JP5596434B2

JP5596434B2 - エッチング方法

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Publication number: JP5596434B2
Application number: JP2010143156A
Authority: JP
Inventors: 泰宏森川; 貴英村山; 学吉居
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: JP2012009574A

Description

この発明は、エッチング方法、ＭＥＭＳ等を構成する基材にホールを形成する際に用いられるエッチング方法に関する。

従来から、例えば特許文献１に記載のように、真空槽内に平行に配設された一対の電極を有する容量結合型のエッチング装置が知られている。このエッチング装置では、一対の電極のいずれかに高周波電力を供給し、電極間に高周波電界を形成することによって、真空槽内のガスからプラズマを生成する。

以下に、図６を参照して、上記エッチング装置の構成をより詳細に説明する。エッチング装置は、アルミニウム等の金属からなるとともに、接地された有蓋円筒状の真空槽６１を有している。真空槽６１の上蓋６１ａには、接地された上部電極６２が配設されている。上部電極６２には、エッチングガスを真空槽６１内に供給するガス供給路ＳＲが形成されている。ガス供給路ＳＲには、エッチングガスの供給源であるエッチングガス供給部６３が接続されている。つまり、上部電極６２は、真空槽６１内にエッチングガスを供給するシャワープレート６２としても機能する。

真空槽６１の底面には、上部電極６２と対向するように円柱状に成形された絶縁物からなる支持台６４が配設されている。支持台６４上には、上部電極６２と対向し、且つ平行となるように下部電極６５が設置されている。下部電極６５は、処理対象の基板Ｓが載置されるステージとしても機能する。下部電極６５には、整合回路とブロッキングコンデンサとを含む整合器６６を介して高周波電源６７が接続されている。また、真空槽６１の底面には、真空槽６１内のガス等を排気する排気部６８が接続された排気路ＥＰが形成されている。

エッチング処理時には、真空槽６１に形成された搬出入口から基板Ｓが搬入された後、下部電極６５上に載置される。次いで、排気部６８が駆動されることで、真空槽６１内の圧力が所定の圧力にまで低下される。そして、エッチングガス供給部６３から所定流量のエッチングガスが供給された後に、高周波電力が高周波電源６７から下部電極６５に供給される。

これにより、上部電極６２と下部電極６５との間で放電が起こるため、真空槽６１内のエッチングガスからプラズマが生成される。生成されたプラズマに含まれるイオンやラジカル等が基板Ｓの表面に到達することにより、基板Ｓが所定の形状にエッチングされる。

特開２００９−１２３９２９号公報

近年では、こうした容量結合型のエッチング装置が、ＭＥＭＳを構成する基材、例えばシリコン基板にホール等を形成するエッチング処理に用いられている。ホールは、その深さが１０μｍを超えるものであることが多いため、エッチング処理にはより高い異方性が求められている。また、ホールの形成に要する時間を短縮するために、より高いエッチングレートも求められている。これら高い異方性と高いエッチングレートとを実現する一つ
の手段として、超短波（ＶＨＦ：ＶｅｒｙＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）と呼ばれる周波数帯の高周波電力を用いてプラズマ密度を高めることが知られている。

ところで、容量結合型のエッチング装置では上述のように、上部電極６２と下部電極６５との間のプラズマ生成領域ＰＬにてプラズマが生成されることによって、下部電極６５上に載置された基板Ｓがエッチングされる。

しかしながら、ＶＨＦのような高い周波数帯の高周波電力が用いられた場合、下部電極６５と真空槽６１の内壁との誘導結合によって、上述したプラズマ生成領域ＰＬ以外の領域でもプラズマが生成されやすくなる。特に、上部電極６２と下部電極６５との間の電極間距離Ｌａと、下部電極６５の縁部Ｅと真空槽６１の内壁との距離Ｌｂとが略同一になると、あるいは電極間距離Ｌａよりも距離Ｌｂが小さいと、下部電極６５の縁部Ｅとこれに対向する内壁の領域との間でもプラズマＤが生成されやすくなる。つまり、下部電極６５に供給された高周波電力は、エッチングに寄与するプラズマの生成に消費されるばかりでなく、エッチングに寄与しないプラズマの生成によって消費されることになる。その結果、エッチングに寄与しない放電によって消費された高周波電力の分だけ、エッチングに寄与するプラズマの密度が低下することになる。このように、エッチング処理時のプラズマ密度を高める手段は、未だ改善の余地を残すものである。

なお、容量結合型のエッチング装置であって、上部電極に高周波電力が供給される装置や、上部電極及び下部電極の両方に高周波電力が供給される装置にあっても、上記問題及び要請は共通するものである。また容量結合型に限らず、他のプラズマ生成方式を用いたエッチング装置においても、エッチングの異方性とエッチンレートとを高めることが求められている。例えば、誘導結合型のエッチング装置には、プラズマを生成するための高周波電力が真空槽外に設けられた高周波アンテナに供給され、且つ、プラズマ中の正イオンを引き込むための高周波電力が下部電極に供給される装置もある。こうした装置においても、下部電極と真空槽の内壁との間に生じる放電によって、正イオンを引き込むための高周波電力が消費されることになる。そのため、下部電極と真空槽の内壁との間で放電が生じる分だけ、正イオンが基板に引き込まれにくくなる。つまり、こうした装置にあっても、真空槽内に配設された電極と真空槽の内壁との間で生じる放電が、エッチングの異方性及びエッチングレートとを高めるにあたっての障害となっている。

ちなみに、ＭＥＭＳのような厚膜に貫通孔を形成する場合だけでなく、例えば層間絶縁膜等に貫通孔等を形成する場合であっても、異方性を高めることが求められる。他方、上述のようなエッチングに寄与しない放電は、上記ＶＨＦに含まれる周波数帯の高周波電力よりも高い、あるいは低い周波数帯の高周波電力を用いたときにも起こり得るものである。

この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エッチングの異方性と、エッチングレートとを高めることができるエッチング方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、接地された真空槽内に処理対象物を搬入する工程と、前記真空槽内に供給されるエッチングガスを高周波電力によってプラズマ化するとともに、前記真空槽内に配設された平板電極に高周波電力を供給して前記真空槽内に搬入された処理対象物を前記プラズマによってエッチングするエッチング工程と、前記真空槽に供給される成膜ガスを高周波電力によってプラズマ化して前記真空槽の内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを備え、前記真空槽内に前記処理対象物を搬入する前に前記絶縁膜形成工程を実施し、前記エッチングガスと前記成膜ガスとは、シャワープレートに形成された複数のシャワーホールから前記真空槽内に供給され、前記絶縁膜形成工程では、前記真空槽の内壁に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成処理と、前記エッチングガスをプラズマ化して、前記絶縁膜形成処理によって前記シャワーホールに形成された前記絶縁膜をエッチングするシャワーホールエッチング処理とを実施するエッチング方法である。

請求項１に記載の発明では、処理対象物を真空槽に搬入する工程に先立ち、真空槽内に供給した成膜ガスをプラズマ化して、真空槽の内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を実施するようにしている。これにより、エッチング工程の際に、高周波電力が供給された平板電極と接地電位である真空槽の内壁とがプラズマを介して誘導結合し難くなるため、平板電極と真空槽の内壁との間における放電が抑制されるようになる。それゆえに、平板電極と真空槽の内壁との間で放電が起こらない分だけ、平板電極に供給された高周波電力をエッチングに用いることができる。しかも絶縁膜によって囲まれる空間にプラズマを閉じ込めやすくなるため、エッチングに寄与するプラズマの密度が高められることになる。その結果、処理対象物のエッチングの異方性と、エッチングレートとが高められることになる。

一般に、エッチングガスや成膜ガスは、真空槽内に均一に分散するように複数のシャワーホールが形成されたシャワープレートを介して真空槽内に供給される。シャワープレートに形成されたシャワーホールは、その開口が真空槽の内部空間に露出している。そのため、真空槽内で絶縁膜形成工程が実施されると、絶縁膜を構成する粒子がシャワーホールの開口、特にその縁部にも堆積することもある。このようにシャワーホールに絶縁膜が形成された状態で、処理対象物のエッチング工程が実施されると、エッチングガスの流通に対する抵抗となることから、エッチングガスの流量が低下したり、エッチングガスの分布が不均一になったりする。

この点、請求項１に記載の発明によれば、絶縁膜形成工程にて、シャワープレートのシャワーホールに形成された絶縁膜をエッチングするようにしている。これにより、絶縁膜形成工程後に実施されるエッチング工程において、シャワーホールの開口に絶縁膜が形成された状態にあることを抑制できる。つまり、エッチングガスの流量の減少を抑制することによって、プラズマ密度の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエッチング方法において、前記絶縁膜形成工程では、前記絶縁膜形成処理と前記シャワーホールエッチング処理とを順に複数回繰り返すことをその要旨とする。

請求項２に記載の発明では、絶縁膜形成工程において絶縁膜形成処理を複数回実施するときには、絶縁膜形成処理を実施する毎に、それに続いてシャワーホールエッチング処理も実施するようにしている。そのため、エッチング工程時には、絶縁膜形成工程にて絶縁膜形成処理が実施される回数にかかわらず、シャワープレートのシャワーホールの開口に絶縁膜が形成された状態が抑制されていることになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のエッチング方法において、前記真空槽は、前記処理対象物を載置する前記平板電極である下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極とを備え、前記絶縁膜形成構成では、前記真空槽の前記内壁のうちで少なくとも前記下部電極の外周を囲う部分を前記絶縁膜で覆うことをその要旨とする。

上部電極と下部電極とによって挟まれた領域で処理対象物をエッチングする場合、エッチングの異方性とエッチングレートとを高める上では、これら上部電極と下部電極との間にプラズマが閉じ込められることが好ましい。この点、請求項３に記載の発明では、絶縁膜形成工程において、下部電極の外周を囲う部分が絶縁膜によって覆われるようにしているため、上部電極と下部電極との間にプラズマを閉じ込めやすく、ひいてはエッチングの異方性とエッチングレートとをより確実に高められる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法において、前記エッチング工程では、前記真空槽内に搬送された処理対象物をエッチングするエッチング処理と、前記成膜ガスをプラズマ化して、前記エッチング処理によって前記処理対象物に形成された孔の内側及び前記真空槽の前記内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成処理とを実施することをその要旨とする。

請求項４に記載の発明では、エッチング工程において処理対象物をエッチングするエッチング処理と、処理対象物に形成された孔の内側及び真空槽の内壁の両方に絶縁膜を形成
する絶縁膜形成処理とを実施するようにしている。そのため、処理対象物のエッチング処理に伴い、基板を真空槽に搬送する以前に形成した絶縁膜の一部がエッチングされたとしても、エッチング工程にて新たな絶縁膜が真空槽の内壁に形成されることで、該真空槽の内壁の絶縁性が保たれやすくなる。また、基板に形成された孔の内壁に形成された絶縁膜によって、基板の厚さ方向と垂直な方向へのエッチングが抑制される。それゆえに、エッチングの異方性がより高められるようになる。

本発明に係るエッチング方法の一実施形態に用いられるエッチング装置の概略構成を示す図。本実施形態のエッチング方法の処理手順を示すフローチャート。（ａ）（ｂ）図１の領域Ｂを拡大して示す図。（ａ）本実施形態のエッチング方法を用いて形成したエッチング形状のＳＥＭ写真（ｂ）従来のエッチング方法を用いて形成したエッチング形状のＳＥＭ写真。エッチング装置の変形例の概略構成を示す図。従来のエッチング装置の概略構成を示す図。

以下、本発明に係るエッチング方法の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態のエッチング方法が実施されるエッチング装置の概略構成を示している。エッチング装置は、アルミニウム等の導電性材料からなるとともに、接地された有蓋円筒状の真空槽１１を有している。真空槽１１の上蓋１１ａには、接地された上部電極１２が配設されている。上部電極１２には、プラズマの原料となる各種ガスが導入されるガス導入管１２ａ、導入されたガスが拡散されるガス室１２ｂ、及び、ガス室１２ｂと真空槽１１とを連通するシャワーホール１２ｃとが形成されている。つまり、上部電極１２は、真空槽１１内にガスを均一に分散させるシャワープレート１２も兼ねている。

真空槽１１内には、上部電極１２と対向し、且つ平行となるように円板状の平板電極である下部電極１３が配設されている。なお、下部電極１３は、その縁部Ｅと真空槽１１の内壁１１ｂの表面との最短距離が、所定の距離Ｌｂとなるように配置されている。下部電極１３は、処理対象の基板Ｓが載置されるステージも兼ねている。また、下部電極１３は、上下動する可動軸１４に接続されることによって、真空槽１１内での位置が決められている。可動軸１４には、可動軸１４を上部電極６２と下部電極６５との距離が増減するように移動させるモータ１５が接続されている。モータ１５が左右いずれかに回転すること
に伴って可動軸１４が上下動することにより、真空槽１１内での下部電極１３の位置が変更されて、上部電極１２と下部電極１３との電極間距離Ｌａが変更される。

下部電極１３には、例えば６０ＭＨｚ等のＶＨＦの周波数帯域に含まれる高周波電力を出力する高周波電源１６が、整合器１７を介して接続されている。高周波電源１６は、下部電極１３に高周波電力を供給し、下部電極１３と上部電極１２との間で放電を生じさせることでエッチングガスをプラズマ化する。なお、真空槽１１内における上部電極１２と下部電極１３とによって挟まれた領域は、基板Ｓのエッチングに寄与するプラズマが形成されるプラズマ生成領域ＰＬである。また、整合器１７は、高周波電源１６の出力インピーダンスと、真空槽１１内を含む高周波電源１６の入力インピーダンスとを整合させる。

上記上部電極１２のガス導入管１２ａには、共通のガス供給管ＧＬから分岐したエッチングガス供給部１８と成膜ガス供給部１９とが接続されている。エッチングガス供給部１８は、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガス、酸素（Ｏ_２）ガス、及び臭化水素（ＨＢｒ）ガスを含む混合ガスを真空槽１１内に供給する。成膜ガス供給部１９は、例えば八フッ化シクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）ガスを真空槽１１内に供給する。

真空槽１１の底面には、排気路ＥＰが貫通形成されている。排気路ＥＰには、真空槽１１内を排気する排気部２０が接続されている。排気部２０は、エッチング装置での各種処理の開始時から終了時までにわたり稼働されることによって、真空槽１１内を所定の圧力に保つ。

こうしたエッチング装置にて基板Ｓのエッチングが実施されるときには、まず、真空槽１１の搬出入口から基板Ｓが真空槽１１内に搬入される。次いで、搬入された基板Ｓは下部電極１３上に載置された後、モータ１５が駆動されることによって、電極間距離Ｌａが処理の条件に応じた大きさとされる。そして、排気部２０が駆動されることで真空槽１１内が所定の圧力にまで減圧された後、エッチングガス供給部１８から、所定流量のガスが真空槽１１内に供給される。その後、高周波電源１６から、所定周波数且つ所定電力の高周波電力が下部電極１３に供給されることによって、上部電極１２と下部電極１３との間で放電が起こり、真空槽１１内のガスからプラズマが生成される。こうして生成されたプラズマに含まれる粒子が、基板Ｓの表面に到達することによって、基板Ｓの表面がエッチングされる。

エッチングの実施時に、高周波電源１６から供給される高周波電力の周波数が特に超短波の周波数帯に含まれる場合、真空槽１１の内壁１１ｂの表面における表皮効果によって、該表面と下部電極１３とがプラズマを介して誘導結合しやすく、真空槽１１の内壁１１ｂの表面にも電流が流れることになる。特に、真空槽１１の内壁１１ｂのうちで、下部電極１３との距離が相対的に小さい領域、すなわち内壁１１ｂの表面における下部電極１３との距離が最も小さい領域である下部電極１３の縁部Ｅと対向する領域Ａにおいて高周波電力が消費されることになる。また、こうした現象は、縁部Ｅと内壁１１ｂの表面との距離Ｌｂが、電極間距離Ｌａ以下となるときに起こりやすい。

こうして内壁１１ｂの領域Ａと下部電極１３とがプラズマを介して誘導結合し、下部電極１３の縁部Ｅと内壁１１ｂとの間でエッチングガスのプラズマが生成される。しかしながら、このプラズマに含まれる粒子は基板Ｓの表面に到達し難い。そのため、下部電極１３に供給された高周波電力のうちでプラズマ生成領域ＰＬでのプラズマ生成に寄与する高周波電力は、縁部Ｅと内壁１１ｂとの間での放電に消費される分だけ小さくなる。つまり、基板Ｓのエッチングに寄与するプラズマの密度が低下し、ひいては、エッチングの異方性や、エッチングレートが低下することになる。

そこで本実施形態では、基板Ｓをエッチング装置に搬入する以前に、真空槽１１の内壁１１ｂに絶縁膜Ｉ（図１）を形成する。これによって、エッチングに際して下部電極１３に高周波電力が供給されたときに、下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとの間における高周波電力の消費を抑制し、且つ、プラズマ生成領域ＰＬにプラズマを閉じ込めやすくしている。なお、上述のエッチング装置において絶縁膜Ｉを形成するときには、上記エッチングガス供給部１８からのエッチングガスの供給に代えて、成膜ガス供給部１９からの成膜ガスの供給を実施する。また、下部電極１３上には、エッチング対象となる基板Ｓではなくダミーウエハを載置する。

次に、こうした絶縁膜の形成も含めたエッチング方法の処理手順について、図２及び図３を参照して詳述する。図２は、エッチング方法の処理手順を示すフローチャートである。また、図３（ａ）、図３（ｂ）は、図１に示される領域Ｂ、つまりシャワープレート１２に形成されたシャワーホール１２ｃの一部を含む領域を拡大して示している。

図２に示される方法においては、まず、エッチング装置の搬出入口からダミーウエハが真空槽１１内に搬入される（ステップＳ１１）。そして、真空槽１１の内壁１１ｂの表面に絶縁膜Ｉを形成する絶縁膜形成処理が実施される（ステップＳ１２）。絶縁膜形成処理は例えば９０秒間実施される。絶縁膜形成処理では、成膜ガス供給部１９からＣ_４Ｆ_８ガスが例えば８０ｓｃｃｍの流量で真空槽１１内に供給される。その後、下部電極１３に高周波電力が供給されることによって、Ｃ_４Ｆ_８ガスを用いたプラズマが生成される。そしてプラズマ中に含まれる粒子が真空槽１１の内壁１１ｂに吸着するとともに、粒子同士が重合することによって、内壁１１ｂの略全体に絶縁膜Ｉが形成される。このとき、図３（ａ）に示されるように、絶縁膜Ｉは、シャワープレート１２におけるシャワーホール１２ｃの開口１２ｄが形成された開口面１２ｅにも形成される。絶縁膜Ｉの形成が進むと、開口１２ｄの外縁よりも内側に向かって突出した張出部Ｉａが形成される。これにより、シャワーホール１２ｃの開口１２ｄの直径よりも、絶縁膜Ｉの開口Ｉｂにおける直径が小さくなる。こうして絶縁膜Ｉに形成された張出部Ｉａは、成膜ガスやエッチングガスが真空槽１１内に流入する際に抵抗となるため、張出部Ｉａの有無によって、各種ガスの単位流量が変動しやすくなる。しかも、このようにして形成された張出部Ｉａのサイズとは、プラズマ密度の分布やＣ_４Ｆ_８ガスの分布に応じ、シャワーホール毎に互いに異なるものである。そのため、張出部Ｉａが形成された状態でシャワープレート１２からエッチングガスが供給されると、エッチングガスの流量が低下し、シャワープレート１２の全体においてエッチングガスの分布が不均一となることが懸念される。

そこで、本実施の形態では、絶縁膜形成処理に続いて、張出部Ｉａをエッチングして除去するシャワーホールエッチング処理を実施する（ステップＳ１２）。シャワーホールエッチング処理は例えば５０秒間実施される。このシャワーホールエッチング処理の実施時間は、上述した張出部Ｉａが除去され、且つ、内壁１１ｂの略全体に絶縁膜Ｉが残存する時間に設定されている。シャワーホールエッチング処理では、エッチングガス供給部１８から、ＳＦ_６ガス、Ｏ_２ガス、及びＨＢｒガスを含むエッチングガスが真空槽１１内に供給される。ＳＦ_６ガス、Ｏ_２ガス、及びＨＢｒガスの流量は順に、例えば７５ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍである。そして、下部電極１３に例えば１２００Ｗの高周波電力が供給されることで、エッチングガスからプラズマが生成される。ここで生成されたプラズマは、シャワーホール１２ｃの近傍でプラズマ密度が高く、それゆえにエッチング速度も高いため、特に上述した張出部Ｉａがエッチングされやすい。これによって、シャワーホール１２ｃの開口径と絶縁膜Ｉの開口径とを略等しくすることができる。

なお、真空槽１１の内壁１１ｂの略全体にわたり絶縁膜Ｉを形成する場合には、上述した絶縁膜形成処理において、成膜ガスが内壁１１ｂの全体に行き渡るように下部電極１３を上部電極１２から大きく離間させる、つまり下部電極１３を最下位置に配置する方法が
好ましい。一方、基板のエッチング処理時と同じ位置に下部電極１３を配置して上述した絶縁膜形成処理を実施する方法であれば、エッチングガスの滞在時間が長くなる領域で成膜ガスの滞在時間を長くすることができる。これによれば、基板のエッチング処理においてエッチングが進行しやすい内壁１１ｂの領域に、より厚い絶縁膜Ｉを形成することができる。ちなみに、これら絶縁膜形成処理（ステップＳ１１）とシャワーホールエッチング処理（ステップＳ１２）とから絶縁膜形成工程が構成される。

そして、絶縁膜形成処理とシャワーホールエッチング処理とがｎ回実施されると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、エッチング装置からダミーウエハが搬出されるとともに、基板Ｓを搬入され（ステップＳ１５）、該基板Ｓに対して基板エッチング工程が実施される（ステップＳ１６）。基板エッチング工程では、上記エッチングガスがステップＳ１２と同一の流量で真空槽１１内に供給されつつ、下部電極１３には例えば１２００Ｗの高周波電力が供給されることで、エッチングガスからプラズマが生成される。プラズマ中に含まれるフッ素ラジカルにより、基板Ｓ上に予め形成されたマスクパターンの形状に応じたかたちで、基板Ｓの表面からその厚さ方向に向かってホールが形成される。

なお、絶縁膜形成工程の繰り返し回数は、形成される絶縁膜Ｉの厚さが、真空槽１１の内壁１１ｂと下部電極１３との間での放電が十分に抑制される厚さとなる回数であって、各処理が継続される時間や真空槽１１の内壁１１ｂの表面積等に応じた回数に設定される。例えば本実施の形態では、上記繰り返し回数は５回に設定される。また、絶縁膜形成処理とシャワーホールエッチング処理とを１回ずつのみ実施するようにしてもよい。この場合、絶縁膜形成処理が例えば１０分間実施されるとともに、シャワーホールエッチング処理が例えば５分間実施される。

ちなみに、絶縁膜形成処理で形成される絶縁膜Ｉの膜厚分布は、内壁１１ｂの全体において所定のばらつきを有し、また内壁１１ｂの温度やプラズマの状態に応じて変動する場合がある。またシャワーホールエッチング処理におけるエッチング速度の分布も、内壁１１ｂの全体において所定のばらつきを有し、また内壁１１ｂの温度やプラズマの状態に応じて変動する場合がある。そのため、真空槽１１の内壁１１ｂの全体が絶縁膜Ｉで覆われるように絶縁膜形成処理の処理時間とシャワーホールエッチング処理の処理時間とを設定する。そして内壁１１ｂに形成された絶縁膜Ｉの全てが剥がれ落ちないように、これら絶縁膜形成処理とシャワーホールエッチング処理とを複数回実施する構成が好ましい。

本実施の形態では、処理対象物である基板Ｓを真空槽１１内に搬入する工程に先立ち、真空槽１１に供給した成膜ガスをプラズマ化して、真空槽１１の内壁１１ｂの略全体に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を実施するようにしている。これにより、基板Ｓを搬入した後の基板エッチング工程にて、高周波電力が供給された下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとが誘導結合し難いことから、下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとの間において、高周波電力の消費とプラズマの拡散とが抑制される。つまり、下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとの間で放電が起こらない分だけ、エッチングに寄与するプラズマの密度が高められることになる。その結果、真空槽１１内に形成されたプラズマがシャワープレート１２と下部電極１３との間に閉じ込められやすくなり、処理対象物のエッチングの異方性と、エッチングレートとが高められることになる。

また、絶縁膜形成工程では、シャワープレート１２が有するシャワーホール１２ｃ、特にシャワーホール１２ｃの開口１２ｄにおける外縁よりも内側に形成された絶縁膜Ｉの張出部Ｉａをエッチングするようにしている。これにより、絶縁膜形成工程後に実施される基板エッチング工程において、シャワーホール１２ｃの開口１２ｄに絶縁膜Ｉが形成された状態にあることを抑制できる。つまり、絶縁膜Ｉによるエッチングガスの流量の低下やエッチングガスの不均一化を抑制することによって、プラズマ密度の低下やプラズマの不
安定化を抑制することができる。

しかも、絶縁膜形成工程において絶縁膜形成処理を複数回実施するときには、絶縁膜形成処理を実施する毎に、それに続いてシャワーホールエッチング処理も実施するようにしている。そのため、基板エッチング工程時には、絶縁膜形成工程にて絶縁膜形成処理が実施される回数にかかわらず、絶縁膜Ｉの張出部Ｉａが形成された状態が抑制されていることになる。つまり、プラズマ密度の低下を抑制されるようになる。

本実施形態では、真空槽１１の内壁１１ｂを成膜ガスのプラズマによって形成される絶縁膜Ｉで覆うようにしている。そのため、内壁１１ｂ表面に形成された凹凸等の形状に関わらず、内壁１１ｂの略全体にわたり絶縁することができる。また、下部電極１３が上下動することによって、真空槽１１の内壁１１ｂにおいて高周波電力を消費しやすい領域である領域Ａが上下動したとしても、該領域Ａの位置に関わらず絶縁することができる。
［実施例］
直径８インチ、厚さ７２５μｍのシリコン基板に、厚さ１１．７９μｍのレジストパターンＲＰを形成し、上記エッチング装置を用いて以下の条件でエッチングを実施した。
・高周波電力の周波数６０ＭＨｚ
・高周波電力１２００Ｗ
・真空槽内の圧力２２Ｐａ
・基板温度 −２０℃
・エッチングガスＳＦ_６／Ｏ_２／ＨＢｒ混合ガス
・エッチングガス流量７５／７５／１５ｓｃｃｍ
・エッチング時間７分
［実施例１］
基板Ｓの搬入以前に、以下の条件で絶縁膜形成工程を実施した。
・成膜ガスＣ_４Ｆ_８ガス
・成膜ガス流量８０ｓｃｃｍ
・絶縁膜形成処理時間９０秒
・エッチングガスＳＦ_６／Ｏ_２／ＨＢｒ混合ガス
・エッチングガス流量７５／７５／１５ｓｃｃｍ
・シャワーホールエッチング処理時間５０秒
・繰り返し回数５回
［比較例１］
基板Ｓの搬入以前に絶縁膜形成工程を実施せずに、基板Ｓの搬入後すぐに基板エッチング工程を実施した。

上記実施例１、比較例１のエッチング条件によれば、図４及び以下の表１に示されるようなエッチング形状が得られた。

実施例１によれば、ホールＨの最大幅ＷａからレジストパターンＲＰの開口部の直径Ｗｂを引いたサイドエッチング量ＳＥは、１．５８μｍであった。また、単位時間（分）あたりのエッチング量であるエッチングレートは、１４．４３μｍ／ｍｉｎであった。そして、エッチング後のレジストパターンＲＰの厚さ（残厚）ＴＲが６．８９μｍであり、レジストパターンＲＰに対するシリコン基板の選択比が２０．６１であった。

他方、比較例１によれば、ホールＨの最大幅ＷａからレジストパターンＲＰの開口部の直径Ｗｂを引いたサイドエッチング量ＳＥは、５．５４μｍであった。また、単位時間（分）あたりのエッチング量であるエッチングレートは、９．１５μｍ／ｍｉｎであった。そして、エッチング後のレジストパターンＲＰの厚さ（残厚）ＴＲが５．９４であり、レジストパターンＲＰに対するシリコン基板の選択比が１５．６４であった。

このように、実施例１に記載のような絶縁膜形成工程を実施することによって、比較例１のように絶縁膜形成工程を実施しない場合と比較して、サイドエッチングを減らすこと、すなわちエッチングの異方性が高められること、及び、エッチングレートが高められることが認められた。また、実施例１によれば比較例１よりも、レジストパターンＲＰに対するシリコン基板の選択比が高められることが認められた。これは、以下のような理由によるものと考えられる。

つまり、真空槽１１の内壁１１ｂに絶縁膜Ｉが形成されたために、基板エッチング工程において、真空槽１１の内壁１１ｂ、特に上記領域Ａと下部電極１３との間での放電が抑制されることによって、プラズマ生成に用いられる高周波電力が増加することから、プラズマ生成領域ＰＬのプラズマ密度が高められる。これにより、基板Ｓの表面に引き込まれる正イオンの量が増えることで、基板の厚さ方向に略平行なエッチングが起こりやすくなるため、エッチングの異方性とエッチングレートとが高められるようになる。加えて、エッチングレートが高められることによって、ホールＨの表面積が増加する速度も高くなることから、ラジカルが反応することのできるホールＨの領域もより速く拡大されるため、ラジカルの等方的なエッチングも抑制されやすくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）基板Ｓを真空槽１１内に搬入する工程に先立ち、接地された真空槽１１内に供給された成膜ガスをプラズマ化して、真空槽１１の内壁１１ｂに絶縁膜Ｉを形成するようにした。これにより、基板エッチング工程の際に、高周波電力が供給された下部電極１３と接地電位である真空槽１１の内壁１１ｂとが誘導結合し難くなるため、下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとの間における放電が抑制されるようになる。つまり、下部電極１３と真空槽１１の内壁１１ｂとの間で放電が起こらない分だけ、エッチングに寄与するプラズマの密度が高められることになる。その結果、基板Ｓのエッチングの異方性と、エッチングレートとが高められることになる。

（２）絶縁膜形成工程にて、シャワーホール１２ｃが有する開口１２ｄに形成された絶縁膜Ｉの張出部Ｉａをシャワーホールエッチング処理によって除去するようにした。これにより、絶縁膜形成工程後に実施される基板エッチング工程において、シャワーホール１２ｃの開口１２ｄの外縁に絶縁膜Ｉが形成された状態にあることを抑制できる。つまり、エッチングガスの流量の低下やエッチングガスの分布の不均一化を抑制することによって、プラズマ密度の低下やプラズマの不安定化を抑制することができる。

（３）絶縁膜形成工程において絶縁膜形成処理を複数回実施するときには、絶縁膜形成処理を実施する毎に、それに続いてシャワーホールエッチング処理も実施するようにした。そのため、エッチング工程時には、絶縁膜形成工程にて絶縁膜形成処理が実施される回数にかかわらず、シャワープレート１２のシャワーホール１２ｃの開口１２ｄに絶縁膜Ｉの張出部Ｉａが形成された状態が抑制されていることになる。つまり、プラズマ密度の低下やプラズマの不安定化がより確実に抑制されるようになる。

（４）真空槽１１の内壁１１ｂを成膜ガスのプラズマによって形成される絶縁膜Ｉで覆うようにした。そのため、内壁１１ｂ表面に形成された凹凸等の形状に関わらず、内壁１１ｂの全体にわたり絶縁することができる。

（５）下部電極１３が上下動することによって、真空槽１１の内壁１１ｂにおいて最も電流が流れやすい領域である領域Ａが上下動したとしても、該領域Ａの位置に関わらず、該領域Ａと下部電極１３との間における高周波電力の消費を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・基板エッチング工程では、ＳＦ_６ガス、Ｏ_２ガス、及びＨＢｒガスを混合したエッチングガスをエッチング装置に連続して供給することによって、基板Ｓをエッチングするようにした。これに限らず、基板エッチング工程では、エッチングガスのプラズマによって基板Ｓをエッチングするエッチング処理と、これに加えて、基板Ｓに形成されたホールの内側と真空槽１１の内壁１１ｂとの両方に成膜ガスのプラズマによって絶縁膜を形成する絶縁膜形成処理とを順に実施するようにしてもよい。これにより、基板Ｓを真空槽１１内に搬送する前に真空槽１１の内壁１１ｂに形成された絶縁膜Ｉが、基板Ｓのエッチングに伴ってエッチングされたとしても、基板エッチング工程における絶縁膜形成処理によって新たな絶縁膜を真空槽の内壁に形成することができる。それゆえに、真空槽１１の内壁１１ｂの絶縁性が保たれやすくなる。また、基板Ｓに形成された孔の内壁に形成された絶縁膜によって、基板Ｓの厚さ方向と垂直な方向へのエッチングが抑制されるため、エッチングの異方性がより高められるようになる。

・絶縁膜形成工程では、真空槽１１の内壁１１ｂの略全体を絶縁膜Ｉによって覆うようにした。これに限らず、基板エッチング工程において、真空槽１１の内壁１１ｂのうちで該下部電極１３の外周を囲う領域、すなわち内壁１１ｂの領域Ａを絶縁膜Ｉによって覆うようにすればよい。これにより、真空槽１１の内壁１１ｂ全体を絶縁膜Ｉで覆う場合と比較して、より少ない成膜ガスの量で、真空槽１１の内壁１１ｂと下部電極１３との間での放電を確実に抑制することができる。

・絶縁膜形成処理とシャワーホールエッチング処理とを順に繰り返す回数は、真空槽１１の内壁１１ｂの表面積や、内壁１１ｂに形成する絶縁膜Ｉの厚さ等に応じて適宜変更可能である。

・絶縁膜形成工程では、シャワーホール１２ｃからのエッチングガスの供給が担保される場合、シャワーホールエッチング処理を実施しなくてもよい。
・真空槽１１は、アルミニウムをアルマイト処理したもので形成するようにしてもよい。なお、アルマイト処理した真空槽であっても、その内壁と下部電極１３との距離や高周波電力の周波数に応じ、これら内壁と下部電極１３との間で放電が生じる場合がある。上述のように真空槽の内壁を絶縁膜によって覆うことで、こうした放電を抑制することができる。ちなみに、基板のエッチング処理が繰り返されると、アルマイト処理で形成された被膜もエッチャントによって少なからずエッチングされ、その被膜の絶縁性が徐々に失われることとなる。一方、上記絶縁膜形成工程で形成された絶縁膜は、基板がエッチングされる毎に新たに形成されるものである。そのため、上述した絶縁膜形成工程によれば、基板エッチング工程の実施回数に関わらず、上述した効果を得ることができる。

・真空槽１１はアルミニウム以外の金属によって形成するようにしてもよい。
・絶縁膜形成処理の継続時間、及びシャワーホールエッチング処理の継続時間は、例えば、真空槽１１の大きさや、上部電極１２に形成されたシャワーホール１２ｃの大きさ等に応じて任意に変更可能である。

・成膜ガスとしてＣ_４Ｆ_８ガスを用いるようにしたが、例えばシラン（ＳｉＨ_４）ガス等の絶縁膜を形成可能な他のガスを用いるようにしてもよい。
・エッチングガスとしてＳＦ_６ガス、Ｏ_２ガス、及びＨＢｒガスの混合ガスを用いるようにしたが、ＨＢｒガスを割愛してもよい。また、他のエッチングガス、例えばＮＦ_３、Ｆ_２、ＸｅＦ_２、ＩＦｘ（Ｘ＝１〜７）、ＣＯＦ_２、Ｃｌ_２、ＣｌＦ_３、ＳｉＦ_４、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４等を用いるようにしてもよい。

・６０ＭＨｚの高周波電力に限らず、ＶＨＦに含まれる他の周波数の高周波電力を用いるようにしてもよい。また、ＶＨＦの周波数帯に含まれない高周波電力を用いるようにしてもよい。

・上記エッチング方法は、図６に記載のような、下部電極の位置を変更することのできないエッチング装置にも適用することができる。
・上記エッチング方法は、上部電極１２に高周波電源が接続された容量結合型のエッチング装置にも適用することができる。これにより、上部電極１２と真空槽１１の内壁１１ｂとの間で生じる放電が抑制されるようになる。

・上記エッチング方法は、上部電極１２と下部電極１３とに高周波電源が接続された容量結合型のエッチング装置にも適用することができる。この場合、上部電極１２には、プラズマを生成するための高周波電力であって、例えば上記６０ＭＨｚの高周波電力を含め、ＶＨＦの周波数帯に含まれる高周波電力が供給される。一方、下部電極１３には、プラズマ中の正イオンを基板Ｓの表面に引き込むための高周波電力であって、例えば２ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚ等の高周波電力が供給される。

・上記エッチング方法は、図１に示される容量結合型のエッチング装置に限らず、例えば図５に示される誘導結合型のエッチング装置にも適用することができる。以下、誘導結合型のエッチング装置について、上記容量結合型のエッチング装置と異なる点を中心に説明する。誘導結合型のエッチング装置では、真空槽１１の上蓋１１ａにシャワープレートＳＰが設けられている。シャワープレートＳＰは、真空槽１１の上蓋１１ａに貫通形成されたガス導入管ＳＰａ、ガス導入管ＳＰａから導入された各種ガスが一旦貯留されるガス室ＳＰｂ、及びガス室ＳＰｂと真空槽１１とを連通するシャワーホールＳＰｃを有している。

また、真空槽１１の上蓋１１ａには、高周波アンテナＡｎが載置されている。高周波アンテナＡｎには、例えば１３．５６ＭＨｚ等の高周波電力を出力する高周波電源ＧＥが、
整合器Ｍを介して接続されている。高周波電源ＧＥから高周波アンテナＡｎに高周波電力が供給されると、真空槽１１内のエッチングガスからプラズマが形成される。

他方、真空槽１１内の下部電極１３に接続された高周波電源１６は、例えば２ＭＨｚあるいは１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。下部電極１３に供給された高周波電力によって、該下部電極１３が負の電位となる。そのため、プラズマ中の正イオンが下部電極１３上に載置された基板Ｓの表面に引き込まれる。

上記誘導結合型のエッチング装置では、下部電極１３に高周波電力が供給されると、真空槽１１の内壁１１ｂにおける領域Ａと、下部電極１３の縁部Ｅとがプラズマを介して誘導結合する。このように、下部電極１３に供給された高周波電力が、正イオンの引き込み以外によって消費されると、こうした消費が生じない場合と比較して、基板Ｓの表面に引き込まれるイオンが減少することになるため、エッチングレートが低下する。また、正イオンによるエッチングが進行しにくい分だけ、ラジカルが反応することのできるホールの表面積が減少することから、ラジカルによる等方的なエッチングが進行しやすくなる。さらに、正イオンを引き込むための高周波電力も少なからずプラズマの密度を高める作用を有するため、上述のように下部電極１３の縁部Ｅと領域Ａとの間で高周波電力が消費されることになれば、プラズマの密度が低くなってしまう。

そこで、基板Ｓを真空槽１１内に搬入する以前に、絶縁膜形成処理によって真空槽１１の内壁１１ｂに絶縁膜Ｉを形成することとすれば、上記放電を抑制することができる。これにより、基板Ｓへの正イオンの引き込みに用いられる高周波電力が増えるため、引き込まれる正イオンが増加することになる。それゆえに、エッチングの異方性とエッチングレートとが高められるようになる。

・上記エッチング方法は、真空槽１１の内壁１１ｂの一部が、予め絶縁物によって覆われているエッチング装置に適用することもできる。

１１，６１…真空槽、１１ａ，６１ａ…上蓋、１１ｂ…内壁、１２，６２…上部電極（シャワープレート）、１２ａ，ＳＰａ…ガス導入管、１２ｂ，ＳＰｂ…ガス室、１２ｃ，ＳＰｃ…シャワーホール、１３，６５…下部電極、１４…可動軸、１５…モータ、１６，６７…高周波電源、１７，６６，Ｍ…整合器、１８，６３…エッチングガス供給部、１９…成膜ガス供給部、２０，６８…排気部、Ａｎ…高周波アンテナ、ＥＰ…排気路、ＧＥ…高周波アンテナ用高周波電源、ＧＬ…ガス供給管、Ｉ…絶縁膜、Ｉａ…張出部、Ｉｂ…開口、ＰＬ…プラズマ生成領域、Ｓ…基板、ＳＰ…シャワープレート。

Claims

接地された真空槽内に処理対象物を搬入する工程と、
前記真空槽内に供給されるエッチングガスを高周波電力によってプラズマ化するとともに、前記真空槽内に配設された平板電極に高周波電力を供給して前記真空槽内に搬入された処理対象物を前記プラズマによってエッチングするエッチング工程と、
前記真空槽に供給される成膜ガスを高周波電力によってプラズマ化して前記真空槽の内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを備え、
前記真空槽内に前記処理対象物を搬入する前に前記絶縁膜形成工程を実施し、
前記エッチングガスと前記成膜ガスとは、シャワープレートに形成された複数のシャワーホールから前記真空槽内に供給され、
前記絶縁膜形成工程では、
前記真空槽の内壁に前記絶縁膜を形成する絶縁膜形成処理と、
前記エッチングガスをプラズマ化して、前記絶縁膜形成処理によって前記シャワーホールに形成された前記絶縁膜をエッチングするシャワーホールエッチング処理とを実施するエッチング方法。
請求項１に記載のエッチング方法において、
前記絶縁膜形成工程では、
前記絶縁膜形成処理と前記シャワーホールエッチング処理とを順に複数回繰り返す
ことを特徴とするエッチング方法。
請求項１又は２に記載のエッチング方法において、
前記真空槽は、
前記処理対象物を載置する前記平板電極である下部電極と、
前記下部電極と対向する上部電極とを備え、
前記絶縁膜形成工程では、
前記真空槽の前記内壁のうちで少なくとも前記下部電極の外周を囲う部分を前記絶縁膜で覆う
ことを特徴とするエッチング方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法において、
前記エッチング工程では、
前記真空槽内に搬送された処理対象物をエッチングするエッチング処理と、
前記成膜ガスをプラズマ化して、前記エッチング処理によって前記処理対象物に形成された孔の内側及び前記真空槽の前記内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成処理とを実施する
ことを特徴とするエッチング方法。