JP2011258873A - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の電源及び単一のマッチングボックスにより、各被エッチング物の最適な周波数を用いてエッチングする。
【解決手段】被エッチング材が載置されるステージを内部に有する真空容器と、前記真空容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、前記真空容器内にプラズマを生成させるためのプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成手段の電極にプラズマ生成用高周波電力を供給するプラズマ生成用電源と、前記ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源であって、出力周波数を変更可能なバイアス電源と、前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器であって、前記バイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとる整合器と、前記バイアス電源の出力周波数を設定する周波数設定手段と、前記バイアス電源の出力周波数に応じて前記整合器のインピーダンスを制御する制御手段とを備えたドライエッチング装置によって上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に係り、特に被エッチング物に対して最適な周波数でエッチングを行う技術に関する。

一般に、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）や圧電素子に用いられる強誘電体やその電極に用いる貴金属等の難エッチング材料をドライエッチングにより加工する場合には、ハロゲンガスや不活性ガス（例えばＡｒガス）との混合ガスでプラズマを生成し、被エッチング物を設置したステージに高周波を印加し、プラズマ中のイオンを引き込むことで、エッチング加工を行っている。

特に、圧電素子を加工する場合には、貴金属の電極上に圧電膜が形成された基板のエッチングが行われる。このとき、ステージに印加するバイアス電源として低周波帯の電源が用いられるが、圧電膜と貴金属をエッチングする場合の最適な周波数は異なる。そのため、エッチングレートの低下や下地膜との選択比が低い（オーバーエッチングで下地膜が削れてしまう）といった課題がある。

このような課題に対し、被エッチング材料に応じてバイアス電源の周波数を切り替える技術が知られている（特許文献１、特許文献２）。

特開平７−２２６３９３号公報 特開２００６−２９４８４８号公報

特許文献１に記載されている装置は、ラジカルモードとイオンモードの切り替えにバイアス周波数を切り替える手法を用いている。具体的には、ラジカルモードの時はバイアスの周波数は１３．５６ＭＨｚを用い、イオンモードの時は８００ｋＨｚを使用している。一般に、可変周波数型の高周波電源は２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの周波数範囲となっており、１３ＭＨｚには対応していない。このため、特許文献１の技術では１３．５６ＭＨｚ用と８００ｋＨｚ用の２台の電源等が必要となる。さらに、それぞれの周波数用のマッチングボックスも必要となる。

また、特許文献２に記載されている方法においても、貴金属のエッチング時は低周波電源を用い、強誘電体のエッチングの時は高周波電源を用いるため、２台の電源と２台のマッチングボックスが必要となる。

このように、バイアス電源の周波数を切り替えるためには、バイアス用の高周波電源とマッチングボックスがそれぞれ２種類必要となり、装置のコストアップとなるという欠点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、単一の電源及び単一のマッチングボックスにより、各被エッチング物の最適な周波数を用いてエッチングすることが可能なドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載のドライエッチング装置は、被エッチング材が載置されるステージを内部に有する真空容器と、前記真空容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、前記真空容器内にプラズマを生成させるためのプラズマ生成手段と、前記プラズマ生成手段の電極にプラズマ生成用高周波電力を供給するプラズマ生成用電源と、前記ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源であって、出力周波数を変更可能なバイアス電源と、前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器であって、前記バイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとる整合器と、前記バイアス電源の出力周波数を設定する周波数設定手段と、前記設定されたバイアス電源の出力周波数に応じて前記整合器のインピーダンスを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、出力周波数を変更可能な単一のバイアス電源と、バイアス電源の負荷とバイアス電源とのインピーダンス整合をとる単一の整合器と、バイアス電源の出力周波数に応じて整合器のインピーダンスを制御する制御手段とを備えたので、被エッチング材のエッチングに最適なバイアス周波数を設定できるとともに、設定されたバイアス周波数に対する適切なインピーダンスマッチングが可能となり、１つのバイアス電源と１つの整合器で周波数を切り替えてドライエッチングを行うことができる。

請求項２に示すように請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記制御手段は、前記整合器内のコイルのインダクタンス及び／又はコンデンサの静電容量を調整することで該整合器のインピーダンスを制御することを特徴とする。

これにより、適切に整合器のインピーダンスを制御することができる。

請求項３に示すように請求項１又は２に記載のドライエッチング装置において、前記バイアス電源の出力周波数は、２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下であることを特徴とする。

これにより、単一のバイアス電源で周波数が変更可能となるともに、単一の整合器でインピーダンス整合をとることができ、さらに、十分なエッチング性能を得ることができる。

請求項４に示すように請求項１から３のいずれかに記載のドライエッチング装置において、被エッチング材のエッチングに適した自己バイアスの周波数を選択する選択手段を備え、前記周波数設定手段は、前記選択された周波数に前記バイアス電源の出力周波数を設定することを特徴とする。

これにより、被エッチング材のエッチングに適した自己バイアスの周波数でエッチングを行うことができる。

請求項５に示すように請求項４に記載のドライエッチング装置において、前記選択手段は、メインエッチング時には被エッチング材のエッチングに適した第１の周波数を選択し、オーバーエッチング時には被エッチング材と該被エッチング材の下地材との選択比の高い第２の周波数を選択することを特徴とする。

これにより、メインエッチング時とオーバーエッチング時においてそれぞれ適切なバイアス周波数でエッチングを行うことができる。

請求項６に示すように請求項５に記載のドライエッチング装置において、前記生成されたプラズマの発光強度を計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づいてメインエッチングとオーバーエッチングとを判別する判別手段とを備え、前記選択手段は、前記判別手段の判別結果に基づいて自己バイアスの周波数を選択することを特徴とする。

これにより、適切にメインエッチングとオーバーエッチングとを判別することができる。

請求項７に示すように請求項６に記載のドライエッチング装置において、前記計測手段は、発光分光法により前記プラズマの発光強度を計測することを特徴とする。

これにより、適切にメインエッチングとオーバーエッチングとを判別することができる。

請求項８に示すように請求項６又は７に記載のドライエッチング装置において、前記判別手段は、前記計測手段が計測した発光強度がメインエッチング時のプラズマの発光強度と比較して所定の値だけ低下したときを基準として、メインエッチングとオーバーエッチングとを判別することを特徴とする。

これにより、適切にメインエッチングとオーバーエッチングとを判別することができる。

請求項９に示すように請求項５から８のいずれかに記載のドライエッチング装置において、前記第１の周波数は１ＭＨｚ以下であり、前記第２の周波数は前記第１の周波数の１．５倍以上の周波数であることを特徴とする。

これにより、適切にエッチングを行うことができる。

前記目的を達成するために請求項１０に記載のドライエッチング方法は、被エッチング材が載置されるステージを内部に有する真空容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給工程と、プラズマ生成手段の電極にプラズマ生成用高周波電力を供給して前記真空容器内にプラズマを生成させるためのプラズマ生成工程と、前記ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源の出力周波数を設定する周波数設定工程と、前記設定されたバイアス電源の出力周波数に応じて、前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器を用いて前記バイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとる整合工程とを備えたことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源の出力周波数を任意の値に設定し、設定されたバイアス電源の出力周波数に応じて、前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器を用いてバイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとるようにしたので、被エッチング材のエッチングに最適なバイアス周波数を設定できるとともに、設定されたバイアス周波数に対する適切なインピーダンスマッチングが可能となり、１つのバイアス電源と１つの整合器で周波数を切り替えてドライエッチングを行うことができる。

請求項１１に示すように請求項１０に記載のドライエッチング方法において、前記被エッチング材は、圧電膜であることを特徴とする。

本発明のドライエッチング方法は、被エッチング材として圧電膜を用いることができる。

請求項１２に示すように請求項１１に記載のドライエッチング方法において、前記圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜であることを特徴とする。

上記の圧電膜として、ＰＺＴ膜を用いることができる。

本発明によれば、単一の電源及び単一のマッチングボックスにより各被エッチング物の最適な周波数を用いてエッチングを行うことが可能となる。

ドライエッチング装置の概略構成を示す断面図 マッチングボックスの回路構成を示す図 圧電素子の製造工程を示した説明図 ＰＺＴ膜をエッチングした際の時間経過に対するプラズマモニタの出力を示す図 ＰＺＴとＰｔのエッチングレートと選択比を示したグラフ エッチング工程を示した説明図 ＰｔとＳｉＯ_２のエッチングレートと選択比を示したグラフ ＰｔとＳｉＯ_２のエッチングレートと選択比を示したグラフ

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔ドライエッチング装置の全体構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すドライエッチング装置１０には、チャンバ１２（真空容器）内にプロセスガス（エッチングガス）を供給するプロセスガス供給部１４と、チャンバ１２内のガスを排気する排気部１６と、チャンバ１２内の圧力調整を行う圧力調整部（不図示）とが設けられており、プロセスガス供給部１４からチャンバ１２内にプロセスガスを供給しつつ、排気部１６から排気を行うことにより、チャンバ１２内の圧力調整が行われる。

チャンバ１２の上面には誘電体窓１８が密閉的に取付けられており、さらに誘電体窓１８の上方（大気側）にはループコイル状のアンテナ２０が設置されている。アンテナ２０には、整合器（不図示）を介して、プラズマ発生用の高周波電源（ＲＦ電源）２４が接続されている。プラズマ発生用の高周波電源２４の周波数は１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ帯であり、例えば１３．５６ＭＨｚを用いる。また、プラズマ発生用の高周波電源２４をパルス駆動させるようにしてもよい。

チャンバ１２内のステージ２６には、静電チャック又はクランプを備えた基板冷却機構（不図示）が設けられており、そのステージ２６上に被エッチング材となる基板２８が載置される。ステージ２６には、マッチングボックス３０を介してバイアス印加用の低周波電源３２が接続されている。

マッチングボックス３０は、バイアス印加用の低周波電源３２からステージ２６に最大電力を供給するために、バイアス印加用の低周波電源３２のインピーダンスと、マッチングボックス３０を含むバイアス印加用の低周波電源３２の接続負荷のインピーダンスの整合をとるように構成されている。

バイアス印加用の低周波電源３２は、周波数が２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲で変更可能な電源が用いられる。プラズマ発生用の高周波電源２４と同様に、バイアス印加用の低周波電源３２をパルス駆動させるようにしてもよい。また、プラズマ発生用の高周波電源２４及びバイアス印加用の低周波電源３２をパルス駆動させる場合には、各電源のパルス周期を同期させる手段を設けることが好ましい。

このように構成されたドライエッチング装置１０は、プロセスガスの供給、排気を行いながら、プラズマ発生用の高周波電源２４によりアンテナ２０に電力を印加し、アンテナ２０から誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に電磁波を放射して、チャンバ１２内に高密度のプラズマを生成させる。

同時に、バイアス印加用の低周波電源３２よりステージ２６に自己バイアス電圧が印加されると、生成されたプラズマ中からイオンが引き出されて基板２８に入射され、ステージ２６上の基板２８がエッチングされる。

このとき、プラズマモニタ２２は、発光分光法により、チャンバ１２内の発光スペクトル線の強度変化を検出する。

なお、本実施形態のドライエッチング装置１０は、図１に示すように誘電結合方式（Inductive Coupling Plasma:ICP）の装置であるが、本発明の実施に際しては特に本例に限定されるものではない。例えば、ヘリコン波、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ＳＷＰ（Surface Wave Plasma）等のプラズマ源を用いた装置や、平行平板タイプの装置を適用することも可能である。

プロセスガス（エッチングガス）としては、ハロゲンガスを用いればよい。例えばＣｌ_２（塩素）やＢＣｌ_３（三塩化ホウ素）、ＨＢｒ（臭化水素）、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）、ＣＦ_４（四フッ化炭素）、ＣＨＦ_３（トリフルオロメタン）、Ｃ_２Ｆ_６（六フッ化エタン）、Ｃ_３Ｆ_８（八フッ化プロパン）、Ｃ_４Ｆ_６（六フッ化ブタジエン）、Ｃ_４Ｆ_８（八フッ化シクロブタン）、Ｃ_５Ｆ_８（オクタフルオロシクロペンテン）等や、それらの混合ガスを用いればよい。また、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガス、Ｏ_２（酸素）やＮ_２（窒素）などの混合ガスを用いることもできる。

なお、プロセスガスの流量は１〜１０００ｓｃｃｍであることが好ましく、真空度（圧力）は０．０１〜１０Ｐａ程度であることが好ましい。

〔マッチングボックスの構成〕
次に、マッチングボックス３０の構成について説明する。

前述のように、ドライエッチング装置１０は、バイアス印加用の低周波電源３２の周波数（バイアス周波数）を変更可能に構成されている。これに対応して、マッチングボックス３０は、内部のコイル及びコンデンサの容量を変更することで、設定されたバイアス周波数に応じてインピーダンス整合が可能に構成されている。

図２（ａ）は、マッチングボックス３０の回路構成を示す図である。同図に示すように、マッチングボックス３０は、入力部８０、センサ部８２、制御部８４、出力部８６の他、ロードコイルＬ１、チューニングコイルＬ２、調整用コイルＬ３、調整用コンデンサＣ１、カップリングコンデンサＣ２から構成されている。

同図に示すように、バイアス印加用の低周波電源３２の出力は、マッチングボックス３０の入力部８０に入力されている。なお、マッチングボックス３０の筐体のカバーが開けられると、コントローラ６２からバイアス印加用の低周波電源３２にインターロック信号が送信されることにより、バイアス印加用の低周波電源３２はその出力を停止する。

バイアス周波数の変更は、ドライエッチング装置１０の制御部６０から、バイアス周波数の設定信号をバイアス印加用の低周波電源３２及びコントローラ６２へ出力することにより行われる。

バイアス周波数の設定信号を受信したバイアス印加用の低周波電源３２は、設定信号に応じた周波数に出力周波数を切り替える。

また、コントローラ６２は、受信したバイアス周波数の設定信号をマッチングボックス３０の制御部８４に出力する。制御部８４は、設定されたバイアス周波数に対して最適なインピーダンスとなるように、マッチングボックス３０内の調整用コイルＬ３のインダクタンス及び調整用コンデンサＣ１の静電容量を調整する。

調整用コイルＬ３には、図２（ｂ）に示すようなタップ付きコイルが用いられる。タップ付きコイルは、ａ〜ｅのタップ位置を切り替えることにより、コイルの有効巻き数が変更可能となっている。これにより、調整用コイルＬ３のインダクタンスは、５〜２００μＨの所定の値に変更可能である。制御部８４は、タップ切り替え手段（不図示）により調整用コイルＬ３のタップ位置を切り替えて、調整用コイルＬ３のインダクタンスを切り替える。

なお、調整用コイルＬ３として、インダクタンス可変コイルを用いてもよい。

また、調整用コンデンサＣ１には可変容量コンデンサが用いられており、制御部８４は、容量切り替え手段（不図示）により調整用コンデンサＣ１の静電容量を切り替える。

例えば、バイアス周波数が５００ｋＨｚの場合は、制御部８４は調整用コイルＬ３を３０μＨ、調整用コンデンサを２１００ｐＦに設定する。また、バイアス周波数が９９９ｋＨｚの場合は、制御部８４は調整用コイルＬ３を１５μＨ、調整用コンデンサを１０００ｐＦに設定する。設定されたバイアス周波数に対する、調整用コイルＬ３のインダクタンス及び調整用コンデンサＣ１の静電容量は、制御部６０又は制御部８４に予め記憶しておけばよい。

なお、マッチングボックス３０のインピーダンスの微調整は、ロードコイルＬ１とチューニングコイルＬ２のインダクタンスを変更することで行われる。センサ部８２は、バイアス印加用の低周波電源３２から入力部８０に入力された電圧値及び電流値を検出し、制御部８４に出力する。制御部８４は、センサ部８２から入力された値に基づいて、バイアス印加用の低周波電源３２の負荷インピーダンスを算出し、算出した負荷インピーダンスに基づいてロードコイルＬ１とチューニングコイルＬ２のインダクタンスを変更し、設定周波数に応じて整合したインピーダンスの微調整を行う。これにより、適切にインピーダンスマッチングを計ることができる。

このようにインピーダンス整合された電力は、カップリングコンデンサＣ２を介して出力部８６から出力され、ドライエッチング装置１０のチャンバ１２内のステージ２６に印加される。

〔第１の実施形態〕
図３は、圧電素子の製造工程を示した説明図である。まず、図３（ａ）に示すシリコン基板（Ｓｉ基板）３４上に絶縁膜３６を形成する（図３（ｂ））。次に、絶縁膜３６上に密着層３８を形成し、さらに密着層３８上に下部電極膜（貴金属膜）４０を形成する（図３（ｃ））。続いて、下部電極膜４０上に圧電膜（強誘電体膜）４２を形成し（図３（ｄ））、さらに圧電膜４２上に上部電極膜（貴金属膜）４４を形成する（図３（ｅ））。例えば、絶縁膜３６は酸化膜（ＳｉＯ_２膜）であり、スパッタ法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition:CVD）、熱酸化法で形成することができる。また、密着層３８はチタン層（Ｔｉ層）であり、スパッタ法で形成することができる。また、下部電極膜４０や上部電極膜４４は、貴金属材料であるＰｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）やその酸化膜であり、スパッタ法やＣＶＤ法で形成することができる。また、圧電膜４２は、ＰＺＴ膜（チタン酸ジルコン酸鉛）であり、スパッタ法やＣＶＤ法で形成することができる。

次に、上部電極膜４４上にレジスト４６を形成（塗布）し、プリベーク（ソフトベーク）、露光、現像、ポストベークの各プロセスを順に行い、レジスト４６を所定形状にパターニングする（図３（ｆ））。続いて、パターニングされたレジスト４６をマスクとして、ドライエッチングにより上部電極膜４４をパターニングする（図３（ｇ））。

次に、圧電膜４２上にマスク層４８を形成する（図３（ｈ））。マスク層４８としては、レジストや酸化膜を用いることができる。また、金属などのハードマスクを用いてもよい。これらの中でも、マスク層４８としてレジストを用いる態様が好ましい。この場合、圧電膜４２上にレジストをスピンコート法などにより形成し、プリベーク（ソフトベーク）、露光、現像、ポストベークの各プロセスを順に行い、レジストを所定形状にパターニングすればよい。このとき、ポストベークに代えて、ＵＶキュア(Ultraviolet Cure)を行ってもよい。

マスク層４８としてハードマスクを用いる場合には、ハードマスクの成膜、そしてパターニングするためのフォトリソ工程、エッチング工程が必要になる。これに対して、レジストマスクを用いる場合には、ハードマスクのパターニングが不要であり、マスクの作製に要する工程が減少してコストダンを図ることができる。よって、コストダウンの観点から、レジストを用いる態様が好ましい。

次に、圧電膜４２のドライエッチングを行う（図３（ｉ））。具体的には、図１に示したドライエッチング装置１０のチャンバ１２内のステージ２６上に、圧電膜４２が形成された基板（被エッチング材）５０を載置する。続いて、チャンバ１２内を真空状態にした後、プロセスガスをプロセスガス供給部１４から供給しつつ排気部１６から排気を行い、チャンバ１２内が所定の圧力となるように圧力調整を行う。

本実施形態では、プロセスガスとしてＣＬ_２とＣ_４Ｆ_８との混合ガスを用い、それぞれＣＬ_２＝１０ｓｃｃｍ、Ｃ_４Ｆ_８＝４０ｓｃｃｍの流量とする。また、チャンバ１２内の圧力を０．７Ｐａとする。

次に、プラズマ発生用の高周波電源２４より１３．５６ＭＨｚの高周波を４７５Ｗの電力でアンテナ２０に印加し、アンテナ２０から誘電体窓１８を介してチャンバ１２内に電磁波を放射して、チャンバ１２内に高密度のプラズマを生成させる。このとき、ステージ２６には、バイアス印加用の低周波電源３２より５００ｋＨｚの低周波を１００Ｗの電力で印加する。これにより、マスク層４８で覆われていない部分の圧電膜４２がエッチングされ、マスク層４８に対応した形状に圧電膜４２がパターニングされる。

ここで、バイアス印加用の低周波電源３２は、圧電膜４２のメインエッチング時（下地膜である下部電極膜４０に達するまで）は周波数を５００ｋＨｚとしているが、オーバーエッチング時（下地膜である下部電極膜４０に達した後）には周波数を９９９ｋＨｚに切り替える。

図４は、ＰＺＴ膜をエッチングした際の時間経過に対するプラズマモニタ２２の出力を示す図であり、Ｔｉの発光波長である４０６ｎｍをモニタした結果を示している。

同図に示すように、Ｔｉの発光強度は、エッチング開始とともに上昇し、その後安定して一定の強度を示すようになる。また、さらに時間が経過すると、強度が低下していく。この強度が安定している状態がメインエッチングであり、強度が低下している状態がオーバーエッチングである。したがって、このプラズマモニタ２２の出力から、下地膜である下部電極膜４０に達した時点（ジャストエッチング）を判断し、バイアス印加用の低周波電源３２の周波数を切り替えればよい。例えば、発光強度が安定値より５〜２０％低下し続けたときに、低下し始めた時点をジャストと判断する。なお、ジャストの判断は適宜決めればよい。

ここで、ＰＺＴ及びＰｔのエッチングレートのバイアス周波数の依存性について説明する。図５は、バイアス印加用の低周波電源３２の出力を１００Ｗ、周波数を５００ｋＨｚ、７５０ｋＨｚ、９９９ｋＨｚとしたときの、ＰＺＴのエッチングレートとＰｔのエッチングレート、及びそれぞれのエッチングレートから算出した選択比（ＰＺＴ／Ｐｔ）を示したグラフである。

同図に示すように、バイアス周波数が５００ｋＨｚの場合は、ＰＺＴのエッチングレートは速いがＩｒの選択比が低い。また、バイアス周波数が９９９ｋＨｚの場合は、ＰＺＴのエッチングレートは遅くなるが、Ｉｒの選択比が高い。

上記の結果から、５００ｋＨｚでメインエッチングを行うことでエッチングレートを高めて生産性を向上させることができ、９９９ｋＨｚでオーバーエッチングを行うことで下地膜の電極の削れを防止してデバイスの信頼性を向上させることができることがわかる。

即ち、圧電膜４２のエッチングは、バイアス周波数を５００ｋＨｚとしてエッチングを開始し、プラズマモニタ２２の出力からジャストエッチングを検出したら、バイアス周波数を９９９ｋＨｚに切り替えればよい。

ここでは、オーバーエッチング時のバイアス周波数を９９９ｋＨｚとしたが、７５０ｋＨｚとしてもよい。即ち、図５に示すように、バイアス周波数が７５０ｋＨｚの場合であっても、Ｉｒの選択比が高く、オーバーエッチング時のバイアス周波数として採用可能である。この場合、オーバーエッチング時のバイアス周波数７５０ｋＨｚは、メインエッチング時のバイアス周波数５００ｋＨｚの１．５倍となる。

このように、メインエッチングのバイアス周波数を１ＭＨｚ以下とし、オーバーエッチングのバイアス周波数をメインエッチングのバイアス周波数の１．５倍以上の周波数とすることで、最適なエッチングを行うことができることがわかる。

図３の説明に戻り、最後に、マスク層４８を除去することにより、下部電極膜４０、圧電膜４２、及び上部電極膜４４から成る圧電素子５２をシリコン基板３４上に形成することができる（図３（ｊ））。

本実施形態では、５００ｋＨｚ〜９９９ｋＨｚの範囲において、エッチングレートと選択比を比較して最適なバイアス周波数を選択しているが、選択可能なバイアス周波数がこの範囲に限定されるものでないことはいうまでもない。ここでは、バイアス印加用の低周波電源３２の周波数は２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲で変更可能であり、マッチングボックス３０もこの範囲の周波数でインピーダンスマッチングが可能に構成されている。したがって、被エッチング材に応じて、２００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲において、エッチングレートと選択比を比較して最適なバイアス周波数を選択することができる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態では、積層膜の連続エッチングを行う。ここでは、シリコン基板上に電極で挟まれるように形成された圧電膜層の連続エッチングを例に説明する。

図６は、本実施形態のエッチング工程を示した説明図であり、図３と共通する部分には同一の符号を付してある。

本実施形態でエッチングを行う積層膜は、図６（ａ）に示すように、シリコン基板３４上に絶縁膜３６、絶縁膜３６上に密着層３８、密着層３８上に下部電極膜４０、下部電極膜４０上に圧電膜４２、圧電膜４２上に上部電極膜４４が形成されている。第１の実施形態と同様に、圧電膜４２はＰＺＴ膜であり、上部電極膜４４はＰｔが用いられている。

さらに、上部電極膜４４上にはハードマスクである酸化膜９０が形成されている。また、酸化膜９０上には、酸化膜９０をパターニングするためのレジスト９２がパターニングされている。レジスト９２は、前述のレジスト４６と同様にパターニングすればよい。

本実施形態では、このように形成された圧電膜層の連続エッチングを行う。

まず、レジスト９２を用いて酸化膜９０のエッチングを行う。エッチング条件としては、例えば、プロセスガスにフッ素含有ガスや不活性ガスを用い圧力を０．２〜５Ｐａ程度に設定することができる。ここでは、プロセスガスにＣ_４Ｆ_８とＡｒを用い、それぞれのガス流量をＣ_４Ｆ_８＝５ｓｃｃｍ、Ａｒ＝４５ｓｃｃｍ、圧力を０．６Ｐａ、プラズマ発生用の高周波電源２４の出力を５００Ｗ、バイアス印加用の低周波電源の出力を１００Ｗとした。

ここで、上記のエッチング条件における酸化膜９０と上部電極膜４４のエッチングレートのバイアス周波数の依存性について説明する。図７は、バイアス印加用の低周波電源３２の出力を１００Ｗ、周波数を５００ｋＨｚ、７５０ｋＨｚ、９９９ｋＨｚとしたときの、ＳｉＯ_２のエッチングレートとＰｔのエッチングレート、及びそれぞれのエッチングレートから算出した選択比（ＳｉＯ_２／Ｐｔ）を示したグラフである。

同図に示すように、バイアス周波数が９９９ｋＨｚの時が最も選択比が高い。したがって、バイアス周波数を９９９ｋＨｚとすることで、下地膜である上部電極膜４４の削りこみを少なくして、適切に酸化膜９０をエッチングすることができる（図６（ｂ））。

次に、酸化膜９０をマスクとして、上部電極膜４４をドライエッチングにより加工を行う。エッチング条件としては、例えば、プロセスガスに塩素含有ガスや不活性ガスを用い、圧力を０．２〜５Ｐａ程度に設定することができる。ここでは、プロセスガスにＣＩ_２とＡｒを用い、それぞれのガス流量をＣＩ_２＝１０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝４０ｓｃｃｍ、圧力を０．２Ｐａ、プラズマ発生用の高周波電源２４の出力を５００Ｗ、バイアス印加用の低周波電源の出力を７５Ｗとした。

上記のエッチング条件における、マスクとなる酸化膜９０と被エッチング材料である上部電極膜４４のエッチングレートのバイアス周波数の依存性について説明する。図８は、バイアス印加用の低周波電源３２の出力を１００Ｗ、周波数を５００ｋＨｚ、７５０ｋＨｚ、９９９ｋＨｚとしたときの、ＳｉＯ_２のエッチングレートとＰｔのエッチングレート、及びそれぞれのエッチングレートから算出した選択比（Ｐｔ／ＳｉＯ_２）を示したグラフである。

同図に示すように、バイアス周波数が５００ｋＨｚにおいて、マスク選択比が高く、Ｐｔのエッチングレートも速い。したがって、バイアス周波数を５００ｋＨｚとすることで、適切に上部電極膜４４をエッチングすることができる（図６（ｃ））。

続いて、圧電膜４２のエッチングを行う。このエッチング条件等は、図３（ｉ）を用いて説明した第１の実施形態と同様である。メインエッチングのバイアス周波数を５００ｋＨｚとし、プラズマモニタ２２によりジャストエッチングを検出後、バイアス周波数を９９９ｋＨｚに切り替えてオーバーエッチングを行う。

以上のように、バイアス周波数を、ハードマスクである酸化膜９０のエッチング時には９９９ｋＨｚとし、続けて上部電極膜４４のエッチング時には５００ｋＨｚとする。さらに、圧電膜４２のエッチング時には５００ｋＨｚから９９９ｋＨｚに変更する。このように、積層膜の連続エッチング時にバイアス周波数を可変としてし最適な周波数を用いることで、エッチングレートも速く、下地膜との選択比も高い高精度且つ高速エッチング加工
を実現することが可能となる。

なお、これらのバイアス周波数の切り替えタイミングは、それぞれの膜のエッチング時間を予め決めておいてもよいし、第１の実施形態のように、プラズマモニタ２２の出力から判断するようにしてもよい。

１０…ドライエッチング装置、１２…チャンバ、１８…誘電体窓、２０…アンテナ、２２…プラズマモニタ、２４…プラズマ発生用の高周波電源、３０…マッチングボックス、３２…バイアス印加用の低周波電源、４２…圧電膜、４４…上部電極膜、４６、９２…レジスト、４８…マスク層、５２…圧電素子、６０…制御部、８２…センサ部、８４…制御部、９０…酸化膜、Ｌ３…調整用コイル、Ｃ１…調整用コンデンサ

Claims (12)

1. 被エッチング材が載置されるステージを内部に有する真空容器と、
   前記真空容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、
   前記真空容器内にプラズマを生成させるためのプラズマ生成手段と、
   前記プラズマ生成手段の電極にプラズマ生成用高周波電力を供給するプラズマ生成用電源と、
   前記ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源であって、出力周波数を変更可能なバイアス電源と、
   前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器であって、前記バイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとる整合器と、
   前記バイアス電源の出力周波数を設定する周波数設定手段と、
   前記設定されたバイアス電源の出力周波数に応じて前記整合器のインピーダンスを制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするドライエッチング装置。
2. 前記制御手段は、前記整合器内のコイルのインダクタンス及び／又はコンデンサの静電容量を調整することで該整合器のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
3. 前記バイアス電源の出力周波数は、２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
4. 被エッチング材のエッチングに適した自己バイアスの周波数を選択する選択手段を備え、
   前記周波数設定手段は、前記選択された周波数に前記バイアス電源の出力周波数を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドライエッチング装置。
5. 前記選択手段は、メインエッチング時には被エッチング材のエッチングに適した第１の周波数を選択し、オーバーエッチング時には被エッチング材と該被エッチング材の下地材との選択比の高い第２の周波数を選択することを特徴とする請求項４に記載のドライエッチング装置。
6. 前記生成されたプラズマの発光強度を計測する計測手段と、
   前記計測手段の計測結果に基づいてメインエッチングとオーバーエッチングとを判別する判別手段と、
   を備え、
   前記選択手段は、前記判別手段の判別結果に基づいて自己バイアスの周波数を選択することを特徴とする請求項５に記載のドライエッチング装置。
7. 前記計測手段は、発光分光法により前記プラズマの発光強度を計測することを特徴とする請求項６に記載のドライエッチング装置。
8. 前記判別手段は、前記計測手段が計測した発光強度がメインエッチング時のプラズマの発光強度と比較して所定の値だけ低下したときを基準として、メインエッチングとオーバーエッチングとを判別することを特徴とする請求項６又は７に記載のドライエッチング装置。
9. 前記第１の周波数は１ＭＨｚ以下であり、前記第２の周波数は前記第１の周波数の１．５倍以上の周波数であることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載のドライエッチング装置。
10. 被エッチング材が載置されるステージを内部に有する真空容器内にプロセスガスを供給するプロセスガス供給工程と、
    プラズマ生成手段の電極にプラズマ生成用高周波電力を供給して前記真空容器内にプラズマを生成させるためのプラズマ生成工程と、
    前記ステージの自己バイアス電位を制御するための単一のバイアス電源の出力周波数を任意の値に設定する周波数設定工程と、
    前記設定されたバイアス電源の出力周波数に応じて、前記ステージと前記バイアス電源との間に電気的に接続された単一の整合器を用いて前記バイアス電源の負荷と前記バイアス電源とのインピーダンス整合をとる整合工程と、
    を備えたことを特徴とするドライエッチング方法。
11. 前記被エッチング材は、圧電膜であることを特徴とする請求項１０に記載のドライエッチング方法。
12. 前記圧電膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜であることを特徴とする請求項１１に記載のドライエッチング方法。

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