WO2013187219A1 - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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理史 浦川
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東京エレクトロン株式会社
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    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an etching method and a plasma processing apparatus, and more specifically, a method for etching an etching target layer containing polycrystalline silicon, and a plasma that can be used for performing the etching method.
  • the present invention relates to a processing apparatus.
  • a polycrystalline silicon layer may be used.
  • a mask made of silicon oxide is generally provided on the layer to be etched, and the layer to be etched is etched using the mask.
  • Such an etching technique is described in Patent Document 1, for example.
  • a silicon oxide layer is provided on a layer to be etched which is a polycrystalline silicon layer, and a resist mask is provided on the silicon oxide layer.
  • the silicon oxide layer is etched using the resist mask to form a mask made of silicon oxide.
  • the resist mask is removed.
  • the etching target layer is etched by the plasma of the etchant gas using a mask made of silicon oxide.
  • the mask made of silicon oxide is damaged by the etching, and the mask cannot be maintained until the etching end point, or the desired dimensional accuracy In some cases, etching cannot be performed.
  • One aspect of the present invention relates to a method for etching a layer to be etched containing polycrystalline silicon.
  • This method includes (a) a step of preparing a substrate to be processed having a layer to be etched and a mask provided on the layer to be etched, and (b) a step of etching the layer to be etched using the mask.
  • the mask includes a first mask portion made of polycrystalline silicon, and a second mask portion made of silicon oxide interposed between the first mask portion and the etching target layer. .
  • a first gas for etching the layer to be etched In the step of etching the layer to be etched, a first gas for etching the layer to be etched, a second gas for removing deposits adhering to the mask, and a processing container containing the substrate to be processed, and A third gas for protecting the first mask portion is supplied to generate plasma in the processing container.
  • a layer to be etched which is a polycrystalline silicon layer
  • the first mask portion is protected by radicals generated from the third gas during etching of the etching target layer. Therefore, the mask can be maintained until the end point of etching of the etching target layer. Further, it is possible to supply a second gas for removing etching by-products attached to the mask, that is, deposits. As a result, the mask opening can be prevented from being closed by the deposit.
  • the probability that the radicals are adsorbed in the etched layer is higher than the probability that the radicals generated from the third gas are adsorbed on the upper part of the mask, that is, the first mask part. Lower.
  • the etching target layer can be etched while protecting the first mask portion.
  • the first gas may be HBr gas.
  • the second gas may be NF 3 gas.
  • the etching by-product generated by etching the polycrystalline silicon layer with HBr gas, that is, SiBr 4 can be removed by NF 3 gas plasma.
  • the third gas may be oxygen gas (O 2 gas). Oxygen radicals generated from oxygen gas can modify the polycrystalline silicon layer of the first mask portion so as to protect the first mask portion.
  • the flow rate of the second gas with respect to the flow rate of the first gas is defined by a flow rate ratio of the first gas and the second gas of 20: 3. More than the flow rate, the flow rate of the third gas may be less than the flow rate of the second gas and greater than 1 ⁇ 2 of the flow rate of the second gas.
  • the plasma processing apparatus includes a processing container, a gas supply unit, and a means for generating plasma.
  • the gas supply unit includes a first gas for etching the polycrystalline silicon layer, a second gas for removing deposits generated by etching the polycrystalline silicon, and polycrystalline silicon in the processing container.
  • a third gas for protection is supplied.
  • the means generates a plasma of a first gas, a second gas, and a third gas. According to such a plasma processing apparatus, it is possible to etch the etching target layer while maintaining the above-described mask.
  • the first gas may be HBr gas.
  • the second gas may be NF 3 gas.
  • the third gas may be oxygen gas (O 2 gas).
  • the plasma processing apparatus may further include a control unit that controls the flow rates of the first gas, the second gas, and the third gas.
  • the control unit is configured such that the flow rate of the second gas with respect to the flow rate of the first gas is greater than the flow rate defined by the flow ratio of the first gas and the second gas of 20: 3, and the flow rate of the third gas is
  • the gas supply unit can be controlled to be smaller than the flow rate of the second gas and greater than 1 ⁇ 2 of the flow rate of the second gas.
  • an etching method capable of maintaining a mask is provided. This method can maintain the mask even in the etching of the high aspect ratio polycrystalline silicon layer.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an etching method according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining details of the etching method shown in FIG.
  • FIG. 7 is a table showing processing conditions of Experimental Examples 1 to 6.
  • 6 is a graph in which the flow rate of NF 3 gas and the flow rate of O 2 gas in Experimental Examples 1 to 6 are mapped.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a cross section of a plasma processing apparatus according to an embodiment.
  • a plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a parallel plate type plasma processing apparatus.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a processing container 12.
  • the processing container 12 has a substantially cylindrical shape, and defines a processing space S therein.
  • a gate valve 30 that opens and closes a loading / unloading port for a substrate (substrate) W to be processed is attached to the side wall of the processing container 12.
  • the plasma processing apparatus 10 includes a mounting table 14 in the processing container 12.
  • the mounting table 14 is provided below the processing space S.
  • the mounting table 14 includes a base 16 and an electrostatic chuck 18.
  • the base 16 has a substantially disc shape and has conductivity.
  • the base 16 is made of, for example, aluminum and constitutes a lower electrode.
  • a high frequency power supply 32 is electrically connected to the base 16 via a matching unit 34.
  • the high frequency power supply 32 applies high frequency power of a predetermined high frequency (for example, 2 MHz to 27 MHz) for ion attraction, that is, high frequency bias power, to the lower electrode, that is, the base 16.
  • a predetermined high frequency for example, 2 MHz to 27 MHz
  • the base 16 may have a function of absorbing the heat of the electrostatic chuck 18 and cooling the electrostatic chuck 18.
  • a refrigerant channel 16p is formed inside the base 16, and a refrigerant inlet pipe and a refrigerant outlet pipe can be connected to the refrigerant channel 16p.
  • the mounting table 14 is configured to be able to control the base 16 and the electrostatic chuck 18 to a predetermined temperature by circulating an appropriate refrigerant such as cooling water in the refrigerant flow path 16p.
  • an electrostatic chuck 18 is provided on the upper surface of the base 16.
  • the electrostatic chuck 18 is a substantially disk-shaped member, and includes an insulating layer 18a and a power feeding layer 18b.
  • the insulating layer 18a is a film formed of an insulator such as ceramic
  • the power feeding layer 18b is a conductive film formed as an inner layer of the insulating layer 18a.
  • a DC power supply 56 is connected to the power supply layer 18b via a switch SW. When a DC voltage is applied from the DC power source 56 to the power feeding layer 18b, a Coulomb force is generated, and the substrate W to be processed is attracted and held on the electrostatic chuck 18 by the Coulomb force.
  • a heater HT that is a heating element may be embedded in the electrostatic chuck 18.
  • the electrostatic chuck 18 is configured to heat the substrate to be processed W to a predetermined temperature by the heater HT.
  • the heater HT is connected to a heater power source HP through wiring.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include gas supply lines 58 and 60 and heat transfer gas supply units 62 and 64.
  • the heat transfer gas supply unit 62 is connected to a gas supply line 58.
  • the gas supply line 58 extends to the upper surface of the electrostatic chuck 18 and extends in an annular shape at the central portion of the upper surface.
  • the heat transfer gas supply unit 62 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the substrate W to be processed.
  • the heat transfer gas supply unit 64 is connected to the gas supply line 60.
  • the gas supply line 60 extends to the upper surface of the electrostatic chuck 18 and extends in an annular shape so as to surround the gas supply line 58 on the upper surface.
  • the heat transfer gas supply unit 64 supplies a heat transfer gas such as He gas between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the substrate W to be processed.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a cylindrical holding unit 20 and a cylindrical support unit 22.
  • the cylindrical holding part 20 is in contact with the edge of the side surface and the bottom surface of the base 16 and holds the base 16.
  • the cylindrical support portion 22 extends in the vertical direction from the bottom portion of the processing container 12 and supports the base 16 via the cylindrical holding portion 20.
  • the plasma processing apparatus 10 may further include a focus ring FR placed on the upper surface of the cylindrical holding unit 20.
  • the focus ring FR can be made of, for example, quartz.
  • an exhaust path 24 is provided between the side wall of the processing vessel 12 and the cylindrical support portion 22.
  • a baffle plate 25 is attached to the inlet of the exhaust passage 24 or in the middle thereof.
  • An exhaust port 26 a is provided at the bottom of the exhaust path 24.
  • the exhaust port 26 a is defined by an exhaust pipe 26 fitted in the bottom of the processing container 12.
  • An exhaust device 28 is connected to the exhaust pipe 26.
  • the exhaust device 28 has a vacuum pump and can depressurize the processing space S in the processing container 12 to a predetermined degree of vacuum.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a shower head 38 in the processing container 12.
  • the shower head 38 is provided above the processing space S.
  • the shower head 38 includes an electrode plate 40 and an electrode support 42.
  • the electrode plate 40 is a conductive plate having a substantially disk shape and constitutes an upper electrode. A plurality of gas vent holes 40 h are formed in the electrode plate 40.
  • the electrode plate 40 is detachably supported by an electrode support 42.
  • a buffer chamber 42 a is provided inside the electrode support 42.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a gas supply unit 44, and the gas supply unit 44 is connected to the gas introduction port 42b of the buffer chamber 42a via a gas supply conduit 46.
  • the gas supply unit 44 supplies the first gas, the second gas, and the third gas to the processing space S.
  • the gas supply unit 44 includes a gas source 70a, a valve 70b, a flow rate controller 70c, a gas source 72a, a valve 72b, a flow rate controller 72c, a gas source 74a, a valve 74b, and a flow rate controller 74c.
  • the gas source 70a is a gas source of the first gas. This first gas is an etchant gas for the etching layer to be etched by the plasma processing apparatus 10, that is, an etchant gas for a polycrystalline silicon layer, and in one embodiment, is an HBr gas.
  • the gas source 70a is connected to the gas supply conduit 46 through a valve 70b and a flow rate controller 70c such as a mass flow controller.
  • the gas source 72a is a gas source of the second gas.
  • This second gas is a gas for removing deposits generated by etching the polycrystalline silicon layer, which is the layer to be etched, and in one embodiment, is a NF 3 gas.
  • the gas source 72a is connected to the gas supply conduit 46 via a flow rate controller 72c such as a valve 72b and a mass flow controller.
  • the gas source 74a is a third gas source. This third gas is a gas for protecting polycrystalline silicon contained in the etching mask for the layer to be etched, and in one embodiment, is an oxygen gas (O 2 gas).
  • the gas source 74a is connected to the gas supply conduit 46 through a valve 74b and a flow rate controller 74c such as a mass flow controller.
  • the electrode support 42 is formed with a plurality of holes that are respectively continuous with the plurality of gas vent holes 40h, and the plurality of holes communicate with the buffer chamber 42a. Therefore, the gas supplied from the gas supply unit 44 is supplied to the processing space S via the buffer chamber 42a and the gas vent 40h.
  • the shower head 38 and the gas supply part 44 comprise the gas supply part which concerns on one Embodiment.
  • a high frequency power source 35 is electrically connected to the electrode plate 40 via a matching unit 36.
  • the high frequency power supply 35 applies high frequency power of a predetermined high frequency (for example, 27 MHz or more) for plasma generation to the electrode plate 40.
  • a predetermined high frequency for example, 27 MHz or more
  • the base 16, the electrode plate 40, and the high-frequency power source 35 constitute a means for generating plasma in one embodiment.
  • a magnetic field forming mechanism 48 extending annularly or concentrically is provided on the ceiling of the processing vessel 12.
  • the magnetic field forming mechanism 48 functions to facilitate the start of high-frequency discharge (plasma ignition) in the processing space S and maintain stable discharge.
  • the plasma processing apparatus 10 further includes a control unit 66.
  • the control unit 66 is connected to the exhaust device 28, the switch SW, the high frequency power source 32, the matching unit 34, the high frequency power source 35, the matching unit 36, the gas supply unit 44, the heat transfer gas supply units 62 and 64, and the heater power source HP. ing.
  • the control unit 66 controls the exhaust device 28, the switch SW, the high frequency power source 32, the matching unit 34, the high frequency power source 35, the matching unit 36, the gas supply unit 44, the heat transfer gas supply units 62 and 64, and the heater power source HP. Send a signal.
  • the supply of the first to third gases by the gas supply unit 44 and their flow rates, the supply of the heat transfer gas by the heat transfer gas supply units 62 and 64, and the power supply from the heater power source HP are controlled.
  • the first to third gases are supplied from the gas supply unit 44 to the processing space S. Further, a high frequency electric field is formed between the electrode plate 40 and the base 16, that is, in the processing space S. As a result, plasma of the first gas is generated in the processing space S, and the etching target layer of the substrate to be processed W, that is, the polycrystalline silicon layer is etched by Br ions or Br radicals. Further, plasma of the second gas is generated, and deposits generated by etching of the etching target layer are removed by F ions or F radicals. Further, plasma of the third gas is generated, and the polycrystalline silicon of the mask used for etching the etching target layer is protected by O (oxygen) radicals.
  • O oxygen
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an etching method according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining details of the etching method shown in FIG.
  • a substrate to be processed W is prepared in step S1.
  • substrate W has the to-be-etched layer EL which is a polycrystalline silicon layer, and the mask M is created on the to-be-etched layer EL which is a polycrystalline silicon layer in process S1.
  • a silicon oxide layer OL for example, a SiO 2 layer is formed on the etched layer EL, and the polycrystalline silicon layer PL is formed on the silicon oxide layer OL.
  • a resist mask RM having a predetermined pattern is formed on polycrystalline silicon layer PL.
  • the silicon oxide layer OL and the polycrystalline silicon layer PL can be formed by using, for example, a plasma CVD apparatus.
  • the resist mask RM can be created by using a photolithography technique.
  • the polycrystalline silicon layer PL is etched.
  • Polycrystalline silicon layer PL can be etched by using HBr gas as an etchant gas in a plasma processing apparatus similar to plasma processing apparatus 10.
  • the polycrystalline silicon layer PL is etched in the portion exposed to the opening of the resist mask RM, and as a result, the first mask portion M1 that becomes a part of the mask M is formed. It is formed.
  • the resist mask RM is removed.
  • the silicon oxide layer OL is etched.
  • the silicon oxide layer OL can be etched by using a fluorocarbon-based gas such as CF 4 gas as an etchant gas in a plasma processing apparatus similar to the plasma processing apparatus 10.
  • a fluorocarbon-based gas such as CF 4 gas
  • the silicon oxide layer OL is etched in the portion exposed to the opening of the first mask portion M1, and as a result, the second portion that becomes another part of the mask M is obtained.
  • a mask portion M2 is formed. Thereby, the mask M including the first mask part M1 and the second mask part M2 is formed on the etching target layer EL.
  • the substrate to be processed W prepared in step S ⁇ b> 1 is then placed on the electrostatic chuck 18 of the plasma processing apparatus 10 and adsorbed. Then, in step S2, as shown in FIG. 3E, the etching target layer EL is etched. In step S2, the layer to be etched EL is etched in the portion exposed to the opening of the mask M.
  • step S2 the above-described first gas (HBr gas), second gas (NF 3 gas), and third gas (O 3) are used to etch the etched layer EL that is a polycrystalline silicon layer. 2 gas) is supplied into the processing container 12, and plasma of these gases is generated in the processing container 12.
  • first gas HBr gas
  • second gas NF 3 gas
  • O 3 third gas
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of step S2 of FIG.
  • the layer to be etched EL is etched by the reaction of the following chemical formula 1.
  • “Others” in Chemical Formula 1 includes H ions or H radicals.
  • step S2 Br ions or Br radicals generated by dissociation of HBr gas react with the polycrystalline silicon of the etched layer EL to etch the etched layer.
  • Br surrounded by a circle indicates Br ion or Br radical.
  • step S2 the first mask portion M1 is protected by the reaction of the following chemical formula 2.
  • O O 2 surrounded by a circle represents an O radical.
  • the O radical can reach the upper portion of the mask M, that is, the first mask portion M1 without being inhibited.
  • the layer to be etched EL exists in the space SP defined by the mask M, that is, in the bottom of the groove or hole defined by the mask M, and in the space SP, the volatilization generated by the etching of the layer to be etched EL occurs.
  • Gas G for example, gas such as SiBr 4 is retained. Therefore, the probability that the electrically neutral O radical reaches the etching target layer EL is considerably lower than the probability that the O radical reaches the first mask portion M1.
  • Br ions are attracted toward the layer to be etched EL by application of high-frequency bias power to the lower electrode 16. Based on this principle, in this etching method, it is considered that the mask M can be maintained until the end point of the etching by protecting the first mask portion M1 while etching the etching target layer EL. .
  • step S2 etching by-products can adhere to the mask M as the deposit DP.
  • the deposit DP may reduce the width of the opening defined by the mask M or may close the opening of the mask M in some cases.
  • the deposit DP can be composed of, for example, SiBr 4 . Therefore, in this etching method, in step S2, NF 3 gas is supplied, and the deposit DP is removed by the reaction of the following chemical formula 3. [Chemical formula 3] SiBr 4 + xF ⁇ SiF x Br (4-x) Here, x is an integer of 1 to 3.
  • step S2 fluorine ions or fluorine radicals generated by dissociation of the NF 3 gas react with SiBr 4 constituting the deposit DP, as shown in FIG. 4, and SiF x Br ( 4-x) is generated, and the SiF x Br (4-x) is evacuated to remove deposits.
  • this etching method can suppress the opening of the mask M from being closed, or can suppress a change in the width of the opening of the mask M.
  • “F” surrounded by a circle represents an F ion or an F radical.
  • the flow rate of NF 3 gas with respect to the flow rate of HBr gas is higher than the flow rate defined by the flow rate ratio of HBr gas and NF 3 gas of 20: 3, and the flow rate of O 2 gas However, it may be smaller than the flow rate of NF 3 gas and larger than 1 ⁇ 2 of the flow rate of NF 3 gas.
  • the flow rate of the HBr gas, the flow rate of the NF 3 gas, and the flow rate of the O 2 gas can be adjusted, for example, by controlling the flow rate controllers 70c, 72c, and 74c by the control unit 66.
  • the deposit DP can be efficiently removed, and the mask opening can be prevented from being blocked. Moreover, the dimensional change of the opening of the mask M can be further reduced. In addition, it is possible to effectively supply both the protection of the mask M and the etching of the etching target layer EL by suppressing the supply of excessive oxygen radicals.
  • FIG. 5 is a table showing the processing conditions of Experimental Examples 1 to 6.
  • the pressure in the processing container is 10.6 Pa (80 mTorr)
  • the high frequency power (HF power) of the high frequency power supply 35 is 400 W
  • the high frequency power (LF) of the high frequency power supply 32 is used. Power
  • the flow rate of HBr gas was set to 200 sccm.
  • etching was performed for 146 seconds using different NF 3 gas flow rates and O 2 gas flow rates.
  • the frequency of the high frequency power (HF power) of the high frequency power source 35 was set to 100 MHz, and the frequency of the high frequency power (LF power) of the high frequency power source 32 was set to 3.2 MHz.
  • an etching target layer EL that is a polycrystalline silicon layer is formed using a mask M having an opening width of 40 nm, a thickness of the first mask portion M1 of 300 nm, and a thickness of the second mask portion M2 of 1000 nm. Etched.
  • FIG. 6 is a graph mapping the flow rate of NF 3 gas and the flow rate of O 2 gas in Experimental Examples 1 to 6.
  • the processing conditions of Experimental Examples 1, 3, and 6 differ in the flow rate of NF 3 gas.
  • the flow rate of NF 3 gas is insufficient with respect to the flow rate of HBr, and the deposit DP is not completely removed from the mask M.
  • the dimension of the opening of the mask M becomes small, and the etching target The dimension of the shape formed in the layer EL was smaller than the expected dimension.
  • the deposit DP could be removed from the mask M.
  • the flow rate of NF 3 gas to the gas flow rate of HBr is 20: it is preferably greater than the flow rate being defined was confirmed at a flow rate ratio of the third HBr gas and NF 3 gas.
  • the mask M was not sufficiently protected, and the mask M was etched much.
  • the processing conditions of Experimental Examples 2 , 4, 5, and 6 differ in the flow rate of O 2 gas.
  • O radicals were insufficient, and the etching amount of the mask M was increased as described above.
  • the mask M was protected by O radicals, and the etching amount of the mask M was small.
  • the dimension of the shape formed in the etched layer EL was also the expected dimension.
  • the protective film PF formed by O radicals becomes thicker.
  • the flow rate of the O 2 gas is preferably smaller than the flow rate of the NF 3 gas and larger than 1 ⁇ 2 of the flow rate of the NF 3 gas. That is, it was confirmed that the flow rate of the NF 3 gas and the flow rate of the O 2 gas are preferably in a region surrounded by the dotted line and the alternate long and short dash line in FIG.
  • the dotted line in FIG. 6 indicates that the flow rate of NF 3 gas and the flow rate of O 2 gas is 1: 1
  • the alternate long and short dash line in FIG. 6 indicates that the flow rate of NF 3 gas and the flow rate of O 2 gas are 2: 1.
  • an etching target layer made of polycrystalline silicon having only a mask similar to the second mask portion formed from a silicon oxide layer of 1000 nm thereon, a second gas and a third gas are used. Etching was performed in the same manner as in Experimental Example 5 under the other conditions. As a result, the thickness of the mask of Experimental Example 5 at the end of etching was 290 nm thicker than the thickness of the mask of the comparative example at the end of etching. Therefore, in Experimental Example 5, it was confirmed that the mask was maintained with a larger thickness until the end of edging.
  • NF 3 gas instead of NF 3 gas, SF 6 gas, SiF 4 gas, C 4 F 8 gas, or CF 4 gas can be used as the second gas.
  • the third gas instead of the O 2 gas, a mixed gas of O 2 gas and N 2 gas, or it is possible to use N 2 gas.
  • the plasma processing apparatus 10 is a parallel plate type plasma processing apparatus, but various plasma processing apparatuses such as an inductively coupled plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus using a microwave as a plasma source are applied to the present invention. Is possible.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Plasma processing apparatus, 12 ... Processing container, 14 ... Mounting stand, 16 ... Base (lower electrode), 18 ... Electrostatic chuck, 28 ... Exhaust device, 32 ... High frequency power supply (high frequency bias), 35 ... High frequency power supply ( 38 ... shower head, 40 ... electrode plate, 44 ... gas supply unit, 66 ... control unit, W ... substrate to be processed, EL ... layer to be etched, M ... mask, M1 ... first mask unit, M2 ... second mask part, PF ... protective film, DP ... deposit, G ... volatile gas.

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Abstract

　一実施形態においては、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法を提供する。この方法は、（ａ）被エッチング層と当該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、（ｂ）当該マスクを用いて、被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。マスクは、多結晶シリコンから構成された第１のマスク部、及び、該第１のマスク部と前記被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第２のマスク部を含んでいる。被エッチング層をエッチングする工程では、被処理基体を収容した処理容器内に、被エッチング層をエッチングするための第１のガス、マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス、及び、第１のマスク部を保護するための第３のガスを供給し、処理容器内においてプラズマを生成する。

Description

エッチング方法及びプラズマ処理装置
　本発明の実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものであり、より詳細には、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法、及び、当該エッチング方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。
　半導体装置の製造プロセスにおいては、種々の半導体層に対するエッチングが行われる。このような半導体層の一種として、多結晶シリコン層が用いられることがある。多結晶シリコン層を被エッチング層としてエッチングする際には、一般的に、被エッチング層上に酸化シリコンから構成されたマスクを設け、当該マスクを用いて被エッチング層のエッチングが行われる。このようなエッチング技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
　より詳細には、特許文献１に記載されたエッチング方法では、多結晶シリコン層である被エッチング層上に酸化シリコン層が設けられ、当該酸化シリコン層上にレジストマスクが設けられる。次いで、レジストマスクを用いて酸化シリコン層をエッチングすることにより、酸化シリコンから構成されたマスクが形成される。次いで、レジストマスクが除去される。そして、酸化シリコンから構成されたマスクを用いて、エッチャントガスのプラズマによる被エッチング層のエッチングが行われる。
特許第４７２２７２５号公報
　近年、半導体装置のサイズの縮小化に伴い、被エッチング層に形成する穴や溝といった形状の微細化が進められている。また、これら穴や溝のアスペクト比は次第に大きくなってきている。即ち、より深い穴や溝が被エッチング層に形成されるようになってきている。
　しかしながら、被エッチング層に形成する孔や溝が深くなると、酸化シリコンから構成されたマスクがエッチングによる損傷を受け、エッチングの終点までマスクを維持することができなくなること、或いは、所期の寸法精度でエッチングを行うことができなくなることがある。
　かかる背景の下、多結晶シリコン層のエッチングにおいてマスクを維持することが可能なエッチング方法が要請されている。
　本発明の一側面は、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法に関するものである。この方法は、（ａ）被エッチング層と当該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、（ｂ）当該マスクを用いて、被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。マスクは、多結晶シリコンから構成された第１のマスク部、及び、当該第１のマスク部と被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第２のマスク部を含んでいる。被エッチング層をエッチングする工程では、被処理基体を収容した処理容器内に、被エッチング層をエッチングするための第１のガス、マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス、及び、第１のマスク部を保護するための第３のガスを供給し、処理容器内においてプラズマを生成する。
　本方法では、酸化シリコンから構成された第２のマスク部に加えて多結晶シリコンから構成された第１のマスク部を有するマスクを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層がエッチングされる。また、被エッチング層のエッチングの際に、第３のガスから生成されるラジカルにより、第１のマスク部を保護している。したがって、被エッチング層のエッチングの終点までマスクが維持され得る。また、マスクに付着するエッチング副生成物、即ち堆積物を除去するための第２のガスを供給することが可能である。その結果、堆積物によってマスクの開口が閉じられることを抑制することができる。なお、マスクの上部、即ち第１のマスク部に対して第３のガスから生成されるラジカルが吸着する確率よりも、被エッチング層、即ち、孔又は溝の深部では当該ラジカルが吸着する確率が低くなる。これにより、第１のマスク部を保護しつつ、被エッチング層をエッチングすることが可能となる。
　一実施形態においては、第１のガスはＨＢｒガスであってもよい。一実施形態においては、第２のガスはＮＦ３ガスであってもよい。この実施形態では、多結晶シリコン層をＨＢｒガスでエッチングすることにより発生するエッチング副生成物、即ち、ＳｉＢｒ４を、ＮＦ３ガスのプラズマにより除去することが可能となる。また、一実施形態においては、第３のガスは酸素ガス（Ｏ２ガス）であってもよい。酸素ガスから生成される酸素ラジカルは、第１のマスク部を保護するよう、当該第１のマスク部の多結晶シリコン層を改質することができる。
　一実施形態においては、被エッチング層をエッチングする工程において、第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が、２０：３の第１のガスと第２のガスの流量比で規定される流量より多く、第３のガスの流量が、第２のガスの流量より少なく且つ第２のガスの流量の１／２より多くてもよい。このようにガス流量が制御されることにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制とをより効果的に両立することが可能となる。
　また、本発明の別の側面は、上述した方法に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、及び、プラズマを発生させる手段を備える。ガス供給部は、処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第１のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第２のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第３のガスを供給する。前記手段は、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスのプラズマを発生させる。かかるプラズマ処理装置によれば、上述したマスクを維持しつつ被エッチング層をエッチングすることが可能である。
　一実施形態においては、第１のガスはＨＢｒガスであってもよい。一実施形態においては、第２のガスはＮＦ３ガスであってもよい。また、一実施形態においては、第３のガスは酸素ガス（Ｏ２ガス）であってもよい。
　一実施形態においては、プラズマ処理装置は、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスの流量を制御する制御部を更に備え得る。制御部は、第１のガスの流量に対する第２のガスの流量が、２０：３の第１のガスと第２のガスの流量比で規定される流量より多く、第３のガスの流量が第２のガスの流量より少なく且つ第２のガスの流量の１／２より多くなるように、ガス供給部を制御し得る。このようにガス流量を制御することにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制をより効果的に両立することが可能となる。
　以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、マスクを維持することが可能なエッチング方法が提供される。この方法は、高アスペクト比の多結晶シリコン層のエッチングにおいても、マスクを維持し得る。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。 一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 図３は、図２に示すエッチング方法の詳細を説明するための断面図である。 図２の工程Ｓ２の原理を説明するための図である。 実験例１～６の処理条件を示す表である。 実験例１～６のＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量をマッピングしたグラフである。
　以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
　まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図１では、一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面が示されている。図１に示すプラズマ処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置である。
　プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部に処理空間Ｓを画成している。処理容器１２の側壁には、被処理基体（基板）Ｗの搬入出口を開閉するゲートバルブ３０が取り付けられている。プラズマ処理装置１０は、この処理容器１２内に、載置台１４を備えている。載置台１４は、処理空間Ｓの下方に設けられている。この載置台１４は、基台１６及び静電チャック１８を有している。基台１６は、略円板形状を有しており、導電性を有している。基台１６は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。
　基台１６には、高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。高周波電源３２は、イオン引き込み用の所定の高周波数（例えば、２ＭＨｚ～２７ＭＨｚ）の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を下部電極、即ち、基台１６に印加する。
　一実施形態においては、基台１６は、静電チャック１８の熱を吸熱して、静電チャック１８を冷却する機能を有し得る。具体的に、基台１６の内部には、冷媒流路１６ｐが形成されており、冷媒流路１６ｐには、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続され得る。載置台１４は、冷媒流路１６ｐの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、基台１６及び静電チャック１８を所定の温度に制御可能な構成とされている。
　プラズマ処理装置１０では、基台１６の上面に静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、略円板状の部材であり、絶縁層１８ａ、及び給電層１８ｂを有している。絶縁層１８ａはセラミック等の絶縁体により形成される膜であり、給電層１８ｂは、絶縁層１８ａの内層として形成された導電性の膜である。給電層１８ｂには、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から給電層１８ｂに直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Ｗが静電チャック１８上に吸着保持される。
　一実施形態においては、静電チャック１８の内部には、加熱素子であるヒータＨＴが埋め込まれていてもよい。この実施形態では、静電チャック１８は、ヒータＨＴにより、被処理基体Ｗを所定温度に加熱できるように構成されている。このヒータＨＴは、配線を介してヒータ電源ＨＰに接続されている。
　プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備え得る。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面と被処理基体Ｗとの間に供給する。
　プラズマ処理装置１０は、筒状保持部２０及び筒状支持部２２を更に備え得る。筒状保持部２０は、基台１６の側面及び底面の縁部に接して、当該基台１６を保持している。筒状支持部２２は、処理容器１２の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部２０を介して基台１６を支持している。プラズマ処理装置１０は、この筒状保持部２０の上面に載置されるフォーカスリングＦＲを更に備え得る。フォーカスリングＦＲは、例えば、石英から構成され得る。
　一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部２２との間には、排気路２４が設けられている。排気路２４の入口又はその途中には、バッフル板２５が取り付けられている。また、排気路２４の底部には、排気口２６ａが設けられている。排気口２６ａは、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２６によって画成されている。この排気管２６には、排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。
　プラズマ処理装置１０は、更に、処理容器１２内にシャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、処理空間Ｓの上方に設けられている。シャワーヘッド３８は、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
　電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。プラズマ処理装置１０は、ガス供給部４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口４２ｂにはガス供給導管４６を介してガス供給部４４が接続されている。ガス供給部４４は、処理空間Ｓに第１のガス、第２のガス、及び第３のガスを供給する。
　一実施形態においては、ガス供給部４４は、ガス源７０ａ、バルブ７０ｂ、流量制御器７０ｃ、ガス源７２ａ、バルブ７２ｂ、流量制御器７２ｃ、ガス源７４ａ、及び、バルブ７４ｂ、流量制御器７４ｃを有している。ガス源７０ａは、第１のガスのガス源である。この第１のガスは、プラズマ処理装置１０がエッチングする被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層用のエッチャントガスであり、一実施形態においては、ＨＢｒガスである。ガス源７０ａは、バルブ７０ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７０ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。
　ガス源７２ａは、第２のガスのガス源である。この第２のガスは、被エッチング層である多結晶シリコン層のエッチングにより発生する堆積物を除去するためのガスであり、一実施形態においては、ＮＦ３ガスである。ガス源７２ａは、バルブ７２ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７２ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。また、ガス源７４ａは、第３のガスのガス源である。この第３のガスは、被エッチング層のエッチング用のマスクに含まれる多結晶シリコンを保護するためのガスであり、一実施形態においては、酸素ガス（Ｏ２ガス）である。ガス源７４ａは、バルブ７４ｂ及びマスフローコントローラといった流量制御器７４ｃを介して、ガス供給導管４６に接続されている。
　電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。したがって、ガス供給部４４から供給されるガスは、バッファ室４２ａ、ガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。なお、シャワーヘッド３８及びガス供給部４４は、一実施形態に係るガス供給部を構成している。
　また、電極板４０には、高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、一実施形態においては、プラズマ生成用の所定の高周波数（例えば、２７ＭＨｚ以上）の高周波電力を電極板４０に印加する。高周波電源３５によって電極板４０に高周波電力が与えられると、基台１６と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成され、第１のガス、第２のガス、及び第３のガスのプラズマが励起される。したがって、一実施形態においては、基台１６、電極板４０、及び高周波電源３５は、一実施形態において、プラズマを発生させる手段を構成している。
　一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
　さらに、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰに接続されている。制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給部４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰのそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、排気装置２８による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの電力供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの電力供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給部４４による第１～第３のガスの供給及びそれらの流量、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給、ヒータ電源ＨＰからの電力供給が制御される。
　かかるプラズマ処理装置１０では、ガス供給部４４から処理空間Ｓに第１～第３のガスが供給される。また、電極板４０と基台１６との間、即ち処理空間Ｓにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Ｓにおいて、第１のガスのプラズマが発生し、Ｂｒイオン又はＢｒラジカルにより、被処理基体Ｗの被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層がエッチングされる。また、第２のガスのプラズマが発生し、Ｆイオン又はＦラジカルにより、被エッチング層のエッチングにより生じる堆積物が、除去される。さらに、第３のガスのプラズマが発生し、Ｏ（酸素）ラジカルにより、被エッチング層のエッチングに用いるマスクの多結晶シリコンが保護される。
　以下、プラズマ処理装置１０を用いることが可能なエッチング方法について説明する。図２は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。また、図３は、図２に示すエッチング方法の詳細を説明するための断面図である。図２に示すエッチング方法では、まず、工程Ｓ１において、被処理基体Ｗが準備される。被処理基体Ｗは、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬを有しており、工程Ｓ１においては、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬ上にマスクＭが作成される。
　具体的には、図３の（ａ）に示すように、被エッチング層ＥＬ上に、酸化シリコン層ＯＬ、例えば、ＳｉＯ２層が形成され、当該酸化シリコン層ＯＬ上に、多結晶シリコン層ＰＬが形成され、そして、多結晶シリコン層ＰＬ上に所定のパターンを有するレジストマスクＲＭが形成される。酸化シリコン層ＯＬ及び多結晶シリコン層ＰＬは、例えば、プラズマＣＶＤ装置を用いることにより、形成することが可能である。また、レジストマスクＲＭは、フォトリソグラフィ技術を用いることで作成することが可能である。
　次いで、図３の（ｂ）に示すように、多結晶シリコン層ＰＬがエッチングされる。多結晶シリコン層ＰＬは、プラズマ処理装置１０と同様のプラズマ処理装置においてＨＢｒガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図３の（ｂ）に示すように、レジストマスクＲＭの開口に露出する部分において多結晶シリコン層ＰＬがエッチングされ、その結果、マスクＭの一部となる第１のマスク部Ｍ１が形成される。この後、図３の（ｃ）に示すように、レジストマスクＲＭは除去される。
　次いで、図３の（ｄ）に示すように、酸化シリコン層ＯＬがエッチングされる。酸化シリコン層ＯＬは、プラズマ処理装置１０と同様のプラズマ処理装置においてＣＦ４ガスといったフルオロカーボン系ガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図３の（ｄ）に示すように、第１のマスク部Ｍ１の開口に露出する部分において酸化シリコン層ＯＬがエッチングされ、その結果、マスクＭの他の一部となる第２のマスク部Ｍ２が形成される。これにより、被エッチング層ＥＬ上に、第のマスク部Ｍ１及び第２のマスク部Ｍ２を含むマスクＭが作成される。
　再び、図２を参照する。本エッチング方法では、次いで、工程Ｓ１において準備された被処理基体Ｗが、プラズマ処理装置１０の静電チャック１８上に載置され、吸着される。そして、工程Ｓ２において、図３の（ｅ）に示すように、被エッチング層ＥＬのエッチングが行われる。工程Ｓ２においては、マスクＭの開口に露出する部分において被エッチング層ＥＬがエッチングされる。
　工程Ｓ２においては、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬをエッチングするために、上述した第１のガス（ＨＢｒガス）、第２のガス（ＮＦ３ガス）、及び、第３のガス（Ｏ２ガス）が処理容器１２内に供給され、これらガスのプラズマが処理容器１２内で生成される。
　ここで、図４を参照する。図４は、図２の工程Ｓ２の原理を説明するための図である。工程Ｓ２においては、被エッチング層ＥＬが下記化学式１の反応によりエッチングされる。
［化学式１］
　　　Ｓｉ＋４ＨＢｒ→ＳｉＢｒ４＋Ｏｔｈｅｒｓ
ここで、化学式１における「Ｏｔｈｅｒｓ」は、Ｈイオン又はＨラジカル等を含む。
　即ち、工程Ｓ２では、ＨＢｒガスが解離することにより発生するＢｒイオン又はＢｒラジカルが、図４に示すように、被エッチング層ＥＬの多結晶シリコンと反応して、当該被エッチング層をエッチングする。なお、図４において、円で囲まれた「Ｂｒ」は、Ｂｒイオン又はＢｒラジカルを示している。
　また、工程Ｓ２においては、下記化学式２の反応により第１のマスク部Ｍ１が保護される。
［化学式２］
　　　Ｓｉ＋２Ｏ＊→ＳｉＯ２
即ち、工程Ｓ２では、Ｏ２ガスが解離することにより発生するＯラジカル（Ｏ＊）が、図４に示すように第１のマスク部Ｍ１の表面の多結晶シリコンと反応して、ＳｉＯ２から構成される保護膜ＰＦを形成する。なお、図４においては、円で囲まれた「Ｏ」がＯラジカルを表している。
　ここで、図４に示すように、Ｏラジカルは、マスクＭの上部、即ち、第１のマスク部Ｍ１には阻害されることなく到達し得る。一方、被エッチング層ＥＬは、マスクＭが画成する空間ＳＰ、即ち、マスクＭが画成する溝又は孔の底部に存在し、当該空間ＳＰには、被エッチング層ＥＬのエッチングによって発生する揮発性ガスＧ、例えば、ＳｉＢｒ４等のガスが滞留している。したがって、電気的に中性なＯラジカルが被エッチング層ＥＬに到達する確率は、第１のマスク部Ｍ１までＯラジカルが到達する確率よりも相当に低い。また、Ｂｒイオンは、下部電極１６に対する高周波バイアス電力の印可により、被エッチング層ＥＬの方へ引き込まれている。この原理により、本エッチング方法では、被エッチング層ＥＬのエッチングを行いつつ、第１のマスク部Ｍ１を保護して、当該エッチングの終点まで、マスクＭを維持することが可能になるものと考えられる。
　また、工程Ｓ２においては、エッチング副生成物が堆積物ＤＰとして、マスクＭに付着し得る。この堆積物ＤＰは、マスクＭが画成する開口の幅を縮めるか、場合によっては、マスクＭの開口を閉じることがある。この堆積物ＤＰは、例えば、ＳｉＢｒ４から構成され得る。そこで、本エッチング方法においては、工程Ｓ２において、ＮＦ３ガスを供給して、下記化学式３の反応により、堆積物ＤＰを除去している。
［化学式３］
　　　ＳｉＢｒ４＋ｘＦ→ＳｉＦｘＢｒ（４－ｘ）
ここで、ｘは、１以上３以下の整数である。
　より具体的に、工程Ｓ２では、ＮＦ３ガスが解離することにより発生するフッ素イオン又はフッ素ラジカルが、図４に示すように、堆積物ＤＰを構成するＳｉＢｒ４と反応して、ＳｉＦｘＢｒ（４－ｘ）を生成し、当該ＳｉＦｘＢｒ（４－ｘ）が排気されることにより、堆積物が除去される。その結果、本エッチング方法は、マスクＭの開口が閉じられることを抑制し、又は、マスクＭの開口の幅の変化を抑制することが可能となる。なお、図４においては、円で囲まれた「Ｆ」がＦイオン又はＦラジカルを表している。
　一実施形態では、工程Ｓ２において、ＨＢｒガスの流量に対してＮＦ３ガスの流量が、２０：３のＨＢｒガスとＮＦ３ガスの流量比で規定される流量よりも多く、Ｏ２ガスの流量が、ＮＦ３ガスの流量よりも少なく、且つ、ＮＦ３ガスの流量の１／２よりも多くなっていてもよい。ＨＢｒガスの流量、ＮＦ３ガスの流量、Ｏ２ガスの流量は、例えば、制御部６６によって流量制御器７０ｃ、７２ｃ、及び７４ｃを制御することにより、調整することが可能である。このようにＨＢｒガス、ＮＦ３ガス、Ｏ２ガスを供給することにより、堆積物ＤＰを効率よく除去することが可能となり、マスク開口の閉塞を抑制することができる。また、マスクＭの開口の寸法変化をより少なくすることができる。また、過剰な酸素ラジカルの供給を抑制して、マスクＭの保護と被エッチング層ＥＬのエッチングを効果的に両立することが可能となる。
　以下、プラズマ処理装置１０を用いて行った上述のエッチング方法の実験例１～６について説明する。図５は、実験例１～６の処理条件を示す表である。実験例１～６では、図５の表に示すように、処理容器内の圧力を１０．６Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、高周波電源３５の高周波電力（ＨＦ電力）を４００Ｗ、高周波電源３２の高周波電力（ＬＦ電力）を９５０Ｗ、ＨＢｒガスの流量を２００ｓｃｃｍに設定した。また、実験例１～６において、図５の表に示すように、異なるＮＦ３ガスの流量及びＯ２ガスの流量を用い、１４６秒のエッチングを行った。また、実験例１～６では、高周波電源３５の高周波電力（ＨＦ電力）の周波数は１００ＭＨｚ、高周波電源３２の高周波電力（ＬＦ電力）の周波数は３．２ＭＨｚに設定した。そして、実験例１～６では、開口幅４０ｎｍ、第１のマスク部Ｍ１の厚み３００ｎｍ、第２のマスク部Ｍ２の厚み１０００ｎｍのマスクＭを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層ＥＬをエッチングした。
　図６は、実験例１～６のＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量をマッピングしたグラフである。以下、図６を参照して、実験例１～６の結果を考察する。実験例１、３、６の処理条件は、ＮＦ３ガスの流量において相違している。実験例１、３では、ＨＢｒの流量に対してＮＦ３ガスの流量が足りず、堆積物ＤＰがマスクＭから完全に除去されず、その結果、マスクＭの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。一方、実験例６では、マスクＭから堆積物ＤＰを除去することができた。したがって、ＨＢｒのガス流量に対してＮＦ３ガスの流量は、２０：３のＨＢｒのガスとＮＦ３ガスの流量比で規定される流量よりも多いことが好ましいことが確認された。ただし、実験例６では、マスクＭの保護が足りず、マスクＭが多くエッチングされた。
　実験例２、４、５、６の処理条件は、Ｏ２ガスの流量において相違している。実験例６では、Ｏラジカルが不足し、上述したように、マスクＭのエッチング量が多くなった。実験例６よりもＯ２ガスの流量を増加させた実験例５では、マスクＭがＯラジカルにより保護され、マスクＭのエッチング量は少なかった。また、実験例５では、堆積物ＤＰがマスクＭから除去され、マスクＭの寸法変化が抑制された結果、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法も所期の寸法となった。実験例５よりもＯ２ガスの流量を増加させた実験例２及び４では、Ｏラジカルにより形成された保護膜ＰＦが厚くなり、その結果、マスクＭの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ＥＬに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。この結果から、Ｏ２ガスの流量は、ＮＦ３ガスの流量よりも少なく、ＮＦ３ガスの流量の１／２より多いことが好適であることが確認された。即ち、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量は、図６の点線と一点鎖線で囲まれる領域にあることが好ましいことが確認された。なお、図６の点線は、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量が１：１であることを示しており、図６の一点鎖線は、ＮＦ３ガスの流量とＯ２ガスの流量が２：１であることを示している。
　また、比較例として、１０００ｎｍの酸化シリコン層から形成された第２のマスク部と同様のマスクのみをその上に有する多結晶シリコン製の被エッチング層を、第２のガス及び第３のガスを流さず、その他の条件においては実験例５と同様にエッチングした。その結果、エッチング終了時の実験例５のマスクの厚みは、エッチング終了時の比較例のマスクの厚みよりも２９０ｎｍ厚くなっていた。したがって、実験例５では、エッジングの終点までマスクがより大きな厚みで維持されることが確認された。
　以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、第２のガスには、ＮＦ３ガスに代えて、ＳＦ６ガス、ＳｉＦ４ガス、Ｃ４Ｆ８ガス、又はＣＦ４ガスを用いることが可能である。また、第３のガスには、Ｏ２ガスに変えて、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガス、又はＮ２ガスを用いることが可能である。
　また、プラズマ処理装置１０は、平行平板型のプラズマ処理装置であるが、本発明には、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波をプラズマ源とするプラズマ処理装置といった種々のプラズマ処理装置を適用することが可能である。
　１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…基台（下部電極）、１８…静電チャック、２８…排気装置、３２…高周波電源（高周波バイアス）、３５…高周波電源（プラズマ生成）、３８…シャワーヘッド、４０…電極板、４４…ガス供給部、６６…制御部、Ｗ…被処理基体、ＥＬ…被エッチング層、Ｍ…マスク、Ｍ１…第１のマスク部、Ｍ２…第２のマスク部、ＰＦ…保護膜、ＤＰ…堆積物、Ｇ…揮発性ガス。

Claims (10)

  1. 　多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法であって、
    　前記被エッチング層と該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、
    　前記マスクを用いて、前記被エッチング層をエッチングする工程と、
    を含み、
    　前記マスクは、多結晶シリコンから構成された第１のマスク部、及び、該第１のマスク部と前記被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第２のマスク部を含んでおり、
    　前記被エッチング層をエッチングする工程では、前記被処理基体を収容した処理容器内に、前記被エッチング層をエッチングするための第１のガス、前記マスクに付着する堆積物を除去するための第２のガス、及び、前記第１のマスク部を保護するための第３のガスを供給し、該処理容器内においてプラズマを生成する、
    方法。
  2. 　前記第１のガスは、ＨＢｒガスである、請求項１に記載の方法。
  3. 　前記第２のガスは、ＮＦ３ガスである、請求項２に記載の方法。
  4. 　前記第３のガスは、酸素ガスである、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 　前記第２のガスはＮＦ３ガスであり、前記第３のガスは酸素ガスであり、
    　前記被エッチング層をエッチングする工程において、前記第１のガスの流量に対する前記第２のガスの流量が、２０：３の前記第１のガスと前記第２のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第３のガスの流量が、前記第２のガスの流量より少なく且つ前記第２のガスの流量の１／２より多い、
    請求項１又は２に記載の方法。
  6. 　処理容器と、
    　前記処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第１のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第２のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第３のガスを供給するガス供給部と、
    　前記第１のガス、前記第２のガス、及び前記第３のガスのプラズマを発生させる手段と、
    を備える、プラズマ処理装置。
  7. 　前記第１のガスは、ＨＢｒガスである、請求項６に記載のプラズマ処理装置。
  8. 　前記第２のガスは、ＮＦ３ガスである、請求項７に記載のプラズマ処理装置。
  9. 　前記第３のガスは、酸素ガスである、請求項７又は８に記載のプラズマ処理装置。
  10. 　前記第１のガス、前記第２のガス、及び前記第３のガスの流量を制御する制御部を更に備え、
    　前記第２のガスはＮＦ３ガスであり、前記第３のガスは酸素ガスであり、
    　前記制御部は、前記第１のガスの流量に対する前記第２のガスの流量が、２０：３の前記第１のガスと前記第２のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第３のガスの流量が前記第２のガスの流量より少なく且つ前記第２のガスの流量の１／２より多くなるように、前記ガス供給部を制御する、
    請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置。
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