JP2006049771A - エッチングガス，エッチング方法及びエッチングガスの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコン酸化膜を，高いエッチング選択性と高いエッチングレートでエッチングする。
【解決手段】 基板が収容された処理室内に，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，直鎖飽和型のＣｘＦ（２ｘ+２）（ｘは５以上の整数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有するエッチングガスを導入する。そして，処理室内にプラズマを生成してプラズマ雰囲気を形成し，当該プラズマ雰囲気の下で処理室内の基板上のシリコン酸化膜をエッチングする。
【選択図】 図１

Description

本発明は，基板上の酸化膜をエッチングするためのエッチングガスと，そのエッチングガスを用いたエッチング方法と，エッチングガスの評価方法に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いた半導体デバイスの製造プロセスにおいては，例えば絶縁膜などに用いられるシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）のエッチングが行われている。このシリコン酸化膜のエッチングは，例えば平行平板型のプラズマ処理装置において，プラズマ雰囲気の下エッチングガスをイオン化し，シリコン酸化膜を化学的に反応させることによって行われている。

シリコン酸化膜のエッチングに用いるエッチングガスとしては，化学式がＣ_ｘＦ_ｙ（Ｘ，Ｙは自然数）で示されるフッ化炭素系ガスが一般的であり，従来は，ＣＦ_４，Ｃ_４Ｆ_８などの炭素原子数が少ない低次の飽和型のものが広く用いられていた。しかし，近年では，エッチングガスとしてＣ_４Ｆ_６などの不飽和型のものが用いられ始めている（例えば，参考文献１参照。）。この不飽和型のエッチングガスは，従来のものに比べて分子が分解され難く，ポリマー化し易いことから，例えばシリコン酸化膜のマスク表面に保護膜として堆積し，高いエッチング選択性を得ることができる。

しかしながら，Ｃ_４Ｆ_６などの不飽和型のエッチングガスを用いた場合，従来のＣＦ_４などに比べて，炭素原子に対するフッ素原子の割合が減り，フッ素原子の絶対量が減っているため，エッチング時のエッチングレートが低下していた。枚葉式のエッチング装置が主流となっている近年において，エッチングレートが低いと，半導体デバイスの生産性が著しく低下することになる。

特開平６-２７５５６８号公報

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，シリコン酸化膜などの酸化膜のエッチングを，高いエッチング選択性を維持しつつ，高いエッチングレートで行うことができるエッチングガスと，そのエッチングガスを用いたエッチング方法と，エッチングガスの評価方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，基板上に形成された酸化膜をエッチングするためのエッチングガスであって，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有していることを特徴とする。

発明者の検証によれば，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスに，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の整数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加することによって，高いエッチング選択性を維持しながら，エッチングレートを向上できることが確認されている。なお，前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１２ガス，Ｃ_６Ｆ_１４ガス又はＣ_７Ｆ_１６ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

別の観点による本発明は，基板上に形成された酸化膜をエッチングするためのエッチングガスであって，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，環状飽和型のＣ_ｘＦ_２Ｘ（ｘは，５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有していることを特徴とする。

発明者の検証によれば，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスに，環状飽和型のＣ_ｘＦ_２Ｘ（ｘは，５以上の整数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを加えることによって，高いエッチング選択性を維持しながら，エッチングレートを向上できることが確認されている。また，直鎖飽和型のフッ化炭素系ガスを添加する場合と比べても，エッチング選択性をさらに上げることができる。なお，前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１０ガス又はＣ_６Ｆ_１２ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

前記主ガスは，Ｃ_５Ｆ_８ガス又はＣ_４Ｆ_６ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。なお，Ｃ_５Ｆ_８ガスには，環状のｃ-Ｃ_５Ｆ_８ガス，直鎖状の1,3-Ｃ_５Ｆ_８ガス及び2-Ｃ_５Ｆ_８ガスが含まれる。また，Ｃ_４Ｆ_６ガスには，環状のｃ-Ｃ_４Ｆ_６ガス，直鎖状の1,3-Ｃ_４Ｆ_６ガス及び2-Ｃ_４Ｆ_６ガスが含まれる。

前記主ガスは，環状不飽和型のフッ化炭素系ガスから構成されていてもよく，その主ガスは，Ｃ_６Ｆ_６ガス又はＣ_７Ｆ_８ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

別の観点による本発明は，基板上に形成された酸化膜をエッチングするエッチング方法であって，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の整数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有するエッチングガスを処理室内に導入し，プラズマ雰囲気の下で当該処理室内の基板上の酸化膜をエッチングすることを特徴とする。

かかる場合，高いエッチング選択比を維持しながら，エッチングレートを向上できる。なお，前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１２ガス，Ｃ_６Ｆ_１４ガス又はＣ_７Ｆ_１６ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

別の観点による本発明は，基板上に形成された酸化膜をエッチングするエッチング方法であって，不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，環状飽和型のＣ_ｘＦ_２Ｘ（ｘは，５以上の整数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有するエッチングガスを処理室内に導入し，プラズマ雰囲気の下で当該処理室内の基板上の酸化膜をエッチングすることを特徴とする。

高いエッチング選択性を維持しながら，エッチングレートを向上できる。また，エッチング選択性をさらに上げることができる。なお，前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１０ガス又はＣ_６Ｆ_１２ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

前記主ガスは，Ｃ_５Ｆ_８ガス又はＣ_４Ｆ_６ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。また，前記主ガスは，環状不飽和型のフッ化炭素系ガスから構成されていてもよく，その主ガスは，Ｃ_６Ｆ_６ガス又はＣ_７Ｆ_８ガスのいずれかのガスから構成されていてもよい。

別の観点による本発明によれば，請求項１〜１４のいずれかに記載のエッチングガスの評価方法であって，質量分析計により，エッチングガスを所定の電子エネルギで複数のフッ化炭素イオンに分解して，エッチング時にエッチングガスから生成されるフッ化炭素イオンの種類と当該各フッ化炭素イオンの組成比を検出する工程と，当該検出された各フッ化炭素イオンの有する質量Ｍ，フッ素原子数Ｎ_Ｆ及び組成比Ｐから，エッチング時における各フッ化炭素イオンのフッ素原子の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を示す，Ｐ×Ｎ_Ｆ/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，前記算出された各フッ化炭素イオンについての前記数値を総て積算する工程と，前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチングレートを評価する工程と，を有することを特徴とするエッチングガスの評価方法が提案される。なお，前記「組成比」は，生成されたフッ化炭素イオン全体のイオン数に対して各フッ化炭素イオンが占める割合を示している。

本発明によれば，エッチングガスを評価するにあたり，実際にエッチング装置において処理を行わなくても，エッチングガスの評価を行うことができる。その結果，エッチングガスの開発に要する時間や費用を低減し，エッチングガスの開発を効率的に行うことができる。

前記エッチングガスの評価方法は，前記検出された各フッ化炭素イオンの有する質量Ｍ，炭素原子数Ｎ_Ｃ及び組成比Ｐから，エッチング時における各フッ化炭素イオンの炭素原子の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を示す，Ｐ×Ｎ_Ｃ/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，前記算出された各フッ化炭素イオンについての前記数値を総て積算する工程と，前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチング選択性を評価する工程と，をさらに有していてもよい。

本発明によれば，酸化膜のエッチングにおいて，高いエッチング選択比を維持しながら，エッチングレートを上げることができるので，例えば半導体デバイスの生産性を向上できる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本発明にかかるエッチング方法が実施されるプラズマエッチング装置１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。

図１に示すように，プラズマエッチング装置１は，例えば上面が開口し有底円筒状の処理容器２を備えている。処理容器２は，接地されている。処理容器２内の中央部には，ウェハＷを載置する載置台を兼ねた上下動自在な下部電極３が設けられている。下部電極３の上部には，高圧直流電源４に接続された静電チャック５が設けられており，この静電チャック５によってウェハを下部電極３上に保持できる。下部電極３は，内部に埋め込まれたヒータや温度測定部材などからなる温度調節機構（図示せず）により所定温度に維持できる。さらに，下部電極３には，整合器６を介してイオン引き込み用の第１の高周波電源７が接続されている。

下部電極３の載置面と対向する処理容器２の天井部には，例えば略円盤形状の上部電極１０が配置されている。上部電極１０と処理容器２との間には，環状に絶縁体１１が介装され，上部電極１０と処理容器２とは電気的に絶縁されている。上部電極１０には，整合器１２を介してプラズマ生成用の第２の高周波電源１３が接続されている。

なお，上部電極１０には，第２の高周波電源１３から例えば３０ＭＨｚ以上の高周波電力が供給される。また，下部電極３には，第１の高周波電源７から例えば第２の高周波電源１３の高周波電力の周波数よりも低い，例えば１〜３０ＭＨｚ程度の高周波電力が供給される。

上部電極１０の下面には，処理容器２内にエッチングガスを吐出するための多数のガス吐出孔１０ａが形成されている。ガス吐出孔１０ａは，上部電極１０の上面に接続されたガス供給管２０に連通している。ガス供給管２０には，例えば３つの第１〜第３のガス供給系２１，２２，２３が接続されている。各ガス供給系２１，２２，２３は，それぞれの開閉バルブ２４，２５，２６，マスフローコントローラ２７，２８，２９を介して，各々のガス供給源３０，３１，３２に連通している。本実施の形態においては，第１のガス供給系２１からは，主ガスとして，不飽和型のフッ化炭素系ガス，例えばｃ−Ｃ_５Ｆ_８ガスが供給できる。第２のガス供給系２２からは，添加ガスとして，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガス，例えばＣ_５Ｆ_１２ガスが供給できる。さらに第３のガス供給系２３からは，希ガス，例えばＨｅガスが供給できる。なお，ｃ−Ｃ_５Ｆ_８ガスは，図２（ａ）に示す構造式を有するものであり，Ｃ_５Ｆ_１２ガスは，図２（ｂ）に示す構造式を有するものである。

処理容器２の下部には，排気機構（図示せず）に通じる排気管３０が接続されている。排気管３０を介して処理容器２内を真空引きすることで，処理容器２内を所定の圧力に維持できる。

次に，以上のように構成されたプラズマエッチング装置１で行われるエッチング処理を，例えばウェハＷ上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングする場合を例に採って説明する。先ず，ウェハＷが処理容器２内に搬入され，下部電極３上に載置されると，静電チャック５により吸着保持される。次に，排気管３０から処理容器２内の雰囲気が排気され，ガス吐出孔１０ａから所定のエッチングガスが給気される。処理容器２内は，所定の真空度，例えば４Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）程度に設定，維持される。

ガス吐出孔１０ａから給気されるエッチングガスは，各ガス供給系２１，２２，２３からの供給されるｃ−Ｃ_５Ｆ_８ガス，Ｃ_５Ｆ_１２ガス及びＨｅガスにより構成され，例えばｃ−Ｃ_５Ｆ_８ガスとＣ_５Ｆ_１２ガスの流量比が１対０．５〜１に設定されている。

処理容器２内が所定の真空度になると，例えば第１の高周波電源７により，下部電極３にイオン引き込み用の例えば１３．５６ＭＨｚ，２ｋＷの高周波電力が印加され，第２の高周波電源１３により，上部電極１０にプラズマ生成用の例えば６０ＭＨｚ，２ｋＷの高周波電力が印加される。これにより，処理容器２内にプラズマが生成され，エッチングガスがイオン化して，ウェハＷ上のシリコン酸化膜がエッチングされる。所定時間経過後，高周波電力の供給とエッチングガスの供給が停止され，ウェハＷが処理容器２内から搬出されて，一連のエッチング処理が終了する。

本実施の形態のように，主ガスの不飽和型のｃ-Ｃ_５Ｆ_８ガスに，直鎖飽和型の高次のＣ_５Ｆ_１２ガスを添加してエッチングを行った場合，発明者のシミュレーションによると，図３に示すように添加ガスを使用しない場合に比べて，エッチングレートが１２６％上昇することが確認された。また，この場合，同じ直鎖飽和型であるがフッ素原子が少ない低次のＣ_３Ｆ_８ガスを添加した場合に比べても，エッチングレートが８％上昇することが確認された。また，上記Ｃ_５Ｆ_１２ガスに代えて同じく直鎖飽和型でフッ素原子が多いＣ_６Ｆ_１４ガスを添加した場合，添加ガスを使用しない場合に比べて，エッチレートが１３３％上昇し，低次のＣ_３Ｆ_８ガスに比べて１４％上昇することが確認された。また，主ガスとして，不飽和型で炭素の割合が高いｃ-Ｃ_５Ｆ_８ガスが用いられるので，例えばｃ-Ｃ_５Ｆ_８から生成されたポリマーがシリコン酸化膜のマスクの表面に堆積して，高いエッチング選択性が維持される。

したがって，シリコン酸化膜をエッチングする場合において，主ガスとしてのｃ-Ｃ_５Ｆ_８ガスに，Ｃ_５Ｆ_１２ガス又はＣ_６Ｆ_１４ガスを添加することによって，高いエッチング選択性を維持しながら，エッチングレートを飛躍的に向上できる。

なお，上記例では，添加ガスがＣ_５Ｆ_１２ガスやＣ_６Ｆ_１４ガスであったが，それ以外の，Ｃ_７Ｆ_１６ガスなどの直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２Ｘ+２）}（Ｘは７以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスであってもよい。かかるフッ化炭素系ガスもＣ_５Ｆ_１２ガスやＣ_６Ｆ_１４ガスと同様の性質を有するので，添加ガスとして用いた場合に，上記実施の形態と同様に高いエッチングレートが得られる。

また，上記実施の形態において，エッチングガスの主ガスとしてｃ-Ｃ_５Ｆ_８ガス以外の1,3-Ｃ_５Ｆ_８ガスや2-Ｃ_５Ｆ_８ガスのＣ_５Ｆ_８ガスを用いても同様の効果が得られる。また，Ｃ_５Ｆ_８ガスに代えて，その他の不飽和型のフッ化炭素系ガス，例えばＣ_４Ｆ_６ガスを用いても同様の効果が得られる。この際，Ｃ_４Ｆ_６ガスは，環状のｃ-Ｃ_４Ｆ_６ガス，直鎖状の1,3-Ｃ_４Ｆ_６ガス及び2-Ｃ_４Ｆ_６ガスであってもよい。

上記実施の形態において，エッチング時に第３のガス供給系２３から処理容器２内にＨｅガスを供給していたが，他の希ガス，例えばＮｅガス，Ａｒガス，Ｘｅガスを供給してもよい。また，希ガスに代えて酸素ガスや不活性ガスを供給してもよい。

以上の実施の形態では，添加ガスが直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２Ｘ+２）}（Ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスであったが，環状飽和型のＣ_ｘＦ_（２Ｘ）（Ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスであってもよい。発明者によるシミュレーションによれば，図４に示すように例えば添加ガスとして，環状飽和型のｃ-Ｃ_５Ｆ_１０ガス，ｃ-Ｃ_６Ｆ_１２ガスを用いた場合，上記直鎖飽和型のＣ_５Ｆ_１２ガス，Ｃ_６Ｆ_１４ガスの場合と比べて，同程度のエッチングレートを維持しつつ，さらに高いエッチング選択性が得られることが確認された。このように，添加ガスとして環状飽和型のＣ_ｘＦ_（２Ｘ）（Ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスを用いた場合，さらに高いエッチング選択性を実現できる。

上記実施の形態において，主ガスは，不飽和型のＣ_５Ｆ_８ガスであったが，主ガスがさらに高次，例えば炭素原子の数が６以上の環状不飽和型のフッ化炭素系ガスであってもよい。発明者によるシミュレーションによれば，図４に示すように例えば主ガスとして環状不飽和型のｃ-Ｃ_６Ｆ_６ガス，ｃ-Ｃ_７Ｆ_８ガスを用いた場合，上記不飽和型のＣ_５Ｆ_８ガスの場合と比べて，同程度のエッチングレートを維持しつつ，より高いエッチング選択性が得られることが確認された。このように，主ガスとして高次の環状不飽和型のフッ化炭素系ガスを用いた場合，さらにエッチング選択性を向上できる。なお，エッチングレートとエッチング選択性を総合的に考慮した場合，例えば図４から，主ガスとしてＣ_７Ｆ_８ガスを用い，添加ガスとしてＣ_６Ｆ_１４ガスを用いる組み合わせであってもよい。

ところで，以上の実施の形態では，シミュレーションにより各エッチングガスのエッチングレートやエッチング選択性が確認されている。従来，新しいエッチングガスの評価を行う場合，実際のエッチング装置において新しいエッチングガスを用いてエッチング処理を行い，そのデータを蓄積することによって評価していた。しかしながら，その都度エッチング装置を用いて実験を行うと，時間が掛かり，またそのエッチングガスの評価が悪かった場合には，その実験時間が無駄になっていた。さらに，エッチングガスを開発するのに必ずエッチング装置などの実験設備が必要であった。そこで，かかる問題を解決するために，シミュレーションによる新しいエッチングガスの評価方法を提案する。以下，当該エッチングガスの評価方法について説明する。図５は，かかる評価方法のフローである。

先ず，図６に示す質量分析計１００において，評価対象であるエッチングガスに所定の電子エネルギが与えられ，エッチングガスが複数のフッ化炭素イオンに分離され質量スペクトルが測定される（図５のＳ１）。これにより，エッチング時にエッチングガスから生成されるフッ化炭素イオンの種類と，その組成比が検出される。この際，質量分析計１００においては，エッチングガスに対し例えばエッチング時のプラズマ内の電子エネルギに近似した，例えば１０〜１００ｅＶ程度の電子エネルギが与えられる。

例えば評価対象のエッチングガスがＣ_２Ｆ_６ガスの場合，例えば図７に示すような質量スペクトルが得られ，ＣＦ⁺，ＣＦ_２ ⁺，ＣＦ_３ ⁺，Ｃ_２Ｆ_５ ⁺の４つのフッ化炭素イオンが特定される。また，各フッ化炭素イオンＣＦ⁺，ＣＦ_２ ⁺，ＣＦ_３ ⁺，Ｃ_２Ｆ_５ ⁺の組成比Ｐ_Ｘ（ＣＦ⁺：Ｐ_１，ＣＦ_２ ⁺：Ｐ_２，ＣＦ_３ ⁺：Ｐ_３，Ｃ_２Ｆ_５ ⁺：Ｐ_４）が検出される。

次に，図６に示すように質量分析計１００により特定されたフッ化炭素イオンのデータがコンピュータ１０１に入力される。コンピュータ１０１では，各フッ化炭素イオンの質量Ｍ（分子量），フッ素原子数Ｎ_Ｆ及び組成比Ｐ_Ｘに基づいて，各フッ化炭素イオンについてのフッ素原子の単位時間当たりのウェハＷへの衝突量の程度を示す所定の数値Ｈ_Ｆが算出される（図５のＳ２）。

各フッ化炭素イオンのフッ素原子の衝突量Ｈ_ＦＳ自体は，各イオンのフッ素原子数Ｎ_Ｆ，組成比Ｐ_Ｘ及び各フッ化炭素イオンの速度Ｖの積，つまりＨ_ＦＳ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｆ×Ｖで表すことができる。各フッ化炭素イオンの速度Ｖは，運動エネルギの式（ｅ＝１/２×ＭＶ^２）から，Ｖ＝（２ｅ/Ｍ）^{（０．５）}で表すことができる。したがって，衝突量Ｈ_ＦＳは，Ｈ_ＦＳ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｆ×Ｖ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｆ×（２ｅ/Ｍ）^{（０．５）}で表すことができる。イオン入射エネルギを一定とすると，各フッ化炭素イオンの速度Ｖは，１/Ｍ^（0.5）に比例するので，衝突量Ｈ_ＦＳ∝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｆ/（Ｍ）^（0.5）の関係が成立する。この結果，衝突量Ｈ_ＦＳの程度を示す数値Ｈ_Ｆを，Ｈ_Ｆ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｆ/（Ｍ）^（0.5）∝Ｈ_ＦＳで表すことができる。

例えば，図７に示すようにＣ_２Ｆ_６ガスの場合，ＣＦ⁺は質量が３１でフッ素原子数が１，ＣＦ_２ ⁺は質量が５０でフッ素原子数が２，ＣＦ_３ ⁺は質量が６９でフッ素原子数が３，Ｃ_２Ｆ_５ ⁺は質量が１１９でフッ素原子数は５である。したがって，各フッ化炭素イオンの単位時間当たりのウェハＷへの数値Ｈ_Ｆは，各フッ化炭素イオンのイオンエネルギが等しいと仮定した場合，相対的にそれぞれＰ_１×１/（３１）^（0.5），Ｐ_２×２/（５０）^（0.5），Ｐ_３×３/（６９）^（0.5），Ｐ_４×５/（１１９）^（0.5）で表すことができる。

次に，各フッ化炭素イオンの数値Ｈ_Ｆを総て積算する（図５のＳ３）。例えば上述のＣ_２Ｆ_６ガスの場合，積算合計値Ｈ_ＦＴは，例えばＰ_１×１/（３１）^（0.5）+Ｐ_２×２/（５０）^（0.5）+Ｐ_３×３/（６９）^（0.5）+Ｐ_４×５/（１１９）^（0.5）となる。この積算合計値Ｈ_ＦＴは，エッチングガス全体のフッ化炭素イオンについてのフッ素原子のウェハＷへの総衝突量の程度を示すものであり，フッ素原子の総衝突量に依存するエッチングレートについて評価する指標となる。積算合計値Ｈ_ＦＴに基づいて，他のエッチングガスの積算合計値との関係でエッチングレートを評価する（図５のＳ４）。

また，質量分析計１００において特定された各フッ化炭素イオンの質量Ｍ，組成比Ｐ_Ｘ及び炭素原子数Ｎ_Ｃ基づいて，コンピュータ１０１において，各フッ化炭素イオンについての炭素原子の単位時間当たりのウェハＷへの衝突量の程度を示す数値Ｈ_Ｃが算出される（図５のＳ６）。衝突量Ｈ_ＣＳは，上述したフッ素原子の場合と同様にＨ_ＣＳ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｃ×Ｖ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｃ×（２ｅ/Ｍ）^{（０．５）}で表すことができるので，数値Ｈ_Ｃは，Ｈ_Ｃ＝Ｐ_Ｘ×Ｎ_Ｃ/（Ｍ）^（0.5）∝Ｈ_ＣＳで表すことができる。

例えば，図７に示すＣ_２Ｆ_６ガスの場合，ＣＦ⁺，ＣＦ_２ ⁺，ＣＦ_３ ⁺の炭素原子数は１，Ｃ_２Ｆ_５ ⁺の炭素原子数は２であるので，数値Ｈ_Ｃは，それぞれＰ_１×１/（３１）^（0.5），Ｐ_２×１/（５０）^（0.5），Ｐ_３×１/（６９）^（0.5），Ｐ_４×２/（１１９）^（0.5）で表すことができる。

次に，各フッ化炭素イオンの数値Ｈ_Ｃを総て積算する（図５のＳ６）。例えばＣ_２Ｆ_６ガスの場合，積算合計値Ｈ_ＣＴは，Ｐ_１×１/（３１）^（0.5）+Ｐ_２×１/（５０）^（0.5）+Ｐ_３×１/（６９）^（0.5）+Ｐ_４×２/（１１９）^（0.5）となる。この積算合計値Ｈ_ＣＴは，エッチングガス全体のフッ化炭素イオンについての炭素原子のウェハＷへの総衝突量の程度を示すものであり，炭素原子の総衝突量に依存するエッチング選択性について評価する指標となる。積算合計値Ｈ_ＣＴに基づいて，他のエッチングガスの積算合計値との関係でエッチング選択性を評価する（図５のＳ７）。

図８は，上記評価方法を用いて算出したエッチングレートを示す積算合計値Ｈ_ＦＴと，実際に実験を行って得た実験値との関係を示すグラフである。図８に示すように複数のフッ化炭素系ガスの積算合計値Ｈ_ＦＴと実験値が比例関係にあり，積算合計値Ｈ_ＦＴと実験値が対応していることが確認できる。したがって，積算合計値Ｈ_ＣＴを算出し評価することによって，エッチングレートを正確に評価できる。また，図９は，上記評価方法を用いて算出した積算合計値Ｈ_ＣＴと，被エッチング膜上のフォトレジスト膜のエッチングレートの実験値との関係を示すグラフである。フォトレジスト膜のエッチングレートが低くなると，被エッチング膜のエッチング選択性が向上するので，フォトレジスト膜のエッチングレートの実験値は，実際の被エッチング膜のエッチング選択性に反比例する。図９に示すように，上記評価方法を用いて算出した積算合計値Ｈ_ＣＴと，フォトレジスト膜のエッチングレートの実験値が反比例しているので，積算合計値Ｈ_ＣＴと実際のエッチング選択性が１対１で対応し比例関係にあることが確認できる。したがって，積算合計値Ｈ_ＣＴを算出し評価することによって，エッチング選択性を正確に評価できる。

なお，上記エッチングガスの評価方法は，評価対象がフッ化炭素系ガスに限られず，他のエッチングガスの評価方法に適用できる。つまり，エッチングガスの評価方法は，質量分析計により，エッチングガスを所定の電子エネルギで複数のイオンに分解して，エッチング時にエッチングガスから生成されるイオンの種類とその組成比を検出する工程と，当該検出された各イオンの質量Ｍ，組成比Ｐ及び各イオンを構成しエッチングレートに影響を与える所定の元素の原子数Ｎ_Iから，エッチング時における各イオンの前記所定の元素の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を表す，Ｐ×Ｎ_I/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，前記算出された各イオンについての前記数値を総て積算する工程と，前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチングレートを評価する工程と，を有するものであってもよい。

また，前記エッチングガスの評価方法は，前記検出された各イオンの質量Ｍ，その組成比Ｐ及び当該各イオンを構成しエッチング選択性に影響を与える他の元素の原子数Ｎ_IIから，エッチング時における各イオンの前記他の元素の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を表す，Ｐ×Ｎ_II/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，前記算出された各イオンについての前記数値を総て積算する工程と，前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチング選択性を評価する工程と，をさらに有するものであってもよい。例えばＮＨ_３などによる有機材料のエッチングガスの評価方法にも適用できる。

以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば本実施の形態で記載したエッチング方法は，半導体ウェハをエッチングするものであったが，本発明は，ウェハ以外に，ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）用基板，フォトマスク用のガラス基板等の他の基板のエッチング方法にも適用できる。

本発明は，酸化膜に対してエッチングを行う場合であって，高いエッチング選択性を維持しながらエッチングレートを向上する際に有用である。

本実施の形態におけるプラズマエッチング装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。 主ガスとして用いられるｃ−Ｃ_５Ｆ_８ガスと添加ガスとして用いられるＣ_５Ｆ_１２ガスの化学構造式を示す。 添加ガスとしてＣ_５Ｆ_１２ガス又はＣ_６Ｆ_１４ガスを用いた場合のエッチングレートの上昇率を示す表である。 各フッ化炭素系ガスにおけるエッチングレートとエッチング選択性との関係を示すグラフである。 エッチングガスの評価方法のフロー図である。 エッチングガスの評価方法で用いられる装置の模式図である。 Ｃ_２Ｆ_６ガスの質量スペクトルを示すグラフである。 エッチングレートを示す積算合計値と実験値との関係を示すグラフである。 エッチング選択性を示す積算合計値と実験値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ プラズマエッチング装置
２１ 第１のガス供給系
２２ 第２のガス供給系
Ｗ ウェハ

Claims (16)

1. 基板上に形成された酸化膜をエッチングするためのエッチングガスであって，
   不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有していることを特徴とする，エッチングガス。
2. 前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１２ガス，Ｃ_６Ｆ_１４ガス又はＣ_７Ｆ_１６ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項１に記載のエッチングガス。
3. 基板上に形成された酸化膜をエッチングするためのエッチングガスであって，
   不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，環状飽和型のＣ_ｘＦ_２Ｘ（ｘは，５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有していることを特徴とする，エッチングガス。
4. 前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１０ガス又はＣ_６Ｆ_１２ガスのいずれかかのガスから成ることを特徴とする，請求項３に記載のエッチングガス。
5. 前記主ガスは，Ｃ_５Ｆ_８ガス又はＣ_４Ｆ_６ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のエッチングガス。
6. 前記主ガスは，環状不飽和型のフッ化炭素系ガスから成ることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載のエッチングガス。
7. 前記主ガスは，Ｃ_６Ｆ_６ガス又はＣ_７Ｆ_８ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項６に記載のエッチングガス。
8. 基板上に形成された酸化膜をエッチングするエッチング方法であって，
   不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，直鎖飽和型のＣ_ｘＦ_{（２ｘ+２）}（ｘは５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有するエッチングガスを処理室内に導入し，プラズマ雰囲気の下で当該処理室内の基板上の酸化膜をエッチングすることを特徴とする，エッチング方法。
9. 前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１２ガス，Ｃ_６Ｆ_１４ガス又はＣ_７Ｆ_１６ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項８に記載のエッチング方法。
10. 基板上に形成された酸化膜をエッチングするエッチング方法であって，
    不飽和型のフッ化炭素系ガスから成る主ガスと，環状飽和型のＣ_ｘＦ_２Ｘ（ｘは，５以上の自然数）で示されるフッ化炭素系ガスから成る添加ガスを含有するエッチングガスを処理室内に導入し，プラズマ雰囲気の下で当該処理室内の基板上の酸化膜をエッチングすることを特徴とする，エッチング方法。
11. 前記添加ガスは，Ｃ_５Ｆ_１０ガス又はＣ_６Ｆ_１２ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項１０に記載のエッチング方法。
12. 前記主ガスは，Ｃ_５Ｆ_８ガス又はＣ_４Ｆ_６ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項８〜１１のいずれかに記載のエッチング方法。
13. 前記主ガスは，環状不飽和型のフッ化炭素系ガスから成ることを特徴とする，請求項８〜１１のいずれかに記載のエッチング方法。
14. 前記主ガスは，Ｃ_６Ｆ_６ガス又はＣ_７Ｆ_８ガスのいずれかのガスから成ることを特徴とする，請求項１３に記載のエッチング方法。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載のエッチングガスの評価方法であって，
    質量分析計により，エッチングガスを所定の電子エネルギで複数のフッ化炭素イオンに分解して，エッチング時にエッチングガスから生成されるフッ化炭素イオンの種類と当該各フッ化炭素イオンの組成比を検出する工程と，
    当該検出された各フッ化炭素イオンの有する質量Ｍ，フッ素原子数Ｎ_Ｆ及び組成比Ｐから，エッチング時における各フッ化炭素イオンのフッ素原子の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を示す，Ｐ×Ｎ_Ｆ/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，
    前記算出された各フッ化炭素イオンについての前記数値を総て積算する工程と，
    前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチングレートを評価する工程と，を有することを特徴とする，エッチングガスの評価方法。
16. 前記検出された各フッ化炭素イオンの有する質量Ｍ，炭素原子数Ｎ_Ｃ及び組成比Ｐから，エッチング時における各フッ化炭素イオンの炭素原子の単位時間あたりの基板への衝突量の程度を示す，Ｐ×Ｎ_Ｃ/（Ｍ）^０．５で表される数値を算出する工程と，
    前記算出された各フッ化炭素イオンについての前記数値を総て積算する工程と，
    前記数値の積算値に基づいて，前記エッチングガスを用いたエッチングのエッチング選択性を評価する工程と，をさらに有することを特徴とする，請求項１５に記載のエッチングガスの評価方法。

Images