央部でガスが滞留しすぎる結果、中央部でプラズマ中の電子と正イオンとの再結合等が生じ、活性種が減少する過程が進行するためと考えられる。このため、高圧下でエッチングを実施するような場合に、従来構成のエッチング装置１００に対しシャワーヘッドを囲むように環状凸部を形成すると、基板エッジ部だけでなく、基板中央部においてもガス供給口１０３から排気口１０５へ向かうガスの流れがますます低下し、基板中央部のエッチングレートをさらに低下させる要因となる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧下において面内均一性の向上を図るとともに、エッチングレートの低下を抑制することができるエッチング装置及び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】
【００１１】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、基板を収容する真空槽と、前記基板が載置される第１の電極と、前記第１の電極に対してプラズマ生成空間を介して対向する第２の電極と、前記第１の電極に接続された高周波電源と、前記真空槽にエッチングガスを供給するガス供給部と、前記真空槽内の圧力を調整する圧力制御部とを備えるエッチング装置であって、前記高周波電源は、前記第１の電極にＶＨＦ周波数帯の高周波電力を供給し、前記排気系制御部は、前記真空槽内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に調整し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離が５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、真空槽内に設けられた第１の電極に基板を載置し、前記真空槽内にエッチングガスを供給しつつ前記第１の電極に高周波電力を供給することによって、前記第１の電極と該第１の電極と対向する第２の電極との間でプラズマを生成して前記基板をエッチングするエッチング方法であって、前記第１の電極に、周波数がＶＨＦ周波数帯に含まれる高周波電力を供給し、前記真空槽内を、５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以上の圧力に調整し、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電極間距離を５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることを要旨とする。
【００１３】
請求項１及び３に記載の発明によれば、真空槽内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下といった高圧下にすることで、第１の電極近傍のシース内で新たに生成され、異方性エッチングに寄与する正イオンの割合が増加される。一方、このような高圧下でプラズマを生成する場合、電極間距離が小さいと、中央部にガスが滞留し、基板の面内均一性の低下を招来する。従って、電極間距離を、一般的な電極間距離よりも大きい５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることで、高圧下でもガスの滞留を抑制して面内均一性を向上しつつ、プラズマ密度の低下も抑制することができる。このため、異方性エッチングを促進するとともに、基板の面内均一性を向上することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエッチング装置において、前記第２の電極を昇降させることで前記電極間距離を調整する電極位置制御部を備えるとともに、前記真空槽の内側面のうち、少なくとも前記第１の電極に対する最短距離が、前記電極間距離よりも小さい領域が絶縁体によって覆われていることを要旨とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、高周波電力が供給される第１の電極は、真空槽との間で放電し、プラズマを生成しやすい。プラズマが生成されると電極間の空間で生成されるプラズマの密度が低下する。特に上記したように電極間距離を５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下といった大きな距離にすると、電極間距離よりも、第１の電極と真空槽との距離が小さくなり、それらの間で放電が生じやすくなる。従って、真空槽の内側面を上記絶縁体で覆うことで、第１の電極と真空槽との間でプラズマが生成されることを抑制することができる。また、第１の電極を昇降させると、第１の電極と真空槽との最短距離が電極間距離よりも小さい領域が、その都度、変更される。このため、第１の電極を昇降させる場合は、広い領域を絶縁体で覆う必要があるが、第２の電極を昇降させて電極間距離を調整するため、絶縁体によって覆う領域を、極力小さくすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のエッチング方法において、前記エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、前記フッ素含有ガス及び前記酸素ガスの流量は、それぞれ５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下及び１０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下であることを要旨とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、フッ素含有ガス及び酸素ガスの流量をそれぞれ上記範囲としたので、排気速度を低下させて電極間にガスを滞留させずに、真空槽内の圧力を高めることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のエッチング方法において、
前記エッチングガスは、フッ素含有ガスとハロゲン化ガスとの混合ガスであって、前記フッ素含有ガス及び前記ハロゲン化ガスの流量は、それぞれ５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下及び０ｓｃｃｍ超１５０ｓｃｃｍ以下であることを要旨とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、フッ素含有ガス及びハロゲン化ガスの流量をそれぞれ上記範囲としたので、排気速度を低下させて電極間にガスを滞留させずに、真空槽内の圧力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係わるエッチング装置の概略図。
【図２】基板に対するエッチングの過程を説明する模式図であって、（ａ）はバルクプラズマ内で加速された正イオンの作用を示し、（ｂ）はシース内で加速された正イオンの作用を示す。
【図３】ＶＨＦ周波数帯の高周波電圧を供給した際の基板に到達するイオンのイオンエネルギー分布を示す図。
【図４】電極間距離を５０ｍｍとした実施例１で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であって、（ａ）は基板中央部に形成されたホール、（ｂ）は基板エッジ部に形成されたホールのＳＥＭ写真。
【図５】電極間距離を６５ｍｍとした実施例２で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であって、（ａ）は基板中央部に形成されたホール、（ｂ）は基板エッジ部に形成されたホールのＳＥＭ写真。
【図６】電極間距離を１００ｍｍとした実施例３で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であって、（ａ）は基板中央部に形成されたホール、（ｂ）は基板エッジ部に形成されたホールのＳＥＭ写真。
【図７】電極間距離を２５ｍｍとした比較例１で得られたホールの断面を撮影した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であって、（ａ）は基板中央部に形成されたホール、（ｂ）は基板エッジ部に形成されたホールのＳＥＭ写真。
【図８】従来構成のエッチング装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のエッチング装置及びエッチング方法を容量結合型のエッチング装置及びその装置を用いたエッチング方法に具体化した一実施形態について、図１〜図６にしたがって説明する。
【００２２】
図１に示すように、エッチング装置１０は、有蓋円筒状の真空槽１１を有している。真空槽１１は、アルミニウム等の耐蝕性を有する導電性材料から形成され、接地されている。また、真空槽１１の底部には、真空槽１１内の流体を排気する排気口１１ａが設けられ、排気口１１ａには、排気ポンプ等を有する排気系１３が接続されている。排気系１３は、圧力制御プログラムが格納された圧力制御部としての排気系制御部Ｃ２に電気的に接続されている。排気系制御部Ｃ２は、排気ポンプの駆動回路等を有するとともに、ダイアフラムゲージ等からなる圧力計１５から真空槽１１内の圧力を測定した圧力検出信号を入力する。そして、圧力検出信号に基づき、エッチング装置１０での各処理の開始時から終了時までにわたり、圧力制御プログラムに従って排気系１３を駆動することにより、真空槽１１内を所定圧力範囲に保持する。
【００２３】
また、真空槽１１の側壁には、真空槽１１内に基板Ｓを搬入及び搬出するための搬入出口１１ｃが貫通形成されている。搬入出口１１ｃにはゲートバルブＶが接続され、真空槽１１内を真空圧に保持可能となっている。
【００２４】
真空槽１１内の上部には、接地された上部電極１２が配設されている。上部電極１２は、その下面に、多数のガス供給孔１４ａが形成されたシャワープレート１４を備えている。ガス供給孔１４ａは、シャワープレート１４の一部に偏ることなく、ほぼ均等の密度で設けられている。また、上部電極１２は、シャワープレート１４によってその一面が囲まれたバッファ室１２ｒを備え、このバッファ室１２ｒには、上部電極１２に形成された、ガス供給部としてのガス導入口１２ａが連通されている。
【００２５】
ガス導入口１２ａには、ガス供給系１７を構成するガス供給管１８が接続されている。ガス供給系１７は、ガス供給管１８の他に、エッチングガスを送出するガス供給源１９と、各種ガスを所定流量で真空槽１１内に供給するマスフローコントローラ１９ｍを有している。シリコンをエッチングする場合、エッチングガスとしては、フッ素含有ガス及び酸素の混合ガス、又はフッ素含有ガス及びハロゲン化水素ガスの混合ガスを用いることができる。フッ素含有ガスとしては、例えば、六フッ化硫黄ガス（ＳＦ６）、フッ化炭素系ガス（ＣｘＨｙ、ｘ、ｙは自然数）等を用いることができる。また、ハロゲン化ガスは、臭素水素ガス（ＨＢｒ）、塩素系ガスを用いることができる。ガス供給源１９は、これらのガスを送出する複数のガス供給源１９ａ，１９ｂからなり、それぞれ各ガスを充填したガスボンベやレギュレータ等を備えている。これらのガス供給源１９ａ，１９ｂから送出されたガスは、ガス供給管１８で混合されて真空槽１１内に供給される。
【００２６】
また上部電極１２は、真空槽１１の中心軸（図中Ｘ軸方向）と平行な方向に、所定範囲だけ上下動可能な構成を有している。本実施形態では、上部電極１２の上面に形成され、固定されたガス供給管１８に対してスライド可能に設けられた筒部１２ｂと、筒部１２ｂを介して上部電極１２を昇降させる昇降機構２１と、昇降機構２１を駆動する電極位置制御部Ｃ１とによって、上部電極１２の位置を調整している。昇降機構２１は、駆動源であるモータと、モータの駆動回路と、該モータの回転力を筒部１２ｂをスライド移動させる力に変換する伝達機構とを有する。モータの駆動回路は、電極位置調整プログラムを格納した電極位置制御部Ｃ１に接続されている。電極位置制御部Ｃ１は、電極位置調整プログラムに従って、昇降機構２１を駆動して、筒部１２ｂをガス供給管１８に対してスライドさせる。
【００２７】
また、真空槽１１の下方には、上部電極１２に対向し、且つ平行となるように下部電極２５が設けられている。下部電極２５は、基板Ｓが載置されるステージも兼ねている。この下部電極２５には、異方性向上及びエッチングレートの向上を図るために、例えばＶＨＦ周波数帯に含まれる６０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下の高周波電力を出力可能な高周波電源２６が、整合器２７を介して接続されている。高周波電源２６は、下部電極２５に高周波電力を供給し、上部電極１２との間に設けられたプラズマ生成空間ＰＬに電場を生成することによってエッチングガスをプラズマ化する。また、整合器２７は、高周波電源２６の出力インピーダンスと、真空槽１１内を含む高周波電源２６の入力インピーダンスとを整合させる。
【００２８】
また、高周波電源２６に接続された下部電極２５と接地された真空槽１１の底壁との間には、アルミナから形成された底部絶縁体３０によって絶縁されている。本実施形態では、底部絶縁体３０は略円環状をなしている。
【００２９】
一方、エッチングの実施時に、下部電極２５と上部電極１２の端部であって、基板Ｓよりも外側となる領域で放電が生じると、その領域で生成されたプラズマは、エッチングに寄与し難い。このため、上部電極１２の下面のうち、シャワープレート１４の端部であってガス供給孔１４ａを閉塞しない位置には、略円環状の上部絶縁体２０が設けられている。即ち、上部絶縁体２０は、上部電極１２側からみた平面視において基板Ｓと重複しない領域に設けられている。上部絶縁体２０はアルミナから形成され、その高さが、電極間の空間のガスの流れを妨げないような高さに形成されている。
【００３０】
また、高周波電源２６から供給される高周波電力の周波数が超短波の周波数帯に含まれる場合、真空槽１１の内周面１１ｂの表面及び下部電極２５がプラズマを介して誘導結合しやすい。特に、真空槽１１の内周面１１ｂのうち、下部電極２５との距離が、上部電極１２と下部電極２５との相対距離である電極間距離Ｌ以下となる領域では、下部電極２５との間で放電が生じやすい。このような領域で放電が生じることによりプラズマが生成されると、その分だけ高周波電力が損失され、エッチングに寄与するプラズマの生成に消費される高周波電力が少なくなることとなる。その結果、プラズマ密度が低下し、エッチングの異方性や、エッチングレートが低下することとなる。
【００３１】
このため、真空槽１１には、その内周面１１ｂのうち下部電極２５の縁部との間で放電しやすい領域を覆う側部絶縁体３２が設けられている。側部絶縁体３２は、真空槽１１の内周面１１ｂを、少なくとも上部電極１２のシャワープレート１４の可動範囲の上端位置から排気口１１ａに至る範囲を覆うように設けられている。
【００３２】
側部絶縁体３２は、アルミナからなる第１側部絶縁体３３と、石英からなる第２側部絶縁体３４とから構成されている。第１側部絶縁体３３は、シャワープレート１４の可動範囲の上端位置から下部電極２５よりも下方の位置に至る範囲に設けられている。また、第１側部絶縁体３３が、搬入出口１１ｃに重なる位置には、真空槽１１内と搬入出口１１ｃとを連通する貫通孔３２ａが形成されている。第２側部絶縁体３４は、第１側部絶縁体３３よりも下方の位置であって、排気口１１ａ側に設けられている。
【００３３】
また下部電極２５の外周には、石英からなる下部絶縁体３１が設けられている。下部絶縁体３１は、下部電極２５の外周面全域を覆うように設けられるとともに、その上部に基板Ｓを内側に収容するための基板収容部３１ａを備えている。
【００３４】
次に、本実施形態の作用について、エッチングの処理手順に従って説明する。
【００３５】
まず、電極位置制御部Ｃ１は、電極位置制御プログラムに従って、昇降機構２１を駆動することによって上部電極１２の位置を調整し、電極間距離Ｌを５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲にする。この際、上部電極１２のシャワープレート１４の位置は、側部絶縁体３２の上端位置と同じ位置か、それよりも低い位置となっている。
【００３６】
そして、ゲートバルブＶが開かれ、トレー等に載置された基板Ｓが搬入出口１１ｃから搬入される。基板Ｓは、下部電極２５上であって、下部絶縁体３１の基板収容部３１ａ内側に載置される。下部電極２５に基板Ｓを載置すると、ゲートバルブＶが閉じられ、排気系制御部Ｃ２は、排気制御プログラムに従って、排気系１３を駆動して真空槽１１内を減圧する。
【００３７】
また、ガス供給系１７から、例えばＳＦ６ガス及びＯ２ガスが、マスフローコントローラ１９ｍによって所定流量に調整されながら送出され、混合ガスとして真空槽１１内に供給される。排気系制御部Ｃ２は、真空槽１１内が５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下という高い圧力となるように真空槽１１内の圧力を調整する。この際、ＳＦ６ガス等のフッ素含有ガスの流量は、５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下が好ましく、Ｏ２ガスの流量は１０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下が好ましい。また、混合ガスが、ＳＦ６等のフッ素含有ガスとＨＢｒ等のハロゲン化ガスからなる場合には、フッ素含有ガスの流量は、５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下が好ましく、ハロゲン化ガスの流量は０ｓｃｃｍ超１５０ｓｃｃｍ以下が好ましい。また、高周波電源２６は、下部電極２５に６０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下のＶＨＦ周波数帯の高周波電圧を印加する。
【００３８】
真空槽１１内の圧力を上記範囲に調整するのは以下の理由による。即ち、上部電極１２と下部電極２５との間のプラズマ生成空間ＰＬには、各電極１２，２５側に位置するシース（暗部）と、そのシースに挟まれたバルクプラズマとが形成される。そして、他の粒子と衝突することなく基板Ｓに入射する正イオンとしては、以下のものがある。即ち、バルクプラズマでの電場加速を受け、加速によって得られたエネルギーをそのまま維持して基板Ｓに入射する第１の正イオンと、下部電極２５近傍に形成されたシース内にて、中性子が他の正イオンとの間で電子交換を行うことによって新たに生成され、シース内で加速される第２の正イオンとである。
【００３９】
また図２に示すように、処理対象となる基板Ｓは、例えばシリコン基板Ｓ１の上に、開口部ＯＰを有するマスクＳ２を有している。この開口部ＯＰを介してシリコン基板Ｓ１をエッチングすることによりホールＨを形成する。このホールＨの側面の直進性に寄与する正イオンは、主に開口部ＯＰの真上で加速される正イオンである。この正イオンには、上記した第１の正イオンと第２の正イオンとがある。
【００４０】
さらに図２（ａ）に示すように、開口部ＯＰの真上に位置する第１の正イオンには、シリコン基板Ｓ１の表面の法線方向に飛行する第１の正イオンと、法線方向とは異なる方向に飛行する第１の正イオンとが存在する。第１の正イオンは、バルクプラズマで加速され飛行距離が長いため、法線方向に飛行する第１の正イオンは、図中中央の矢印で示すように開口部ＯＰを介してシリコン基板Ｓ１に形成されたホールＨの底面に到達する。法線方向と異なる方向に飛行する第１の正イオンは、図中左端及び右端の矢印で示すように、基板Ｓに到達するまでに開口部ＯＰから逸れていきシリコン基板Ｓ１に到達しないか、もしくはホールＨの側面に衝突することが多くなる。
【００４１】
これに対し、図２（ｂ）中の各矢印で示すように、第２の正イオンにも、シリコン基板Ｓ１の表面の法線方向に飛行する第２の正イオンと、法線方向とは異なる方向に飛行する第２の正イオンとが存在するが、第２の正イオンは、シース内で加速されるため飛行距離が比較的短い。このため、左端及び右端の矢印で示すように、法線方向とは異なる方向に加速されたとしても、第１の正イオンに比べて、ホールＨの底面に到達する確率が高い。
【００４２】
従って、エッチング形状の異方性を向上するためには、プラズマ生成空間ＰＬに生成される正イオンのうち、第２の正イオンが占有する割合を増加させることが好ましい。第２の正イオンの割合を左右する因子は、下部電極２５に供給する高周波電力の周波数帯の他に、真空槽１１の圧力であることがわかっている。
【００４３】
図３のイオンエネルギー分布に示すように、このうち第１の正イオンに由来するピークは、１対のピークＰ１，Ｐ２であるバイモーダルピークＢＰである。また、第２の正イオンに由来するピークは、バイモーダルピークＢＰよりも低いエネルギー領域に表れる低エネルギーピークＰ３である。即ち、第１の正イオンは、第２の正イオンよりも高いイオンエネルギー（ｅＶ）を有する。尚、図３では、高周波電力が１５０ＭＨｚの周波数帯の際に得られたエネルギー分布を示しており、低エネルギーピークＰ３が複数表れている。第２の正イオンの割合を増加させるためには、真空槽１１内を、低エネルギーピークＰ３の強度（又は半値幅）を高める圧力にすればよい。また、良好なエッチングレートを得るために、イオンエネルギーが高い第１の正イオンも存在することが実用面において好ましい。
【００４４】
図３のイオンエネルギー分布から、圧力を５０Ｐａ未満とした場合、第２の正イオンに帰属する低エネルギーピークＰ３が検出されず、圧力を１５０Ｐａ超とすると、低エネルギーピークＰ３のみならず、バイモーダルピークＢＰも検出されないことがわかる。
【００４５】
一方、圧力を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下とした状態で、高周波電力の周波数帯を６０ＭＨｚ未満とした場合、及び１５０ＭＨｚ超とした場合の両方において、低エネルギーピークＰ３及びバイモーダルピークＢＰの両方が認められない（図示略）。
【００４６】
従って、高周波電力の周波数を、６０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下とし、圧力を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に調整すると、第２の正イオンの割合を増加させることができるが、その際に、各ガスの流量を上記範囲とすることで、ガスを電極間に滞留させることなく、排気することができる。
【００４７】
一方、このように比較的高い圧力下でエッチングを実施する場合には、電極間距離Ｌを上記したように５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることが好ましい。高圧下において電極間距離Ｌを５０ｍｍ未満とすると、ガスの流路のコンダクタンスが低下することにより、プラズマ生成空間ＰＬの中央部にはガスが滞留し、中央部とその周りとの圧力勾配が大きくなる。第２の正イオンの割合は、上記したように圧力条件に応じて変化するため、プラズマ生成空間ＰＬにおける圧力勾配が大きくなると、中央部の第２の正イオンの割合と、その周辺における第２の正イオンの割合の差が大きくなる。こうして異方性に寄与する第２の正イオンの割合の差が大きくなる結果、基板中央部と基板エッジ部とで得られるエッチング形状の均一性も低下し、エッチングレートの面内均一性も低下する。
【００４８】
また、電極間距離Ｌが５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内では、第２の正イオンの割合の差が小さくなるとともにプラズマ密度が高まることで、面内均一性が良好であってエッチングレートが最大となる電極間距離Ｌが存在する。電極間距離Ｌをその距離よりも長くして１００ｍｍに近付けていくと、電極間のプラズマ密度が徐々に低下していくことから、エッチングレートが徐々に低下する。そして電極間距離Ｌを１００ｍｍ超とすると、プラズマ生成空間ＰＬの体積が拡大された分、プラズマ密度が低下し、全体的にエッチングレートが大きく低下してしまう。
【００４９】
これに対し、電極間距離Ｌを上記範囲とすることで、ガスの中央部における滞留を抑制し、圧力勾配を小さくすることができる。このため、基板中央部での第２の正イオンの割合と、基板エッジ部での第２の正イオンの割合との差が小さくなるため、中央におけるエッチングレートとエッジ部におけるエッチングレートとの差を示す、下記式で表される面内均一性を５％以内とし、エッチング形状の均一性も向上することができる。
【００５０】
そして、電極間距離Ｌを上記範囲とした状態で下部電極２５に高周波電圧が印加されると、プラズマ中の正イオン等の活性種が基板Ｓに引き込まれる。また、活性種とシリコン原子との反応により、フッ化シリコン、酸化シリコン等の生成物が生成され、基板Ｓの厚さ方向に延びるホールＨの側壁に堆積する。そして、側壁のエッチングを抑制して、異方性エッチングを促進することができる。
【００５１】
以下に、本実施形態に従った実施例と、実施例に対する比較例を示す。
［実施例１］
上記実施形態のエッチング装置１００を用いて以下の条件でエッチングを行った。
【００５２】
基板：シリコン基板、厚さ７５０μｍ、８インチ、開口部の直径５０μｍ
ガス組成及び流量：ＳＦ６（流量７５ｓｃｃｍ）、Ｏ２（流量７５ｓｃｃｍ）、HBｒ（流量１５ｓｃｃｍ）
高周波電力：６０ＭＨｚ
バイアス用高周波電源からの供給電力：１２００Ｗ
圧力：５０Ｐａ
処理時間：６００秒
電極間距離：５０ｍｍ
この条件でエッチングを実施することにより得られたホールは、図４のＳＥＭ写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁における直進性が高いものであった。また、エッチングを実施した際の基板中央のエッチングレートＲｃｎｔと、基板エッジ部のエッチングレートＲｅｄｇと、面内均一性を以下に示す。
【００５３】
基板中央部のエッチングレートＲｃｎｔ：１０．６μｍ／ｍｉｎ
基板エッジ部のエッチングレートＲｅｄｇ：１１．４μｍ／ｍｉｎ
面内均一性：{（Ｒｅｄｇ−Ｒｃｎｔ）／（Ｒｅｄｇ＋Ｒｃｎｔ）}・１００％＝３．６％
［実施例２］
実施例１の電極間距離Ｌを６５ｍｍに変更してエッチングを行った。電極間距離以外は実施例１と同様な条件である。図５のＳＥＭ写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁の直進性が高いホールが得られた。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。
【００５４】
基板中央部のエッチングレートＲｃｎｔ：１０．７μｍ／ｍｉｎ
基板エッジ部のエッチングレートＲｅｄｇ：１０．８μｍ／ｍｉｎ
面内均一性：０．５％
［実施例３］
実施例１の電極間距離Ｌを１００ｍｍに変更してエッチングを行った。電極間距離以外は実施例１と同様な条件である。図６のＳＥＭ写真に示すように、基板中央部及び基板エッジ部の両方において、側壁の直進性が高いホールが得られた。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。
【００５５】
基板中央部のエッチングレートＲｃｎｔ：６．９μｍ／ｍｉｎ
基板エッジ部のエッチングレートＲｅｄｇ：７．２８μｍ／ｍｉｎ
面内均一性：２．７％
面内均一性は、５％以内であって良好であるが、電極間距離Ｌが６５ｍｍの場合に比べ大きい値となり、若干低下していることがわかる。また、電極間距離Ｌが６５ｍｍの場合に比べ、エッチングレートが小さくなっている。
［比較例１］
実施例１の電極間距離Ｌを、電極間距離Ｌの好適な範囲未満の２５ｍｍに変更して、エッチングを行った。電極間距離以外は実施例１と同様な条件である。図７（ａ）のＳＥＭ写真に示すように、基板中央ではホールの側面がエッチングされ、等方性エッチングが進行したことがわかる。図７（ｂ）に示すように、基板エッジ部では、側壁の直進性が保たれた形状のホールが得られた。即ち、基板中央部で得られたエッチング形状と基板エッジ部で得られたエッチング形状の均一性が低下した。また、各エッチングレートと面内均一性を以下に示す。エッチングレートの面内均一性は５％超となり、各実施例に比べ大きく低下した。
【００５６】
基板中央部のエッチングレートＲｃｎｔ：６．４μｍ／ｍｉｎ
基板エッジ部のエッチングレートＲｅｄｇ：８．２μｍ／ｍｉｎ
面内均一性：１２．３％
尚、電極間距離Ｌが６５ｍｍから１００ｍｍにかけて面内均一性及びエッチングレートが若干低下していることから、電極間距離Ｌが１００ｍｍ超である場合については、実施例３よりも面内均一性及びエッチングレートが低下することが明らかである。
【００５７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００５８】
（１）上記実施形態では、高周波電源２６から下部電極２５にＶＨＦ周波数帯の高周波電圧を供給し、排気系１３により真空槽１１内を５０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下に維持し、下部電極２５と上部電極１２との間の電極間距離Ｌを５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下としてエッチングを実施する。即ち上記圧力範囲にすることで、第１の正イオンを消滅させずに、シース内で新たに生成される第２の正イオンの割合を増加できる。また、電極間距離Ｌを、一般的な電極間距離よりも大きい５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることで、高圧下でもガスの滞留を抑制してエッチングレートやエッチング形状の面内均一性を向上しつつ、電極間距離Ｌの拡大によるプラズマ密度の低下も抑制することができる。
【００５９】
（２）上記実施形態では、真空槽１１の内側面のうち、少なくとも下部電極２５に対する最短距離が、電極間距離Ｌよりも小さい領域を側部絶縁体３２によって覆うようにした。即ち、上記したように電極間距離Ｌを５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下といった大きな距離にすると、電極間距離Ｌよりも、下部電極２５と真空槽１１との距離が小さくなり、それらの間で放電が生じやすくなる。従って、真空槽１１の内側面を側部絶縁体３２で覆うことで、下部電極２５と真空槽１１との間でプラズマが生成されることを抑制することができる。また、下部電極２５を昇降可能とすると、その昇降する範囲に応じて、その絶縁体によって覆う領域を大きくしなければならない。このため、上部電極１２を昇降させることで、絶縁体によって覆われる領域を極力小さくすることができる。
【００６０】
（３）上記実施形態では、エッチングガスは、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガスであって、フッ素含有ガス及び酸素ガスの流量は、それぞれ５０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下及び１０ｓｃｃｍ以上３００ｓｃｃｍ以下とした。このため、排気速度を低下させて、電極間のガスの流れを滞留させることなく、真空槽１１内の圧力を高めることができる。
【００６１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６２】
・上記実施形態では、ガス供給源１９は、２種類のガスをそれぞれ送出するようにしたが、３種類以上のガスをそれぞれ送出するようにしてもよい。
【００６３】
・上記実施形態では、上部電極１２を可動とし、下部電極２５を固定したが、下部電極２５を可動とし、上部電極１２を固定としてもよい。この場合、側部絶縁体３２は、真空槽１１の側面のうち、軸方向において下部電極２５の可動範囲の下端に至る範囲までを覆う。
【００６４】
・上記実施形態では、エッチング装置１０は、電極間距離Ｌを調整可能な機構を備えたが、該機構を省略した構成とし、電極間距離Ｌを一定距離に固定していてもよい。
【００６５】
・上記実施形態では、上部絶縁体２０及び底部絶縁体３０及び第１側部絶縁体３３をアルミナから形成し、下部絶縁体３１及び第２側部絶縁体３４を石英から形成した。これ以外の構成として、上部絶縁体２０、底部絶縁体３０、第１側部絶縁体、下部絶縁体３１及び第２側部絶縁体３４を同一の絶縁材料から形成してもよい。また、上部絶縁体２０及び底部絶縁体３０及び第１側部絶縁体３３を石英から形成し、下部絶縁体３１及び第２側部絶縁体３４をアルミナから形成してもよい。また、同一絶縁材料からなる部材の組み合わせを変更しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
Ｃ２…圧力制御部としての排気系制御部、Ｃ１…電極位置制御部、ＰＬ…プラズマ生成空間、Ｓ…基板、１０，１００…エッチング装置、１１…真空槽、１２…第２の電極としての上部電極、１２ａ…ガス供給部としてのガス導入口、２１…昇降機構、２５…第１の電極としての下部電極、２６…高周波電源、Ｌ…電極間距離、３２…側部絶縁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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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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