JP2010225948A

JP2010225948A - エッチング方法

Info

Publication number: JP2010225948A
Application number: JP2009072990A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 孝山本; Masahiro Sasakura; 昌浩笹倉
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: JP5093854B2

Abstract

【課題】穴や溝の底面中央部におけるエッチングを抑制して、底面形状を平坦に近づけることができるエッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチングガスのみを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、シリコン基板Ｋが載置された基台にバイアス電位を与え、シリコン基板Ｋをエッチングするエッチング工程（図３（ａ），（ｄ）参照）と、耐エッチング層形成ガスのみを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与え、シリコン基板Ｋに耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程（図３（ｂ）参照）と、エッチングガスと、エッチングガスより少量の耐エッチング層形成ガスとを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与え、シリコン基板Ｋに形成された耐エッチング層を除去する耐エッチング層除去工程（図３（ｃ）参照）とを順次繰り返して実施する。
【選択図】図３

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に関する。

従来、上記エッチング方法として、例えば、特表平７−５０３８１５号公報に開示されたものが知られている。このエッチング方法は、エッチングガスのみを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、シリコン基板が載置された基台にバイアス電位を与え、このシリコン基板をエッチングするエッチング工程と、耐エッチング層形成ガスのみを処理チャンバ内に供給してプラズマ化し、前記シリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程とを交互に繰り返して実施するというものである。

前記エッチング工程では、プラズマ中のラジカルがシリコン原子と化学反応したり、プラズマ中のイオンがシリコン基板に入射することによってシリコン基板がエッチングされるが、その際、まず、前記耐エッチング層形成工程で形成される耐エッチング層が前記イオンによって除去された後、主として前記ラジカルによりシリコン基板がエッチングされる。一方、耐エッチング層形成工程では、前記エッチング工程で形成される穴や溝の側壁及び底面を含むシリコン基板の表面に、エッチング工程で生成されるラジカルと化学反応し難い耐エッチング層がプラズマ中のラジカルやイオンによって形成される。

そして、このようなエッチング工程と耐エッチング層形成工程とを交互に繰り返すことにより、耐エッチング層形成工程で形成される耐エッチング層によって前記穴や溝の側壁が保護されつつ、エッチング工程で前記穴や溝の深さ方向にエッチングが進行する。

特表平７−５０３８１５号公報

ところで、シリコン基板Ｋには、エッチングにより穴Ｈや溝Ｈを形成した後、図４に示すように、この穴Ｈや溝Ｈの底面に新たな穴Ｈ’や溝Ｈ’を更に形成する場合がある。この場合、穴Ｈや溝Ｈの底面が平坦でなければ、穴Ｈや溝Ｈの底面にマスクＭ’を形成する際にこの底面に塗布するマスク材の厚さを均一にすることができず、そして、塗布したマスク材の厚さが不均一であると、例えば、露光時には厚さが厚い部分と薄い部分で焦点が合い難くなるという問題を生じ、現像時には厚さが厚い部分と薄い部分で処理ムラを生じ易いという問題を生じる。したがって、穴Ｈや溝Ｈの底面は平坦であることが好ましい。

ところが、上記従来のエッチング方法では、穴Ｈや溝Ｈの底面が平坦な形状となるようにシリコン基板Ｋをエッチングすることができなかった。これは、穴Ｈや溝Ｈの底面において耐エッチング層の層厚はほぼ均一に形成されているところ、エッチングガスのプラズマ化により生成されたイオンの一部は、シリコン基板Ｋに対してほぼ垂直ではなく、斜めに入射し、その多くが側壁側の底面よりも底面中央部に到達するからである。したがって、底面中央部の耐エッチング層が側壁側の底面よりも短時間で除去され、当該底面中央部からエッチングが開始されることとなり、このため、図５に示すように、エッチングにより形成される穴Ｈや溝Ｈの底面形状が凹曲面となって、底面が平坦にならないのである。尚、以下の説明では、図５に示すように、凹曲面の側壁側の高さと、凹曲面の中央部の高さとの差を底面中央部の凹み深さＣとして説明する。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、穴や溝の底面中央部におけるエッチングを抑制して底面中央部の凹み深さを小さくし、底面形状を平坦に近づけることができるエッチング方法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、
エッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを処理チャンバ内に供給，プラズマ化して、この処理チャンバ内の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、
前記エッチングガスのみ、又は前記エッチングガスとごく僅かの前記耐エッチング層形成ガスとを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板をエッチングするエッチング工程と、
前記耐エッチング層形成ガスのみを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程と、
前記エッチングガスと、このエッチングガスより少量且つ前記エッチング工程のときより多量の前記耐エッチング層形成ガスとを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板に形成された耐エッチング層を除去する耐エッチング層除去工程とを順次繰り返して実施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。

本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、耐エッチング層を形成する際に基台にバイアス電位を与えると、穴や溝の底面中央部により厚い耐エッチング層が形成されることが判明し、また、シリコン基板のエッチングに当たってこのシリコン基板から耐エッチング層を除去する際に、エッチングガスとこのエッチングガスより少量の耐エッチング層形成ガスとをプラズマ化すると、耐エッチング層の除去量に比べて少ないものの、耐エッチング層の除去と並行して新たな耐エッチング層の形成も行われるため、底面中央部の耐エッチング層が他の部分より先に完全に除去されるといったことが起こり難く、除去されたとしても、新たに形成される耐エッチング層によって当該底面中央部におけるエッチングの進行が抑制されることが判明した。

本発明は、かかる知見を基になされたものであり、本発明では、エッチング工程，耐エッチング層形成工程及び耐エッチング層除去工程を順次繰り返して実施するようにしている。

即ち、前記エッチング工程では、エッチングガスのみ、又はエッチングガスとごく僅かの耐エッチング層形成ガスとを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与える。プラズマ中のラジカルがシリコン原子と化学反応したり、プラズマ中のイオンがシリコン基板に入射することによってシリコン基板がエッチングされるが、このとき、シリコン基板は、主にプラズマ中のラジカルによって等方的にエッチングされ、これにより、穴や溝の底面がほぼ均等にエッチングされる。

また、前記耐エッチング層形成工程では、耐エッチング層形成ガスのみを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与える。プラズマ中のラジカルやイオンによって、穴や溝の側壁及び底面を含むシリコン基板の表面に耐エッチング層が形成されるが、このとき、上述のように、基台にバイアス電位を与えているので、穴や溝の底面中央部により厚い耐エッチング層が形成される。

また、前記耐エッチング層除去工程では、エッチングガスと、エッチングガスより少量且つエッチング工程のときより多量の耐エッチング層形成ガスとを処理チャンバ内に供給してプラズマ化するとともに、基台にバイアス電位を与える。シリコン基板に入射するイオンによって耐エッチング層が除去され、その際、シリコン基板に対して斜めに入射するイオンの多くが穴や溝の底面中央部に到達することから、穴や溝の底面に形成された耐エッチング層の層厚が一定であれば、当該底面中央部における耐エッチング層が短時間で除去されるが、前記耐エッチング層形成工程で穴や溝の底面中央部により厚い耐エッチング層が形成され、且つ上述のように、形成量は少ないものの新たな耐エッチング層の形成が行われているので、底面中央部の耐エッチング層が他の部分より先に除去され難く、除去されたとしても、新たに形成される耐エッチング層によって当該底面中央部におけるエッチングの進行が抑制される。

したがって、上記エッチング工程，耐エッチング層形成工程及び耐エッチング層除去工程を順次繰り返すことで、穴や溝の底面中央部の凹み深さが大きくなるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めて行くことができる。

斯くして、本発明に係るエッチング方法によれば、耐エッチング層形成工程で基台にバイアス電位を与えるとともに、耐エッチング層除去工程で耐エッチング層形成ガスを処理チャンバ内に供給，プラズマ化することで、耐エッチング層を除去する際に底面における耐エッチング層の除去をほぼ均等に進行させることができるので、底面中央部の凹み深さを小さくし、底面形状を平坦に近づけることができる。

また、エッチング工程では、エッチングガスのみを処理チャンバ内に供給するか、供給したとしてもごく僅かで耐エッチング層除去工程のときより少量の耐エッチング層形成ガスとエッチングガスとを処理チャンバ内に供給しているので、エッチングを効率的に進めてエッチング速度を速くすることができる。ここで、耐エッチング層形成ガスについて、含めたとしてもごく僅かとしているのは、次のような理由からである。即ち、エッチング工程のときにも耐エッチング層形成ガスを含めれば、耐エッチング層除去工程のときと同様、形成される耐エッチング層によってエッチングの進行が抑制され、底面中央部の凹み深さを改善させることができる。一方、形成される耐エッチング層によってエッチング速度が極端に低下する。したがって、エッチング速度とエッチング形状（底面中央部の凹み深さ）とを両立させつつも、通常、生産性の観点からより速いエッチング速度が求められることを考慮すれば、多量の耐エッチング層形成ガスを供給することは好ましくない。

尚、前記エッチング工程では、前記耐エッチング層除去工程で前記基台に与えるバイアス電位よりも低いバイアス電位を前記基台に与えるように、又は前記基台にバイアス電位を与えないようにしても良い。シリコン基板に比べてエッチング速度は遅いが、穴や溝を形成するためにシリコン基板に形成されたマスクも、シリコン基板に入射するイオンによってエッチングされるので、上記のようにすれば、エッチング工程でシリコン基板に入射するイオンを少なくすることができ、これにより、前記マスクのエッチングを抑制することができる。

また、前記エッチング工程及び耐エッチング層除去工程の少なくとも一方では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲とすることが好ましく、このようにすれば、エッチングに必要なラジカルや耐エッチング層の除去に必要なイオンをより多く生成して、エッチングや耐エッチング層の除去をより短時間で実施することができる。尚、エッチング速度をより速くするためには供給流量を２００ｓｃｃｍ以上とすることが更に好ましく、一方、供給流量を８００ｓｃｃｍ以上に高くしても供給過多となってエッチング速度が速くならない。このような観点から、供給流量の更に好ましい範囲としては２００〜８００ｓｃｃｍの範囲である。

また、前記耐エッチング層形成工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記耐エッチング層形成ガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲とすることが好ましく、このようにすれば、耐エッチング層の形成に必要なラジカルやイオンをより多く生成して、所定厚さの耐エッチング層をより短時間で形成することができる。尚、更に短時間で耐エッチング層を形成させるためには供給流量を１５０ｓｃｃｍ以上とすることがより好ましく、一方、供給流量を５００ｓｃｃｍ以上に高くしても供給過多となって耐エッチング層の形成に要する時間が短縮されない。このような観点から、供給流量の更に好ましい範囲としては１５０〜５００ｓｃｃｍの範囲である。

また、前記耐エッチング層除去工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記耐エッチング層形成ガスの流量を２０〜５００ｓｃｃｍの範囲とすることが好ましく、このようにすれば、耐エッチング層の除去と並行して新たな耐エッチング層を適度に形成することができるので、底面中央部の耐エッチング層が他の部分よりも先に除去され難くすることや、除去されたとしても当該底面中央部におけるエッチングの進行を抑制することができ、また、耐エッチング層の除去に時間がかかるといった問題を生じることもない。尚、供給流量の更に好ましい範囲としては５０〜４００ｓｃｃｍの範囲であり、この範囲であれば、前述の効果がより顕著に現れる。また、更に好ましい範囲の上限値を４００ｓｃｃｍとしているのは、耐エッチング層形成ガスの供給流量がエッチングガスの供給流量の半分程度までなら一定の効果が得られると考えられるところ、エッチングガスの更に好ましい供給流量の上限値を８００ｓｃｃｍとしたからである。

また、前記耐エッチング層形成工程では、前記基台にバイアス電位を与えるべくこの基台に供給する高周波電力を１０〜１００Ｗの範囲とすることが好ましく、１０〜５０Ｗの範囲とすれば更に好ましい。このようにすれば、底面中央部により厚い耐エッチング層を形成することができるので、耐エッチング層除去工程で底面中央部の耐エッチング層が他の部分に先行して除去されるのを防止することができる。

また、前記耐エッチング層除去工程では、前記基台にバイアス電位を与えるべくこの基台に供給する高周波電力を１０〜３００Ｗの範囲とすることが好ましく、４０〜３００Ｗの範囲とすれば更に好ましい。このようにすれば、耐エッチング層の除去の際に、特に底面中央部に耐エッチング層を形成し易くすることができるので、耐エッチング層をより短時間で除去しつつも、耐エッチング層除去工程で底面中央部の耐エッチング層が他の部分に先行して除去されることを防止することや、除去されたとしても当該底面中央部におけるエッチングの進行を抑制することができる。尚、耐エッチング層の除去に要する時間を更に短縮するためには基台に供給する高周波電力を４０Ｗ以上とすることが好ましく、このため、更に好ましい範囲の下限値を４０Ｗとしている。

尚、上記エッチング工程，耐エッチング層形成工程及び耐エッチング層除去工程を繰り返す順番は、エッチング工程から開始してエッチング工程，耐エッチング層形成工程及び耐エッチング層除去工程を順次繰り返しても良いし、耐エッチング層形成工程から開始して耐エッチング層形成工程，耐エッチング層除去工程及びエッチング工程を順次繰り返すようにしても良い。

以上のように、本発明に係るエッチング方法によれば、穴や溝の底面中央部におけるエッチングを抑制して底面中央部の凹み深さを小さくし、底面形状を平坦に近づけることができる。

本発明の一実施形態に係るエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。本実施形態における、ＳＦ_６ガスの供給流量、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量、及び基台電力の制御状態を示したタイミングチャートである。本実施形態に係るエッチング方法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。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。

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、本実施形態では、図１に示すようなエッチング装置１を用いてシリコン基板Ｋをエッチングする場合を一例に挙げて説明する。

まず、前記エッチング装置１について説明する。このエッチング装置１は、図１に示すように、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、シリコン基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置２０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波電力を供給する基台用高周波電源３５とを備える。

前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下部容器１２及び上部容器１３から構成され、上部容器１３は、下部容器１２よりも小さく形成される。前記基台１５は、シリコン基板Ｋが載置される上部材１６と、昇降シリンダ１８が接続される下部材１７とから構成され、下部容器１２内に配置される。

前記排気装置２０は、下部容器１２の側面に接続した排気管２１を備え、排気管２１を介して処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。前記ガス供給装置２５は、上部容器１３の上面に接続した供給管２６を備え、前記処理ガスとして、エッチングガス（例えば、ＳＦ_６ガス）及び耐エッチング層形成ガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８ガス）を、供給管２６を介して処理チャンバ１１内に供給する。

前記プラズマ生成装置３０は、上部容器１３の外周部に上下に並設された複数のコイル３１と、各コイル３１に高周波電力を供給するコイル用高周波電源３２とから構成され、コイル用高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上部容器１３内に供給された処理ガスをプラズマ化する。前記基台用高周波電源３５は、基台１５に高周波電力を供給することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせる。

次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用い、シリコン基板Ｋをエッチングする方法について説明する。本例のエッチング方法は、本願発明者らの、以下のような知見に基づいたものであり、これを先に説明しておく。

即ち、本願発明者らが鋭意研究を重ねた結果、エッチングガスから生成されるラジカルと化学反応し難い耐エッチング層を形成するに当たり、基台１５に高周波電力を供給すると、図３（ｂ）に示すように、穴Ｈや溝Ｈの底面中央部により厚い耐エッチング層Ｐが形成されることが判明したのである。尚、図３（ｂ）において、符号Ｋはシリコン基板を、符号Ｍはマスクをそれぞれ図示している。

また、シリコン基板Ｋのエッチングに当たってこのシリコン基板Ｋから耐エッチング層を除去する際に、エッチングガスとこのエッチングガスより少量の耐エッチング層形成ガスとをプラズマ化すると、耐エッチング層の除去量に比べて少ないものの、耐エッチング層の除去と並行して新たな耐エッチング層の形成も行われるため、底面中央部の耐エッチング層が他の部分より先に完全に除去されるといったことが起こり難く、除去されたとしても、新たに形成される耐エッチング層によって当該底面中央部におけるエッチングの進行が抑制されることが判明した。

そこで、本例のエッチング方法では、図２に示すように、処理チャンバ１１内に供給するエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスの供給流量、並びに基台１５に供給する高周波電力などを制御することにより耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅを順次繰り返して実施するとともに、これら耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅをそれぞれ次のように行うようにしている。

即ち、前記耐エッチング層形成工程Ｄでは、各高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給し、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内に耐エッチング層形成ガスを供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を減圧する。

前記耐エッチング層形成ガスは、処理チャンバ１１内でプラズマ化され、このプラズマ中のラジカルから生成される重合物が、シリコン基板Ｋの表面（エッチングによって形成される穴や溝の側壁及び底面、マスクの表面）に堆積して耐エッチング層（フロロカーボン膜）が形成される。このとき、上述のように、基台１５に高周波電力を供給しているので、穴や溝の底面中央部により厚い耐エッチング層が形成される。

尚、耐エッチング層形成ガスについては、供給流量Ｖ_Ｄで供給し（図２参照）、基台１５に供給する高周波電力については、電力Ｗ_Ｄを供給する（図２参照）。また、耐エッチング層形成ガスの供給流量は、１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましく、１５０〜５００ｓｃｃｍの範囲であれば更に好ましい。また、基台１５に供給する高周波電力は、１０〜１００Ｗの範囲であることが好ましく、１０〜５０Ｗの範囲であれば更に好ましい。

一方、前記耐エッチング層除去工程Ｒでは、各高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給し、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内にエッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を減圧する。

前記エッチングガス及び耐エッチング層形成ガスは、処理チャンバ１１内でそれぞれプラズマ化され、プラズマ中のイオンがシリコン基板Ｋに入射することによって耐エッチング層が除去される。その際、シリコン基板Ｋに対して斜めに入射するイオンの多くが穴や溝の底面中央部に到達することから、穴や溝の底面に形成された耐エッチング層の層厚が一定であれば、当該底面中央部における耐エッチング層が短時間で除去されるが、前記耐エッチング層形成工程Ｄで穴や溝の底面中央部により厚い耐エッチング層が形成され、且つ上述のように、形成量は少ないものの新たな耐エッチング層の形成が行われているので、底面中央部の耐エッチング層が他の部分より先に除去され難く、除去されたとしても、新たに形成される耐エッチング層によって当該底面中央部におけるエッチングの進行が抑制される。

尚、エッチングガス及び耐エッチング層形成ガスについては、それぞれ供給流量Ｖ，Ｖ_Ｒで供給し（図２参照）、基台１５に供給する高周波電力については、電力Ｗ_Ｒを供給する（図２参照）。供給流量Ｖは供給流量Ｖ_Ｒより高い。また、エッチングガスの供給流量は、１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましく、２００〜８００ｓｃｃｍの範囲であれば更に好ましい。また、耐エッチング層形成ガスの供給流量は、２０〜５００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましく、５０〜４００ｓｃｃｍの範囲であれば更に好ましい。また、基台１５に供給する高周波電力は、１０〜３００Ｗの範囲であることが好ましく、４０〜３００Ｗの範囲であれば更に好ましい。

また、前記エッチング工程Ｅでは、各高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給し、ガス供給装置２５から処理チャンバ１１内にエッチングガスを供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を減圧する。

前記エッチングガスは、処理チャンバ１１内でプラズマ化され、このプラズマ中のラジカルがシリコン原子と化学反応し、また、同じくプラズマ中のイオンがシリコン基板Ｋに入射することによってシリコン基板Ｋがエッチングされ、これにより、シリコン基板Ｋの表面に形成されたマスクのマスクパターンに応じた穴や溝が当該シリコン基板Ｋに形成される。尚、このとき、シリコン基板Ｋは、主にプラズマ中のラジカルによって等方的にエッチングされ、これにより、穴や溝の底面がほぼ均等にエッチングされる。

尚、エッチングガスについては、供給流量Ｖで供給し（図２参照）、基台１５に供給する高周波電力については、耐エッチング層除去工程Ｒで供給する電力Ｗ_Ｒよりも小さい電力Ｗ_Ｅを供給する（図２参照）。また、エッチングガスの供給流量は、１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましく、２００〜８００ｓｃｃｍの範囲であれば更に好ましい。

したがって、上記のような耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅを順次繰り返すことにより穴や溝の底面中央部の凹み深さＣ（図５参照）が大きくなるのを防止しつつ、穴や溝の深さ方向にエッチングを進めて行くことができる。そして、これら耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅが一定回数繰り返されると、所定形状の穴や溝が形成される。尚、このときのエッチング過程の一部を図示すると、例えば、図３のようになる。即ち、図３（ａ）のような穴Ｈや溝Ｈに耐エッチング層Ｐを形成すると、図３（ｂ）のような状態となり、この後、耐エッチング層Ｐを除去すると、図３（ｃ）のような状態となる。そして、エッチングを施すと、図３（ｄ）のような状態となる。

このように、本例のエッチング方法によれば、耐エッチング層形成工程Ｄで基台１５に高周波電力Ｗ_Ｄを供給するとともに、耐エッチング層除去工程Ｒで耐エッチング層形成ガスを供給，プラズマ化することで、耐エッチング層を除去する際に底面における耐エッチング層の除去をほぼ均等に進行させることができるので、底面中央部の凹み深さＣを小さくし、底面形状を平坦に近づけることができる。

また、エッチング工程Ｅでは、エッチングガスのみを処理チャンバ１５内に供給しているので、エッチングを効率的に進めてエッチング速度を速くすることができる。また、エッチング工程Ｅでは、耐エッチング層除去工程Ｒで基台１５に供給する高周波電力Ｗ_Ｒよりも小さい電力Ｗ_Ｅを基台１５に供給しているので、エッチング工程Ｅでシリコン基板Ｋに入射するイオンを少なくしてマスクのエッチングを抑制することができる。

また、エッチング工程Ｅ及び耐エッチング層除去工程Ｒでは、処理チャンバ１１内に供給するエッチングガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲（好ましくは２００〜８００ｓｃｃｍの範囲）としているので、エッチングに必要なラジカルや耐エッチング層の除去に必要なイオンをより多く生成してエッチングや耐エッチング層の除去をより短時間で実施することができる。

また、耐エッチング層形成工程Ｄでは、処理チャンバ１１内に供給する耐エッチング層形成ガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲（好ましくは１５０〜５００ｓｃｃｍの範囲）としているので、耐エッチング層の形成に必要なラジカルをより多く生成して所定厚さの耐エッチング層をより短時間で形成することができる。

また、耐エッチング層除去工程Ｒでは、処理チャンバ１１内に供給する耐エッチング層形成ガスの流量を２０〜５００ｓｃｃｍの範囲（好ましくは５０〜４００ｓｃｃｍの範囲）としているので、耐エッチング層の除去と並行して新たな耐エッチング層を適度に形成することができる。これにより、底面中央部の耐エッチング層が他の部分よりも先に除去され難くすることや、除去されたとしても当該底面中央部におけるエッチングの進行を抑制することができ、また、耐エッチング層の除去に時間がかかるといった問題を生じることもない。

また、耐エッチング層形成工程Ｄでは、基台１５に供給する高周波電力Ｗ_Ｄを１０〜１００Ｗの範囲（好ましくは１０〜５０Ｗの範囲）としているので、底面中央部により厚い耐エッチング層を形成することができる。これにより、耐エッチング層除去工程Ｒで底面中央部の耐エッチング層が他の部分に先行して除去されるのを防止することができる。

また、耐エッチング層除去工程Ｒでは、基台１５に供給する高周波電力Ｗ_Ｒを１０〜３００Ｗの範囲（好ましくは４０〜３００Ｗの範囲としているので、耐エッチング層を除去する際に、特に底面中央部に耐エッチング層を形成し易くすることができる。これにより、耐エッチング層をより短時間で除去しつつも、耐エッチング層除去工程Ｒで底面中央部の耐エッチング層が他の部分に先行して除去されるのを防止することや、除去されたとしても当該底面中央部におけるエッチングの進行を抑制することができる。

因みに、実験例１として、耐エッチング層形成工程Ｄのとき、処理時間を２秒と、処理チャンバ１１内の圧力を６Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を４００ｓｃｃｍとし、耐エッチング層除去工程Ｒのとき、処理時間を２秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を６０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を３００ｓｃｃｍと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を５０ｓｃｃｍとし、エッチング工程Ｅのとき、処理時間を４秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を２０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を３００ｓｃｃｍとして、この耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅを一定回数順次繰り返してシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは１８μｍであった。

一方、比較例１として、耐エッチング層除去工程ＲでＣ_４Ｆ_８ガスを全く供給しなかったこと以外は実験例１と同条件でシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは３６μｍであった。

また、実験例２として、耐エッチング層形成工程Ｄのとき、処理時間を３．５秒と、処理チャンバ１１内の圧力を６Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を１０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を４００ｓｃｃｍとし、耐エッチング層除去工程Ｒのとき、処理時間を２秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を１００Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を３００ｓｃｃｍとし、エッチング工程Ｅのとき、処理時間を４秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２．５ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を２０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を３００ｓｃｃｍとして、この耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅを一定回数順次繰り返してシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは１７μｍであった。

一方、比較例２として、耐エッチング層形成工程Ｄで基台１５に高周波電力を全く供給しなかったこと以外は実験例２と同条件でシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは２８μｍであった。

また、実験例３として、耐エッチング層形成工程Ｄのとき、処理時間を２秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を４０Ｗと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を１５０ｓｃｃｍとし、耐エッチング層除去工程Ｒのとき、処理時間を２秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を７０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を４００ｓｃｃｍと、Ｃ_４Ｆ_８ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍとし、エッチング工程Ｅのとき、処理時間を３秒と、処理チャンバ１１内の圧力を４Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２ｋＷと、基台１５に供給する高周波電力を７０Ｗと、ＳＦ_６ガスの供給流量を４００ｓｃｃｍとして、この耐エッチング層形成工程Ｄ，耐エッチング層除去工程Ｒ及びエッチング工程Ｅを一定回数順次繰り返してシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは８μｍであった。

一方、比較例３として、耐エッチング層除去工程ＲでＣ_４Ｆ_８ガスを全く供給しなかったこと以外は実験例３と同条件でシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、底面中央部の凹み深さＣは１６μｍであった。

前記実験例１及び比較例１から分かるように、耐エッチング層除去工程ＲでＣ_４Ｆ_８ガスを供給すると、底面中央部の凹み深さＣを小さくすることができる。また、前記実験例２及び比較例２から分かるように、耐エッチング層形成工程Ｄで基台１５に高周波電力を供給しても、同様に、底面中央部の凹み深さＣを小さくすることができる。また、更に、前記実験例３及び比較例３から分かるように、耐エッチング層形成工程Ｄで基台１５に高周波電力を供給している場合に、耐エッチング層除去工程ＲでＣ_４Ｆ_８ガスを供給するとと、底面中央部の凹み深さＣをより小さくすることができる。

したがって、本例のエッチング方法のように、耐エッチング層形成工程Ｄで基台１５に高周波電力を供給するとともに、耐エッチング層除去工程Ｒで耐エッチング層形成ガスを供給すれば、底面中央部の凹み深さを抑えたエッチング加工を実施可能であると言える。

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。

上例では、前記エッチング装置１を用いて本発明に係るエッチング方法を実施したが、このエッチング方法の実施には、他の構造を備えたエッチング装置を用いるようにしても良い。また、エッチング工程Ｅ及び耐エッチング層除去工程Ｒにおけるエッチングガスの供給流量をそれぞれ同じにしたが、それぞれ異なるようにしても良い。尚、エッチング工程Ｅ及び耐エッチング層除去工程Ｒにおけるエッチングガスの供給流量は、例えば、エッチング工程Ｅ及び耐エッチング層除去工程Ｒの各処理時間、１回のエッチング工程Ｅで進めるべきエッチング深さ、耐エッチング層除去工程Ｒで除去すべき耐エッチング層の厚さなどに応じて設定することができる。

また、エッチング工程Ｅでは、耐エッチング層形成ガスを処理チャンバ１１内に全く供給しなかったが、エッチングガスとともに、耐エッチング層除去工程Ｒのときよりも少量でごく僅かの耐エッチング層形成ガスを供給するようにしても良い。エッチング工程Ｅのときにも耐エッチング層形成ガスを含めれば、耐エッチング層除去工程Ｒのときと同様、形成される耐エッチング層によってエッチングの進行が抑制され、底面中央部の凹み深さが改善するが、エッチング速度が極端に低下するので、含めたとしてもごく僅かであることが好ましい。

また、エッチング工程Ｅでは、基台１５に高周波電力Ｗ_Ｒを供給したが、供給しないようにしても良い。また、前記エッチング工程Ｅ，耐エッチング層形成工程Ｄ及び耐エッチング層除去工程Ｒでコイル３１に供給する高周波電力はそれぞれ同じでも良いし、それぞれ異ならせても良く、どのような態様でも良い。

１エッチング装置
１１処理チャンバ
１５基台
２０排気装置
２５ガス供給装置
３０プラズマ生成装置
３１コイル
３２コイル用高周波電源
３５基台用高周波電源
Ｃ凹み深さ
Ｈ穴又は溝
Ｋシリコン基板
Ｐ耐エッチング層

Claims

エッチングガス及び耐エッチング層形成ガスを処理チャンバ内に供給，プラズマ化して、この処理チャンバ内の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、
前記エッチングガスのみ、又は前記エッチングガスとごく僅かの前記耐エッチング層形成ガスとを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板をエッチングするエッチング工程と、
前記耐エッチング層形成ガスのみを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板に耐エッチング層を形成する耐エッチング層形成工程と、
前記エッチングガスと、このエッチングガスより少量且つ前記エッチング工程のときより多量の前記耐エッチング層形成ガスとを前記処理チャンバ内に供給して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、前記シリコン基板に形成された耐エッチング層を除去する耐エッチング層除去工程とを順次繰り返して実施するようにしたことを特徴とするエッチング方法。
前記エッチング工程では、前記耐エッチング層除去工程で前記基台に与えるバイアス電位よりも低いバイアス電位を前記基台に与えるように、又は前記基台にバイアス電位を与えないようにしたことを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
前記エッチング工程及び耐エッチング層除去工程の少なくとも一方では、前記処理チャンバ内に供給する前記エッチングガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲としたことを特徴とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
前記耐エッチング層形成工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記耐エッチング層形成ガスの流量を１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのエッチング方法。
前記耐エッチング層除去工程では、前記処理チャンバ内に供給する前記耐エッチング層形成ガスの流量を２０〜５００ｓｃｃｍの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至４記載のいずれかのエッチング方法。
前記耐エッチング層形成工程では、前記基台にバイアス電位を与えるべくこの基台に供給する高周波電力を１０〜１００Ｗの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至５記載のいずれかのエッチング方法。
前記耐エッチング層除去工程では、前記基台にバイアス電位を与えるべくこの基台に供給する高周波電力を１０〜３００Ｗの範囲としたことを特徴とする請求項１乃至６記載のいずれかのエッチング方法。