(57)【要約】      （修正有）【課題】多結晶シリコン層のエッチングにおいて酸化シリコンマスクを維持することが可能なエッチング方法を提供する。【解決手段】多結晶シリコンから構成された第１のマスク部Ｍ１、酸化化シリコンから構成された第２のマスク部Ｍ２、を形成した後、多結晶シリコンからなる被エッチング層ＥＬをエッチングするための第１のガス（ＨＢｒ）、マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス（ＮＦ３）、及び、第１のマスク部を保護するための第３のガス（Ｏ２）を供給し、プラズマを生成し、被エッチング層ＥＬを加工する。【選択図】図４
2013258244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法であって、
前記被エッチング層と該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、
前記マスクを用いて、前記被エッチング層をエッチングする工程と、
を含み、
前記マスクは、多結晶シリコンから構成された第１のマスク部、及び、該第１のマスク部と前記被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第２のマスク部を含んでおり、
前記被エッチング層をエッチングする工程では、前記被処理基体を収容した処理容器内に、前記被エッチング層をエッチングするための第１のガス、前記マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス、及び、前記第１のマスク部を保護するための第３のガスを供給し、該処理容器内においてプラズマを生成する、
方法。
【請求項２】
前記第１のガスは、ＨＢｒガスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のガスは、ＮＦ３ガスである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第３のガスは、酸素ガスである、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のガスはＮＦ３ガスであり、前記第３のガスは酸素ガスであり、
前記被エッチング層をエッチングする工程において、前記第１のガスの流量に対する前記第２のガスの流量が、２０：３の前記第１のガスと前記第２のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第３のガスの流量が、前記第２のガスの流量より少なく且つ前記第２のガスの流量の１／２より多い、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項６】
処理容器と、
前記処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第１のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第２のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第３のガスを供給するガス供給部と、
前記第１のガス、前記第２のガス、及び前記第３のガスのプラズマを発生させる手段と、
を備える、プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記第１のガスは、ＨＢｒガスである、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記第２のガスは、ＮＦ３ガスである、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第３のガスは、酸素ガスである、請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第１のガス、前記第２のガス、及び前記第３のガスの流量を制御する制御部を更に備え、
前記第２のガスはＮＦ３ガスであり、前記第３のガスは酸素ガスであり、
前記制御部は、前記第１のガスの流量に対する前記第２のガスの流量が、２０：３の前記第１のガスと前記第２のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第３のガスの流量が前記第２のガスの流量より少なく且つ前記第２のガスの流量の１／２より多くなるように、前記ガス供給部を制御する、
請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものであり、より詳細には、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法、及び、当該エッチング方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいては、種々の半導体層に対するエッチングが行われる。このような半導体層の一種として、多結晶シリコン層が用いられることがある。多結晶シリコン層を被エッチング層としてエッチングする際には、一般的に、被エッチング層上に酸化シリコンから構成されたマスクを設け、当該マスクを用いて被エッチング層のエッチングが行われる。このようなエッチング技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００３】
より詳細には、特許文献１に記載されたエッチング方法では、多結晶シリコン層である被エッチング層上に酸化シリコン層が設けられ、当該酸化シリコン層上にレジストマスクが設けられる。次いで、レジストマスクを用いて酸化シリコン層をエッチングすることにより、酸化シリコンから構成されたマスクが形成される。次いで、レジストマスクが除去される。そして、酸化シリコンから構成されたマスクを用いて、エッチャントガスのプラズマによる被エッチング層のエッチングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７２２７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体装置のサイズの縮小化に伴い、被エッチング層に形成する穴や溝といった形状の微細化が進められている。また、これら穴や溝のアスペクト比は次第に大きくなってきている。即ち、より深い穴や溝が被エッチング層に形成されるようになってきている。
【０００６】
しかしながら、被エッチング層に形成する孔や溝が深くなると、酸化シリコンから構成されたマスクがエッチングによる損傷を受け、エッチングの終点までマスクを維持することができなくなること、或いは、所期の寸法精度でエッチングを行うことができなくなることがある。
【０００７】
かかる背景の下、多結晶シリコン層のエッチングにおいてマスクを維持することが可能なエッチング方法が要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法に関するものである。この方法は、（ａ）被エッチング層と当該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、（ｂ）当該マスクを用いて、被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。マスクは、多結晶シリコンから構成された第１のマスク部、及び、当該第１のマスク部と被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第２のマスク部を含んでいる。被エッチング層をエッチングする工程では、被処理基体を収容した処理容器内に、被エッチング層をエッチングするための第１のガス、マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス、及び、第１のマスク部を保護するための第３のガスを供給し、処理容器内においてプラズマを生成する。
【０００９】
本方法では、酸化シリコンから構成された第２のマスク部に加えて多結晶シリコンから構成された第１のマスク部を有するマスクを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層がエッチングされる。また、被エッチング層のエッチングの際に、第３のガスから生成されるラジカルにより、第１のマスク部を保護している。したがって、被エッチング層のエッチングの終点までマスクが維持され得る。また、マスクに付着するエッチング副生成物、即ち堆積物を除去するための第２のガスを供給することが可能である。その結果、堆積物によってマスクの開口が閉じられることを抑制することができる。なお、マスクの上部、即ち第１のマスク部に対して第３のガスから生成されるラジカルが吸着する確率よりも、被エッチング層、即ち、孔又は溝の深部では当該ラジカルが吸着する確率が低くなる。これにより、第１のマスク部を保護しつつ、被エッチング層をエッチングすることが可能となる。
【００１０】
一実施形態においては、第１のガスはＨＢｒガスであってもよい。一実施形態においては、第２のガスはＮＦ３ガスであってもよい。この実施形態では、多結晶シリコン層をＨＢｒガスでエッチングすることにより発生するエッチング副生成物、即ち、ＳｉＢｒ４を、ＮＦ３ガスのプラズマにより除去することが可能となる。また、一実施形態においては、第３のガスは酸素ガス（Ｏ２ガス）であってもよい。酸素ガスから生成される酸素ラジカルは、第１のマスク部を保護するよう、当該第１のマスク部の多結晶シリコン層を改質することができる。
【００１１】
一実施形態においては、被エッチング層をエッチングする工程において、第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が、２０：３の第１のガスと第２のガスの流量比で規定される流量より多く、第３のガスの流量が、第２のガスの流量より少なく且つ第２のガスの流量の１／２より多くてもよい。このようにガス流量が制御されることにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制とをより効果的に両立することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の別の側面は、上述した方法に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、及び、プラズマを発生させる手段を備える。ガス供給部は、処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第１のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第２のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第３のガスを供給する。前記手段は、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスのプラズマを発生させる。かかるプラズマ処理装置によれば、上述したマスクを維持しつつ被エッチング層をエッチングすることが可能である。
【００１３】
一実施形態においては、第１のガスはＨＢｒガスであってもよい。一実施形態においては、第２のガスはＮＦ３ガスであってもよい。また、一実施形態においては、第３のガスは酸素ガス（Ｏ２ガス）であってもよい。
【００１４】
一実施形態においては、プラズマ処理装置は、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスの流量を制御する制御部を更に備え得る。制御部は、第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が、２０：３の第１のガスと第２のガスの流量比で規定される流量より多く、第３のガスの流量が第２のガスの流量より少なく且つ第２のガスの流量の１／２より多くなるように、ガス供給部を制御し得る。このようにガス流量を制御することにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制をより効果的に両立することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、マスクを維持することが可能なエッチング方法が提供される。この方法は、高アスペクト比の多結晶シリコン層のエッチングにおいても、マスクを維持し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
【図３】図３は、図２に示すエッチング方法の詳細を説明するための断面図である。
【図４】図２の工程Ｓ２の原理を説明するための図である。
【図５】実験例１〜６の処理条件を示す表である。
【図６】実験例１〜６のＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量をマッピングしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１では、一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面が示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置である。
【００１９】
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部に処理空間Ｓを画成している。処理容器１２の側壁には、被処理基体（基板）Ｗの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。プラズマ処理装置１０は、この処理容器１２内に、載置台１４を備えている。載置台１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。この載置台１４は、基台１６及び静電チャック１８を有している。基台１６は、略円板形状を有しており、導電性を有している。基台１６は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。
【００２０】
基台１６には、高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、イオン引き込み用の所定の高周波数（例えば、２ＭＨｚ〜２７ＭＨｚ）の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を下部電極、即ち、基台１６に印加する。
【００２１】
一実施形態においては、基台１６は、静電チャック１８の熱を吸熱して、静電チャック１８を冷却する機能を有し得る。具体的に、基台１６の内部には、冷媒流路１６ｐが形成されており、冷媒流路１６ｐには、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続され得る。載置台１４は、冷媒流路１６ｐの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、基台１６及び静電チャック１８を所定の温度に制御可能な構成とされている。
【００２２】
プラズマ処理装置１０では、基台１６の上面に静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、略円板状の部材であり、絶縁層１８ａ、及び給電層１８ｂを有している。絶縁層１８ａはセラミック等の絶縁体により形成される膜であり、給電層１８ｂは、絶縁層１８ａの内層として形成された導電性の膜である。給電層１８ｂには、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から給電層１８ｂに直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Ｗが静電チャック１８上に吸着保持される。
【００２３】
一実施形態においては、静電チャック１８の内部には、加熱素子であるヒータＨＴが埋め込まれていてもよい。この実施形態では、静電チャック１８は、ヒータＨＴにより、被処理基体Ｗを所定温度に加熱できるように構成されている。このヒータＨＴは、配線を介してヒータ電源ＨＰに接続されている。
【００２４】
プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備え得る。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。
【００２５】
プラズマ処理装置１０は、筒状保持部２０及び筒状支持部２２を更に備え得る。筒状保持部２０は、基台１６の側面及び底面の縁部に接して、当該基台１６を保持している。筒状支持部２２は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部２０を介して基台１６を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部２０の上面に載置されるフォーカスリングＦＲを更に備え得る。フォーカスリングＦＲは、例えば、石英から構成され得る。
【００２６】
一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部２２との間には、排気路２４が設けられている。排気路２４の入口又はその途中には、バッフル板２５が取り付けられている。また、排気路２４の底部には、排気口２６ａが設けられている。排気口２６ａは、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２６によって画成されている。この排気管２６には、排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。
【００２７】
プラズマ処理装置１０は、更に、処理容器１２内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
【００２８】
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口４２ｂにはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに第１のガス、第２のガス、及び第３のガスを供給する。
【００２９】
一実施形態においては、ガス供給部４４は、ガス源７０ａ、バルブ７０ｂ、流量制御器７０ｃ、ガス源７２ａ、バルブ７２ｂ、流量制御器７２ｃ、ガス源７４ａ、及び、バルブ７４ｂ、流量制御器７４ｃを有している。ガス源７０ａは、第１のガスのガス源である。この第１のガスは、プラズマ処理装置１０がエッチングする被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層用のエッチャントガスであり、一実施形態においては、ＨＢｒガスである。ガス源７０ａは、バルブ７０ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７０ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。
【００３０】
ガス源７２ａは、第２のガスのガス源である。この第２のガスは、被エッチング層である多結晶シリコン層のエッチングにより発生する堆積物を除去するためのガスであり、一実施形態においては、ＮＦ３ガスである。ガス源７２ａは、バルブ７２ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７２ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。また、ガス源７４ａは、第３のガスのガス源である。この第３のガスは、被エッチング層のエッチング用のマスクに含まれる多結晶シリコンを保護するためのガスであり、一実施形態においては、酸素ガス（Ｏ２ガス）である。ガス源７４ａは、バルブ７４ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７４ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。
【００３１】
電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。なお、シャワーヘッド３８及びガス供給部４４は、一実施形態に係るガス供給部を構成している。
【００３２】
また、電極板４０には、高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、一実施形態においては、プラズマ生成用の所定の高周波数（例えば、２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を電極板４０に印加する。高周波電源３５によって電極板４０に高周波電力がそれぞれ与えられると、基台１６と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成され、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスのプラズマが励起される。したがって、一実施形態においては、基台１６、電極板４０、及び高周波電源３２は、一実施形態において、プラズマを発生させる手段を構成している。
【００３３】
一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
【００３４】
さらに、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰに接続されている。制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰのそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２８による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による第１〜第３のガスの供給及びそれらの流量、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給、ヒータ電源ＨＰからの電力供給が制御される。
【００３５】
かかるプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに第１〜第３のガスが供給される。また、電極板４０と基台１６との間、即ち処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Ｓにおいて、第１のガスのプラズマが発生し、Ｂｒイオン又はＢｒラジカルにより、被処理基体Ｗの被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層がエッチングされる。また、第２のガスのプラズマが発生し、Ｆイオン又はＦラジカルにより、被エッチング層のエッチングにより生じる堆積物が、除去される。さらに、第３のガスのプラズマが発生し、Ｏ（酸素）ラジカルにより、被エッチング層のエッチングに用いるマスクの多結晶シリコンが保護される。
【００３６】
以下、プラズマ処理装置１０を用いることが可能なエッチング方法について説明する。図２は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。また、図３は、図２に示すエッチング方法の詳細を説明するための断面図である。図２に示すエッチング方法では、まず、工程Ｓ１において、被処理基体Ｗが準備される。被処理基体Ｗは、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬを有しており、工程Ｓ１においては、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬ上にマスクＭが作成される。
【００３７】
具体的には、図３の（ａ）に示すように、被エッチング層ＥＬ上に、酸化シリコン層ＯＬ、例えば、ＳｉＯ２層が形成され、当該酸化シリコン層ＯＬ上に、多結晶シリコン層ＰＬが形成され、そして、多結晶シリコン層ＰＬ上に所定のパターンを有するレジストマスクＲＭが形成される。酸化シリコン層ＯＬ及び多結晶シリコン層ＰＬは、例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いることにより、形成することが可能である。また、レジストマスクＲＭは、フォトリソグラフィ技術を用いることで作成することが可能である。
【００３８】
次いで、図３の（ｂ）に示すように、多結晶シリコン層ＰＬがエッチングされる。多結晶シリコン層ＰＬは、プラズマ処理装置１０と同様のプラズマ処理装置においてＨＢｒガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図３の（ｂ）に示すように、レジストマスクＲＭの開口に露出する部分において多結晶シリコン層ＰＬがエッチングされ、その結果、マスクＭの一部となる第１のマスク部Ｍ１が形成される。この後、図３の（ｃ）に示すように、レジストマスクＲＭは除去される。
【００３９】
次いで、図３の（ｄ）に示すように、酸化シリコン層ＯＬがエッチングされる。酸化シリコン層ＯＬは、プラズマ処理装置１０と同様のプラズマ処理装置においてＣＦ４ガスといったフルオロカーボン系ガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図３の（ｄ）に示すように、第１のマスク部Ｍ１の開口に露出する部分において酸化シリコン層ＯＬがエッチングされ、その結果、マスクＭの他の一部となる第２のマスク部Ｍ２が形成される。これにより、被エッチング層ＥＬ上に、第のマスク部Ｍ１及び第２のマスク部Ｍ２を含むマスクＭが作成される。
【００４０】
再び、図２を参照する。本エッチング方法では、次いで、工程Ｓ１において準備された被処理基体Ｗが、プラズマ処理装置１０の静電チャック１８上に載置され、吸着される。そして、工程Ｓ２において、図３の（ｅ）に示すように、被エッチング層ＥＬのエッチングが行われる。工程Ｓ２においては、マスクＭの開口に露出する部分において被エッチング層ＥＬがエッチングされる。
【００４１】
工程Ｓ２においては、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬをエッチングするために、上述した第１のガス（ＨＢｒガス）、第２のガス（ＮＦ３ガス）、及び、第３のガス（Ｏ２ガス）が処理容器１２内に供給され、これらガスのプラズマが処理容器１２内で生成される。
【００４２】
ここで、図４を参照する。図４は、図２の工程Ｓ２の原理を説明するための図である。工程Ｓ２においては、被エッチング層ＥＬが下記化学式１の反応によりエッチングされる。
［化学式１］
Ｓｉ＋４ＨＢｒ→ＳｉＢｒ４＋Ｏｔｈｅｒｓ
ここで、化学式１における「Ｏｔｈｅｒｓ」は、Ｈイオン又はＨラジカル等を含む。
【００４３】
即ち、工程Ｓ２では、ＨＢｒガスが解離することにより発生するＢｒイオン又はＢｒラジカルが、図４に示すように、被エッチング層ＥＬの多結晶シリコンと反応して、当該被エッチング層をエッチングする。なお、図４において、円で囲まれた「Ｂｒ」は、Ｂｒイオン又はＢｒラジカルを示している。
【００４４】
また、工程Ｓ２においては、下記化学式２の反応により第１のマスク部Ｍ１が保護される。
［化学式２］
Ｓｉ＋２Ｏ＊→ＳｉＯ２
即ち、工程Ｓ２では、Ｏ２ガスが解離することにより発生するＯラジカル（Ｏ＊）が、図４に示すように第１のマスク部Ｍ１の表面の多結晶シリコンと反応して、ＳｉＯ２から構成される保護膜ＰＦを形成する。なお、図４においては、円で囲まれた「Ｏ」がＯラジカルを表している。
【００４５】
ここで、図４に示すように、Ｏラジカルは、マスクＭの上部、即ち、第１のマスク部Ｍ１には阻害されることなく到達し得る。一方、被エッチング層ＥＬは、マスクＭが画成する空間ＳＰ、即ち、マスクＭが画成する溝又は孔の底部に存在し、当該空間ＳＰには、被エッチング層ＥＬのエッチングによって発生する揮発性ガスＧ、例えば、ＳｉＢｒ４等のガスが滞留している。したがって、電気的に中性なＯラジカルが被エッチング層ＥＬに到達する確率は、第１のマスク部Ｍ１までＯラジカルが到達する確率よりも相当に低い。また、Ｂｒイオンは、下部電極１６に対する高周波バイアス電力の印可により、被エッチング層ＥＬの方へ引き込まれている。この原理により、本エッチング方法では、被エッチング層ＥＬのエッチングを行いつつ、第１のマスク部Ｍ１を保護して、当該エッチングの終点まで、マスクＭを維持することが可能になるものと考えられる。
【００４６】
また、工程Ｓ２においては、エッチング副生成物が堆積物ＤＰとして、マスクＭに付着し得る。この堆積物ＤＰは、マスクＭが画成する開口の幅を縮めるか、場合によっては、マスクＭの開口を閉じることがある。この堆積物ＤＰは、例えば、ＳｉＢｒ４から構成され得る。そこで、本エッチング方法においては、工程Ｓ２において、ＮＦ３ガスを供給して、下記化学式３の反応により、堆積物ＤＰを除去している。
［化学式３］
ＳｉＢｒ４＋ｘＦ→ＳｉＦｘＢｒ（４−ｘ）
ここで、ｘは、１以上３以下の整数である。
【００４７】
より具体的に、工程Ｓ２では、ＮＦ３ガスが解離することにより発生するフッ素イオン又はフッ素ラジカルが、図４に示すように、堆積物ＤＰを構成するＳｉＢｒ４と反応して、ＳｉＦｘＢｒ（４−ｘ）を生成し、当該ＳｉＦｘＢｒ（４−ｘ）が排気されることにより、堆積物が除去される。その結果、本エッチング方法は、マスクＭの開口が閉じられることを抑制し、又は、マスクＭの開口の幅の変化を抑制することが可能となる。なお、図４においては、円で囲まれた「Ｆ」がＦイオン又はＦラジカルを表している。
【００４８】
一実施形態では、工程Ｓ２において、ＨＢｒガスの流量に対してＮＦ３ガスの流量が、２０：３のＨＢｒガスとＮＦ３ガスの流量比で規定される流量よりも多く、Ｏ２ガスの流量が、ＮＦ３ガスの流量よりも少なく、且つ、ＮＦ３ガスの流量の１／２よりも多くなっていてもよい。ＨＢｒガスの流量、ＮＦ３ガスの流量、Ｏ２ガスの流量は、例えば、制御部６６によって流量制御器７０ｃ、７２ｃ、及び７４ｃを制御することにより、調整することが可能である。このようにＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、Ｏ２ガスを供給することにより、堆積物ＤＰを効率よく除去することが可能となり、マスク開口の閉塞を抑制することができる。また、マスクＭの開口の寸法変化をより少なくすることができる。また、過剰な酸素ラジカルの供給を抑制して、マスクＭの保護と被エッチング層ＥＬのエッチングを効果的に両立することが可能となる。
【００４９】
以下、プラズマ処理装置１０を用いて行った上述のエッチング方法の実験例１〜６について説明する。図５は、実験例１〜６の処理条件を示す表である。実験例１〜６では、図５の表に示すように、処理容器内の圧力を１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、高周波電源３５の高周波電力（ＨＦ電力）を４００Ｗ、高周波電源３２の高周波電力（ＬＦ電力）を９５０Ｗ、ＨＢｒガスの流量を２００ｓｃｃｍに設定した。また、実験例１〜６において、図５の表に示すように、異なるＮＦ３ガスの流量及びＯ２ガスの流量を用い、１４６秒のエッチングを行った。また、実験例１〜６では、高周波電源３５の高周波電力（ＨＦ電力）の周波数は１００ＭＨｚ、高周波電源３２の高周波電力（ＬＦ電力）の周波数は３．２ＭＨｚに設定した。そして、実験例１〜６では、開口幅４０ｎｍ、第１のマスク部Ｍ１の厚み３００ｎｍ、第２のマスク部Ｍ２の厚み１０００ｎｍのマスクＭを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬをエッチングした。
【００５０】
図６は、実験例１〜６のＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量をマッピングしたグラフである。以下、図６を参照して、実験例１〜６の結果を考察する。実験例１、３、６の処理条件は、ＮＦ３ガスの流量において相違している。実験例１、３では、ＨＢｒの流量に対してＮＦ３ガスの流量が足りず、堆積物ＤＰがマスクＭから完全に除去されず、その結果、マスクＭの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。一方、実験例６では、マスクＭから堆積物ＤＰを除去することができた。したがって、ＨＢｒのガス流量に対してＮＦ３ガスの流量は、２０：３のＨＢｒのガスとＮＦ３ガスの流量比で規定される流量よりも多いことが好ましいことが確認された。ただし、実験例６では、マスクＭの保護が足りず、マスクＭが多くエッチングされた。
【００５１】
実験例２、４、５、６の処理条件は、Ｏ２ガスの流量において相違している。実験例６では、Ｏラジカルが不足し、上述したように、マスクＭのエッチング量が多くなった。実験例６よりもＯ２ガスの流量を増加させた実験例５では、マスクＭがＯラジカルにより保護され、マスクＭのエッチング量は少なかった。また、実験例５では、堆積物ＤＰがマスクＭから除去され、マスクＭの寸法変化が抑制された結果、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法も所期の寸法となった。実験例５よりもＯ２ガスの流量を増加させた実験例２及び４では、Ｏラジカルにより形成された保護膜ＰＦが厚くなり、その結果、マスクＭの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。この結果から、Ｏ２ガスの流量は、ＮＦ３ガスの流量よりも少なく、ＮＦ３ガスの流量の１／２より多いことが好適であることが確認された。即ち、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量は、図６の点線と一点鎖線で囲まれる領域にあることが好ましいことが確認された。なお、図６の点線は、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量が１：１であることを示しており、図６の一点鎖線は、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量が２：１であることを示している。
【００５２】
また、比較例として、１０００ｎｍの酸化シリコン層から形成された第２のマスク部と同様のマスクのみをその上に有する多結晶シリコン製の被エッチング層を、第２のガス及び第３のガスを流さず、その他の条件においては実験例５と同様にエッチングした。その結果、エッチング終了時の実験例５のマスクの厚みは、エッチング終了時の比較例のマスクの厚みよりも２９０ｎｍ厚くなっていた。したがって、実験例５では、エッジングの終点までマスクがより大きな厚みで維持されることが確認された。
【００５３】
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、第２のガスには、ＮＦ３ガスに代えて、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣＦ４ガスを用いることが可能である。また、第３のガスには、Ｏ２ガスに変えて、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガス、又はＮ２ガスを用いることが可能である。
【００５４】
また、プラズマ処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置であるが、本発明には、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置といった種々のプラズマ処理装置を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…基台（下部電極）、１８…静電チャック、２８…排気装置、３２…高周波電源（高周波バイアス）、３５…高周波電源（プラズマ生成）、３８…シャワーヘッド、４０…電極板、４４…ガス供給部、６６…制御部、Ｗ…被処理基体、ＥＬ…被エッチング層、Ｍ…マスク、Ｍ１…第１のマスク部、Ｍ２…第２のマスク部、ＰＦ…保護膜、ＤＰ…堆積物、Ｇ…揮発性ガス。
【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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