(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、
被処理物を保持する保持部と、
前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有する第１の電極と、
前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、
有機物から構成されたマスクにより局所的に覆われた被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、
前記ガスから生成されたプラズマから負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた第１の中性粒子ビームを生成し、該第１の中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、
前記ガスから生成されたプラズマからイオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該イオンを中性化して、コリメートされた第２の中性粒子ビームを生成し、該第２の中性粒子ビームによって前記マスクをスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有し、
前記第１の中性粒子ビームは１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーを有し、
前記第２の中性粒子ビームは５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーを有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、
被処理物を保持する保持部と、
前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有する第１の電極と、
前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部と、
前記被処理物と前記第１の電極との間に配置された、有機物からなるメッシュ状の遮蔽板とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、
被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、
前記ガスから生成されたプラズマから負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた第１の中性粒子ビームを生成し、該第１の中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、
前記ガスから生成されたプラズマからイオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該イオンを中性化して、コリメートされた第２の中性粒子ビームを生成し、該第２の中性粒子ビームによって前記遮蔽板をスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有し、
前記第１の中性粒子ビームは１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーを有し、
前記第２の中性粒子ビームは５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーを有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項３】
真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、
被処理物を保持する保持部と、
前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有するグラファイト製の第１の電極と、
前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、
被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、
前記ガスから生成されたプラズマから１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーで負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた中性粒子ビームを生成し、該中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、
前記ガスから生成されたプラズマから５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーでイオンを加速し、該加速されたイオンで前記第１の電極をスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有することを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造等の微細加工に好適なエッチング方法に係り、特にプラズマ中に生成した正イオン又は負イオンを中性化した中性粒子ビームを用いて被処理物を加工するエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路やマイクロマシーンなどの分野において、その加工パターンが著しく微細化され、高精度・高選択比の加工が要求される。また、高アスペクト比の加工が要求される。かかる分野の加工においては、プラズマを用いたエッチング装置が広く採用されている。
【０００３】
このようなプラズマを用いたエッチング装置としては、正イオン、ラジカル粒子等を生成するＲＩＥ装置（リアクティブイオンエッチング装置）が知られている。このような正イオン、ラジカル粒子等を被処理物に照射することで、被処理物をエッチングすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＩＥ装置を用いたエッチング加工における最大の問題は、高精度と高選択比を両立できないこととチャージアップによるエッチング形状異常である。ここで、選択比とは、エッチングにおいて、マスクや下地材料に対する被加工物のエッチング深さの比率をいう。即ち、被加工物がｘ（μｍ）削られるとき、被加工物を保護しているマスクがｙ（μｍ）削られる場合には、選択比ｓは、
ｓ＝ｘ／ｙ
で表される。この選択比が大きい程、マスクの損傷が少ないので、高アスペクト比のエッチングが可能となる。しかし、一般に選択比を高めるために、マスクや下地材料の表面には堆積するが、被加工物はエッチングするようなガスの組合せが選択され、また、ラジカルが被加工物の側壁にも堆積して側壁保護膜も形成される。過剰に側壁保護膜が形成されると加工断面形状がテーパ状になり、寸法精度が劣化してしまう。ガスとしてＣｌ２にＯ２を添加したときのＳｉ／ＳｉＯ２の選択比は、せいぜい１００程度となっており、他の材料に比べると高い組合せであるが、０．１μｍ以下のデバイスでは３００以上の高選択比と高精度化が要望されている。特に、下地ゲート酸化膜に対する高選択比と素子分離段差部での無残渣を同時に達成することが今後の課題とされている。
【０００５】
また、エッチング形状異常は、電子と正イオンの挙動の違いにより生じる。つまり、ノッチングは、微細なラインとスペースパターンのストライプの外面に面したラインの内側に発生する。低エネルギーのイオンでエッチングする際、微細パターン内部では、電子は基板の負のセルフバイアス電位で減速され、レジスト付近に捕捉されるが、イオンは加速されて下地の酸化膜まで達し、正にチャージアップする。一方、外周囲は電子もイオンも等量が入ってくるので中和されている。このため、微細パターンの内部と外部との間に電位差が発生し、イオンの軌道が曲がるためにノッチングが生じる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理物にチャージアップやエッチング形状異常を与えることなく、微細パターンに対して高精度の加工と、マスクや下地膜に対する高選択比の加工とを両立することができるエッチング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、被処理物を保持する保持部と、前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有する第１の電極と、前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、有機物から構成されたマスクにより局所的に覆われた被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、前記ガスから生成されたプラズマから負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた第１の中性粒子ビームを生成し、該第１の中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、前記ガスから生成されたプラズマからイオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該イオンを中性化して、コリメートされた第２の中性粒子ビームを生成し、該第２の中性粒子ビームによって前記マスクをスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記第１の中性粒子ビームは１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーを有し、前記第２の中性粒子ビームは５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーを有することを特徴とするエッチング方法である。
【０００８】
本発明によれば、上記第１の工程において、電荷を持たず１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下の並進運動エネルギーを持つ第１の中性粒子ビームによって被処理層をエッチングするので、被処理層表面から２次電子が放射されず、チャージアップ電圧が低いエッチングが可能となる。また、このコリメートされた第１の中性粒子ビームが被処理層に照射されるため、被処理層の加工側壁に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度のエッチングを実現することができる。具体的には、１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下の低エネルギーの中性粒子ビームでは被処理層はほとんどスパッタされずエッチングは中性粒子ビームと被処理層との間で熱的化学反応が起きて反応生成物が自発的に昇華することで進む。中性粒子が方向性を持たず熱運動していると加工形状は等方的になるが、コリメートされたビームであるため異方性エッチングが実現できる。更に、１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下の低エネルギーの中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理層の加工を行った場合には、微細パターン内部でのイオンと電子のチャージアンバランスによる電界でイオンビームが曲げられて局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく、高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。
【０００９】
また、上記第２の工程において、被処理層の側壁を第１の中性粒子ビームによる侵食から保護する保護膜を、コリメートされた第２の中性粒子ビームにより被処理層の側壁に形成することができるので、側壁の侵食を防止して更に精度の高いエッチングを実現することが可能となる。また、反応性の高いエッチングガスを用いてエッチングをすることができるため、高速なエッチングを実現することができる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【００１１】
本発明の他の一態様は、真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、被処理物を保持する保持部と、前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有する第１の電極と、前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部と、前記被処理物と前記第１の電極との間に配置された、有機物からなるメッシュ状の遮蔽板とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、前記ガスから生成されたプラズマから負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた第１の中性粒子ビームを生成し、該第１の中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、前記ガスから生成されたプラズマからイオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該イオンを中性化して、コリメートされた第２の中性粒子ビームを生成し、該第２の中性粒子ビームによって前記遮蔽板をスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有し、前記第１の中性粒子ビームは１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーを有し、前記第２の中性粒子ビームは５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーを有することを特徴とするエッチング方法である。
【００１５】
本発明の他の好ましい一態様は、上記第２の工程において形成された保護膜を除去する第３の工程を有し、上記第１の工程と上記第３の工程と上記第２の工程とを繰り返して行うことを特徴としている。
【００１６】
本発明の他の一態様は、真空チャンバ内にガスを供給するガス供給源と、被処理物を保持する保持部と、前記真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置され、オリフィスを有するグラファイト製の第１の電極と、前記真空チャンバ内に前記第１の電極に対して上流側に配置された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマからイオンを加速して前記第１の電極に形成された前記オリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたエッチング装置を用いるエッチング方法であって、被処理層を有する被処理物を前記保持部に保持させ、前記ガスから生成されたプラズマから１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のエネルギーで負イオンを加速して前記オリフィスを通過させることで該負イオンを中性化して、コリメートされた中性粒子ビームを生成し、該中性粒子ビームを前記被処理物に照射して前記被処理層の表面をエッチングする第１の工程と、
前記ガスから生成されたプラズマから５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下のエネルギーでイオンを加速し、該加速されたイオンで前記第１の電極をスパッタすることで前記被処理層の側壁に保護膜を形成する第２の工程とを有することを特徴とするエッチング方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るエッチング装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図１乃至図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、エッチング装置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックなどの被処理物Ｘが配置される処理室２とを有する円筒状の真空チャンバ３を備えている。この真空チャンバ３は、ビーム生成室１側が石英ガラス又はセラミックなどにより構成され、処理室２側が金属製のメタルチャンバなどにより構成されている。
【００１９】
ビーム生成室１の外周には誘導結合型のコイル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有するコイルが２ターン程度ビーム生成室１に巻回されている。このコイル１０は高周波電源２０に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に印加される。これらのコイル１０と高周波電源２０とによってプラズマ生成部が構成されている。コイル１０に高周波電流を流すことでプラズマ生成室１に誘導磁界が生じ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマ３０が生成される。
【００２０】
ビーム生成室１の上部には、ガスを導入するガス導入ポート１１が設けられており、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８，ＣＦ３Ｉ，Ｃ２Ｆ４などのガスが真空チャンバ３内に供給される。
【００２１】
処理室２には、被処理物Ｘを保持する保持部２１が配置されており、この保持部２１の上面に被処理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出するためのガス排出ポート２２が設けられており、このガス排出ポート２２はガス排出配管２３を介して真空ポンプ２４に接続されている。この真空ポンプ２４によって処理室２は所定の圧力に維持される。また、処理室２内には、エッチング状態を計測してエッチング終点を検出する終点検出部４０が配置されている。この終点検出部４０としては、例えば四重極質量分析器を用いることができ、この他にもレーザ干渉、エリプソメトリなどを利用することもできる。
【００２２】
ビーム生成室１の下端には、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）４が配置されており、このオリフィス電極４は直流電源２５に接続されている。図２（ａ）は、オリフィス電極４の斜視図、図２（ｂ）は部分縦断面図である。図２（ａ）に示すように、オリフィス電極４には多数のオリフィス４ａが形成されている。典型的なオリフィス電極４は、オリフィス径１ｍｍ、オリフィス長１０ｍｍ、ピッチ１．４ｍｍ間隔で多数のオリフィス４ａを配列している。このように、オリフィス電極４によってビーム生成室１と処理室２とを仕切ることができるので、真空ポンプ２４によって処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低くすることが可能となる。
【００２３】
また、ビーム生成室１の上端には、同様に導電体で形成された電極５が配置されている。この電極５は直流電源２６に接続されている。なお、電極５は穴のない金属やシリコン、グラファイトでできた板であってもよく、あるいは板に穴を多数設けて、ガスが均一にビーム生成室１に導入されるようにしてもよい。上述した直流電源２５と直流電源２６とによって、オリフィス電極４と電極５との間に電圧を印加する電圧印加部が構成されている。
【００２４】
次に、本実施形態におけるエッチング装置の動作について説明する。本実施形態では、一例として半導体基板のシリコン酸化膜上に形成されたＰｏｌｙシリコンをエッチング（ゲートエッチング）する場合を例に説明する。
【００２５】
まず、真空ポンプ２４を作動させることにより、真空チャンバ３内を真空排気した後に、ガス供給源１３から例えばＳＦ６などのガスをビーム生成室１の内部に導入する。この時、例えばビーム生成室１の圧力は０．１Ｐａで処理室２の圧力は１Ｐａである。そして、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電源２０によって５０μ秒間コイル１０に印加する。この高周波電圧の印加によってビーム生成室１内には高周波電界が形成される。真空チャンバ３内に導入されたガスは、この高周波電界によって加速された電子により電離され、ビーム生成室１内に高密度プラズマ３０が生成される。このときに形成されるプラズマ３０は、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００２６】
そして、高周波電源２０による高周波電圧の印加を５０μ秒間停止する。すると電子は非弾性衝突を経て電子温度が低下し、残留している処理ガスに付着して負イオンを生成する。高周波電源２０による高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源２０による５０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述したサイクルが繰り返される。即ち、高周波電圧の印加（５０μ秒間）と印加の停止（５０μ秒間）を交互に繰り返す。この高周波電圧の印加停止時間（５０μ秒間）は、プラズマ３０中の電子が、残留している処理ガスに付着して、負イオンが生成されるのに要する時間よりも十分に長く、且つプラズマ３０中の電子密度が低下してプラズマが消滅するよりも十分に短い時間であり、高周波電圧の印加時間（５０μ秒間）は、この高周波電圧の印加を停止している間に低下したプラズマ３０中の電子のエネルギーを回復させるのに十分な時間である。
【００２７】
即ち、通常のプラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イオンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的に形成することができる。なお、ここでは、高周波電圧の印加停止時間を５０μ秒に設定する例について述べたが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定することで、プラズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に生成することができる。
【００２８】
ここで、直流電源２５により−５０Ｖの電圧をオリフィス板４に印加すると共に、直流電源２６により−１００Ｖの電圧を電極５に印加する。これによって、オリフィス電極４と電極５との間に電位差が生じる。従って、ビーム生成室１内の負イオン６（図２（ｂ）参照）は、この電位差によってオリフィス電極４に向けて加速され、オリフィス電極４に形成されたオリフィス４ａに入っていく。このとき、オリフィス電極４のオリフィス４ａの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィス４ａの周壁の固体表面近傍において中性化され、あるいは、オリフィス４ａの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子（フッ素原子）ビーム７となる。
【００２９】
ここで、上述したオリフィス電極を用いることによって、イオンを中性化することができるだけではなく、中性粒子ビームをコリメートすることができ、更にビーム生成室１と処理室２とを仕切ることが可能となる。中性粒子ビームをコリメートすることで、高精度の加工を実現することができる。また、ビーム生成室１と処理室２とを仕切ることで、処理室２の圧力をビーム生成室１の圧力よりも低圧にして高精度の加工を実現することができる。また、プラズマから発生する放射光が被処理物に照射されるのを防止することもできる。即ち、プラズマが生成されるビーム生成室１と被処理物Ｘとはオリフィス電極４によって遮断されているので、プラズマから発生する放射光は被処理物Ｘに照射されず、被処理物Ｘに損傷を与えるような紫外線などの被処理物Ｘへの影響を低減することができる。
【００３０】
上述のように、オリフィス４ａの通過中に中性化された負イオンは、低エネルギーのエネルギービーム（フッ素原子）として処理室２の内部に放射される。このフッ素原子７は、処理室２の内部を直進して保持部２１に載置された被処理物（半導体基板）Ｘに照射される。照射されたフッ素原子は、被処理物Ｘの被処理層（Ｐｏｌｙシリコン層）６０において、
Ｓｉ＋４Ｆ→ＳｉＦ４↑
という熱的化学反応により、図３（ａ）に示すように、ＳｉＦ４として自発的に昇華する。このようにしてマスク５０で覆われていないＰｏｌｙシリコン層６０のエッチングが進行する。ここで、マスク５０は有機物から構成されたレジストであるが、ビームのエネルギーが低いため、スパッタされることはない。
【００３１】
このエッチングプロセスにおいては、終点検出部４０によってエッチングの終点の検出を行っている。終点検出部４０により終点（シリコン酸化膜７０が露出する直前又は直後）が検出された場合には、直流電源２５によりオリフィス板４に印加される電圧を−５０Ｖから、例えば＋１００Ｖに変える。これによって、処理室２の内部に放射されるビームのエネルギーが高まるので、図３（ｂ）に示すように、有機物で構成されたマスク５０がスパッタされ、Ｐｏｌｙシリコン層６０の側壁がＣＨｘＦｙ系の有機膜８０で覆われる。この有機膜８０は、Ｐｏｌｙシリコン層６０の側壁をフッ素による侵食から保護する保護膜として機能する。なお、このときのビームのエネルギーは５０ｅＶ以上２００ｅＶ以下とすることが好ましい。
【００３２】
一定の厚さの有機膜８０をＰｏｌｙシリコン層６０の側壁に堆積させた後、オリフィス板４に印加される電圧を−５０Ｖに戻す。これにより、処理室２の内部には再び反応性の高い低エネルギービームが放射されるが、Ｐｏｌｙシリコン層６０の側壁には保護膜８０が堆積しているため、側壁が侵食されることなく、精度の高いエッチングを実現することが可能となる。また、本実施形態では、ＣｌやＢｒよりも反応性の高いＦラジカルを用いることができるため、高速なエッチングを実現することができる。
【００３３】
ここで、図４（ａ）に示すように、下地シリコン酸化膜１００上に形成されたＰｏｌｙシリコン層１１０をコリメートされた１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下のフッ素の中性粒子ビームを用いてエッチング（ゲートエッチング）する場合には、上述したように、
Ｓｉ＋４Ｆ→ＳｉＦ４↑
という反応により垂直にエッチングが進行する。エッチングが進行してシリコン酸化膜１００が露出しても、シリコン酸化膜１００はフッ素と反応しないため、シリコン酸化膜１００はエッチングされず、Ｓｉ／ＳｉＯ２の選択比が高いエッチングが実現できる。しかし、図４（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１００上で反射したフッ素が側壁のＰｏｌｙシリコン層１１０を侵食してしまい、形状異常が生じてしまう。本実施形態によれば、図３（ｂ）に示すように、マスク５０をスパッタしてＰｏｌｙシリコン層６０の側壁にフッ素による侵食から保護する保護膜８０を形成することができるので、このような形状異常を防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、マスク５０をスパッタしてＰｏｌｙシリコン層６０の側壁に保護膜８０を形成した例を説明したが、グラファイト製のオリフィス電極４をスパッタしてＣＦｘビームを生成して、上記保護膜を形成することができる。あるいは、有機物からなるメッシュ状の遮蔽板をオリフィス電極４と被処理物Ｘの間に挿入して、これをスパッタすることにより保護膜を形成してもよい。
【００３５】
図５は、参考例としてのエッチング装置の全体構成を示す図である。図５に示すように、本参考例においては、ガス導入ポート１１は、２つに分岐したガス供給配管１２ａ，１２ｂを介してガス供給源１３ａ，１３ｂに接続されている。例えば、ガス供給源１３ａからはＳＦ６、ガス供給源１３ｂからはＣ４Ｆ８，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ４などのフルオロカーボンガスが真空チャンバ３内に供給される。
【００３６】
本参考例におけるエッチングプロセスでは、まず、ガス供給配管１２ｂのバルブ１５ｂを閉じ、ガス供給配管１２ａのバルブ１５ａを開け、ＳＦ６などのエッチングガスをビーム生成室１の内部に導入する。そして、第１の実施形態と同様にして、ビーム生成室１の内部に生成されたプラズマ３０から中性粒子（フッ素原子）ビームが処理室２の内部に放射される。この低エネルギーの中性粒子ビームによって、マスクで覆われていないＰｏｌｙシリコン層がエッチングされる。
【００３７】
そして、終点検出部４０により終点が検出された場合には、ガス供給配管１２ａのバルブ１５ａを閉じ、ガス供給配管１２ｂのバルブ１５ｂを開け、Ｃ４Ｆ８，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ４などのガスをビーム生成室１の内部に導入する。これによって、ビーム生成室１の内部に生成されたプラズマ３０から正イオン（ＣＦｘ＋、例えばＣＦ２＋，ＣＦ＋，ＣＦ３＋など）が生成され、これが加速、中性化されて中性粒子ビームとして処理室２の内部に放射される。この中性粒子ビームによってＰｏｌｙシリコン層の側壁がＣＦ系の重合膜で覆われる。この重合膜は、第１の実施形態における有機膜８０と同様に、Ｐｏｌｙシリコン層の側壁をフッ素による侵食から保護する保護膜として機能する。
【００３８】
一定の厚さの保護膜をＰｏｌｙシリコン層の側壁に堆積させた後、再びガス供給配管１２ｂのバルブ１５ｂを閉じ、ガス供給配管１２ａのバルブ１５ａを開け、エッチングガスをビーム生成室１の内部に導入する。これにより、処理室２の内部には再び中性粒子（フッ素原子）ビームが放射されるが、Ｐｏｌｙシリコン層の側壁にはＣＦ系の側壁保護膜が堆積しているため、側壁が侵食されることなく、精度の高いエッチングを実現することが可能となる。
【００３９】
上述した第１の実施形態及び参考例において、被処理層をエッチングする工程と側壁保護膜を形成する工程とを繰り返して行ってもよい。この場合には、すべての側壁保護膜がエッチング工程によって除去されるとは限らず、工程を繰り返すうちに、残った側壁保護膜によってエッチング形状がテーパ状になる場合がある。このような場合には、被処理層をエッチングする工程と側壁保護膜を形成する工程との間に、側壁保護膜を除去する工程を行うこととしてもよい。例えば、マスクにＴＥＯＳ膜を用いてＯ２を処理室２内に導入して酸素ラジカルによって側壁保護膜を灰化することで、マスクや被処理層をエッチングすることはなく側壁保護膜を除去することができる。
【００４０】
なお、一部の荷電粒子もオリフィス電極４のオリフィス４ａを通過する場合があるが、このような荷電粒子が被処理物Ｘに照射されることを防止するために、オリフィス電極４の下流側にディフレクタや電子トラップを設けることとしてもよい。ディフレクタは、ビーム進行方向と垂直に電圧を印加することによって荷電粒子の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。また、電子トラップは、ビーム進行方向と垂直に１００ガウス程度の磁界を形成することによって電子の進行方向を変化させて、電子の被処理物Ｘへの照射を防止するものである。
【００４１】
ガラスやセラミック材料等の絶縁物の加工に際しては、表面にチャージアップという問題が生じるが、上述したように中性化された中性粒子を照射することによりチャージアップ電圧を低く保ちながら、高精度のエッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドライエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲンガスなどを使い分けることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態においては、ＩＣＰ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明したが、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマを生成することとしてもよい。また、高周波の周波数領域も、１３．５６ＭＨｚに限られるものではなく、１ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いてもよい。オリフィス電極４や電極５に印加する電圧も上述のものに限られるものではない。
【００４３】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、上記第１の工程において、電荷を持たず大きな並進運動エネルギーを持つコリメートされた第１の中性粒子ビームによって被処理層を加工することが可能となるので、チャージアップ電圧を低く保ちつつ高精度のエッチングが可能となる。また、このコリメートされた第１の中性粒子ビームが被処理層に照射されるため、被処理層の表面に側壁保護膜が形成されない場合であっても、高精度の加工を実現することができる。更に、１０ｅＶ以上５０ｅＶ以下の低エネルギーの中性粒子ビームでは、レジストはほとんどスパッタされないため、高選択比の加工を実現することができる。ここで、ＲＩＥにおいて低エネルギーのイオンビームを照射して被処理層の加工を行った場合には、局所的なエッチング形状の異常であるノッチングが生じることがあるが、中性粒子ビームを用いるため、ノッチングの問題が生じることなく、高アスペクト比の加工を行うことが可能となる。
【００４５】
また、上記第２の工程において、被処理層の側壁を第１の中性粒子ビームによる侵食から保護する保護膜を、コリメートされた第２の中性粒子ビームにより被処理層の側壁に形成することができるので、側壁の侵食を防止して精度の高いエッチングを実現することが可能となる。これは特に中性粒子ビームではエッチングされない下地層が露出した場合に有効である。また、反応性の高いエッチングガスを用いてエッチングをすることができるため、高速なエッチングを実現することができる。このように、本発明によれば、微細パターンに対して高精度の加工と高選択比の加工とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるエッチング装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すオリフィス電極を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるエッチング工程を示す模式図である。
【図４】従来のエッチング工程を示す模式図である。
【図５】  参考例としてのエッチング装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｘ    被処理物
１    ビーム生成室
２    処理室
３    真空チャンバ
４    オリフィス板（オリフィス電極）
５    電極
１０    コイル
１１    ガス導入ポート
１２    ガス供給配管
１３    ガス供給源
２０    高周波電源
２１    保持部
２２    ガス排出ポート
２３    ガス排出配管
２４    真空ポンプ
２５，２６    直流電源
３０    プラズマ
４０    終点検出部
５０    マスク
６０    Ｐｏｌｙシリコン層
７０    シリコン酸化膜
８０    保護膜
【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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