JP4480012B2 - エッチング方法およびエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン基板等の被処理物をエッチングする方法および装置に関するものである。

各種のセンサ関連部品やバイオ関連部品として、シリコン基板をエッチングにより加工して微小な機能部品を製造する技術があるが、このうちパワーデバイスやＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical System）分野では、しばしば２０μｍ以上、さらには１００〜３００μｍの深い溝や穴の加工を行う場合もある。

このような深い溝や縦穴の加工をドライエッチングにより行う場合、一般にＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）等の高密度プラズマソースを利用した高いエッチングレートが得られる方法が用いられる。また、処理反応室内にエッチングガスを導入して溝又は穴をエッチングする工程と、同じ反応処理室内にパッシベーションガスを導入し、エッチングされた溝や穴の側壁およびボトムにパッシベーション層（保護膜）を化学的に蒸着させる工程とを交互に行うことによって、高速で正確な形状の深い溝や穴の加工を可能とするエッチング方法がある（例えば、特許文献１参照）。

このエッチング方法は、エッチングした後の溝や穴内においてシリコンが露出した側壁とボトムの両方に保護膜を化学的に蒸着した状態で再度エッチングを行うと、側壁よりもボトムの保護膜の方が早くエッチングされることにより、主としてボトム方向へのエッチングが進行することを利用するものである。また、このようなエッチング方法において、側壁の形状を制御する方法が特許文献２に開示されている。
特表２００１−５０５００１号公報 特許第３５４０１２９号公報

しかしながら、上記各特許文献にて開示されたエッチング方法を実際に使用する場合、エッチング加工された溝や穴等のエッチング部の側壁に形成される保護膜に、部分的でかつ不規則な欠陥（欠落や変質等）が発生することがある。この保護膜自体は後の工程で取り除かれることが多いが、その下地であるシリコンの表面に該欠陥による影響によって部分的な窪みや不規則な表面粗さが発生するおそれがある。

また、エッチングレートを上げるため、エッチングガスの流量や圧力を増加させると、更にそれらの欠陥が側壁全体に拡大したり、溝や穴の形状が悪化したりすることもある。

本発明は、エッチング部に形成される保護膜における欠陥の発生を抑制するとともに、高いエッチングレートを実現するエッチング方法および装置を提供することを目的とする。

本発明は、処理室内にエッチングガスを供給して処理室内に配置されたシリコン基板のプラズマエッチングを行う第１の工程と、処理室内にパッシベーションガスを供給してシリコン基板のエッチング部にパッシベーション層を生成する第２の工程とを交互に繰り返すことによりシリコン基板に深い溝又は穴の加工を行うエッチング方法であって、第２の工程の後、第１の工程の前に、処理室内の圧力がプラズマを消失させない所定の圧力より低くならないようにパージガスの導入圧力を設定し、該パージガスを処理室内に供給する工程を有する。パージガスの導入圧力を設定して供給する工程において、パージガスの当初の導入圧力を、第１の工程でのエッチングガスの導入圧力及び第２の工程でのパッシベーションガスの導入圧力よりも低くし、シリコン基板のエッチング部の深さが深くなるにしたがって、パージガスの導入流量を増加させることにより、該パージガスの導入圧力を漸次増加させることを特徴とする。
また、前記第１の工程の後、第２の工程の前に処理室内にパージガスを供給する工程をさらに有することを特徴とする。
また、パージガスは、ヘリウムガス、アルゴンガス又は窒素ガスであることを特徴とする。
また、シリコン基板が配置される処理室と、エッチングガス、パッシベーションガスおよびパージガスを処理室に供給するガス供給部と、エッチング方法を実施するようガス供給部を制御する制御部とを有することを特徴とする。
また、デバイスの製造方法は、エッチング装置内にシリコン基板を配置する工程と、該エッチング装置によりシリコン基板のエッチングを行う工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、第２の工程の後、第１の工程の前に処理室内にパージガスを供給することにより、エッチング部内から第２の工程で供給されて残留しているパッシベーションガスを排除したり減少させたりすることができるので、パッシベーション層に不規則な欠陥が発生するのを抑制できる。この結果、エッチングガスやパッシベーションガスの流量や圧力を増加させてエッチングレートを大きくすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。

図１Ａには、本発明の前提技術としての実施例１であるエッチング方法を使用するエッチング装置の構成を示している。本実施例では、ＩＣＰプラズマエッチング装置の一例を示している。

図１Ａにおいて、５は基板処理反応室であり、ガスが導入されていない状態では１０^−５Ｐａ程度の高い真空状態を実現できる。この基板処理反応室１の上部には、ガス導入口９が設けられており、該ガス導入口９を通じてガス供給部４１からのエッチングガス、保護膜生成ガス（パッシベーションガス）およびパージガスを基板処理反応室５内に導入できる。ガス供給部４１内には、図示しないが、各ガスに対応した電磁バルブ等、各ガスの供給、遮断および供給流量（供給圧力）を制御する部材が設けられている。

また、基板処理反応室５の上部には、該基板処理反応室５の外周部に配置されたアンテナコイル６が設けられている。このアンテナコイル６には、例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマソース用高周波電源７が接続されており、加工する寸法や形状によって異なるが、例えばピーク電力が１〜３ｋＷである高周波電力がインピーダンスマッチング回路８を経由してアンテナコイル６に印加される。

後述するように、ガス供給部４１からは、エッチングガスとしてのＳＦ_６が１００〜７００ｓｃｃｍ（standard cc/min）の流量で、また保護膜生成ガスとしてのＣ_４Ｆ_８が５０〜４００ｓｃｃｍの流量で、さらにパージガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ_２）が５０〜４００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ順に切り換えられて基板処理反応室５に供給される。この切り換えの制御はコントローラ４２により行われる。なお、本発明において、各ガスの具体的な成分はこれらに限られない。

基板処理反応室５内に導入されたエッチングガスが高周波電源７およびアンテナコイル６からのエネルギーによって励起されることにより、プラズマが発生する。これにより、エッチングガス内には、イオン（ＳＦ_ｘ）および励起反応種Ｆラジカルが発生する。また、保護膜生成ガス内には、基板表面に付着してパッシベーション層としての保護膜を形成するポリマーイオン（Ｃ_ｘF_ｙ）が発生する。さらに、パージガス内には、該ガスの活性種やイオンが発生する。

基板処理反応室５内の下部には、被処理物であるシリコン基板１２を保持するための基板ホルダー１１が配置されており、その内部には電極１３が設けられている。電極１３と基板処理反応室５との間には、インピーダンスマッチング回路１５を経由してバイアス用高周波電源１４から、例えば１３．５６ＭＨｚでピーク電力が５〜５００ｗの高周波電力が印加される。これにより、基板処理反応室５の上部空間にて発生し、該反応室５のほぼ全体に拡散しているイオンや活性種が基板１２側に加速運動する。

そして、それらのイオンや活性種は、最終的に基板１２の表面に到達し、基板１２をエッチングしたり、エッチングされた溝や穴等のエッチング部の側壁やボトムに保護膜を生成したりする。

図１Ｂには、ここまで説明した本実施例のエッチング装置における１枚の基板１２（但し、複数の基板を同時に処理してもよい）に対する一連のエッチング処理の流れを示している。

ステップ（図では「Ｓ」と略す：他のフローチャートについても同じ）１では、基板１２を基板ホルダー１１上に配置し、その後で基板処理反応室５内からの真空排気を行い、上述したように１０^−５Ｐａ程度の真空状態とする。

次に、ステップ２では、基板処理反応室５内にエッチングガスを導入し、不図示の圧力センサの出力をモニターしながら所定の圧力に維持した状態で上述したようにプラズマを発生させ、所定時間、基板１２に対するエッチングを行う（第１の工程であるエッチング工程）。

エッチング工程が終了すると、ステップ３にて基板処理反応室５内に保護膜生成ガスを導入し、所定の圧力に維持した状態で、基板１２におけるエッチング部に保護膜を生成する（第２の工程である保護膜生成工程）。

所定時間の保護膜生成工程が終了すると、ステップ４にて基板処理反応室５内にパージガスを導入し、所定の圧力に維持した状態でエッチング部内に残留した保護膜生成ガスを除去又は減少させる（パージ工程）。
そして、所定時間のパージ工程が終了すると、ステップ５にて今回のプロセスサイクル（１回のエッチング工程〜パージ工程までを１プロセスサイクルとする）が所定のｎ回目であったか否かを判別し、まだｎ回目でなければステップ２に戻り、次回のプロセスサイクルを繰り返す。

一方、ｎ回目のプロセスサイクルが終了した場合は、ステップ６に進み、基板処理反応室５内において気化したエッチング生成物や余分なガスが基板処理反応室５の下部に設けられたガス排出口１０から外部へ排出される。こうして一連のエッチング処理を終了する。

図２には、コントローラ４２の制御による、基板処理反応室５内に導入されるガスの時間的な切り換えの様子を示している。図２の縦軸は導入される各ガスの基板処理反応室５内での圧力（以下、これを導入圧力といい、供給圧力と同義である）を示し、横軸は時間を示している。

図２において、１はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを示している。２は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを示している。３はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的な圧力値は、加工の寸法や形状により異なるが、例えば、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガス２については０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａを使用する。但し、保護膜生成ガスの圧力をエッチングガスの圧力よりも低く、パージガスの圧力を保護膜生成ガスの圧力よりも低く設定するのが望ましい。

さらに４は基板処理反応室５内でのエッチングガス、保護膜生成ガスおよびパージガスの合成圧力の変化を示している。

本実施例では、時間（期間）ｔ１であるエッチングガスの導入時間の後であって、時間ｔ２である保護膜生成ガスの導入時間の完了直後に、該ｔ１，ｔ２に比較して短い時間ｔ３でパージガスを導入する。言い換えれば、時間ｔ１でのエッチング工程が終了した後の時間ｔ２での保護膜生成工程の後、次のエッチング工程の前に時間ｔ３でパージガスを導入するパージ工程を設ける。

具体的な導入時間は、ｔ１については１〜１２秒、ｔ２については０．５〜３秒、ｔ３については０．５〜３秒の範囲に設定する。なお、導入時間は供給時間と同義である。

ここで、経験的に、２０μｍ以上あるいはアスペクト比が５以上の深い溝あるいは穴を加工する場合に、保護膜生成ガスが該溝又は穴内の空間に残っている状態でエッチングガスが導入されると、該空間で必要以上のフッ素ラジカルが生じる期待しない反応（異常反応と同義）が発生し、保護膜の形状や質を著しく悪化させることが分かっている。図６には、保護膜生成ガスが溝内空間に残っている状態でエッチングガスが導入された場合に、溝の側壁に発生した欠陥を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）写真を示している。図中にいくつか黒い斑点状に見えるものＤが、保護膜に生じた欠陥である。

本実施例では、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガスあるいは窒素ガスをパージガスとして短い時間ｔ３だけ導入することで、これらのパージガスはプラズマ下でイオンあるいは活性種を発生し得るが、エッチング部内の空間に残留する保護膜生成ガスを取り除く又は減少させる作用を有し、結果として上記異常反応の発生を抑制できる。特に、エッチング深さが２０μｍ以上あるいはアスペクト比が５以上の深い溝あるいは穴等を加工する場合に、本実施例（および後述する他の実施例）は有効である。

なお、酸素ガスについては同様なパージ効果を有するが、反面プラズマ下で発生する酸素ラジカルの保護膜へのエッチング（除去）効果が高い。このため、側壁に形成した保護膜を除去し過ぎて、シリコン基材を露出させてしまう危険性を持っている。その結果、望まずして露出したシリコン側壁が次のエッチングステップで削られ、溝や穴の形状が垂直形状にならず、途中が膨らんだ糸巻状の異形状を形成する危険性が高い。特に、深さ１００μｍを超えるアスペクト比２０以上の深い溝或いは穴を加工する時に発生し易いという弊害が有るので好ましくない。図３のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。該制御は、コントローラ４２に格納された制御用コンピュータプログラムに従って実行される。このことは以下の実施例でも同様である。

まず、ステップ１２０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleを１に初期設定する。次に、ステップ１２０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。

次に、ステップ１２０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１２０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１２１１に、ステップ数が２である場合はステップ１２２１に、ステップ数が３である場合はステップ１２３１に進む。

ステップ１２１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１２１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１２１２に進む。ステップ１２１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１２１４，１２１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１２０３に戻る。

ここで、ステップ１２１４においてはタイマーを所定時間ずつデクリメントし、ステップ１２１５でタイマーが０になったときにステップ１２０３に進むが、デクリメントする所定時間は、整数秒単位でもよいし、小数点以下の秒を含む単位でもよい。このことは、他のガスの導入時間タイマーにおいても同様である。

また、ステップ１２２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１２２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１２２４，１２２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１２０３に戻る。

さらに、ステップ１２３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１２３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１２３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ３に設定し、ステップ１２３４，１２３５で該導入時間が時間ｔ３に達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１２０６に進む。ステップ１２０６では、プロセスサイクル数を１インクリメントし、ステップ１２０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１２０２に戻る。このとき、次のステップ１２０３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１２１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１２１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。

こうしてステップ１２０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１２０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。

ここで、図４には、パージ工程を設けずに、基板処理反応室５からの排気のみで保護膜生成ガスの残留分をエッチング部の空間から取り除く従来の方法を実施した場合の基板処理反応室５内の圧力を示している。２１はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２２は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、２３はこれらの合成圧力を示している。具体的な各ガスの圧力値は、図２と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａである。

この従来方法でも、エッチング部の側壁に形成された保護膜の欠陥を回避できるが、保護膜生成ガスの排気時間が長くなることによりスループットが低下したり、基板処理反応室５内のプラズマが一旦消失してしまうことによりエッチングや保護膜生成プロセスの不安定さを招くおそれが生じたりする。したがって、スループットを向上させ、プラズマの消失を防止するために、連続したプラズマソース用高周波電力による励起と、プラズマ発生に必要なガスが常に基板処理反応室５内に残留している必要がある。

図５には、本実施例を適用した場合における実際の導入ガスの圧力（縦軸）と時間（横軸）との関係を示している。図２には理想的な基板処理反応室５内での導入ガス圧力の変化を示したが、実際の導入ガスの圧力は図２に示したように矩形波的には変化せず、若干の時間的遅れを伴う。エッチング工程、保護膜生成工程およびパージ工程からなる一連の１プロセスサイクルは、概ね２〜１５秒である。また、基板１枚に対する全エッチング加工時間は、その材料や形状若しくはエッチング深さによって異なるが、例えばシリコン基板に１００μｍの深さの溝又は穴をエッチングする場合、５〜１０分である。

図５において、２４はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２５は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミング、２６はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的な各ガスの圧力値は、図２と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａである。２７はこれらの合成圧力を示している。ここで重要な点は、基板処理反応室５内の合成圧力が、プラズマが不安定になったり消失したりすることのない所定圧力Ｐ_０より常に大きくなるようにパージガスの導入圧力を設定することである。所定圧力Ｐ_０は、経験的には例えば概ね０．１Ｐａである。

また、図５から分かるように、実際は、前の工程でのガスの導入圧力が残存した状態で次のガスの導入が開始されている。すなわち、エッチング工程や保護膜生成工程の終了に伴いガス供給部４１におけるエッチングガスや保護膜生成ガスの導入の遮断制御は行われるが、処理反応室５５内に残っているガスが抜けきるまでにある程度の時間を要するため、それらのガスの圧力が０になる前に次の工程のガス（保護膜生成ガスやパージガス）の導入が開始されることになる。

そして、本発明にいう「第２の工程（保護膜生成工程）の後、第１の工程（エッチング工程）の前に処理室内にパージガスを供給する」とは、このように保護膜生成ガス圧が残存した状態でのパージガスの導入（供給）開始や、パージガス圧が残存した状態でのエッチングガスの導入開始を許容する意味である。さらに言えば、図示しないが、保護膜生成ガスの導入が遮断される前にパージガスの導入を開始したり、パージガスの導入が遮断される前にエッチングガスの導入を開始したりする場合も含む。

また、エッチングプロセスにおいては、プラズマからの熱放射、イオンによるスパッタリング若しくはエッチングによる化学反応熱などによって、基板自体が表面から加熱されてその温度が上昇する。一例として、レジストマスクを加工する場合は、１２０℃を超えると急速に劣化や焼失が生じ、エッチング形状が悪くなったり保護膜の強度が低下して欠陥が発生したりする。このため、基板ホルダー１１には、エッチング中に基板１２に発生する熱を取り除き、該基板１２の温度を略一定に保って良好なエッチング又は保護膜の生成を維持するための冷却機構が内蔵されている。

図１Ａにおいて、Ａは該冷却機構を構成する温調媒体の基板ホルダー１１への入力、Ｂはその出力を示している。特に保護膜においては、経験的に概ね３０℃を超えると、溝や穴の側壁の表面側(表面側の方がより高温になるため)に欠陥を生じ易くなり、その下地の形状にまで悪影響を与える。つまり、エッチング加工中の基板１２の温度制御は敏感に加工品質に影響を与える。

本実施例では、上記冷却機構による基板１２の冷却に加えて、パージガスを導入する工程を設けることで、その温度制御を容易にするという効果をもたらす。さらに、従来では許容レベルを超えるような温度上昇があった場合でも保護膜の欠陥の発生を抑制でき、また従来の許容レベルの温度に対しても保護膜の強度が増すので、基板の温度上昇の許容レベルを上げることができる。

保護膜を生成する化学的蒸着時間を長くしても保護膜の強化を図れるが、エッチングレートが小さくなるという弊害があるので好ましくない。

エッチング部の空間にエッチングガスと保護膜生成ガスとが混在する場合、前述した異常反応はエッチングガスの導入が完了して保護膜生成ガスが導入される直前にも発生する可能性がある。このため、エッチングガスの導入（エッチング工程）完了後、保護膜生成ガスの導入（保護膜生成工程）直前に、パージガスを導入する前パージ工程を設けてもよい。この場合、図１Ｂ示したステップ２とステップ３の間に前パージ工程を設けるとともに、ステップ４を本パージ工程とする。

図７には、本発明の前提技術としての実施例２であるエッチング方法（処理）において、コントローラ４２の制御により基板処理反応室５内に導入されるガスの時間的な切り換えの様子を示している。図７の縦軸は導入される各ガスの基板処理反応室５内での圧力を示し、横軸は時間を示している。

図７において、１７はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、１８は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、１９はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。具体的なガスの圧力値は、実施例１と同様に、エッチングガスについては１〜３０Ｐａ、保護膜生成ガスについては０．５〜１８Ｐａ、パージガスについては０．５〜１７Ｐａであり、保護膜生成ガスの圧力をエッチングガスの圧力よりも低く、パージガスの圧力を保護膜生成ガスの圧力よりも低く設定するのが望ましい。２０は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。

そして、本実施例では、１プロセスサイクル中において、ｔ４のエッチングガス導入時間（エッチング工程）の直後にｔ６のパージガス導入時間（前パージ工程ＰＰ）を設け、その後にｔ５の保護膜生成ガス導入時間（保護膜生成工程）を設け、その直後に再びｔ６のパージガス導入時間（本パージ工程ＰＭ）を設けている。なお、前パージ工程と本パージ工程とで、パージガスの導入圧力、導入流量および導入時間のいずれかを異ならせてもよい。

図８には、本実施例２のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様である。

まず、ステップ９０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleを１に初期設定する。次に、ステップ９０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、前パージ工程を２、保護膜生成工程を３、本パージ工程を４とし、４に達すると１に戻る）を０に初期設定する。

次に、ステップ９０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ９０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ９１１に、ステップ数が２である場合はステップ９２１に、ステップ数が３である場合はステップ９３１に、ステップ数が４である場合はステップ９４１に進む。

ステップ９１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ９１２に進み、それまで本パージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ９１２に進む。ステップ９１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ４に設定し、ステップ９１４，９１５で該導入時間が時間ｔ４に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。

また、ステップ９２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９２２において、前パージ工程を行うためにカス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９２３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ６に設定し、ステップ９２４，９２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、前パージ工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。

また、ステップ９３１では、ガス供給部４１からのパージグガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９３２において、保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９３３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ５に設定し、ステップ９３４，９３５で該導入時間が時間ｔ５に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ９０３に戻る。

さらに、ステップ９４１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ９４２において本パージ工程を行うためにパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ９４３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ６に設定し、ステップ９４４，９４５で該導入時間が時間ｔ６に達する（すなわち、本パージ工程が終了する）と、ステップ９０６に進む。ステップ９０６では、サイクル数を１インクリメントし、ステップ９０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ９０２に戻る。このとき、次のステップ９０３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ９１１に進んでパージガスをオフし、ステップ９１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。

こうしてステップ９０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ９０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。

なお、本実施例においても、実施例１と同様に、基板処理反応室５内の合成圧力が、プラズマが不安定になったり消失したりすることのない所定圧力Ｐ_０より常に大きくなるようにパージガスの導入圧力を設定することが重要である。

上記実施例１，２では、１枚の基板に対する一連のエッチング処理（所定数ｎのプロセスサイクル）中における各プロセスサイクルでのパージガスの導入時間（パージ時間）を一定とした場合について説明したが、図９に示すように、一連のエッチング処理中において各プロセスサイクルでのパージガスの導入時間ｔ１１〜ｔｎを変化させてもよい。具体的には、エッチング部の深さが深くなるに従って、例えば０．５〜３秒の間で連続的に又は段階的に増加させてもよい。エッチング深さが浅い場合は短い時間のパージガス導入で残留した保護膜生成ガスを良好に除去又は減少させることができるが、エッチング深さが深くなるほど（例えば、１００μｍを超えるような深さになると）、それに対応して長いパージガス導入時間が必要となる。ここでは、本発明の参考技術を実施例３として説明する。

図９において、２８はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、２９は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、３０はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。また、３１は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。

一連のエッチング処理中において、はじめは短いパージガス導入時間ｔ１１を設定し、プロセスサイクルが進むに従ってパージガス導入時間ｔ１２〜ｔｎを漸次長くしていく制御を行うことで、１枚の基板の全体に要する処理時間を、経験的には５〜１０％短縮し、スループットを向上させることができる。はじめから長いパージガス導入時間を設定すると、エッチング深さが浅い段階では無駄な時間が大きくなり、スループットが低下するので好ましくない。

図１０のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様であり、ガス供給制御の手順も基本的に実施例１と同様とする。

まず、ステップ１００１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleとパージ時間設定用カウンタｊとを１に初期設定する。

次に、ステップ１００２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。

次に、ステップ１００３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１００４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１０１１に、ステップ数が２である場合はステップ１０２１に、ステップ数が３である場合はステップ１０３１に進む。

ステップ１０１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１０１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１０１２に進む。ステップ１０１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１０１４，１０１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１００３に戻る。

また、ステップ１０２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１０２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１０２４，１０２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１００３に戻る。

さらに、ステップ１０３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１０３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１０３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ１ｊ（ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３…ｔｎ）に設定する。ステップ１０３４，１０３５で該導入時間が時間ｔ１ｊに達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１００５に進む。ステップ１００５では、パージ時間設定用カウンタｊを１インクリメントし、次のステップ１００６では、プロセスサイクル数を１インクリメントする。

次にステップ１００７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１００２に戻る。このとき、次のステップ１００３でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１０１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１０１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。

こうしてステップ１００７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１００８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。

以下、上記実施例１，２を前提技術とした本発明の実施例について説明する。上記実施例１，２において、１枚の基板に対する一連のエッチング処理（所定数ｎのプロセスサイクル）中の各プロセスサイクルでのパージガスの導入流量を変化させてもよい。具体的には、パージガスの導入流量を０．５〜１７ｓｃｃｍの間で連続的に又は段階的に増加させてもよい。このことは、言い換えれば、パージガスの導入圧力（パージ圧）を連続的に又は段階的に変化（増加）させることと等価である。なお、導入流量は供給流量と同義である。

エッチング深さが浅い間は少ない流量（低圧）とし、エッチング深さが深くなるにしたがって流量（圧力）を漸次増加させるよう流量（圧力）制御を行うことで、パージガスの導入時間を各プロセスサイクルで最短時間に設定することができる。これにより、実施例３のようにパージガスの導入時間を変化させる場合に比べて、更に全体の処理時間を短くしてスループットを短縮することができる。経験的には、実施例３に比べて５〜１０％短縮することができる。

図１１において、３２はエッチングガスの導入圧力と導入タイミングを、３３は保護膜生成ガスの導入圧力と導入タイミングを、３４はパージガスの導入圧力と導入タイミングを示している。また、３５は基板処理反応室５内の合成圧力を示している。

本実施例では、図１１に示すように、パージガスの導入時間を、エッチング深さが浅い段階で必要な短い時間ｔ３に固定したまま、エッチング深さが深くなるにしたがってパージガスの導入圧力がＰ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎと漸次増加していくように、導入流量を制御する。

図１２のフローチャートには、本実施例のエッチング方法（処理）を実行するためのコントローラ４２によるガス供給制御の手順を示している。なお、本実施例におけるエッチング装置の構成は実施例１と同様であり、ガス供給制御の手順も基本的に実施例１と同様とする。

まず、ステップ１１０１では、コントローラ４２は、エッチング処理のプロセスサイクル数Cycleとパージ圧力設定用カウンタｋとを１に初期設定する。

次に、ステップ１１０２では、１プロセスサイクル内でのプロセスステップ数（エッチング工程を１、保護膜生成工程を２、パージ工程を３とし、３に達すると１に戻る）を０に初期設定する。

次に、ステップ１１０３では、プロセスステップ数を１インクリメントし、さらにステップ１１０４では、該ステップ数を判別する。該ステップ数が１である場合はステップ１１１１に、ステップ数が２である場合はステップ１１２１に、ステップ数が３である場合はステップ１１３１に進む。

ステップ１１１１では、１回目のプロセスサイクルの場合（もともとパージガスが遮断されていた場合）はそのままステップ１１１２に進み、それまでパージ工程を実行していた場合はガス供給部４１からのパージガスの導入を遮断（オフ）してステップ１１１２に進む。ステップ１１１２では、エッチング工程を行うためにガス供給部４１からのエッチングガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１１３において、エッチングガスの導入時間タイマーを時間ｔ１に設定し、ステップ１１１４，１１１５で該導入時間が時間ｔ１に達する（すなわち、エッチング工程が終了する）と、ステップ１１０３に戻る。

また、ステップ１１２１では、ガス供給部４１からのエッチングガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１１２２において保護膜生成工程を行うためにガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１２３において、保護膜生成ガスの導入時間タイマーを時間ｔ２に設定し、ステップ１１２４，１１２５で該導入時間が時間ｔ２に達する（すなわち、保護膜生成工程が終了する）と、ステップ１１０３に戻る。

さらに、ステップ１１３１では、ガス供給部４１からの保護膜生成ガスの導入を遮断（オフ）し、次のステップ１１３２においてパージ工程を行うためにガス供給部４１からのパージガスの導入を開始（オン）する。そして、ステップ１１３３において、パージガスの導入時間タイマーを時間ｔ３に設定するとともに、パージガスの導入圧力ＰをＰｋ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…Ｐｎ）に設定する。ステップ１１３４，１１３５で該導入時間が時間ｔ３に達する（すなわち、パージ工程が終了する）と、ステップ１１０５に進む。

ステップ１１０５では、パージ圧設定用カウンタｋを１インクリメントし、次のステップ１１０６では、プロセスサイクル数を１インクリメントする。

次にステップ１１０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達していない場合は、ステップ１１０２に戻る。このとき、次のステップ１１０２でプロセスステップ数は１となるので、ステップ１１１１に進んでパージガスをオフし、ステップ１１１２でエッチングガスをオンして次のプロセスサイクルのエッチング工程を開始する。

こうしてステップ１１０７においてプロセスサイクル数が所定数ｎに達すると、ステップ１１０８に進み、パージガスをオフして、一連のエッチング処理を終了する。

なお、上記実施例３，４では、パージガスの導入時間と導入流量（導入圧力）を個別に変化させる場合について説明したが、これらの両方を変化させるようにしてもよい。

さらに、このようなパージガスの導入時間と導入流量（導入圧力）に加えて、エッチング工程や保護膜生成工程の時間、導入ガス圧（流量）等のパラメータをエッチング深さに応じて総合的に制御することで、２０μｍ以上のエッチング深さや５以上のアスペクト比の溝や穴の加工をより良好な形状精度かつ高スループットで行うことができる。経験的には、２００μｍ以上あるいはアスペクト比２０以上の深い溝や穴でも、保護膜を損傷することなく加工できる。

以上説明したように、上記各実施例によれば、第２の工程（保護膜生成工程）の後、第１の工程（エッチング工程）の前に基板処理反応室５内にパージガスを供給することにより、パッシベーション層（保護膜）に不規則な欠陥が発生するのを抑制できる。この結果、エッチングガスやパッシベーションガス（保護膜生成ガス）の流量や圧力を増加させて、エッチングレートを大きくすることができる。さらに、エッチング部のボトムの形状を平坦に保つ効果も得られる。

特に、２０μｍ以上もしくはアスペクト比５以上の深い溝や穴をエッチングする場合に、エッチング深さに応じたパージガス導入時間や導入圧力（導入流量）を設定することにより、１基板あたりのエッチング処理時間が長くなることを回避できる。

本発明の実施例１であるエッチング方法を実施するためのエッチング装置の構成を示す概略図。 実施例１のエッチング方法による一連のエッチング処理の流れを示すフローチャート。 実施例１のエッチング方法におけるガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 実施例１におけるガス導入の制御手順を示すフローチャート。 従来のエッチング方法におけるガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 実施例１のエッチング方法を実施した場合のガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 従来のエッチング方法により保護膜に発生した欠陥を示す図。 本発明の実施例２であるエッチング方法におけるガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 実施例２におけるガス導入の制御手順を示すフローチャート。 本発明の実施例３であるエッチング方法におけるガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 実施例３におけるガス導入の制御手順を示すフローチャート。 本発明の実施例４であるエッチング方法におけるガス圧力の変化を示すタイミングチャート。 実施例４におけるガス導入の制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

５ 基板処理反応室
６ アンテナコイル
７，１４ 高周波電源
１１ 基板ホルダー
１２ 基板
１３ 電極
４１ ガス供給部
４２ コントローラ

Claims (5)

1. 処理室内にエッチングガスを供給して前記処理室内に配置されたシリコン基板のプラズマエッチングを行う第１の工程と、前記処理室内にパッシベーションガスを供給して前記シリコン基板のエッチング部にパッシベーション層を生成する第２の工程とを交互に繰り返すことにより前記シリコン基板に深い溝又は穴の加工を行うエッチング方法であって、
   前記第２の工程の後、前記第１の工程の前に、前記処理室内の圧力がプラズマを消失させない所定の圧力より低くならないようにパージガスの導入圧力を設定し、該パージガスを前記処理室内に供給する工程を有し、
   前記パージガスの導入圧力を設定して供給する工程において、
   前記パージガスの当初の導入圧力を、前記第１の工程での前記エッチングガスの導入圧力及び前記第２の工程での前記パッシベーションガスの導入圧力よりも低くし、
   前記シリコン基板の前記エッチング部の深さが深くなるにしたがって、前記パージガスの導入流量を増加させることにより、前記パージガスの導入圧力を漸次増加させることを特徴とするエッチング方法。
2. 前記第１の工程の後、前記第２の工程の前に前記処理室内にパージガスを供給する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記パージガスは、ヘリウムガス、アルゴンガス又は窒素ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
4. シリコン基板が配置される処理室と、
   エッチングガス、パッシベーションガスおよびパージガスを前記処理室に供給するガス供給部と、
   請求項１から３のいずれかに記載のエッチング方法を実施するよう前記ガス供給部を制御する制御部とを有することを特徴とするエッチング装置。
5. 請求項４に記載のエッチング装置内にシリコン基板を配置する工程と、
   該エッチング装置により前記シリコン基板のエッチングを行う工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。