(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室（１）内にエッチングガスを供給しつつ上記反応室内を排気し、上記反応室内を所定の圧力に制御しながら、上記反応室内の基板電極（６）に載置されたＩｎＰ系化合物半導体の基板（７）に対向して設けられた平面状渦形放電コイル（５）に１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を印加することにより、上記反応室内にプラズマを発生させ、上記放電コイルに印加する上記高周波電力により上記プラズマの密度を制御するとともに、この制御とは独立して、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加することで上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板に到達するイオンエネルギーを制御しながら、上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板をエッチングするとともに、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＣｌ２を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＢＣｌ３を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＨＢｒを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとＨＣｌを含むガスとの混合ガスの５種類の混合ガスのうちから選択されたガスを用い、上記エッチングの工程中、上記混合ガスの種類を変えることにより、上記エッチングにより上記基板に形成されるビアホール又は凹部に上記基板の表面に対して直交する面と傾斜する面とを形成するようにしたドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体の製造プロセスに関し、ＩｎＰまたはそのエピタキシャル成長薄膜を制御性良く異方的に加工するドライエッチング方法に関するものであって、特に、誘導結合方式のプラズマ源（ＩＣＰ）やＶＨＦやＵＨＦ等の高周波帯のプラズマにより生成されたイオンを用いたドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体のエッチング加工技術は、半導体レーザ、光変調器等、様々な化合物半導体素子の製造に用いられている。化合物半導体のエッチングは永らく湿式エッチングが用いられてきたが、近年、ウェハ面内での加工寸法均一性向上への要求が高まり、ドライエッチング技術の研究が進められている。
【０００３】
また、この様な化合物半導体装置に対する微細化やプロセスのドライ化の要請から特に、微細化による高性能化が行われているＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造工程において、微細加工性や材料の種類に対する選択性に優れたエッチング技術や高速プロセスあるいはエッチング形状の制御性が特に重要になっている。
【０００４】
従来からの技術として化合物半導体のドライエッチング方式としては、塩素系ガスとアルゴンなどの不活性ガスの混合ガスやメタンあるいはハロゲン化メタンと水素の混合ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）が用いられてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加工形状の異方性を制御するためには、相当の電力を供給する必要があり、それによる基板または薄膜の表面にプラズマダメージが入ったり、表面の平坦性（鏡面性）を確保することが困難であった。
【０００６】
一方、ＩｎＰを使ったＨＥＭＴデバイスにとって高速動作（電子移動度）に極めて重要なビアホール加工には、例えば、少なくとも、２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深堀加工が必要である。つまり、レジストマスクに対して高選択プロセスが必要であり、かつ高速エッチングが不可欠であるが、上記メタンあるいはハロゲン化メタンと水素の混合ガスでのＲＩＥプラズマでは、所望の時間で処理することが困難である。また、塩素系ガスによるＩｎＰ材料のエッチングでは、従来良好な加工形状を得ることは困難である。これは、Ｉｎの塩化物の蒸気圧が低いためである。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、ＩｎＰ系化合物半導体の基板に対して深堀加工を迅速に行うことができるドライエッチング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００９】
本発明の第１態様によれば、反応室内にエッチングガスを供給しつつ上記反応室内を排気し、上記反応室内を所定の圧力に制御しながら、上記反応室内の基板電極に載置されたＩｎＰ系化合物半導体の基板に対向して設けられた平面状渦形放電コイルに１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を印加することにより、上記反応室内にプラズマを発生させ、上記放電コイルに印加する上記高周波電力により上記プラズマの密度を制御するとともに、この制御とは独立して、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加することで上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板に到達するイオンエネルギーを制御しながら、上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板をエッチングするとともに、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＣｌ２を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＢＣｌ３を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＨＢｒを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとＨＣｌを含むガスとの混合ガスの５種類の混合ガスのうちから選択されたガスを用い、上記エッチングの工程中、上記混合ガスの種類を変えることにより、上記エッチングにより上記基板に形成されるビアホール又は凹部に上記基板の表面に対して直交する面と傾斜する面とを形成するようにしたドライエッチング方法を提供する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
本発明の第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置としては、図１に示すものを使用する。図１において、反応室の一例としての真空室１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ排気装置の一例としてのポンプ３により排気を行い、真空室１内を所定の圧力に保ちながら、放電コイル用高周波電源４により所定の高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚ）を、石英などの誘電板１２上のマルチスパイラルコイル（平面状渦形放電コイル）５に供給すると、真空室１内にプラズマが発生し、基板電極６上に載置されたＩｎＰ系化合物半導体の基板（ウェハ）７に対してドライエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。この第１実施形態ではエッチング処理用としてプラズマ処理を行う。このとき、基板電極６にも基板電極用高周波電源８により高周波電力を供給することで、基板７に到達するイオンエネルギーを制御することができる。このように、高密度プラズマを発生させるとともに基板７にバイアス電位を与えて、プラズマ密度の制御とバイアス電位の制御を独立に行うものである。図１には、上記平面状渦形放電コイル５としては多重の渦形コイルを用いた例を示している。放電コイル５は、４つの渦形の放電コイルを中心部で１つに結合して周方向に等間隔に配列したものであり、中心部が高周波電源４に接続され、外周端がそれぞれ接地されている。
【００３２】
ガス供給装置２から真空室１内に導入されるガス、言い換えれば、エッチングガスとしては、沃化水素ガスに加えて、不活性ガスとＣｌ２を含むガスとＢＣｌ３を含むガスとＨＢｒを含むガスとＨＣｌを含むガスとの５種類のガスのうちから選択されたガス、すなわち、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＣｌ２を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＢＣｌ３を含むガスとの混合ガス、沃化水素ガスとＨＢｒを含むガスとの混合ガス、又は、沃化水素ガスとＨＣｌを含むガスとの混合ガスを用いることができる。これらのガスは、その種類を適宜選択することにより、エッチングにより形成すべき加工形状、例えば、基板７の樹脂レジストマスク３０が無い部分に、ビアホール又は凹部７ａ形成時の傾斜面７ｂの傾斜角度（基板７の傾斜面７ｂと基板表面に平行な面とのなす角度θ）を所望の角度に形成することができる。さらに、エッチング処理の工程中、ガスの種類を変えることにより、エッチングにより基板７の樹脂レジストマスク３０が無い部分に形成されるビアホール又は凹部７ａの傾斜角度θを変更することができる。例えば、最初は、基板７の表面に対して直交する方向に深堀を行い、底部近傍で異なるガスを導入して直交方向に対して緩やかに傾斜した傾斜面を底部角部に形成することが可能となる。また、エッチング処理の工程中、ガスの種類を適宜選択することにより、基板７の表面の樹脂レジストマスク３０が無い部分に対して基板７の表面と直交する面と様々な傾斜角度の傾斜面とを任意に組み合わせることにより、所望の加工形状を形成することも可能である。
【００３３】
上記高密度プラズマ源である、放電コイル用高周波電源４により印加される高周波電力としては、１３．５６ＭＨｚ以上の周波数、具体的には、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又は、３００ＭＨｚから３ＧＨｚのＵＨＦ帯の周波数を印加させることができる。この第１実施形態にかかるドライエッチング方法及び装置としては、実用上、１３．５６ＭＨｚが最も好ましい。
【００３４】
一方、上記基板電極用高周波電源８により基板電極６には１３．５６ＭＨｚ以下のバイアス電圧を印加することができる。具体的には、上記基板電極６に印加するバイアスの周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２ＭＨｚ、８００ｋＨｚ、５００ｋＨｚを使用することができる。このうち、この第１実施形態にかかるドライエッチング方法及び装置としては、実用上、５００ｋＨｚが最もエッチングレートを上げることができて好ましい。
【００３５】
上記反応室１内の真空度は０．１Ｐａ〜０．５Ｐａ以下の高真空領域で、上記基板７をドライエッチングする。具体的には、１００ＭＨｚ〜５００ｋＨｚ上記反応室１内の真空度が０．３Ｐａの圧力領域が好ましい。
【００３６】
上記エッチング処理は、基本的に、常温で可能である。しかしながら、上記基板７の表面温度が例えば２００℃〜２５０℃になるように基板電極６を加熱することにより、常温で行うよりも、早くプラズマ処理を行うことができる。
【００３７】
具体的な例としては、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数はＶＨＦ１００ＭＨｚであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は５００ｋＨｚであり、エッチングガスは塩素を含むガスと不活性ガスとの混合ガスを使用する場合は、例えば、エッチング加工により、４０μｍの厚さの樹脂レジストマスクレジストマスク３０の無い部に、ビアホール又は凹部７ａに傾斜角度７０度の傾斜面７ｂを形成することが可能となる。また、別の例としては、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、エッチングガスは沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用する場合は、例えば、エッチング加工により、樹脂レジストマスク３０の無い部に、ビアホール又は凹部７ａに傾斜角度５０〜９０度の傾斜面７ｂを形成することが可能となる。これらいずれの場合も、１００μｍ以上の深堀加工を少なくとも１０００ｎｍ／分以上のエッチング速度で行うことができる。
【００３８】
これに対して、従来では、せいぜい５０μｍまでしか深堀加工することができず、かつ、２００℃程度まで加熱しても１μｍ／分未満（例えば０．０５〜０．７μｍ／分程度）のエッチング速度しか得られず、５０μｍの深堀加工を行うときには１時間半を要していた。
【００３９】
上記エッチング方法により製造されるＩｎＰ系化合物半導体の基板は、オプトデバイス、レーザ用デバイス、電子デバイスなどに適用可能で、より具体的な適用例としては高速無線通信用デバイスがある。
【００４０】
上記第１実施形態によれば、平面状渦形放電コイル５に１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を印加するとともに、上記基板電極６にも電極用高周波電源８により高周波電圧を印加し、両者を独立的にそれぞれ制御しながら、エッチングガスを適宜選択することにより、従来のＲＩＥプラズマ処理では、実用上、不可能であった、２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深堀加工がＩｎＰ系化合物半導体の基板７に対して迅速に行うことができる。すなわち、従来のＲＩＥプラズマ処理では、上側電極はアースされており、基板に対して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加しており、ＣＨ４とＨ２との混合ガスで２５０℃の高温下で行うことにより、エッチング速度を１０ｎｍ／分程度まで高めていたが、１０ｎｍ／分では深堀加工を行うときには遅すぎて、２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深堀加工は実用上不可能であった。これに対して、上記第１実施形態では、エッチング速度を従来の数十倍又は数百倍（例えば１０００ｎｍ／分）に高めることができる。
【００４１】
なお、上記上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置の各装置２，３，４，８などの動作制御は制御装置１０００により自動的に行うように構成されている。従って、後述する種々の条件下で傾斜角度θなどの制御を行うとき、制御装置１０００のメモリ１００１に、図３から図６に記載された関係情報を予め記憶させておけば、作業者はその関係情報を基に例えば所望の傾斜角度又はエッチングレートでドライエッチングを行わせることができる。
【００４２】
また、処理速度を速めるべく２５０℃程度の高温にするため、基板表面に配置に配置する樹脂製のレジストマスクでは耐熱温度が１２０〜１３０℃程度しかもたず、別途、ＣＶＤ工程で２０μｍのＳｉＯ２をマスクとしてＩｎＰ系化合物半導体の基板の表面に形成する必要がある。よって、従来ではＣＶＤ工程が余分に必要となる。これに対して、上記第１実施形態では、常温などの樹脂レジスト使用可能な温度範囲でも可能となるため、樹脂製のレジストマスク３０を十分に使用することができ、ＣＶＤ工程によりＳｉＯ２マスクを形成することが不要となり、ＣＶＤ工程を余分に行う必要がない。
【００４３】
また、上記方法によれば、基板７の表面を鏡面に仕上げることができ、ダメージレスを実現することができる。
【００４４】
また、上記方法によれば、エッチング処理中に、エッチングガスを種類の異るガスに切り換えることにより、基板７に形成されるビアホール又は凹部７ａの傾斜角度θを変更することができ、加工形状を所望の形状に制御することができる。
【００４５】
以下に、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例について説明する。
【００４６】
一例として、上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、エッチングガスは沃化水素（ＨＣｌ）に加えて、不活性ガスとＣｌ２を含むガスとＢＣｌ３を含むガスとＨＢｒを含むガスとＨＣｌを含むガスとの５種類のガスのうちから選択されたガスを使用することにより、１４０℃以下で、上記基板の樹脂レジストマスクが無い部分に１００μｍ以上の深堀加工を行うとともに、エッチング加工により、樹脂レジストマスクが無い部分にビアホール又は凹部に傾斜角度９０〜７０度の傾斜面を形成する。このときのエッチングレートは２μｍ／分以下である。沃化水素（ＨＣｌ）を使用するのは、ＩｎＰに対する加工性（言い換えれば、エッチングレート、形状制御、加工面の状態の観点からの加工性）が非常に良くなるためである。１４０℃以下の低温（例えば１００℃〜１５０℃）でも加工可能になるため、高価な金属製マスクを使用することなく、耐熱温度１４０℃〜１５０℃の樹脂レジストマスクを使用することが可能となり、マスクが安価なものとなり、大量生産を行いやすくなる。
【００４７】
例えば、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置において、図３（Ｄ）に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が７００〜９００Ｗ、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が１００〜１５０Ｗ、混合ガス流量ＨＩ／Ｈｅ＝３０／１２０ＳＣＣＭのとき、上記反応室１内の真空度は１Ｐａ（図３（Ｄ）のＡ点：図３の（Ａ）参照）〜３Ｐａ（図３（Ｄ）のＢ点：図３の（Ｂ）参照）〜４Ｐａ（図３（Ｄ）のＣ点：図３の（Ｃ）参照）と変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θも９０°（図３（Ｄ）のＡ点：図３の（Ａ）参照）〜７０°（図３（Ｄ）のＢ点：図３の（Ｂ）参照）〜６０°（図３（Ｄ）のＣ点：図３の（Ｃ）参照）と変化する。
【００４８】
従って、上記反応室１内の真空度を１Ｐａ〜４Ｐａの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを９０°〜６０°の範囲で制御することができる。
【００４９】
また、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置において、図４（Ｄ）に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が７００〜９００Ｗ、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が１００〜１５０Ｗ、上記反応室１内の真空度は２Ｐａのとき、上記混合ガスの（ＨＩ流量／総流量）（％）（ただし、総流量＝ＨＩ流量＋Ｈｅ流量）は１０％（図４（Ｄ）のＤ点：図４の（Ａ）参照）〜２０％（図４（Ｄ）のＥ点：図４の（Ｂ）参照）〜３０％（図４（Ｄ）のＦ点：図４の（Ｃ）参照）と変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは９０°（図４（Ｄ）のＤ点：図４の（Ａ）参照）〜８０°（図４（Ｄ）のＥ点：図４の（Ｂ）参照）〜４５°（図４（Ｄ）のＦ点：図４の（Ｃ）参照）と変化する。また、同条件下で、上記混合ガスの（ＨＩ流量／総流量）（％）（ただし、総流量＝ＨＩ流量＋Ｈｅ流量）は１０％（図４（Ｄ）のＤ点：図４の（Ａ）参照）〜２０％（図４（Ｄ）のＥ点：図４の（Ｂ）参照）〜３０％（図４（Ｄ）のＦ点：図４の（Ｃ）参照）と変化するにつれて、エッチングレートも３００ｎｍ／ｍｉｎ（図４（Ｄ）のＤ点：図４の（Ａ）参照）〜６００ｎｍ／ｍｉｎ（図４（Ｄ）のＥ点：図４の（Ｂ）参照）〜１２５０ｎｍ／ｍｉｎ（図４（Ｄ）のＦ点：図４の（Ｃ）参照）と変化する。
【００５０】
従って、上記混合ガスの（ＨＩ流量／総流量）を１０％〜３０％の範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを９０°〜４５°の範囲で制御することができる。また、上記混合ガスの（ＨＩ流量／総流量）を１０％〜３０％の範囲で調整することにより、エッチングレートを３００ｎｍ／ｍｉｎ〜１２５０ｎｍ／ｍｉｎの範囲で制御することができる。
【００５１】
さらに、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置において、図５（Ｄ）に示すように、上記放電コイルに印加する高周波電力が７００〜９００Ｗ、混合ガス流量ＨＩ／Ｈｅ＝３０／１２０ＳＣＣＭ、上記反応室１内の真空度は２Ｐａのとき、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が２００Ｗ（図５（Ｄ）のＨ点：図５の（Ａ）参照）〜１５０Ｗ（図５（Ｄ）のＩ点：図５の（Ｂ）参照）〜１００Ｗ（図５（Ｄ）のＪ点：図５の（Ｃ）参照）と変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは９０°（図５（Ｄ）のＨ点：図５の（Ａ）参照）〜６５°（図５（Ｄ）のＩ点：図５の（Ｂ）参照）〜４５°（図５（Ｄ）のＪ点：図５の（Ｃ）参照）と変化する。また、同条件下で、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が２００Ｗ（図５（Ｄ）のＨ点：図５の（Ａ）参照）〜１５０Ｗ（図５（Ｄ）のＩ点：図５の（Ｂ）参照）〜１００Ｗ（図５（Ｄ）のＪ点：図５の（Ｃ）参照）と変化するにつれて、エッチングレートも３０００ｎｍ／ｍｉｎ（図５（Ｄ）のＨ点：図５の（Ａ）参照）〜１６００ｎｍ／ｍｉｎ（図５（Ｄ）のＩ点：図５の（Ｂ）参照）〜８００ｎｍ／ｍｉｎ（図５（Ｄ）のＪ点：図５の（Ｃ）参照）と変化する。
【００５２】
従って、上記基板に印加するバイアスの高周波電力を２００Ｗ〜１００Ｗの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを９０°〜４５°の範囲で制御することができる。また、上記基板に印加するバイアスの高周波電力を２００Ｗ〜１００Ｗの範囲で調整することにより、エッチングレートを３０００ｎｍ／ｍｉｎ〜８００ｎｍ／ｍｉｎの範囲で制御することができる。
【００５３】
さらに、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置において、図６に示すように、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が１００〜１５０Ｗ、混合ガス流量ＨＩ／Ｈｅ＝３０／１２０ＳＣＣＭ、上記反応室１内の真空度は２Ｐａのとき、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数が１３．６ＭＨｚ〜２７．１ＭＨｚ〜４０．７ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚと変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは５０°〜５０°〜６８°〜８０°〜９０°と変化する。また、同条件下で、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数が１３．６ＭＨｚ〜２７．１ＭＨｚ〜４０．７ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚと変化するにつれて、エッチングレートも０．５μｍ／ｍｉｎ〜１．３μｍ／ｍｉｎ〜２．２μｍ／ｍｉｎ〜４μｍ／ｍｉｎ〜５μｍ／ｍｉｎと変化する。
【００５４】
従って、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を１３．６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを５０°〜９０°の範囲で制御することができる。また、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を１３．６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲で調整することにより、エッチングレートを０．５μｍ／ｍｉｎ〜５μｍ／ｍｉｎの範囲で制御することができる。
【００５５】
図７（Ａ），（Ｂ）には、実例として、８０μｍの厚さの樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を１４０μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのエッチングレートは１．４μｍ／ｍｉｎ、混合ガスはＨＩ／Ｈｅ、基板表面温度は１００℃、選択比は５である。
【００５６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００５７】
本発明の第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置として、例えば、上記エッチングの条件により（例えば上記放電コイルに印加する上記高周波電力の周波数が１００ＭＨｚである場合）、上記放電コイルに代えてアンテナを使用することもできる。図２は、板状アンテナ式プラズマ処理装置の断面図である。図２において、反応室の一例としての真空室１内にガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ排気装置の一例としてのポンプ３により排気を行い、真空室１内を所定の圧力に保ちながら、アンテナ用高周波電源４により所定（例えば周波数１００ＭＨｚ）の高周波電力を、アンテナ１５と真空室１との間に挟まれ、かつ、アンテナ１５と外形寸法がほぼ等しい誘電板１６に設けられた貫通穴１７を介してアンテナ１５に供給すると、真空室１内にプラズマが発生し、基板電極６上に載置されたＩｎＰ系化合物半導体の基板７に対してドライエッチング、堆積、又は、表面改質等のプラズマ処理を行うことができる。この第２実施形態ではエッチング処理用としてプラズマ処理を行う。このとき、基板電極６にも基板電極用高周波電源８により高周波電力を供給することで、基板７に到達するイオンエネルギーを制御することができる。また、アンテナ１５の表面は、絶縁カバー１１により覆われている。また、誘電板１６と誘電板１６の周辺部に設けられた誘電体リング１２との間の溝状の空間と、アンテナ１５とアンテナ１５の周辺部に設けられた導体リング１３との間の溝状の空間からなるプラズマトラップ１４が設けられている。このような構成により、アンテナ５から放射された電磁波がプラズマトラップ１４で強められ、また、低電子温度プラズマではホローカソード放電が起きやすい傾向があるため、固体表面で囲まれたプラズマトラップ１４で高密度のプラズマ(ホローカソード放電)が生成しやすくなる。したがって、真空室１内では、プラズマ密度がプラズマトラップ１４で最も高くなり、拡散によって基板７の近傍までプラズマが輸送されることで、より均一なプラズマが得られる。上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法としては、実用上、１００ＭＨｚが最も好ましい。
【００５８】
なお、上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置の各装置２，３，４，８などの動作制御は制御装置１０００により自動的に行うように構成されている。従って、後述する種々の条件下で傾斜角度などの制御を行うとき、制御装置１０００のメモリ１００１に、図８に記載された関係情報を予め記憶させておけば、作業者はその関係情報を基に例えば所望の傾斜角度又はエッチングレートでドライエッチングを行わせることができる。
【００５９】
以下に、上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例について説明する。
【００６０】
一例として、上記アンテナに印加する上記高周波電力の周波数は２７．１２〜１００ＭＨｚであり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は５００ｋＨｚであり、エッチングガスはＣｌ２を含むガスに加えて、不活性ガスとＢＣｌ３を含むガスとＨＢｒを含むガスとＨＣｌを含むガスとの４種類のガスのうちから選択されたガスを使用することにより、１５０〜２００℃で、上記基板の樹脂レジストマスクが無い部分に１００μｍ以上の深堀加工を行うとともに、エッチング加工により、樹脂レジストマスクが無い部分にビアホール又は凹部に傾斜角度９０〜７０度の傾斜面を形成する。このときのエッチングレートは５μｍ／分以下であり、選択比（ＩｎＰのエッチング／マスクのエッチング）は１０以上であり、高速エッチングレートでかつ高い選択比を得ることができる。高周波電力の周波数として１００ＭＨｚを使用すると、上記選択比が良くなり（例えば、従来は３又は４程度までしか高めることができなかったものが、１０を超えてまで高めることができる。）、エッチングレートを高める（例えば、高くても１μｍ／分未満であったのが、５μｍ／分まで高めることができる。）ことができる。別の例では、上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法では、上記反応室内の真空度が０．５Ｐａ以下、好ましくは０．３Ｐａであり、上記アンテナに印加する上記高周波電力の周波数は１００ＭＨｚ（９００Ｗ以下）であり、上記基板に印加するバイアスの高周波電力の周波数は５００ｋＨｚ（４００Ｗ以下）であり、エッチングガスはＣｌ２を含むガスに加えて、不活性ガスとＢＣｌ３を含むガスとＨＢｒを含むガスとＨＣｌを含むガスとの４種類のガスのうちから選択されたガスを使用し、上記基板の表面温度が、例えば、１５０℃以下、好ましくは８０℃以下（選択比は約２以上）であり、選択比は約５以上、好ましくは１０以上である。
【００６１】
また、上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法の実例において、図８に示すように、上記アンテナに印加する高周波電力が５００〜９００Ｗ、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が３００〜４００Ｗ、混合ガス流量Ｃｌ２／Ａｒ＝３０／３０ＳＣＣＭ、上記反応室１内の真空度は０．３Ｐａのとき、上記基板の表面温度が５０℃〜１００℃〜１５０℃と変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは５０°〜６５°〜８０°と変化する。また、同条件下で、上記基板の表面温度が５０℃〜１００℃〜１５０℃と変化するにつれて、エッチングレートも１１００ｎｍ／ｍｉｎ〜１５００ｎｍ／ｍｉｎ〜２０００ｎｍ／ｍｉｎと変化する。
【００６２】
従って、上記基板の表面温度を５０℃〜１５０℃の範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを５０°〜８０°の範囲で制御することができる。また、上記基板の表面温度を５０℃〜１５０℃の範囲で調整することにより、エッチングレートを１１００ｎｍ／ｍｉｎ〜２０００ｎｍ／ｍｉｎの範囲で制御することができる。
【００６３】
図９（Ａ），（Ｂ）には、実例として、２７μｍの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を直径３０μｍの大略逆円錐形で１０５μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのエッチングレートは１．６μｍ／ｍｉｎ、混合ガスはＣｌ２／Ａｒ、基板表面温度は１００℃、選択比は６である。
【００６４】
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）には、実例として、２７μｍの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を直径７０μｍの大略円柱形で１１０μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図と、直径３０μｍの大略円柱形で１００μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図を示している。このときのそれぞれのエッチングレートは４．５μｍ／ｍｉｎと４μｍ／ｍｉｎ、混合ガスはＣｌ２／ＡｒとＣｌ２／Ａｒ、基板表面温度は１５０℃と１５０℃、選択比は１０以上と１０以上である。
【００６５】
なお、上記各実施形態において、上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板の例としては、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｓＰなどの化合物半導体の基板がある。
【００６６】
また、上記各実施形態において、上記基板上に配置される樹脂レジストマスクの厚さは、少なくとも１０μｍ必要であり、選択比が１０の場合には、１０μｍ厚さの樹脂レジストマスクを使用すれば、１００μｍまでの深堀を行うことができる。
【００６７】
要するに、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法は、安価で大量生産向きの樹脂レジストマスクが使用可能な１４０℃以下の温度でドライエッチング処理が可能であり、高価な金属製のマスクを使用する必要が無いものであり、上記エッチングガスとして、沃化水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることにより、上記ＩｎＰ系化合物半導体の基板を加工性良く、ドライエッチング処理できるものである。
【００６８】
これに対して、上記第２実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法は、高速ドライエッチング処理に最適なものであり、選択比が高いものである。また、上記第１実施形態にかかるドライエッチング装置及び方法よりもプラズマ温度を低くすることができて、レジストに対するダメージを小さくすることができ、レジストに対する選択比を高める（例えば５以上に高める）ことができる（なお、従来では２００℃程度まで加熱しても選択比は１程度までしか高めることができなかった）。よって、１００μｍ以上の深堀加工を行うのに適したものである。レジストに対する選択比が高いため、結果として、レジスト膜の厚さを薄くても（例えば１０〜２０μｍ程度であっても）１００μｍ以上の深堀加工を行うことができる。よって、選択比が高いことを利用して、直径３０μｍ以上で２００μｍ以上の深堀加工を行うこともできる。
【００６９】
なお、上記第１及び第２実施形態にかかるドライエッチング装置において、図１１に示すように、上記基板に印加するバイアスの高周波電力が１００〜２００Ｗ、混合ガス流量ＨＩ／Ｈｅ＝３０／１２０ＳＣＣＭ、Ｃｌ２／Ａｒ＝４０／３０ＳＣＣＭ、上記反応室１内の真空度は３Ｐａ以下、上記放電コイル又はアンテナに印加する高周波電力の周波数が１３．６ＭＨｚと１００ＭＨｚのとき、上記放電コイル又はアンテナに印加する高周波電力が３００〜６００〜９００Ｗと変化するにつれて、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θは７５°〜８０°〜９０°、７０°〜７３°〜８０°と変化する。
【００７０】
従って、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数を１３．６ＭＨｚとするとき、上記放電コイルに印加する高周波電力を３００〜６００〜９００Ｗとの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを７５°〜８０°〜９０°の範囲で制御することができる。また、上記アンテナに印加する高周波電力の周波数を１００ＭＨｚとするとき、上記アンテナに印加する高周波電力を３００〜６００〜９００Ｗとの範囲で調整することにより、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度θを７０°〜７３°〜６０°の範囲で制御することができる。
【００７１】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、平面状渦形放電コイル又はアンテナに１３．５６ＭＨｚ以上の高周波電力を印加するとともに、上記基板電極にも電極用高周波電源により高周波電圧を印加し、両者を独立的にそれぞれ制御しながら、エッチングガスを適宜選択することにより、従来のＲＩＥプラズマ処理では、実用上、不可能であった、２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深堀加工がＩｎＰ系化合物半導体の基板に対して迅速に行うことができる。すなわち、従来のＲＩＥプラズマ処理では、上側電極はアースされており、基板に対して１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加しており、ＣＨ４とＨ２との混合ガスで２５０℃の高温下で行うことにより、エッチング速度を１０ｎｍ／分程度まで高めていたが、１０ｎｍ／分では深堀加工を行うときには遅すぎて、２０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上の深堀加工は実用上不可能であった。これに対して、本発明では、エッチング速度を従来の数十倍又は数百倍（例えば１０００ｎｍ／分）に高めることができる。
【００７３】
また、処理速度を速めるため２５０℃程度の高温にするため、基板表面に配置に配置する樹脂製のレジストマスクでは耐熱温度が１２０〜１３０℃程度しかもたず、別途、ＣＶＤ工程で２０μｍのＳｉＯ２をマスクとしてＩｎＰ系化合物半導体の基板の表面に形成する必要がある。よって、従来ではＣＶＤ工程が余分に必要となる。これに対して、本発明では、１４０℃以下の例えば常温でも可能となるため、樹脂製のレジストマスクを十分に使用することができ、ＣＶＤ工程によりＳｉＯ２マスクを形成することが不要となり、ＣＶＤ工程を余分に行う必要がない。
【００７４】
また、本発明によれば、基板の表面を鏡面に仕上げることができ、ダメージレスを実現することができる。
【００７５】
また、本発明によれば、エッチング処理中に、エッチングガスを種類の異るガスに切り換えることにより、基板に形成されるビアホール又は凹部の傾斜角度を変更することができ、加工形状を所望の形状に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置の概略説明図である。
【図２】  本発明の第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置の概略説明図である。
【図３】  （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、圧力と、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係を示す図である。
【図４】  （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、（ＨＩ流量／総流量）と、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、（ＨＩ流量／総流量）とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図５】  （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記基板に印加するバイアスの高周波電力と、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記基板に印加するバイアスの高周波電力とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図６】  第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数と、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記放電コイルに印加する高周波電力の周波数とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図７】  （Ａ），（Ｂ）は、実例として、第１実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、８０μｍの厚さの樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を１４０μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図８】  第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記基板の表面温度とレジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係、及び、上記基板の表面温度とエッチングレートとの関係を示す図である。
【図９】  （Ａ），（Ｂ）は、実例として、第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、２７μｍの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を直径３０μｍの大略逆円錐形で１０５μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図１０】  （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）には、実例として、第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置でドライエッチングした結果において、２７μｍの厚さの耐熱性樹脂レジストマスクをＩｎＰ基板に載置したとき、樹脂レジストマスクが無い部分のＩｎＰ基板を直径７０μｍの大略円柱形で１１０μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図と、直径３０μｍの大略円柱形で１００μｍまで深堀した状態の断面図及び斜視図である。
【図１１】  第１及び第２実施形態にかかるドライエッチング方法を実施するドライエッチング装置において、上記放電コイルに印加する高周波電力と、レジストマスクの下のＩｎＰ基板のビアホール又は凹部の傾斜角度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…真空室、２…ガス供給装置、３…ポンプ、４…放電コイル用高周波電源、５…平面状渦形放電コイル、６…基板電極、７…基板、７ａ…ビアホール又は凹部、７ｂ…傾斜面、８…基板電極用高周波電源、１１…絶縁カバー、１２…誘電板、１３…導体リング、１４…プラズマトラップ、１５…アンテナ、１６…誘電板、１７…貫通穴、１８…誘電体リング、３０…レジストマスク、１０００…制御装置、１００１…メモリ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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