JP2006080504A - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溝の側壁がエッチングされるのをより確実に防止することができるエッチング装置などを提供する。
【解決手段】エッチング装置１は、処理チャンバ１１と、シリコン基板Ｋが載置される基台１２と、処理チャンバ１１内にエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスをその流量を調整しつつ供給するガス供給機構２０と、処理チャンバ１１の外部近傍に配設されたコイル３１と、コイル３１に高周波電力を印加して、処理チャンバ１１内のガスをプラズマ化する高周波電源３２と、ガス供給機構２０を制御することにより、エッチングガスを供給してシリコン基板Ｋをエッチングするエッチング処理と、酸素ガスを供給してシリコン基板Ｋに第１保護膜（酸化膜）を形成する第１保護膜形成処理と、保護膜形成ガスを供給して第１保護膜上に第２保護膜（ポリマー膜）を形成する第２保護膜形成処理とを順次繰り返して実行する制御装置４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングするエッチング方法及びエッチング装置に関する。

従来、シリコン基板のエッチング方法として、シリコン基板を基台上に載置した後、エッチングガスをプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与えてシリコン基板をエッチングするエッチング処理と、保護膜形成ガスをプラズマ化してシリコン基板に保護膜を形成する保護膜形成処理とを交互に繰り返して実行し、シリコン基板をエッチングする方法が知られている。

エッチングガスをプラズマ化すると、イオン，電子，ラジカルなどが生成され、ラジカルがシリコン原子と化学反応したり、イオンが基台とプラズマとの間に生じた電位差（バイアス電位）によりシリコン基板（基台）側に向け移動して衝突することで、シリコン基板がエッチングされる。これにより、シリコン基板には、所定の幅及び深さを備えた溝（穴）が形成される。尚、シリコン基板に照射されるイオンは、その大部分がシリコン基板表面に対し垂直に入射して前記溝の底面に衝突する。

一方、保護膜形成ガスをプラズマ化すると、エッチングガスと同様に、イオン，電子，ラジカルなどが生成され、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面に堆積し、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない保護膜が形成される。

このエッチング方法によれば、エッチング処理のとき、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による保護膜の除去並びにラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、保護膜形成処理のときには、前記底面及び側壁に重合物が再度堆積して保護膜が形成される。これにより、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁が保護膜形成処理で形成される保護膜によって直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。

しかしながら、シリコン基板に照射されるイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板表面のチャージアップなどにより移動方向が曲げられ、シリコン基板表面に対し斜め方向から入射して前記溝の側壁上部側に衝突するため、当該側壁上部側の保護膜は底部側よりも除去され易くなっており、保護膜が除去されて側壁表面が露出すると、当該露出部分がイオン照射やラジカルによってエッチングされ、前記各処理が繰り返される度に側壁上部のエッチングも進行することになる。このため、上記エッチング方法では、図７に示すように、溝の上部開口部が広がった形状となったり、図８に示すように、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となって、精度の良いエッチング形状を得ることができなかった。

特に、高アスペクト比（溝の開口幅に比べて深さが深い）の形状をシリコン基板にエッチングする場合には、溝の深さが深い分だけ、前記各処理をより多く繰り返す必要があり、このような問題が顕著に現れる。尚、図７及び図８において、符号Ｋはシリコン基板を、符号Ｔは溝を、符号Ｍはマスクをそれぞれ示している。

そこで、このような問題を解決すべく、特開２０００−２９９３１０号公報に開示されたようなエッチング方法が従来提案されており、このエッチング方法は、上記のようなエッチング処理と保護膜形成処理とを交互に一定回数繰り返すエッチング工程と、保護膜形成処理で形成された保護膜などを溝の側壁や底面から除去した後、当該側壁や底面に、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを交互に繰り返すというものである。

酸化膜形成工程は、アルゴン及び酸素の混合ガスをプラズマ化して酸素イオンや酸素ラジカル、アルゴンイオンを生成するとともに、基台にバイアス電位を与えることにより、酸素イオンや酸素ラジカルと保護膜を構成する原子とを化学反応させたり、アルゴンイオンをシリコン基板に衝突させて、溝の表面に形成された保護膜を除去し、当該表面を露出させる保護膜除去処理と、酸素ガスのみをプラズマ化して酸素イオンや酸素ラジカルを生成し、生成した酸素イオンや酸素ラジカルにより、前記保護膜除去処理で露出した溝の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理とから構成される。

このようなエッチング方法によれば、エッチング工程と酸化膜形成工程とが交互に繰り返されることにより、酸化膜上に保護膜が形成されて溝の側壁が保護膜及び酸化膜の２層の膜で保護されるので、エッチング処理時に保護膜が除去されるようなことがあっても、酸化膜によって溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。

特開２０００−２９９３１０号公報

ところが、特開２０００−２９９３１０号公報のエッチング方法では、酸化膜形成工程の実行直後におけるエッチング工程のエッチング処理時には、保護膜が形成されておらず、酸化膜だけで側壁を保護しなければならないという問題、１回目の酸化膜形成工程が実行されるまでに形成される溝の側壁や、酸化膜形成工程実行後、次の酸化膜形成工程が実行されるまでに新たに形成される溝の側壁が酸化膜によって保護されてないという問題、エッチング処理時に保護膜が除去されて酸化膜が露出し、この酸化膜までが除去されてしまうと、再度酸化膜が形成されるまでは保護膜のみで溝の側壁を保護しなければならないという問題があり、側壁の保護が不十分であった。尚、酸化膜だけで側壁を保護したときに、当該保護が不十分に（弱く）なるのは、この酸化膜が、側壁表面に堆積する保護膜とは異なって側壁の表層部分に形成されるものであり、当該側壁のエッチングを完全には防止することができないからである。

また、酸化膜形成処理の実行前に、保護膜除去処理が行われて保護膜が予め除去されているものの、当該保護膜除去処理での保護膜の除去が不完全であれば、酸化膜形成処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが保護膜と化学反応して当該保護膜の除去に費やされるため、形成される酸化膜にムラを生じて溝の表面を当該酸化膜及び保護膜の２層の膜で保護することができず、保護膜が除去されてしまうと、溝の側壁がエッチングされるという問題もある。尚、保護膜除去処理を長時間行うようにすれば、保護膜を確実に除去することができるが、このようにしたのでは、エッチング速度が低下してしまう。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、溝の側壁がエッチングされるのをより確実に防止することができるエッチング方法及びエッチング装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
エッチングガスをプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、
酸素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板に酸化膜たる第１保護膜を形成する第１保護膜形成処理と、
保護膜形成ガスをプラズマ化して前記第１保護膜上に第２保護膜を形成する第２保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法に係る。

そして、このエッチング方法は、以下のエッチング装置によってこれを好適に実施することができる。
即ち、このエッチング装置は、
閉塞空間を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
前記処理チャンバ内にエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するとともに、該エッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
前記基台電力供給手段，コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記酸素ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に酸化膜たる第１保護膜を形成する第１保護膜形成処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記第１保護膜上に第２保護膜を形成する第２保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するとともに、少なくとも前記エッチング処理時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成される。

このエッチング装置によれば、まず、シリコン基板が処理チャンバ内の基台上に載置される。次に、制御手段による制御の下、ガス供給手段から流量調整されたエッチングガスが処理チャンバ内に供給されるとともに、コイル電力供給手段及び基台電力供給手段により高周波電力がコイル及び基台にそれぞれ印加される。

コイルに高周波電力が印加されると、処理チャンバ内に磁界が形成され、この磁界によって誘起される電界により、処理チャンバ内のエッチングガスが、イオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされる。また、基台に高周波電力が印加されると、当該基台とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）が生じる。

前記ラジカルは、シリコン原子と化学反応してシリコン基板をエッチングし、イオンは、バイアス電位により基台（シリコン基板）側に向け移動して衝突し、シリコン基板をエッチングする。これにより、シリコン基板には、所定の幅及び深さを備えた溝（穴）が形成され、このようにしてエッチング処理が実行される。尚、シリコン基板に照射されるイオンは、その大部分がシリコン基板表面に対し垂直に入射して前記溝の底面に衝突する。

そして、エッチングガスが所定時間供給されると、制御手段による制御の下、エッチングガスの供給が停止されるとともに、ガス供給手段から流量調整された酸素ガスが処理チャンバ内に供給される。また、コイルには、エッチングガスの供給時と同様、コイル電力供給手段により高周波電力が印加されるが、基台電力供給手段による基台への高周波電力の印加は停止される。

処理チャンバ内に供給された酸素ガスは、前記エッチングガスと同様に、前記電界により酸素イオン，電子，酸素ラジカルなどを含むプラズマとされ、この酸素イオンや酸素ラジカルがシリコン原子と化学反応することで、前記溝の側壁及び底面に、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜たる第１保護膜が形成され、このようにして第１保護膜形成処理が実行される。

そして、酸素ガスが所定時間供給されると、上記と同様に、制御手段による制御の下、酸素ガスの供給が停止された後、ガス供給手段から流量調整された保護膜形成ガスが処理チャンバ内に供給される。また、酸素ガスの供給時と同様、コイルには、コイル電力供給手段により高周波電力が印加されており、基台電力供給手段による基台への高周波電力の印加は停止されている。

処理チャンバ内に供給された保護膜形成ガスは、前記エッチングガスや酸素ガスと同様に、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面の表面（第１保護膜上）に堆積する。これにより、当該第１保護膜上には、エッチングガスから生成されるラジカルと反応しない第２保護膜が形成され、このようにして第２保護膜形成処理が実行される。

そして、保護膜形成ガスが所定時間供給され、保護膜形成ガスの供給が停止されると、再びエッチングガスが供給されてエッチング処理が実行され、上記のようなエッチング処理，第１保護膜形成処理及び第２保護膜形成処理が順次繰り返される。

このように、エッチング処理，第１保護膜形成処理及び第２保護膜形成処理を順次繰り返すことで、エッチング処理時において、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による第１及び第２保護膜の除去並びにラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による第２保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、第１保護膜形成処理時においては、エッチング処理で新たに形成された溝の側壁及び底面に第１保護膜が形成され、第２保護膜形成処理時においては、第１保護膜形成処理で形成された第１保護膜上に重合物が再度堆積して第２保護膜が形成される。

したがって、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁は、第１及び第２保護膜形成処理で形成される第１及び第２保護膜により直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。

尚、シリコン基板に照射されるイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板表面のチャージアップなどによりシリコン基板表面に対し斜め方向から入射して溝の側壁上部に衝突するため、当該側壁上部側の第２保護膜は底部側よりも除去され易くなっているが、完全に除去されたとしても、第１保護膜が、上記のように、エッチングガスから生成されるラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難いという性質を有していることから、この第１保護膜によって溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。

斯くして、本発明に係るエッチング方法及びエッチング装置によれば、エッチング処理，第１保護膜形成処理及び第２保護膜形成処理を順次繰り返し行うようにしたので、エッチング処理で形成された溝の新たな側壁を、第１及び第２保護膜形成処理で形成される第１及び第２保護膜によって直ちに保護することができるとともに、エッチング処理で第１保護膜までが除去されたとしても、第１保護膜をすぐに再形成することができ、エッチング処理時には、常に、第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で溝の側壁を保護することができる。

また、エッチング処理後に第１保護膜形成処理を行うことで、当該エッチング処理によって第２保護膜が完全に除去されたり、ほぼ除去された状態の溝の表面に第１保護膜を形成することができ、第１保護膜形成処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが第２保護膜との化学反応に費やされることはなく、第１保護膜を均一に形成して溝の側壁を第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で確実に保護することができる。また、上記従来のエッチング方法のように、保護膜（第２保護膜）を除去するための保護膜除去処理を行う必要がないので、効率的である。

このように、溝の側壁を第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で確実に保護することができるので、溝の上部開口部が広がった形状となったり、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となるのを有効に防止することができ、アスペクト比が４０を超えるような高アスペクト比の形状であっても、高精度にエッチングすることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。

図１に示すように、本例のエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内の下部側に配設され、エッチング対象のシリコン基板Ｋが載置される基台１２と、処理チャンバ１１内を減圧する排気装置１４と、処理チャンバ１１内にエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するガス供給装置２０と、処理チャンバ１１内に供給されたエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１２に高周波電力を印加して、当該基台１２とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる第１高周波電源１３と、排気装置１４，ガス供給装置２０，プラズマ生成装置３０及び第１高周波電源１３などの作動を制御する制御装置４０とを備える。

前記排気装置１４は、処理チャンバ１１の下部に接続された排気管１５と、排気管１５に接続された真空ポンプ１６と、排気管１５内を流通するガス流量を調整する流量調整機構１７とからなり、真空ポンプ１６によって処理チャンバ１１内部のガスが外部に排気されることで、当該処理チャンバ１１内の圧力が所定圧力に減圧される。

前記ガス供給装置２０は、処理チャンバ１１の天井部に接続された供給管２１と、流量調整機構２５，２６，２７を介して供給管２１に接続したガスボンベ２２，２３，２４とからなり、流量調整機構２５，２６，２７によって流量調整されたガスがガスボンベ２２，２３，２４から処理チャンバ１１内に供給される。尚、ガスボンベ２２内にはエッチング用のＳＦ_６ガスが充填され、ガスボンベ２３内には第１保護膜形成用のＯ_２ガスが充填され、ガスボンベ２４内には第２保護膜形成用のＣ_４Ｆ_８ガスが充填されている。

前記プラズマ生成装置３０は、処理チャンバ１１の外周上部側に配設されたコイル３１と、コイル３１に高周波電力を印加する第２高周波電源３２とからなり、第２高周波電源３２によりコイル３１に高周波電力を印加することで、処理チャンバ１１内に磁界を形成し、この磁界によって誘起される電界により処理チャンバ１１内のガスをプラズマ化する。

前記制御装置４０は、図２に示すように、シリコン基板Ｋをエッチングするエッチング処理Ｅと、シリコン基板Ｋに酸化膜たる第１保護膜を形成する第１保護膜形成処理Ｄ１と、第１保護膜上に第２保護膜を形成する第２保護膜形成処理Ｄ２とを所定時間ずつ順次繰り返して実行するように構成されており、流量調整機構２５，２６，２７を制御して、ガスボンベ２２，２３，２４から処理チャンバ１１内に供給されるＳＦ_６ガス，Ｏ_２ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスの流量を調整する供給流量制御部４１と、流量調整機構１７を制御して、真空ポンプ１７により処理チャンバ１１内から排気されるガスの流量を調整する排気流量制御部４２と、第１高周波電源１３を制御して基台１２に印加される高周波電力を調整する基台電力制御部４３と、第２高周波電源３２を制御してコイル３１に印加される高周波電力を調整するコイル電力制御部４４とを備える。

前記供給流量制御部４１は、図２に示すように、ガスボンベ２２，２３，２４から処理チャンバ１１内に供給されるＳＦ_６ガス，Ｏ_２ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスの流量を変化させることにより、エッチング処理Ｅの実行時にはＳＦ_６ガスを供給し、第１保護膜形成処理Ｄ１の実行時にはＯ_２ガスを供給し、第２保護膜形成処理Ｄ２の実行時にはＣ_４Ｆ_８ガスを供給する。

前記排気流量制御部４２は、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２の実行時に処理チャンバ１１内部の圧力がそれぞれ所定圧力となるように排気流量を制御し、前記基台電力制御部４３は、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２の実行時に所定の高周波電力が基台１２に印加されるように第１高周波電源１３を制御し、前記コイル電力制御部４４は、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２の実行時に所定の高周波電力がコイル３１に印加されるように第２高周波電源３２を制御する。

図３は、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２を順次繰り返して実行したときにシリコン基板Ｋに形成されるアンダーカット量と、プラズマ化されたＯ_２ガスによるレジストのアッシングレートとの関係を示したグラフであり、このグラフからアッシングレートが５０００（Å／ｍｉｎ）以上であれば、即ち、アッシングレート５０００（Å／ｍｉｎ）以上に相当する処理能力で第１保護膜形成処理Ｄ１を行えば、アンダーカット量が少なく、高精度なエッチング形状が得られることがわかる。

本来なら、第１保護膜の膜厚や、プラズマ化されたＯ_２ガスによる第１保護膜の形成速度などとアンダーカット量とを対比すべきであるが、レジストが第１保護膜の形成と同様の、プラズマ化されたＯ_２ガスの作用によって除去されることから、簡易的には、第１保護膜の形成速度や膜厚をアッシングレートに置き換えて判断することができる。

そして、アッシングレートを５０００（Å／ｍｉｎ）以上とするためには、例えば、処理チャンバ１１内部の圧力が約０．４Ｐａ〜１．０Ｐａ程度、コイル３１に印加される高周波電力が約２２００Ｗ〜２８００Ｗ程度であることなどが必要である。このため、第１保護膜形成処理Ｄ１の実行時において、排気流量制御部４２は、処理チャンバ１１内部の圧力を、約０．４Ｐａ〜１．０Ｐａ程度にするように構成され、コイル電力制御部４４は、コイル３１に印加する高周波電力を、約２２００Ｗ〜２８００Ｗ程度にするように構成される。

以上のように構成された本例のエッチング装置１によれば、シリコン基板Ｋが処理チャンバ１１内の基台１２上に載置された後、エッチング処理Ｅを行うべく、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５により流量調整されたＳＦ_６ガスがガスボンベ２２から処理チャンバ１１内に供給されるとともに、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力が基台１２及びコイル３１にそれぞれ印加される。

処理チャンバ１１内に供給されたＳＦ_６ガスは、高周波電力が印加されたコイル３１によって形成された電界により、イオン，電子，Ｆラジカルなどを含むプラズマとされ、Ｆラジカルは、シリコン原子と化学反応してシリコン基板Ｋをエッチングし、イオンは、高周波電力が印加された基台１２とプラズマとの間に生じた電位差（バイアス電位）により基台１２（シリコン基板Ｋ）側に向け移動して衝突し、シリコン基板Ｋをエッチングする。これにより、シリコン基板Ｋには、所定の幅及び深さを備えた溝（穴）が形成される。尚、シリコン基板Ｋに向けて移動するイオンは、その大部分がシリコン基板Ｋ表面に対し垂直に入射して溝の底面に衝突する。

そして、ＳＦ_６ガスが所定時間供給されると、第１保護膜形成処理Ｄ１を行うべく、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２５によりＳＦ_６ガスの供給が停止されるとともに、流量調整機構２６により流量調整されたＯ_２ガスがガスボンベ２３から処理チャンバ１１内に供給される。また、このとき、コイル３１及び基台１２には、ＳＦ_６ガスの供給時と同様、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力がそれぞれ印加されている。

処理チャンバ内に供給されたＯ_２ガスは、ＳＦ_６ガスと同様に、前記電界により酸素イオン，電子，酸素ラジカルなどを含むプラズマとされ、この酸素イオンや酸素ラジカルが、シリコン原子と化学反応することで、前記溝の側壁及び底面に、Ｆラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難い酸化膜（第１保護膜）が形成される。尚、イオンは、前記バイアス電圧によりシリコン基板Ｋ側に向けて移動するため、酸化膜が効率的に形成される。

そして、Ｏ_２ガスが所定時間供給されると、第２保護膜形成処理Ｄ２を行うべく、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２６によりＯ_２ガスの供給が停止された後、流量調整機構２７により流量調整されたＣ_４Ｆ_８ガスがガスボンベ２４から処理チャンバ１１内に供給される。また、このときにも、コイル３１及び基台１２には、ＳＦ_６ガスやＯ_２ガスの供給時と同様、各高周波電源１３，３２により所定の高周波電力がそれぞれ印加されている。

処理チャンバ１１内に供給されたＣ_４Ｆ_８ガスは、ＳＦ_６ガスやＯ_２ガスと同様に、前記電界によりイオン，電子，ラジカルなどを含むプラズマとされ、このラジカルから重合物が生成されて前記溝の側壁及び底面の第１保護膜上に堆積する。これにより、当該第１保護膜上には、Ｆラジカルと反応しないフロロカーボン膜（第２保護膜）が形成される。

そして、Ｃ_４Ｆ_８ガスが所定時間供給され、制御装置４０による制御の下、流量調整機構２７によりＣ_４Ｆ_８ガスの供給が停止されると、再びエッチングガスが供給されてエッチング処理Ｅが行われ、上記のようなエッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２が順次繰り返されてシリコン基板Ｋがエッチングされる。

尚、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２の実行時には、制御装置４０による制御の下、流量調整機構１７によって排気流量が調整され、処理チャンバ１１内の圧力が所定の圧力となるように調整されている。

このように、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２を順次繰り返すことで、エッチング処理Ｅ時において、イオン照射の多い溝の底面では、イオン照射による第１及び第２保護膜の除去並びにＦラジカル及びイオン照射によるエッチングが進行し、イオン照射の少ない溝の側壁では、イオン照射による第２保護膜の除去のみが進行して当該側壁のエッチングが防止され、第１保護膜形成処理Ｄ１時においては、エッチング処理Ｅで新たに形成された溝の側壁及び底面に第１保護膜が形成され、第２保護膜形成処理Ｄ２時においては、第１保護膜形成処理Ｄ１で形成された第１保護膜上に重合物が再度堆積して第２保護膜が形成される。

したがって、エッチング処理Ｅで形成された溝の新たな側壁は、第１及び第２保護膜形成処理Ｄ１，Ｄ２で形成される第１及び第２保護膜により直ちに保護され、溝の深さ方向にのみエッチングが進行する。

尚、シリコン基板Ｋに向けて移動するイオンの一部は、ガス分子との衝突やシリコン基板Ｋ表面のチャージアップなどにより、シリコン基板Ｋ表面に対し斜め方向から入射して溝の側壁上部に衝突するため、当該側壁上部側の第２保護膜は底部側よりも除去され易くなっているが、完全に除去されたとしても、第１保護膜が、上記のように、Ｆラジカルと反応し難く、且つイオン照射によってもエッチングされ難いという性質を有していることから、この第１保護膜により溝の側壁のエッチングが効果的に防止される。

斯くして、本例のエッチング装置１によれば、エッチング処理Ｅ，第１保護膜形成処理Ｄ１及び第２保護膜形成処理Ｄ２を順次繰り返し行うようにしたので、エッチング処理Ｅで形成された溝の新たな側壁を、第１及び第２保護膜形成処理Ｄ１，Ｄ２で形成される第１及び第２保護膜によって直ちに保護することができるとともに、エッチング処理Ｅで第１保護膜までが除去されたとしても、第１保護膜をすぐに再形成することができ、エッチング処理Ｅの実行時には、常に、第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で溝の側壁を保護することができる。

また、エッチング処理Ｅの後に第１保護膜形成処理Ｄ１を行うことで、当該エッチング処理Ｅによって第２保護膜が完全に除去されたり、ほぼ除去された状態の溝の表面に第１保護膜を形成することができ、第１保護膜形成処理Ｄ１で生成される酸素イオンや酸素ラジカルが第２保護膜との化学反応に費やされることはなく、第１保護膜を均一に形成して溝の側壁を第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で確実に保護することができる。また、上記従来のエッチング方法のように、保護膜（第２保護膜）を除去するための保護膜除去処理を行う必要がないので、効率的である。

このように、溝の側壁を第１保護膜及び第２保護膜の２層の保護膜で確実に保護することができるので、溝の上部開口部が広がった形状となったり（図７参照）、溝の側壁上部が円弧状にえぐれた形状となる（図８参照）のを有効に防止することができ、アスペクト比が４０を超えるような高アスペクト比の形状であっても、高精度にエッチングすることができる。

また、更に、アッシングレートが５０００（Å／ｍｉｎ）以上となるような条件で第１保護膜形成処理Ｄ１を行っており、高精度なエッチング形状を得ることができるとともに、効率的に第１保護膜を形成させることができ、エッチング速度を速くすることができる。

因みに、実施例として、エッチング処理Ｅのとき、その処理時間を１０秒と、処理チャンバ１１内の圧力を２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力を２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力を４０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を３００ｍｌ／ｍｉｎと、第１保護膜形成処理Ｄ１のとき、その処理時間を３秒と、処理チャンバ１１内の圧力を０．６Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力を２５００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力を２０Ｗと、Ｏ_２ガスの供給流量を１００ｍｌ／ｍｉｎと、第２保護膜形成処理Ｄ２のとき、その処理時間を５秒と、処理チャンバ１１内の圧力を２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力を１５００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力を２０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を２００ｍｌ／ｍｉｎとした条件で、所定の時間、シリコン基板Ｋをエッチングしたところ、アスペクト比が５０であっても、図７や図８に示すような形状にはならず、高精度なエッチング形状が得られ、また、エッチング速度は５μｍ／ｍｉｎとなった。

一方、比較例として、特開２０００−２９９３１０号公報のエッチング方法のように、エッチング処理（上記エッチング処理Ｅに対応）と保護膜形成処理（上記第２保護膜形成処理Ｄ２に対応）とを交互に４３回繰り返した後、酸化膜形成処理（酸化膜除去処理及び酸化膜形成処理）（上記第１保護膜形成処理Ｄ１に対応）を１０分間行い、再度、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に４３回繰り返したり（この条件を条件１とする）、エッチング処理（上記エッチング処理Ｅに対応）と保護膜形成処理（上記第２保護膜形成処理Ｄ２に対応）とを交互に２１回繰り返し、酸化膜形成処理（酸化膜除去処理及び酸化膜形成処理）（上記第１保護膜形成処理Ｄ１に対応）を１０分間行った後、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に２１回繰り返し、次に、前記酸化膜形成処理を１０分間行い、この後、更に、前記エッチング処理と前記保護膜形成処理とを交互に２１回繰り返して（この条件を条件２とする）、シリコン基板Ｋをエッチングしたところ、いずれの条件においても、図４に示すようなエッチング形状（側壁上部がエッチングされた形状）となり、また、エッチング速度は、１．５５μｍ／ｍｉｎ（条件１の場合）、１．５９μｍ／ｍｉｎ（条件２の場合）となった。

尚、条件１及び条件２の場合のいずれも、エッチング処理のとき、その処理時間は９秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は６０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量は３００ｍｌ／ｍｉｎと、保護膜形成処理のとき、その処理時間は５秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は１５００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は２０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量は２００ｍｌ／ｍｉｎと、酸化膜形成成処理のとき、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は２０Ｗと、Ｏ_２ガスの供給流量は４０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、図４において、符号Ｋはシリコン基板を、符号Ｔは溝を、符号Ｍはマスクをそれぞれ示しており、後述の図５及び図６においても、同様である。

また、参考例１として、本例における処理ガスの供給順序（ＳＦ_６ガスを供給して行うエッチング処理Ｅ、Ｏ_２ガスを供給して行う第１保護膜形成処理Ｄ１、及びＣ_４Ｆ_８ガスを供給して行う第２保護膜形成処理Ｄ２の実行順序）を、ＳＦ_６ガス，Ｃ_４Ｆ_８ガス及びＯ_２ガスの順番に入れ換え、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理、Ｃ_４Ｆ_８ガスによる保護膜形成処理、及びＯ_２ガスによる酸素プラズマ処理を順次繰り返すようにしてシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようなエッチング形状（側壁上部がエッチングされた形状）となり、また、エッチング速度は、１．２７μｍ／ｍｉｎ（図５（ａ）の場合）、０．９５μｍ／ｍｉｎ（図５（ｂ）の場合）となった。

尚、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理のとき、その処理時間は９秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は６０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量は３００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｃ_４Ｆ_８ガスによる保護膜形成処理のとき、その処理時間は５秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は１５００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は２０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量は２００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｏ_２ガスによる酸素プラズマ処理のとき、その処理時間は５秒又は１０秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は８００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は２０Ｗと、Ｏ_２ガスの供給流量は４０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、図５（ａ）は、Ｏ_２ガスによる酸素プラズマ処理の処理時間が５秒のときの結果を、図５（ｂ）は、Ｏ_２ガスによる酸素プラズマ処理の処理時間が１０秒のときの結果を示している。

また、参考例２として、ＳＦ_６ガス及びＯ_２ガスを交互に供給し、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理及びＯ_２ガスによる酸化膜（保護膜）形成処理を順次繰り返すようにしてシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、図６（ａ）に示すようなエッチング形状（エッチングが等方的に進んだ形状）や図６（ｂ）に示すようなエッチング形状（側壁上部がエッチングされた形状）となり、また、エッチング速度は、０．７μｍ／ｍｉｎ（図６（ｂ）の場合）となった。

尚、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理のとき、その処理時間は９秒又は３秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は６０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量は３００ｍｌ／ｍｉｎと、Ｏ_２ガスによる酸化膜形成処理のとき、その処理時間は９秒と、処理チャンバ１１内の圧力は２Ｐａと、コイル３１に印加する高周波電力は２２００Ｗと、基台１２に印加する高周波電力は２０Ｗと、Ｏ_２ガスの供給流量は４０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、図６（ａ）は、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理の処理時間が９秒のときの結果を、図６（ｂ）は、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理の処理時間が３秒のときの結果を示している。

前記実施例と比較例とを対比すると、本例のエッチング装置１によれば、シリコン基板Ｋを、速いエッチング速度で、しかも精度良くエッチングすることができることが分かり、また、前記実施例と参考例１及び参考例２とを対比しても、本例のエッチング装置１によれば、シリコン基板Ｋを、速いエッチング速度で、しかも精度良くエッチングすることができることが分かる。

このような結果が得られた理由として、前記比較例については、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた通りであり、前記参考例１については、Ｃ_４Ｆ_８ガスによる保護膜形成処理の実行後にＯ_２ガスによる酸素プラズマ処理を実行しているので、保護膜形成処理で形成された保護膜が酸素プラズマ処理で生成される酸素イオンや酸素ラジカルによって除去され、ＳＦ_６ガスによるエッチング処理の実行時に側壁の保護が弱くなるからであり、前記参考例２については、酸化膜が、側壁表面に堆積する、Ｃ_４Ｆ_８ガスによる保護膜とは異なり、側壁の表層部分に形成されるものであるために、当該側壁のエッチングを完全には防止することができず、また、酸化膜の形成された側壁の表層部分がエッチングされると、当該側壁の保護がなくなってしまうので、側壁のエッチングを抑制するためには、ＳＦ_６ガスによる処理時間を短くして酸化膜をすぐに再形成しなければならないからである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るエッチング装置の概略構成を一部ブロック図で示した断面図である。 ＳＦ_６ガス，Ｏ_２ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスの供給流量の制御状態を示すタイミングチャートである。 エッチング処理，第１保護膜形成処理及び第２保護膜形成処理を順次繰り返して実行したときにシリコン基板に形成されるアンダーカット量と、プラズマ化された酸素ガスによるレジストのアッシングレートとの関係を示したグラフである。 比較例１で得られたエッチング形状を示す断面図である。 参考例１で得られたエッチング形状を示す断面図である。 参考例２で得られたエッチング形状を示す断面図である。 従来のエッチング方法の問題点を説明するための説明図である。 従来のエッチング方法の問題点を説明するための説明図である。

符号の説明

１ エッチング装置
１１ 処理チャンバ
１２ 基台
１３ 第１高周波電源
１４ 排気装置
１６ 真空ポンプ
１７ 流量調整機構
２０ ガス供給装置
２２，２３，２４ ガスボンベ
２５，２６，２７ 流量調整機構
３０ プラズマ生成装置
３１ コイル
３２ 第２高周波電源
４０ 制御装置
４１ 供給流量制御部
４２ 排気流量制御部
４３ 基台電力制御部
４４ コイル電力制御部
Ｋ シリコン基板

Claims (2)

1. 基台上に載置されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
   エッチングガスをプラズマ化するとともに、前記基台にバイアス電位を与えて前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、
   酸素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板に酸化膜たる第１保護膜を形成する第１保護膜形成処理と、
   保護膜形成ガスをプラズマ化して前記第１保護膜上に第２保護膜を形成する第２保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
2. 閉塞空間を有する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内の下部側に配設され、シリコン基板が載置される基台と、
   前記基台に高周波電力を印加する基台電力供給手段と、
   前記処理チャンバ内にエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスを供給するとともに、該エッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量をそれぞれ調整可能に構成されたガス供給手段と、
   前記処理チャンバの外部近傍に配設されたコイルと、
   前記コイルに高周波電力を印加して前記処理チャンバ内のエッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスをプラズマ化するコイル電力供給手段と、
   前記基台電力供給手段，コイル電力供給手段及びガス供給手段を制御する制御手段とを備えたエッチング装置であって、
   前記制御手段は、前記ガス供給手段を制御して前記処理チャンバ内に供給される前記エッチングガス，酸素ガス及び保護膜形成ガスの供給流量を調整することにより、前記エッチングガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板をエッチングするエッチング処理と、前記酸素ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記シリコン基板に酸化膜たる第１保護膜を形成する第１保護膜形成処理と、前記保護膜形成ガスを前記処理チャンバ内に供給して前記第１保護膜上に第２保護膜を形成する第２保護膜形成処理とを順次繰り返して実行するとともに、少なくとも前記エッチング処理時に、前記基台電力供給手段によって前記基台に高周波電力を印加するように構成されてなることを特徴とするエッチング装置。
   

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