JP5074009B2 - 高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法及びその装置並びにその製造プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン構造体を形成するためのエッチングマスク、特に、アスペクト比の高い開口を有するシリコン構造体を形成するためのエッチングマスクの製造方法及びその製造装置並びにその製造プログラムに関するものである。
シリコンを用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。このＭＥＭＳ技術を支える主要な要素技術の一つがシリコンの異方性ドライエッチングであり、この要素技術の発展がＭＥＭＳ技術の発展を支えているといえる。ここ数年来、シリコンの異方性ドライエッチングの技術は飛躍的に進歩したが、高アスペクト比の開口の形成に対する要求は依然として衰えを知らない。例えば、高アスペクト比の開口の形成が、より高性能の半導体加速度センサー等のデバイスの製造を可能にすることは既に知られている。
シリコン材料に対して高いアスペクト比の開口を形成するという技術課題を解決しようとする一つの手段として、異方性エッチング用のガスとポリマー形成用のガスを交互にプラズマ化させるという技術が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法は、エッチングされていないシリコン基板最表面（以下、基板最表面ともいう。）の近傍においてイオン等の斜め入射によって生じる側壁保護膜の破壊のために、開口幅が当初のそれよりも広げられてしまったり、側壁面が荒らされるという問題を生じさせる。
この側壁の問題を解決する手段として、そのようなポリマー形成用のガスで形成された保護膜の替わりに、酸素ガスや窒素ガスのプラズマ照射によって酸化膜又は窒化膜を形成しようとする技術が開示されている（特許文献２参照）。この技術は、酸素ガス等のプラズマ照射により、トレンチの側壁や底面上に酸化膜等の保護膜を形成して側壁の侵食を防ごうとするものである。
しかしながら、この方法では、さらに深くシリコンをエッチングしようとするときに、エッチング障壁となる底面のシリコン酸化膜（以下、単に酸化膜ともいう。）を最初に除去する必要がある。そうすると、たとえ前記文献に記載されているようにエッチングマスクとしてシリコン酸化膜を用いても、不可避的にそのシリコン酸化膜もエッチングされてしまうことになる。さらに、その後にシリコンの異方性ドライエッチングをする場合も、マスクが消費され続けることになる。この現象は、マスクがレジストであるかシリコン酸化膜であるかにかかわらず生じ、レジストを用いたほうが消費が激しいことは言うまでもない。従って、上記の方法を用いると、エッチング可能なシリコンの深さ及びアスペクト比は当初のエッチングマスクの厚みによって定まってしまうことになるため、特に高いアスペクト比が要求される場合には上記の方法が適用できないことになる。
このように、高アスペクト比の開口を形成しようとする場合は、単に側壁の侵食のみを解決すれば良いというものではなく、マスクの枯渇に対する配慮も必要である。アスペクト比がトレンチエッチングにおいて４０又は４０を超える場合、又はホールエッチングにおいては２０又は２０を超える場合は、特にそれらの問題が顕在化する。
米国特許第５，５０１，８９３号
特開２００２−３６７９６０号公報
上述のとおり、シリコン材料に対して高アスペクト比の開口の形成するため、エッチングされた部分の側壁の侵食防止だけではなく、マスクの枯渇防止をも達成する手段が強く望まれている。
マスクの消耗という問題に対しては、例えば当初から十分なエッチングマスクの厚みを設けておくという手段も考えられる。しかしながら、厚いエッチングマスクのマスクエッジのテーパー形状を基板全面において急峻にすることは容易ではない。高いアスペクト比を得るためにはエッチング耐性の高いシリコン酸化膜をエッチングマスクとするのが好ましい。しかしながら、このシリコン酸化膜を厚くしようとすると、酸化膜自体の異方性エッチングの際に十分な選択比が得られるマスクを形成することが非常に困難となる。
本発明は、そのような技術課題を解決して、エッチングマスクを枯渇させずに高アスペクト比の開口を形成するという、シリコンの異方性ドライエッチング性能の更なる向上に貢献するものである。発明者らは、まず、シリコン酸化膜が側壁の侵食防止用の保護膜として有効ではあっても、高アスペクト比の開口の形成にはエッチングマスクの消耗という副作用が常に伴うことに着目した。他方、発明者らは、前記特許文献１に記載のようなプラズマエッチングであっても、ある程度のアスペクト比に達するまでは、最表面近傍、換言すれば、開口の入り口近傍の側壁面に形成されたポリマー状と考えられる保護膜が除去されないことを把握していた。そこで、発明者らは、所定のアスペクト比になるまでにエッチングされたシリコン構造体の段階では、側壁の保護とエッチングマスクの形成又は再生を、これまではＣＶＤ（化学気相堆積）法の短所として捉えられてきた特性、すなわち、膜厚の不均一性を逆に利用することによって同時に達成できるのではないかと考えた。本発明はこのような視点に基づいて創出された。
本発明の一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法は、ホールエッチング又はトレンチエッチングされ、かつそのホール又はそのトレンチの少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているシリコン構造体上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、そのシリコン酸化膜を形成する工程の後にそのシリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程とを含んでいる。
この製造方法によれば、まず、既にホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体であって、かつエッチングされた部分の少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているものに対して、ＣＶＤ法により酸化膜が形成される。これにより、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。そうすると、その後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。さらに、上述のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜の形成工程では、既存のエッチング形状に沿って酸化膜が形成されることになるから、この酸化膜は位置合わせなしにそれ以降のシリコンエッチングのためのマスクとして形成される点も特筆に価する。すなわち、これは、いわゆるセルフアライン技術となる。尚、ホールエッチング又はトレンチエッチングされた際のマスクがメタルマスクやシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。
ここで、上述のホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体は、例えば、公知のレーザーアブレーション法やメタルマスクを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等により形成される。
本発明のもう一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法は、エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングする工程と、その有機堆積物をエッチングする工程の後にＣＶＤ法によりそのシリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成する工程と、そのシリコン酸化膜を形成する工程の後にそのシリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程とを含んでいる。
この製造方法によれば、まず、シリコン構造体のエッチングされた部分の内壁上、より具体的には側壁面と底面上の有機堆積物及び当初レジストマスクを用いた場合のレジスト膜は除去され、シリコンが露出し、その後ＣＶＤ法により酸化膜が形成される。これにより、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。そうすると、その後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。換言すれば、もし、当初のマスクがレジストマスクであれば、本発明を適用することにより、よりエッチング耐性強いシリコン酸化膜マスクへの変換させることができる。他方、もし、当初のマスクがメタルマスクやシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。尚、本発明のエッチングマスク製造方法によれば、当初のマスクがレジストマスクであっても、最終的にレジストマスクでは達成が極めて難しい高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体を比較的簡単に形成することができる。
さらに、上述のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜の形成工程では、既存のエッチング形状に沿って酸化膜が形成されることになるから、この酸化膜は位置合わせなしにそれ以降のシリコンエッチングのためのマスクとして形成される点は特筆すべきである。すなわち、これは、いわゆるセルフアライン技術となる。
また、本発明のもう一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法は、エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングする工程と、その有機堆積物をエッチングする工程の後にＣＶＤ法によりそのシリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成する工程と、そのシリコン酸化膜を形成する工程の後にそのシリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程と、前述の有機堆積物をエッチングする工程、シリコン酸化膜を形成する工程及び曝露する工程を、そのシリコン構造体を前述のホールエッチングする工程又は前述のトレンチエッチングする工程を介して少なくとももう１回繰り返す工程とを含んでいる。
この製造方法によれば、直前に述べた発明と同様の効果に加え、ある程度のシリコンエッチングを行った後に、そのエッチングによって消耗したシリコン酸化膜マスクを再生することができるため、より高アスペクト比の開口を形成することが可能となる。具体的には、まず、既にホールエッチング又はトレンチエッチングがされたシリコン構造体に対し、上述の酸素プラズマ等による有機堆積物のエッチング工程、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜形成工程、そしてフッ化水素の蒸気を含む気体への曝露工程を経た後、追加的にシリコンのホールエッチング又はトレンチエッチングを行う。その後、エッチングマスクの酸化膜又は基板最表面近傍の側壁面上の酸化膜がシリコンのエッチングの際に除去されてしまう前にそのエッチングプロセスを一旦停止した後、再び前述の、有機堆積物のエッチング工程、酸化膜形成工程、そして曝露工程を行う。これにより、エッチングマスク厚及び基板最表面近傍の側壁面上の酸化膜厚を回復させる。そうすると、さらに追加的にシリコンのホールエッチング又はトレンチエッチングを継続することが可能となるため、シリコン構造体に対してより高アスペクト比の開口を形成することが可能となる。
上記いずれの発明であっても、ＣＶＤ法により酸化膜が形成されるまでにある程度エッチングされていることを要するが、この当初のエッチングには、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜よりもエッチング耐性の低いレジストマスクを用いることができるという利点がある。仮に、当初のエッチングに対してシリコン酸化膜等のマスクを用いる必要があるとすると、そのマスク形成のためのパターニング工程が別途必要となるという弊害がある。
本発明の一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造装置は、ホールエッチング又はトレンチエッチングされ、かつ前記ホール又は前記トレンチの少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているシリコン構造体上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成するチャンバーと、そのシリコン酸化膜を形成する工程の後にそのシリコン構造体上をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するチャンバーと、そのシリコン構造体を外気に曝すことなく前述の各チャンバー間を搬送する搬送手段とを有している。
この製造装置によれば、まず、既にホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体であって、かつエッチングされた部分の少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているものに対して、ＣＶＤ法により酸化膜が形成される。これにより、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。そうすると、その後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。さらに、上述のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜の形成工程では、既存のエッチング形状に沿って酸化膜が形成されることになるから、この酸化膜は位置合わせなしにそれ以降のシリコンエッチングのためのマスクとして形成される点も特筆に価する。すなわち、これは、いわゆるセルフアライン技術となる。さらに、各チャンバー間の移動するシリコン構造体は外気に曝すことがないため、外気の水分等の影響により酸化されない。尚、ホールエッチング又はトレンチエッチングされた際のマスクがメタルマスクやシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。
ここで、上述のホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体は、例えば、公知のレーザーアブレーション法やメタルマスクを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等により形成される。
本発明のもう一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造装置は、エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングするチャンバーと、その有機堆積物をエッチングする工程の後にＣＶＤ法によりそのシリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成するチャンバーと、そのシリコン酸化膜を形成する工程の後にそのシリコン構造体上をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するチャンバーと、そのシリコン構造体を外気に曝すことなく前述の各チャンバー間を搬送する搬送手段とを有している。
この製造装置によれば、まず、シリコン構造体のエッチングされた部分の内壁上、より具体的には側壁面と底面上の有機堆積物及び当初レジストマスクを用いた場合のレジスト膜は除去され、シリコンが露出し、その後ＣＶＤ法により酸化膜が形成される。これにより、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。そうすると、その後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。これは、いわゆるエッチングマスクのセルフアライン技術となる。さらに、各チャンバー間の移動するシリコン構造体は外気に曝すことがないため、外気の水分等の影響により酸化されない。また、シリコンのドライエッチングがされたシリコン構造体を外気に曝せば、そのエッチングされた部分の側壁面又は底面上の有機堆積物が変質して、その後のエッチングによる有機堆積物の除去が出来なくなる可能性がある。従って、シリコン構造体を外気に曝すことから防止することは、そのような問題を生じさせないという利点もある。また、ホールエッチング又はトレンチエッチングされた際のマスクがメタルマスクやシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。
また、当初のマスクがレジストマスクであっても、最終的にレジストマスクでは達成が極めて難しい高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体を比較的簡単に形成することができる。すなわち、ホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体がレジストマスクを用いて形成され、かつそのレジストマスクの残部を備えていても、その状態から高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体を形成することができる。最初からシリコン酸化膜のマスクを用いると、そのマスク形成のためのパターニング工程が余分に必要となるため、当初レジストマスクを使用できることは大きな利点であるといえる。
ここで、上述の有機堆積物をエッチングする工程とシリコン酸化膜を形成する工程と曝露する工程とが、搬送工程を介して連続的に行われるように制御する制御部を設けることが好ましい。これにより、水分等により自然酸化膜が形成されるのを防ぎ、より再現性良く高アスペクト比の開口を得ることができる。
本発明の一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造プログラムは、ホールエッチング又はトレンチエッチングされ、かつ前記ホール又は前記トレンチの少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているシリコン構造体上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成するステップと、そのシリコン酸化膜を形成するステップの後にそのシリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するステップとを含むものである。
このプログラムを実行させることにより、まず、既にホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体であって、かつエッチングされた部分の少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているものに対して、ＣＶＤ法により酸化膜が形成される。これにより、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。その後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。尚、ホールエッチング又はトレンチエッチングされた際のマスクがメタルマスクやシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるエッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。さらに、上述のＣＶＤ法によるシリコン酸化膜の形成工程では、既存のエッチング形状に沿って酸化膜が形成されることになるから、この酸化膜は位置合わせなしにそれ以降のシリコンエッチングのためのマスクとして形成される点も特筆に価する。すなわち、これは、いわゆるセルフアライン技術となる。
ここで、上述のホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体は、例えば、公知のレーザーアブレーション法やメタルマスクを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等により形成される。
本発明のもう一つの高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造プログラムは、エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングするステップと、その有機堆積物をエッチングするステップの後にＣＶＤ法によりそのシリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成するステップと、そのシリコン酸化膜を形成するステップの後にそのシリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するステップとを含むものである。
このプログラムを実行させることにより、まず、シリコン構造体のエッチングされた部分の内壁上、より具体的には側壁面と底面上の有機堆積物及び当初レジストマスクを用いた場合のレジスト膜は除去され、シリコンが露出する。その後、ＣＶＤ法により酸化膜が形成され、基板最表面及びその近傍の側壁面上には、底面や底面に近い側壁上に比べて厚い酸化膜が形成されることになる。さらにその後、シリコン構造体がフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露された際に、底面やその近傍の側壁面上のシリコン酸化膜が基板最表面やその近傍の側壁面上の酸化膜に対して早く除去されるため、基板最表面とその近傍の側壁面上の酸化膜が残留することになる。その結果、その残留した酸化膜が最表面近傍の側壁面の保護だけではなく、その後の追加的なトレンチエッチングやホールエッチングのためのマスクの役割も果たすことになる。換言すれば、もし、当初のマスクがレジストマスクであれば、本発明を適用することにより、よりエッチング耐性強いシリコン酸化膜マスクへの変換させるとができる。他方、もし、当初のマスクがシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等であれば、ＣＶＤによる酸化膜の厚みが追加されるため、エッチングプロセスによるマスクの消耗を回復することができる。尚、本発明のエッチングマスク製造プログラムによれば、当初のマスクがレジストマスクであっても、最終的にレジストマスクでは達成が極めて難しい高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体を比較的簡単に形成することができる。
ところで、本発明において、「高アスペクト比」とは、ホールエッチングではアスペクト比が１５以上の場合を意味し、より狭義には、アスペクト比が２０又は２０を超える場合を意味する。一方、トレンチエッチングでは、「高アスペクト比」とは、アスペクト比が３０以上の場合を意味し、より狭義には、アスペクト比が４０又は４０を超える場合を意味する。また、本発明により得られるアスペクト比の上限は特に限定されるものではないが、実質的には被エッチング材であるシリコン基板の厚みとの関係によって算出される値が上限値となろう。
また、本発明において、「ホール」とは、基板最表面におけるマスクパターンによる形状が円状の孔のみならず、楕円形や四角形の孔を含む。より具体的には、本発明における「ホール」は、例えば、四角形の孔の場合は、長辺と短辺の関係が、短辺が１に対して長辺が３以下までを意味する。また、本発明において、「トレンチ」とは、「ホール」以外の孔を意味する。
また、本発明において、「シリコンが実質的に露出している」とは、シリコンが完全に露出している場合のみならず、シリコンが自然酸化膜に覆われている場合を含むものとする。
本発明の製造方法、製造装置又は製造プログラムによれば、シリコンをエッチングする際のエッチングされた部分の側壁の侵食を防止するとともに、エッチング中のエッチングマスクの枯渇も防止しうるエッチングマスクを製造することができる。その結果、上記発明により、シリコン材料に対して高アスペクト比の開口の形成するためのエッチングマスクを製造又は再生することができる。
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示していない。また、以下の各種ガスの流量は、標準状態の流量を示す。
図１は、本実施形態のエッチングマスクの製造装置の上面図である。なお、本図面は概略図であるため、各チャンバーのガス供給機構や排気機構等の周辺装置は省略されている。このエッチングマスクの製造装置１００は、３つの閉塞空間を有するプロセス用チャンバー２０，３０，４０と１つのローダー１０及び１つの基板搬送用チャンバー５０から構成されている。ここで、第１プロセス用チャンバー２０は、シリコンの異方性エッチングとともに、有機堆積物をエッチングして除去するために用いられる。なお、有機堆積物には、レジストマスクやエッチングによって形成される側壁堆積膜が含まれる。また、第２プロセス用チャンバー３０は、ＣＶＤ法によりマスク表面やエッチングされた部分の内壁上にシリコン酸化膜を形成するために用いられる。最後に、第３プロセス用チャンバー４０は、フッ化水素の蒸気を含む気体による前述の酸化膜の一部を除去あるいは薄膜化を行うために用いられる。
本実施形態のエッチングマスクの製造過程の概要を示す。まず、予め公知のフォトリソグラフィープロセスによりパターニングされたレジストマスクを備えたシリコン基板（以下、単に基板ともいう。）が、ローダー１０に設けられた図示されていない公知の支持部に載置にされる。その後、例えば、特開平１０‐１５４７４１に記載されているような基板搬送用チャンバー５０内のアーム機構がその基板を受け取り、第１プロセス用チャンバー２０に搬送する。その後、シリコン基板は、各プロセスに応じて、基板搬送用チャンバー５０を介して第１乃至第３のプロセス用チャンバー内に搬送される。ここで、本実施形態では排気による減圧はローダー１０においてなされるが、基板搬送用チャンバー５０に基板が移った後に減圧を開始しても良いし、基板が各プロセス用チャンバー２０，３０，４０に移動された後に排気が開始されてもよい。排気機構は、ローダー１０、基板搬送チャンバー５０、及び各チャンバー２０，３０，４０に対応するように設けられる。
次に、本実施形態における具体的なエッチングマスクの製造方法を、製造プロセスの順序に沿って、図２乃至図５Ｈを用いて説明する。
図２は、第１プロセス用チャンバー２０の装置構成の一例を示す断面図である。また、図３は、第２プロセス用チャンバー３０の装置構成の一例を示す断面図であり、図４は、第３プロセス用チャンバー４０の装置構成の一例を示す断面図である。さらに、図５Ａ乃至図５Ｈは、本実施形態におけるシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法の一過程を示す断面図である。
まず、図２に示される第１プロセスチャンバー２０の構成について説明する。基板搬送用チャンバー５０によって第１プロセス用チャンバー２０（以下、図２の説明において、便宜上、単にチャンバー２０ともいう。）に搬送された基板Ｗは、チャンバー２０の下部側に設けられたステージ２１に載置される。第１プロセス用チャンバー２０には、必要に応じ、エッチングガス、有機堆積物形成ガス（以下、保護膜形成ガスともいう。）、酸素ガス及びアルゴンガスから選ばれる少なくとも一種類のガスが、各ボンベ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからそれぞれガス流量調整器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを通して供給される。これらのガスは、第１高周波電源２５により高周波電力を印加されたコイル２４によりプラズマ化される。その後、第２高周波電源２６を用いてステージ２１に高周波電力が印加されることにより、これらの生成されたプラズマは基板Ｗに引き込まれる。このチャンバー２０内を減圧し、かつプロセス後に生成されるガスを排気するため、第１プロセス用チャンバー２０には真空ポンプ２７が排気流量調整器２８を介して接続されている。尚、このチャンバー２０からの排気流量は排気流量調整器２８により変更される。上述のガス流量調整器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ、第１高周波電源２５、第２高周波電源２６及び排気流量調整器２８は、制御部２９により制御される。
次に、第１プロセスチャンバー２０におけるプロセスについて説明する。まず、シリコンの異方性ドライエッチングについて、本実施形態は、保護膜形成工程とエッチング工程とを順次繰り返す方法を採用する。具体的には、保護膜形成工程では、一単位時間としての処理時間である３秒間に、保護膜形成ガスが２００ｍＬ／ｍｉｎ．で供給され、チャンバー２０内の圧力は３Ｐａに制御される。コイル２４には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が２０００Ｗ印加され、ステージ２１にも１３．５６ＭＨｚの高周波電力が１０Ｗ印加される。一方、つづくエッチング工程では、一単位時間としての処理時間である５秒間に、エッチングガスが３００ｍＬ／ｍｉｎ．で供給され、チャンバー２０内の圧力は２Ｐａに制御される。コイル２４には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が２５００Ｗ印加され、ステージ２１にも１３．５６ＭＨｚの高周波電力が５０Ｗ印加される。尚、本実施形態では、保護膜形成ガスはＣ４Ｆ８であり、エッチングガスはＳＦ６である。
上記のプロセスを４５０回繰り返すことにより、図５Ａに示すように、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースでは、１５１μｍの深さの溝が形成される。このとき、基板最表面には残りのレジストマスク５１があり、エッチングされた部分の内壁面５２（以下、単に内壁面５２ともいう。）には、側壁保護膜５３が形成される。尚、この時点における、このスペースにおけるアスペクト比は３０．２である。
次に、図５Ａに示す残りのレジストマスク５１及び側壁保護膜５３をエッチングするプロセスについて説明する。尚、本実施形態における有機堆積物には、マスクとして用いられたレジスト材及び側壁保護膜としてのフルオロカーボンのポリマー又はオリゴマーが含まれる。
本実施形態では、第１プロセスチャンバー２０を用いて有機堆積物がエッチングされる。具体的には、酸素ガスが１００ｍＬ／ｍｉｎ．で供給され、チャンバー２０内の圧力は５Ｐａに制御される。コイル２４には、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が１５００Ｗ印加され、ステージ２１にも１３．５６ＭＨｚの高周波電力が５０Ｗ印加される。本実施形態では、上記のプラズマ条件による有機堆積物のエッチングプロセスが５分間（オーバーエッチ含む）行われる。尚、アルゴンガスを１００ｍＬ／ｍｉｎ．を上記の酸素ガスに加えても良い。また、アルゴンガスの代替として窒素や一酸化二窒素が適用できる。
このエッチングプロセスにより、図５Ｂに示すように、基板最表面及び内壁面５２上から基板Ｗを覆っていた有機堆積物が除去された結果、シリコンが露出している。
次に、図３に示される第２プロセスチャンバー３０の構成について説明する。基板搬送チャンバー５０によって第２プロセスチャンバー３０（以下、図３の説明において、便宜上、単にチャンバー３０ともいう。）に搬送された基板Ｗは、チャンバー３０の中央付近に設けられたステージ３１に載置される。基板Ｗ及びチャンバー３０内は、チャンバー３０の外壁に備え付けられたヒーター３４ａ，３４ｂにより加熱される。第２プロセス用チャンバー３０には、酸素ガスのガスボンベ３２ａがガス流量調整器３３ａを介して接続されており、アルゴンガスのガスボンベ３２ｂがガス流量調整器３３ｂを介して接続されており、さらに、テトラエチルオルソシリケート（以下、ＴＥＯＳとする。）用キャビネット３２ｃが液体流量調整器３３ｃを介して接続されている。ここで、ＴＥＯＳ用キャビネット３２ｂからチャンバー３０に至るまでの配管は、図示されていないヒーターにより、約１００℃に加熱されている。尚、本実施形態では、ＴＥＯＳが用いられているが、ＴＥＯＳの代わりにシランやジシランが用いられてもよい。また、図示されていないが、上記以外のキャリアガス（水素、窒素等）がチャンバー３０に接続されていてもよい。酸素ガスのガスボンベ３２ａ、アルゴンガスのガスボンベ３２ｂ及びＴＥＯＳキャビネット３２ｃから送り込まれたガスは、最終的には同一の経路を通ってチャンバー３０に到達する。高周波電源３６ａは、シャワーヘッドガス導入部３５に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド導入部３５から吐出した上記ガスをプラズマ化する。生成されたプラズマは、必要に応じて高周波電源３６ｂにより高周波電力が印加されたステージ３１上の基板Ｗに到達する。尚、シャワーヘッドガス導入部３５は、リング状のシール材Ｓによってチャンバー３０とは電気的に絶縁されている。また、ステージ３１もリング状のシール材Ｓによってチャンバー３０とは電気的に絶縁されている。また、このチャンバー３０内を減圧し、かつプロセス後に生成されるガスを排気するため、第２プロセス用チャンバー３０には真空ポンプ３７が排気流量調整器３８を介して接続されている。さらに、このチャンバー３０からの排気流量は排気流量調整器３８により変更される。上述のガス流量調整器３３ａ，３３ｂ、液体流量調整器３３ｃ、ヒーター３４ａ，３４ｂ、第１高周波電源３６ａ、第２高周波電源３６ｂ及び排気流量調整器３８は、制御部３９により制御される。
次に、第２プロセスチャンバー３０におけるプロセスについて説明する。本実施形態では、第２プロセスチャンバー３０を用いて有機堆積物が除去された内壁面５２を含む基板Ｗ上にシリコン酸化膜を形成する。具体的には、チャンバー３０内の圧力が４０Ｐａとなるまで、ＴＥＯＳが１５ｍＬ／ｍｉｎ．、アルゴンガスが３００ｍＬ／ｍｉｎ．、酸素ガスが５００ｍＬ／ｍｉｎ．、及び必要に応じて適切な量のキャリアガスがチャンバー３０に供給される。次に、ステージ３１の温度が３００℃になるまでヒーター３４が加熱される。ここで、基板Ｗの温度を安定化させるため、６０秒以上待機する。その後、シャワーヘッドガス導入部３５には、２００Ｗの高周波電力が印加され、ステージ３１には、２００Ｗの高周波電力が印加される。本実施形態では、上記のプラズマ条件による酸化膜形成プロセスが６分間行われる。
上記のプロセスにより、図５Ｃに示すように、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースでは、基板最表面上のシリコン酸化膜の厚さが１．５μｍとなり、その最表面近傍の側壁面上のその厚さは０．３μｍとなる。他方、底面上のシリコン酸化膜の厚さが０．０５μｍとなり、底面近傍の側壁面上のその厚さは０．０２μｍとなる。
次に、図４に示される第３プロセスチャンバー４０の構成について説明する。基板搬送チャンバー５０によって第３プロセスチャンバー３０（以下、図４の説明において、便宜上、単にチャンバー４０ともいう。）に搬送された基板Ｗは、チャンバー４０の中央付近に設けられた基板支持具４１により支持される。基板Ｗ及びチャンバー４０内は、チャンバー４０の外壁に備え付けられたヒーター４４ａ，４４ｂにより加熱される。第３プロセス用チャンバー４０には、キャリアガスとしての窒素ガスのガスボンベ４２ａがガス流量調整器４３ａを介して接続されており、メタノール用キャビネット４２ｂが液体流量調整器４３ｂを介して接続されている。また、フッ化水素用キャビネット４２ｃが液体流量調整器４３ｃを介して接続されている。ここで、少なくともメタノール用キャビネット４２ｂ及びフッ化水素用キャビネット４２ｃからチャンバー４０に至るまでの配管は、図示されていないヒーターにより、約７０℃に加熱されることにより液化を防いでいる。また、上記の窒素以外のキャリアガス（アルゴン等）がチャンバー３０に接続されていてもよい。窒素ガスをキャリアガスとして供給されるメタノール蒸気は、最終的にはフッ化水素の蒸気と同一の経路を通ってチャンバー４０に到達する。チャンバー４０内に導入された上述の各ガスは、導入用拡散板４５から基板Ｗに向って送り込まれるため、基板Ｗは上記各ガスに曝露される。このチャンバー４０内を減圧し、かつプロセス後に生成されるガスを排気するため、第３プロセス用チャンバー４０には真空ポンプ４７が排気流量調整器４８を介して接続されている。また、このチャンバー４０からの排気流量は排気流量調整器４８により変更される。基板Ｗと接触した上述の各ガスが、生成ガスとともに排気用拡散板４６を介して排気される。尚、上述のガス流量調整器４３ａ、液体流量調整器４３ｂ，４３ｃ、ヒーター４４ａ，４４ｂ及び排気流量調整器４８は、制御部４９により制御される。
次に、第３プロセスチャンバー４０におけるプロセスについて説明する。本実施形態では、第３プロセスチャンバー４０を用いて、第２プロセスチャンバーによって形成されたシリコン酸化膜の一部を除去又は薄膜化する。具体的には、まず、ヒーター４４ａ，４４ｂの温度が６０℃になるまで加熱される。ここで、基板Ｗの温度を安定化させるため、６０秒以上待機する。次に、メタノール蒸気と窒素ガスの混合気体気体が１５００ｍＬ／ｍｉｎ．で供給され、フッ化水素の蒸気が１５０ｍＬ／ｍｉｎ．で供給され、チャンバー４０内の圧力が４Ｐａになるように調節される。本実施形態では、上記の曝露条件による酸化膜除去又は薄膜化プロセスが２分間行われる。
上記のプロセスにより、図５Ｄに示すように、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースでは、基板最表面上のシリコン酸化膜の厚さが１．１μｍとなり、その最表面近傍の側壁面上のシリコン酸化膜の厚さが、０．１μｍとなる。他方、底面上のシリコン酸化膜はＳＥＭ（走査電子顕微鏡）では確認が出来ない程度に除去され、底面近傍の側壁面上についても、ほぼ除去される。
本実施形態では、図５Ｅに示すように、さらに、第１プロセスチャンバー２０によりシリコンの異方性ドライエッチングが行われる。基板Ｗは、第３プロセスチャンバーから基板搬送チャンバー５０を経由して第１プロセスチャンバーに送られる。このときの第１プロセスチャンバー２０におけるプロセス条件は、先に述べた最初のシリコンの異方性ドライエッチング条件とプロセス時間を除いて同一である。今回のプロセスでは、保護膜形成工程とエッチング工程とを４５０回繰り返したため、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースにおける全体としてのエッチングの深さは、２７６μｍとなる。その結果、このスペースにおけるアスペクト比は５４．７となる。
次に、第１プロセスチャンバーによる有機堆積物を除去するためのエッチングプロセスが行われる。このときのプロセス条件は、先に述べた最初の有機堆積物のエッチングプロセス条件とはプロセス時間を除いて同一である。今回のプロセスでは、上記のプラズマ条件による有機堆積物のエッチングプロセスが３分間（オーバーエッチ含む）行われる。
このエッチングプロセスにより、図５Ｆに示すように、基板最表面及び内壁面５２上から基板Ｗを覆っていた有機堆積物が除去された結果、新たに異方性エッチングされた部分のシリコンが露出している。
次に、再び、第２プロセスチャンバー３０を用いて有機堆積物が除去された内壁面５２を含む基板Ｗ上にシリコン酸化膜を形成する。基板Ｗは、第１プロセスチャンバーから基板搬送チャンバー５０を経由して第２プロセスチャンバーに送られる。このときの第２プロセスチャンバー３０におけるプロセス条件は、先に述べた最初のＣＶＤによるシリコン酸化膜の形成条件とはプロセス時間を除いて同一である。今回のプロセスでは、上記のＣＶＤ条件による酸化膜の形成プロセスが３分間行われる。
上記プロセスにより、図５Ｇに示すように、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースでは、基板最表面上のシリコン酸化膜の厚さが１．５μｍとなり、その最表面近傍の側壁面上のその厚さは０．３μｍとなる。すなわち、その後の追加的なシリコンの異方性ドライエッチングに際してマスクとなりうる基板最表面上のシリコン酸化膜５６の膜厚は、上記プロセスにより回復する。他方、底面上のシリコン酸化膜の厚さが０．０３μｍとなり、底面近傍の側壁面上のその厚さは０．０１μｍとなる。
その後、再び、第３プロセスチャンバー４０を用いて、第２プロセスチャンバーによって形成されたシリコン酸化膜の一部を除去又は薄膜化する。基板Ｗは、第２プロセスチャンバーから基板搬送チャンバー５０を経由して第３プロセスチャンバーに送られる。このときの第３プロセスチャンバー４０におけるプロセス条件は、先に述べた最初のフッ化水素の蒸気を含む気体による曝露条件とはプロセス時間を除いて同一である。今回のプロセスでは、上記の条件による曝露プロセスが２分間行われる。
上記のプロセスにより、図５Ｈに示すように、基板Ｗに形成された５μｍ幅のスペースでは、基板最表面上のシリコン酸化膜の厚さが１．１μｍとなり、その最表面近傍の側壁面上のシリコン酸化膜の厚さが、０．１μｍとなる。他方、底面上のシリコン酸化膜はＳＥＭでは確認が出来ない程度に除去され、底面近傍の側壁面上についても、ほぼ除去される。
このように、第１乃至第３プロセスチャンバーによる各プロセスを繰り返して行うことにより、シリコンの異方性ドライエッチングを行う際に、エッチングされた部分の側壁の侵食防止とマスクの枯渇防止が同時に達成されるため、高アスペクト比の開口を備えたシリコン構造体を形成することができる。
ところで、上述の各プロセスチャンバーに備えられている各制御部２９，３９，４９は、全てコンピューター６０に接続されている。コンピューター６０は、上述の各プロセスを実行するためのエッチングマスク製造プログラムにより、上述の各プロセスを監視し、又は統合的に制御する。以下に、具体的な製造フローチャートをしめしながら、エッチングマスクの製造プログラムを説明する。尚、本実施形態では、上述の製造プログラムがコンピューター６０内のハードディスクドライブ、又はコンピューター６０に設けられた光ディスクドライブ等に挿入される光ディスク等の公知の記録媒体に保存されているが、この製造プログラムの保存先はこれに限定されない。例えば、この製造プログラムの一部又は全部は、本実施形態における各プロセスチャンバーに備えられている各制御部２９，３９，４９内に保存されていてもよい。また、この製造プログラムは、ローカルエリアネットワークやインターネット回線等の公知の技術を介して上述の各プロセスを監視し、又は制御することもできる。
図６は、高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造フローチャートである。
図６に示すとおり、まず、ステップＳ１０１において、基板Ｗをローダー１０に導入後、ローダー１０が排気される。その後、ステップＳ１０２において、基板搬送チャンバー５０により第１プロセスチャンバー２０に搬送される。ステップ１０３において、第１プロセスチャンバー２０では、基板Ｗが既述の条件により異方性ドライエッチングされる。ここで、さらにアスペクト比の高い開口を形成する場合は、次のステップＳ１０５に進み、そうでなければ、ステップ１１０において基板搬送チャンバー５０が基板Ｗをローダー１０に搬送し、続くステップＳ１１１においてローダー１０を大気圧へ回復させ、基板が取り出されて終了する。
ステップＳ１０５において、第１プロセスチャンバー２０では、基板Ｗ上の有機堆積物が既述の条件によりエッチングされて除去される。その後、ステップＳ１０６において、基板搬送チャンバーが基板Ｗを第２プロセスチャンバー３０に搬送し、ステップＳ１０７において、第２プロセスチャンバー３０では、基板Ｗが既述のＣＶＤ条件によりシリコン酸化膜が形成される。このときに形成される酸化膜は、側壁の保護のみならず、いわゆるセルフアライン技術により、その後のシリコンの異方性エッチングに対するエッチングマスクとしての役割を果たす。さらに、ステップＳ１０８において、基板搬送チャンバー５０が基板Ｗを第３プロセスチャンバー４０に搬送し、ステップＳ１０９において、第３プロセスチャンバー４０では、基板Ｗが既述の曝露条件によりシリコン酸化膜が除去又は薄膜化される。その後、ステップＳ１０２において、基板Ｗは再度、第１プロセスチャンバー２０に搬送され、さらに高アスペクト比の開口を形成すべく、基板Ｗが既述の条件により異方性ドライエッチングされる。ステップＳ１０５乃至ステップＳ１０９が繰り返されることにより、より高アスペクト比の開口を形成するためのエッチングマスクは製造される。以上のとおり、エッチングマスク製造プログラムは実行される。
ところで、上述の実施形態では、トレンチエッチングについて述べたが、本発明はホールエッチングにも適用できる。例えば、本発明を適用することにより、当初のマスクとしてレジストマスクが用いられても、エッチングマスクの枯渇なく、１０μｍ径のホール状の開口の入り口においてアスペクト比が２５のシリコンの異方性エッチングができる。
また、本発明はエッチングによって形成されるホール又はトレンチの幅について特に限定するものではない。しかし、敢えてそれらの幅について定めるとすると以下の通りである。
まず、本発明を適用するホールの入り口の最短の幅は３０μｍ以下であることが好ましい。これは、上記の幅が３０μｍを超えると、シリコン酸化膜の形成時に開口の底面上の酸化膜厚が厚くなり、その後の酸化膜除去又は薄膜化工程のときに、入り口の近傍の側壁面上の酸化膜を残しつつ、開口の底面の酸化膜を除去することが比較的困難となるからである。このような観点に立てば、上記の幅は２０μｍ以下であることがさらに好ましく、１５μｍ以下であること最も好ましい。尚、本発明を適用するホールの入り口の最短の幅の下限値を特に定めるものではないが、ホールエッチングの場合では、ＣＶＤ法により入り口が塞がり、その後のフッ化水素の蒸気を含む気体への曝露処理によっても適切に入り口を形成することが困難になる危険性が高いといえる０．３μｍ以上であることが好ましく、０．７μｍ以上がさらに好ましいといえる。
他方、トレンチの入り口の最短の幅は１５μｍ以下であることが好ましい。これは、上記の幅が１５μｍを超えると、シリコン酸化膜の形成時に開口の底面上の酸化膜厚が厚くなり、その後の酸化膜除去又は薄膜化工程のときに、入り口の近傍の側壁面上の酸化膜を残しつつ、開口の底面の酸化膜を除去することが比較的困難となるからである。このような観点に立てば、上記の幅は１０μｍ以下であることがさらに好ましく、５μｍ以下であることが最も好ましい。尚、本発明を適用するトレンチの入り口の最短の幅の下限値を特に定めるものではないが、トレンチエッチングの場合では、ＣＶＤ法により入り口が塞がり、その後のフッ化水素の蒸気を含む気体への曝露処理によっても適切に入り口を形成することが困難となる危険性が高いといえる０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上がさらに好ましい。
また、上述の実施形態では、当初エッチングされていない基板を用いたが、既にホールエッチングやトレンチエッチングされているシリコン構造体も、本発明を適用することにより、アスペクト比の高い開口を形成することができる。本発明は、エッチングされた部分の側壁を保護するとともにマスクの枯渇を防止することができる。従って、例えば、トレンチエッチングにおける高アスペクト比の開口を形成する場合、アスペクト比が３０以上であるシリコン構造体についてさらにアスペクト比を高めるために本発明を適用することは好ましい一態様である。また、トレンチエッチングについては、アスペクト比が４０又は４０を超える場合に本発明を適用することが特に好ましい。他方、ホールエッチングにおいて高アスペクト比の開口を形成する場合、アスペクト比が１５以上であるシリコン構造体についてさらにアスペクト比を高めるために本発明を適用することは好ましい一態様である。また、ホールエッチングについては、アスペクト比が２０又は２０を超える場合に本発明を適用することが特に好ましい。
また、出発材としての既にホールエッチングやトレンチエッチングされているシリコン構造体に関して、その形成方法は限定されない。既に述べたとおり、公知のレーザーアブレーション法やメタルマスクを用いたＲＩＥ法によりホールやトレンチが形成されたシリコン構造体が出発材であっても、本発明が適用できる。メタルマスクであるアルミニウムマスクが用いられた場合のＲＩＥ法のプロセスを例示すると、ＳＦ６２００ｍＬ／ｍｉｎ．及び酸素４０ｍＬ／ｍｉｎ．が公知のＲＩＥチャンバー内に導入され、そのチャンバー内の圧力が３０Ｐａであり、対象基板を支持するステージに高周波電力が２０００Ｗ印加される。このとき、ガス種としては、ＳＦ６及び酸素の他に、塩素や臭化水素が導入されてもよい。上記の条件例により、シリコンのホールエッチング又はトレンチエッチングが可能となる。
次に、既にエッチングがされているシリコン構造体が上述の実施形態に適用される場合を図６を用いて説明する。
まず、上記シリコン構造体がローダーに導入された後にローダーが排気される（Ｓ１０１）。次に、そのシリコン構造体のエッチングされている内壁面のシリコンが露出している場合、基板搬送チャンバー５０がシリコン構造体を第２プロセスチャンバー３０に搬送し（Ｓ１０６）、第２プロセスチャンバーによる酸化膜の形成（Ｓ１０７）が行われる。それ以降は図６に示すフローチャートに従ってプロセスが行われる。すなわち、この場合は、図６における最初の段階のステップＳ１０２乃至ステップＳ１０５がスキップされることになる。
他方、仮にそのシリコン構造体上に有機堆積物（例えば、レジスト膜の残さ）が存在する場合は、基板搬送チャンバー５０がシリコン構造体を第１プロセスチャンバー２０に搬送し（Ｓ１０２）、続いて第１プロセスチャンバー２０により、その有機堆積物を除去する有機堆積物のエッチングによる除去プロセス（Ｓ１０５）が行われる。それ以降は図６に示すフローチャートに従ってプロセスが行われる。すなわち、この場合は、図６における最初の段階のステップＳ１０２乃至ステップＳ１０４がスキップされることになる。上記いずれの場合も、各プロセス条件は上述の実施形態において開示した条件が適用できる。
ところで、上述の実施形態では、当初のエッチングマスクとしてレジストマスクが使用されているが、既に述べたとおりシリコン酸化膜やシリコン窒化膜が使用されてもよい。シリコン酸化膜マスクやシリコン窒化膜マスクが使用された場合は、レジストマスクに比べてマスク形成のために追加工程が必要となるが、シリコン酸化膜のエッチング耐性が高いため、最初の段階でレジストマスクよりも深くエッチングすることが可能となる。
また、上述の実施形態では、シリコンをエッチングする手段として、エッチングガスと保護膜形成ガスが交互にプラズマ化される技術を用いられているが、エッチング手段はこれに限定されない。例えば、特開２００４−２９６４７４に記載されているようなエッチングガスと保護膜形成ガスの混合ガスをプラズマ化する方法もシリコンの異方性ドライエッチングとして活用できる。この方法は、上記各々のガスを単に交互にプラズマ化させてエッチングする方法に比べてエッチングレートが遅くなるが、側壁面の凹凸がより小さくなって滑らかになる点では有効である。また、上述の保護膜形成ガスであるＣ４Ｆ８の代わりにＣ５Ｆ８やＣ４Ｆ6が用いられても良く、上述のエッチングガスであるＳＦ６の代わりにＮＦ３やＦ２が用いられても良い。また、上記のエッチングガス及び保護膜形成ガスは、それぞれが単一ガスである必要はない。例えば、エッチングガスはＳＦ６等の他に酸素ガスやアルゴンガスを含んでいても良く、保護膜形成ガスは、Ｃ４Ｆ８等の他に酸素ガスを含んでいても良い。
また、上述の実施形態では、シリコン基板が用いられているが、プロセスの対象はシリコン基板に限定されない。例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）のようなシリコン層を含む基板に対しても本発明は適用できる。
さらに、プラズマ生成手段としてこれまでの実施形態ではＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）を用いたが、本発明はこれに限定されない。他の高密度プラズマ、例えば、ＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ）を用いても本発明の効果を得ることができる。以上、述べたとおり、本発明の精神および範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
１０ ローダー
２０ 第１プロセスチャンバー
２１，３１ ステージ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ ガスボンベ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ ガス流量調整器
２４ コイル
２５，３６ａ 第１高周波電源
２６，３６ｂ 第２高周波電源
２７，３７，４７ 真空ポンプ
２８，３８，４８ 排気流量調整器
２９，３９，４９ 制御部
３０ 第２プロセスチャンバー
３２ｃ ＴＥＯＳ用キャビネット
３３ｃ，４３ｂ，４３ｃ 液体流量調整器
３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ ヒーター
３５ シャワーヘッドガス導入部
４０ 第３プロセスチャンバー
４１ 基板支持具
４２ｂ メタノール用キャビネット
４２ｃ フッ化水素用キャビネット
４５ 導入用拡散板
４６ 排気用拡散板
５０ 基板搬送用チャンバー
５１ レジストマスク
５２ エッチングされた部分の内壁面
５３，５５ 側壁保護膜
５４，５６ シリコン酸化膜
１００ エッチングマスク製造装置
２０ 第１プロセスチャンバー
２１，３１ ステージ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２ａ，３２ｂ，４２ａ ガスボンベ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，３３ａ，３３ｂ，４３ａ ガス流量調整器
２４ コイル
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２７，３７，４７ 真空ポンプ
２８，３８，４８ 排気流量調整器
２９，３９，４９ 制御部
３０ 第２プロセスチャンバー
３２ｃ ＴＥＯＳ用キャビネット
３３ｃ，４３ｂ，４３ｃ 液体流量調整器
３４ａ，３４ｂ，４４ａ，４４ｂ ヒーター
３５ シャワーヘッドガス導入部
４０ 第３プロセスチャンバー
４１ 基板支持具
４２ｂ メタノール用キャビネット
４２ｃ フッ化水素用キャビネット
４５ 導入用拡散板
４６ 排気用拡散板
５０ 基板搬送用チャンバー
５１ レジストマスク
５２ エッチングされた部分の内壁面
５３，５５ 側壁保護膜
５４，５６ シリコン酸化膜
１００ エッチングマスク製造装置
Claims (13)
- ホールエッチング又はトレンチエッチングされ、かつ前記ホール又は前記トレンチの少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているシリコン構造体上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を形成する工程の後に前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程とを含むことにより、
前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法。 - エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングする工程と、
前記有機堆積物をエッチングする工程の後にＣＶＤ法により前記シリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を形成する工程の後に前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程とを含むことにより、
前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法。 - エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングする工程と、
前記有機堆積物をエッチングする工程の後にＣＶＤ法により前記シリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜を形成する工程の後に前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露する工程と、
前記有機堆積物をエッチングする工程、前記シリコン酸化膜を形成する工程及び前記曝露する工程を、前記シリコン構造体を前記ホールエッチングする工程又は前記トレンチエッチングする工程を介して少なくとももう１回繰り返す工程とを含むことにより、
前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造方法。 - 前記シリコン酸化膜を形成する工程及び前記曝露する工程が、ホールのアスペクト比が１５以上であるときに行われる
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエッチングマスクの製造方法。 - 前記シリコン酸化膜を形成する工程及び前記曝露する工程が、トレンチのアスペクト比が３０以上であるときに行われる
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエッチングマスクの製造方法。 - 前記ホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体は、最初の前記エッチング工程が行われる前にレジストマスクを備えている
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエッチングマスクの製造方法。 - 前記ホールの入り口の最短の幅が３０μｍ以下である
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエッチングマスクの製造方法。 - 前記トレンチの入り口の最短の幅が１５μｍ以下である
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエッチングマスクの製造方法。 - エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングするチャンバーと、
ＣＶＤ法により前記シリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成するチャンバーと、
前記シリコン構造体上をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するチャンバーと、
前記シリコン構造体を外気に曝すことなく前記各チャンバー間を、前記酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングするチャンバー、前記シリコン酸化膜を形成するチャンバー、前記気体に曝露するチャンバーの順に搬送する搬送手段と、
を有することにより、前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造装置。 - コンピュータに、ホールエッチング又はトレンチエッチングされ、かつ前記ホール又は前記トレンチの少なくとも底面のシリコンが実質的に露出しているシリコン構造体上にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成するステップと、
前記シリコン酸化膜を形成するステップの後に前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するステップと、
を実行させることにより、前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造プログラム。 - コンピュータに、エッチングガスと有機堆積物形成ガスを交互に又は混合させて形成されるプラズマを用いてホールエッチング又はトレンチエッチングされたシリコン構造体上の有機堆積物を酸素又は酸素含有気体を用いて形成されるプラズマによりエッチングするステップと、
前記有機堆積物をエッチングするステップの後にＣＶＤ法により前記シリコン構造体上にシリコン酸化膜を形成するステップと、
前記シリコン酸化膜を形成するステップの後に前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体に曝露するステップと、
を実行させることにより、前記シリコン構造体上にシリコン構造体用のエッチングマスクを形成する、
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造プログラム。 - 請求項１０又は請求項１１に記載の製造プログラムを記録した記録媒体。
- 請求項１０又は請求項１１に記載の製造プログラムにより制御される制御部を備えた
高アスペクト比の開口を有するシリコン構造体用エッチングマスクの製造装置。
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