JP4796965B2 - エッチング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば超小型電機システム（ＭＥＭＳ）や超小型電子装置の製造に応用され得るエッチング方法及び装置に関するものである。

従来、例えはシリコン基板に横方向への拡がりを抑えてすなわちできるだけ垂直な側面をもって深さ方向に深くのびる孔を形成する場合、室温における原子（ラジカル）状フッ素とシリコンの反応は自発的であり、基板を−１４０℃まで冷却しない限り、異方性エッチング形状は得られない。従って、フッ素含有ガスを用いてシリコンをエッチングする際、シリコンの異方性エッチング形状を得るためには、側壁にエッチング保護膜を形成して等方性エッチングを抑制させる必要がある。

このような側壁にエッチング保護膜を形成してシリコンの異方性エッチング形状を得るようにした異方性エッチング法は従来公知である（特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１に記載の異方性エッチング法では、重合工程及びエッチング工程を交互に連続して行い、エッチング工程で露出した表面に重合工程でポリマー層を形成し、エッチング工程において側面をエッチングから保護するようにしている。

また、特許文献２に記載の異方性エッチング法は、エッチングガス（ＳＦ_６）及びパッシベートガス（ＣＨＦ_３、Ｃ_４Ｆ_ｎなど）から成る混合ガスを処理チャンバへ導入し電磁放射で励起させると同時に、基板に高いバイアス電圧を印加して異方性エッチングを行うこと、電磁放射で混合ガスを励起させてプラズマ中に不飽和モノマーを生成すると同時に、基板に低いバイアス電圧を印加してエッチングすべき表面の露出した側壁上に保護用ポリマー被覆を形成することを交互に繰り返すことから成っている。
米国特許第５，５０１，８９３号明細書 特開２０００−３２３４５４号公報

しかし、特許文献１に記載されたような従来技術の方法においては、エッチング工程及び重合工程において異なるガス混合物が反復して用いられるため、エッチング工程及び重合工程の時間比がガス混合物の速度に依存し、遂次変化するため一様性に影響を及ぼす。また二つの異なるガス混合物の入れ替え用の電磁弁が必要であるためかかる方法を実施するための装置が複雑となる。さらに重合工程中に導入されるガス混合物によるパーティクルの生成の問題もある。

また、特許文献２に記載されたような従来技術の方法では、基板に印加されるバイアス電圧をエッチング工程及び重合工程で変える必要があり、制御系の構成が複雑となり、装置のコストが高くなるという問題がある。また重合工程中に導入されるガス混合物によるパーティクルの生成の問題がある。さらに、重合膜作成のために高エネルギーのＲＦ印加が必要であるため、エネルギーコストも高くなる。

さらに、パッシベートガス等を使用してエッチング保護膜を形成する方法では、導入されるパッシベートガスの数％から十数％しか成膜に寄与しない。成膜に寄与しないパッシベートガスは真空チャンバ内から排気される。パッシベートガスは、大気温暖化係数が高く環境保全面で著しいマイナス要因であるため、排気されたパッシベートガスを回収および処理することが必要となる。しかし、パッシベートガスの処理は甚大なコストが掛かる、従って、パッシベートガスを使用しない方法が好ましい。

また、異方性形状を得る方法として、ＨＢｒを用いた高バイアスエッチング法も知られているが、しかしこの方法ではマスクとの選択比が大きく取れないことや、微細パターンには向いているが、超小型電機システム（ＭＥＭＳ）や超小型電子装置の製造に用いられ広いパターンには向いていないなどの問題からシリコンを深くエッチングすることができない。

本発明は、従来技術に伴う上記のような問題点を解決して、マスク選択比を大きくでき、異方性に優れ、深くエッチングすることのできるエッチング方法及び装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空チャンバ内に設けられた基板電極と、前記基板電極に高周波バイアス電力を印加する高周波バイアス電源とを有し、前記基板電極上に装着した基板をエッチングするエッチング装置であって、
前記基板電極に対向して設置される浮遊電極と、
前記浮遊電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記浮遊電極の前記基板電極に対向した側に設置され、スパッタされることで前記基板上にエッチング保護膜を形成する固体材料と、
基板エッチング工程とエッチング保護膜形成工程とエッチング保護膜除去工程とを繰り返し行う制御手段と
を有し、
前記プラズマ発生手段は、前記高周波電源に接続されたアンテナを有し、
前記制御手段は、
前記エッチング工程において、希ガスとエッチングガスの混合ガスを前記真空チャンバ内に導入し、前記アンテナに高周波電力を印加してプラズマを発生させ、前記基板をエッチングし、
前記エッチング保護膜形成工程において、前記希ガスの導入を維持し、前記固体材料をスパッタするために前記浮遊電極に高周波電力を印加して、前記基板電極には高周波電力を印加せず、前記基板にエッチング保護膜を形成し、
前記エッチング保護膜除去工程において、前記希ガスの導入を維持し、もしくは前記希ガスの導入を維持しながら前記エッチングガスを前記真空チャンバに導入し、前記浮遊電極への高周波電力を停止し、前記基板電極に前記高周波バイアス電力を印加して、前記基板と平行な面上に堆積した前記エッチング保護膜を除去し、
前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去工程の間、前記アンテナに高周波電力が印加されプラズマを発生させることを特徴としている。

さらに、本発明によるエッチング装置では、エッチングガスを導入するエッチングガス導入手段が設けられ、制御装置は、浮遊電極への高周波電力の印加、基板電極への高周波バイアス電力の印加及び真空チャンバ内へのエッチングガスの導入を予定のシーケンスで制御するように構成され得る。

制御装置は、固体材料がスパッタされていない時に真空チャンバ内へエッチングガスを導入するように動作し得る。

制御装置は、固体材料がスパッタされていない時もしくは前記基板電極に高周波バイアス電力が印加されていない時に真空チャンバ内へエッチングガスを導入するように動作し得る。

本発明によるエッチング装置の一実施形態では、高周波電源はスイッチもしくは可変コンデンサを介して前記浮遊電極に接続され、さらに高周波電源はプラズマ発生手段に接続されて前記プラズマ発生に併用され、また制御装置は前記固体材料のスパッタ時に浮遊電極への高周波電力の印加するようにスイッチもしくは可変コンデンサを制御し得る。

エッチング保護膜を形成する固体材料は、フッ素樹脂材、珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材及び窒化珪素材のいずれかの材料であることができる。また、固体材料は珪素材であることができ、その場合、エッチングガス及び酸素は連続して導入される。

基板はシリコンであり得る。代りに基板は石英であってもよい。

本発明の第２の発明によれば、真空チャンバ内に設置された基板を、プラズマを発生させてエッチングする方法であって、
前記真空チャンバ内にエッチングガスを導入して前記基板をエッチングする基板エッチング工程と、
固体材料が設置された浮遊電極に高周波電力を印加し、前記基板に対向して設置された前記固体材料をスパッタして、前記基板上にエッチング保護膜を形成するエッチング保護膜形成工程と、
前記基板が設置されている基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記エッチング保護膜の一部をエッチングするエッチング保護膜除去工程と、
を繰り替えして実施し、
前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去固定の間、希ガスが導入され、
前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去固定の間、前記真空チャンバ内にはアンテナから供給される高周波電力によりプラズマが発生すること、
を特徴としている。

エッチング保護膜形成工程では、スパッタガスとして希ガスが用いられ得る。

基板エッチング工程では、希ガスにエッチングガスを混合して用いられ得る。

エッチング保護膜除去工程では、希ガスもしくは希ガスとエッチングガスを混合して用いられ得る。

基板エッチング工程、エッチング保護膜形成工程、エッチング保護膜除去工程のそれぞれにおいては、真空チャンバ内に一定の希ガスを導入し、基板エッチング工程もしくは基板エッチング工程及びエッチング保護膜除去工程において、希ガスにエッチングガスを添加して混合ガスとして用い得る。

希ガスとして、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ_２のいずれかを用いることができる。

エッチングガスとして、ＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＳｉＦ_４、ＸｅＦ_２のいずれかを用いることができる。

固体材料としてフッ素樹脂材、珪素材、炭素材又は炭化珪素材が用いられ得る。

また固体材料として珪素材を用いた場合、エッチング保護膜形成工程において、エッチングガス及び酸素は連続して導入される。

本発明によるエッチング装置においては、真空チャンバ内に設けた基板電極に対向して電位的に浮遊状態に維持された浮遊電極を設け、この浮遊電極の基板電極に対向した側に、エッチング保護膜を形成する材料を設け、浮遊電極に高周波電力を間欠的に印加させる制御手段を設けているので、ガス切換え用の電磁弁を使用する必要がなく、また切換えバルブの数を低減でき、重合段階で必要なＣＦ系ガスはエッチング段階では邪魔となるためガスの入れ換えに伴う大型の真空ポンプを設ける必要がなくなり、装置全体を簡素化及び小型化でき、装置のコストを低減することが可能となる。また、重合段階でＣＦ系ガスを導入する方式に比較してパーティクルの生成がはるかに少なく、装置のメンテナンスが容易となると共に装置を安定して作動できるようになる。

また本発明によるエッチング方法においては、真空チャンバ内にエッチングガスを導入して基板をエッチングする基板エッチング工程と、基板に対向して設置された固体材料をスパッタして、基板上にエッチング保護膜を形成するエッチング保護膜形成工程と、基板が設置されている基板電極に高周波バイアス電力を印加して、エッチング保護膜の一部をエッチングするエッチング保護膜除去工程とを繰り返して実施するように構成しているので、処理段階の数が少なくなり、マスク選択比を大きく取れ、その結果、異方性に優れ、深くエッチングすることが可能となる。また、重合段階でＣＦ系ガスを導入する方式に比較してパーティクルの生成がはるかに少なく、歩留まりよく基板を処理することができるようになる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるＮＬＤ（磁気中性線放電）方式のシリコンのエッチング装置を概略的に示す。図示エッチング装置において、１は真空チャンバで、上部のプラズマ発生部１ａと基板処理部１ｂとを備えている、基板処理部１ｂには排気口１ｃが設けられ、適当な排気系に接続される。

プラズマ発生部１ａは円筒形の誘電体側壁２を備え、誘電体側壁２の外側には、真空チャンバ１内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル３、４、５が設けられ、これらの磁場コイルは真空チャンバ１の上部のプラズマ発生部１ａ内に磁気中性線を形成する。真空チャンバ１の下部には、基板電極６が絶縁体部材を介して設けられ、この基板電極６はブロッキングコンデンサ７を介してＲＦバイアスを印加する高周波電源８に接続され、基板電極６上にはエッチング処理すべきシリコン基板９が取付けられる。

三つの磁場コイル３、４、５と誘電体側壁２の外側との間にはプラズマ発生用の三つの高周波コイル１０が配置され、これらの高周波コイル１０は高周波電源１１に接続され、三つの磁場コイル３、４、５によって真空チャンバ１の上部のプラズマ発生部１ａ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。

なお、本発明においてＮＬＤ（磁気中性線放電）方式は、プラズマの径や大きさの制御が可能であるため、通常の方式より精密なエッチングやスパッタの制御が可能となり好ましいが、プラズマを発生させることが可能であればＮＬＤ（磁気中性線放電）方式に限定されない。

真空チャンバ１の上部のプラズマ発生部１ａの天板１２は絶縁体（図示していない）を介して誘電体側壁２の上端部に密封固着され、そして天板１２は電位的に浮遊状態に維持されて浮遊電極として構成されている。またこの天板１２は固体材料１３としてフッ素樹脂材、珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素または窒化珪素のうちの任意の材料を用いて構成され、ターゲット材として機能するようにしている。そして浮遊電極１２には高周波アンテナコイル１０のプラズマ発生用高周波電源１１から高周波アンテナコイル１０へ至る給電路の位置から分岐して、浮遊電極１２に高周波電力を間欠的に印加させる制御手段を成す可変コンデンサ１４を介して高周波電力が印加され、浮遊電極１２に自己バイアスを発生するように構成されている。可変コンデンサ１４の代わりにスイッチを用いることもできる。なお、高周波電源１１は、浮遊電極１２用と高周波アンテナコイル１０用に個別に設置に設置することもできる。

また、真空チャンバ１の上部のプラズマ発生部１ａには、真空チャンバ１内へ主ガスすなわち希ガス及びエッチングガスを導入するガス導入部１５が設けられ、このガス導入部１５はガス混合部１６に接続され、このガス混合部１６には希ガス供給通路１７を介して希ガス供給源（図示していない）、並びにエッチングガス供給通路１８及びエッチングガスの供給及び流量を制御するエッチングガス供給及び流量制御装置１９を介してエッチングガス供給源（図示していない）が接続される。希ガス供給源は希ガスとしてＡｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ_２の少なくとも何れかを供給する。エッチングガス供給源はエッチングガスとしてＳＦ_６、ＮＦ_３、Ｆ_２、ＳｉＦ_４、ＸｅＦ_２の少なくとも何れかを供給する。

図２は、図１の装置と共に用いられる制御装置の構成と接続関係を示すブロック線図である。図２において２１は図１の装置の各部の動作を制御する制御装置である。制御装置２１は、演算部２２、記憶部２３、クロック／タイマー２４、入力部２５、及び表示部２６を備えている。

さらに、制御装置２１は、エッチングガス流量制御装置１９、可変コンデンサ１４、高周波電源１１、及び高周波バイアス電源８に接続されている。

演算部２２は、記憶部２３に記憶されているシーケンスと入力部２５から入力される設定値を使用して、各部分の制御信号を作成し、クロック／タイマー２４を参照して出力する。

制御装置２１において、使用者は、入力部２５から固体材料１３のスパッタ時間、基板９のエッチング時間、基板電極６へのバイアス印加時間、スパッタ時の浮遊電極１２への印加電力量、基板電極へのバイアス印加電力量、エッチングガスの導入量を設定することができる。表示部２６は、入力値や制御状態を表示する。

このように構成した図示エッチング装置の動作について一例として図３に示すスパッタモジュレーションシーケンスに基き説明する。

図３は、基板エッチング工程、エッチング保護膜形成工程、エッチング保護膜除去工程を１サイクルとして、３サイクルのタイミングを示している。図３において、信号Ａはトリガー信号であり、信号Ｂはエッチングガス供給及び流量制御装置１９の制御タイミングを示す信号であり、信号Ｃは可変コンデンサ１４の制御タイミングを示す信号であり、信号Ｄは高周波電源１１の制御タイミングを示す信号であり、また信号Ｅは高周波バイアス電源８の制御タイミングを示す信号である。

まず、１サイクルにおいては、ｔ１で示される基板エッチング工程において、エッチングガス供給及び流量制御装置１９を作動させてエッチングガスを導入する。ガス混合部１６において、希ガス供給通路１７からのＡｒガスにＳＦ_６のエッチングガスを混合し、この混合ガスが真空チャンバ一内へ導入される。浮遊電極１２及び基板電極６へは高周波電力を供給しないよう可変コンデンサ１４及び高周波バイアス電源８はＯＦＦの状態にあり、高周波電源１１からアンテナ１０にプラズマ発生用の電力が供給され基板９のエッチング処理が行われる。

次に、ｔ２で示されるエッチング保護膜形成工程において、エッチングガス供給及び流量制御装置１９を止めて、ＳＦ_６のエッチングガスが止められ、Ａｒガスだけが真空チャンバ一内に導入される。可変コンデンサ１４をＯＮとし、高周波電源１１の出力を上げることで、天板すなわち浮遊電極１２に高周波電力が印加される。この状態で浮遊電極１２の内側のターゲット材がスパッタされ、シリコン基板９上にエッチング保護膜としてのフッ素樹脂膜が堆積される。

次に、ｔ３で示されるエッチング保護膜除去工程において、浮遊電極１２への高周波電力の印加は止められ、基板電極６に高周波電力が印加される。この状態で、シリコン基板９における堆積で得られたパターン側壁のフッ素樹脂膜を残して、シリコン基板９の表面と平行な面堆積したフッ素樹脂膜が除去される。このとき、エッチングガス供給及び流量制御装置１９をＯＮしてエッチングガスを導入してもよく、また、導入しなくてもよい。

次に２サイクル目においては再び基板エッチング工程に戻って、エッチングガス供給及び流量制御装置１９を作動させて、ガス混合部１６において、希ガス供給通路１７からのＡｒガスにＳＦ_６のエッチングガスを混合し、この混合ガスを真空チャンバ一内へ導入し、浮遊電極１２及び基板電極６への高周波電力はオフ状態にして、エッチング処理が行われる。

その後、エッチング保護膜形成工程、エッチング保護膜除去工程、基板エッチング工程が繰り返され、所望のエッチング深さまでエッチング処理が施される。

なお、シリコン基板９上にフッ素樹脂膜を堆積した後、堆積で得られたパターン側壁のフッ素樹脂膜を残して、シリコン基板９の表面と平行な面に堆積したフッ素樹脂膜を除去するため基板電極６に高周波バイアスを掛けると同時にエッチングガスが主ガスに混合されて真空チャンバ１に導入され、そのままエッチング処理段階へ移行するように設定することもできる。

また、全処理工程を通して主ガスにエッチングガスを混合して流すようにすることもできる。

以下、図３に示すスパッタモジュレーションシーケンスに基いた実施例について図４を参照して説明する。基板９の表面には、ＳｉＯ_２によるマスク３０が形成され、基板９をエッチングするパターンに合わせてマスク３０が部分的に除去されている。

まず、図４の（ａ）に示す基板エッチング工程において、エッチングガス供給及び流量制御装置１９を作動させて、ガス混合部１６において、希ガス供給通路１７からのＡｒガス５０ｓｃｃｍにＳＦ_６のエッチングガス５０ｓｃｃｍを混合し、この混合ガスを真空チャンバ一１内へ導入し、浮遊電極１２及び基板電極６への高周波電力はオフ状態にして、エッチング処理を７秒間行なった。これによりマスク３０の除去された部分の基板９が所定の深さだけエッチングされる。

次に、図４の（ｂ）に示すエッチング保護膜形成工程において、エッチングガス供給及び流量制御装置１９を止め、ＳＦ_６のエッチングガスを止めて、Ａｒガスだけを５０ｓｃｃｍ真空チャンバ一内に導入し、天板すなわち浮遊電極１２に高周波電力を印加し、この状態で浮遊電極１２の内側のターゲット材をスパッタし、シリコン基板９上、およびマスク３０上の全面にエッチング保護膜３１としてフッ素樹脂膜を９０秒間堆積させた。エッチング保護膜３１は、シリコン基板９の表面と平行な面上に堆積した膜３１−１、３１−３、及びパターン側壁の垂直な面上に堆積した膜３１−２を含んでいる。

次に、図４の（ｃ）に示すエッチング保護膜除去工程において、浮遊電極１２への高周波電力の印加を止め、基板電極６に高周波電力２００Ｗを１２秒間印加し、この状態で、シリコン基板９に堆積して得たパターン側壁のエッチング保護膜３１−２を残して、シリコン基板９の表面と平行な面上に堆積したフッ素樹脂膜３１-１、３１-３を除去した。

次に図４の（ｄ）に示す基板エッチング工程において、再び、希ガス供給通路１７からのＡｒガス５０ｓｃｃｍにＳＦ_６のエッチングガス５０ｓｃｃｍを混合し、この混合ガスを真空チャンバ一１内へ導入し、浮遊電極１２及び基板電極６への高周波電力はオフ状態にした状態で、エッチング処理を７秒間行なった。これにより、前回の基板エッチング工程でエッチングされた穴の底部がエッチングされる。穴の垂直な面のエッチング保護膜３１−２は除去されないので、垂直方向に異方性エッチングが可能である。

その後図４の（ｂ）〜（ｄ）示す処理を３０回繰り返した。こうして得られたエッチング形状を図５に示す。

以下、好ましい処理条件を例示する。
エッチング処理においては、
Ｐａ／Ｐｂ＝２０００／０Ｗ、
Ａｒ／ＳＦ_６＝５０／５００ｓｃｃｍ、
真空チャンバ内圧力＝５０ｍＴｏｒｒ
である。
ポリマー堆積処理においては、
Ｐａ／Ｐｂ＝１０００／０Ｗ、
Ａｒ＝５０ｓｃｃｍ、
真空チャンバ内圧力＝２０ｍＴｏｒｒ
天板＝２００ｐＦ
である。
ポリマー除去処理においては、
Ｐａ／Ｐｂ＝２０００／２５Ｗ、
Ａｒ／ＳＦ_６＝５０／５００ｓｃｃｍ、
真空チャンバ内圧力＝５０ｍＴｏｒｒ
である。

図６には、図１の装置で得られるポリマーの成膜速度と高周波アンテナコイル１０に印加される高周波電力との関係を示し、図６のグラフにおいて横軸は波長の逆数（ｃｍ^−１）であり、縦軸は吸収率（任意単位）を表している。

図７には、ポリマーの成膜速度が使用するガスの種類によりどのように変わるかを示し、横軸はガスの種類であり、縦軸はポリマーの成膜速度を表している。図７のグラフから認められるように、ポリマーの成膜速度はＡｒガスのみを導入した場合に比較してＡｒとＳＦ_６との混合ガスを導入した場合にはほぼ半分に低下し、Ａｒガスを止め、ＳＦ_６ガスのみの場合には実質的にゼロとなった。このことから、フッ素樹脂膜を基板上に堆積する場合にエッチングガスは止めることにより、高い成膜速度が得られる。

図示実施形態では、天板１２の内壁材料としてフッ素樹脂材、珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材又は窒化珪素材のうちのいずれかを用いているが、代わりにこれら各材料の化合物か複合物或いはこれら材料の化合物か複合物を用いて構成することもできる。

なお、固体材料としてシリコン（珪素材）を使用する場合は、固体材料をスパッタするエッチング保護膜形成工程において、エッチングガスと酸素ガスを連続して導入する場合がある。シリコンの固体材料がスパッタされ、気層中でシリコンとエッチングガス／酸素ガスが反応してシリコン化合物（硫化物・酸化物・硫化酸化物等）を形成する。このシリコン化合物基板９上に堆積することにより、エッチング保護膜を形成することができる。

ところで図示実施形態ではＮＬＤエッチング装置として実施した例について説明してきたが、当然ＩＣＰエッチング装置としても実施することができる。

さらに、本発明のエッチング装置はパッシベートガスを使用せず、フロロカーボンガスなどの大気温暖化係数の高いガスの使用量および排出量が少ない。このため、環境負荷が小さく、排ガス処理のコストも抑制することができる。さらに、ＳＦ_６をＦ_２で代替することもできる。

さらに、シリコン基板だけでなく、石英（ＳｉＯ_２、珪ホウ酸ガラス、パイレックス（登録商標）、ソーダガラス）のエッチングも可能である。具体的には、浮遊電極に高周波電力を印加して所定の固体材料（ＣｘＦｘ）をスパッタしながら、基板電極に高周波電力を印加することで、ＣｘＦｘにより石英（ＳｉＯ_２、珪ホウ酸ガラス、パイレックス（登録商標）、ソーダガラス）をエッチングすることができる。

本発明によるエッチング方法及び装置は、上述のようにマスク選択比を大きく取ることができ、異方性に優れ深くエッチングできることにより、超小型電機システム（ＭＥＭＳ）や超小型電子装置の製造に有利に利用できる。

本発明の一実施の形態を示す概略線図である。 図１に示す装置に用いられる制御装置を示すブロック線図である。 図２の制御装置で設定され、図１に示す装置の動作に用いられるスパッタモジュレーションシーケンスの一例を示す図である。 図１に示す装置の動作説明図である。 図１に示す装置を用いて得られたエッチング形状の一例を示す断面図である。 図１の装置で得られるポリマーの成膜速度と高周波アンテナコイルに印加される高周波電力との関係を示すグラフである。 ポリマーの成膜速度が使用するガスとの関係を示すグラフである。

Claims (15)

1. 真空チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、前記真空チャンバ内に設けられた基板電極と、前記基板電極に高周波バイアス電力を印加する高周波バイアス電源とを有し、前記基板電極上に装着した基板をエッチングするエッチング装置であって、
   前記基板電極に対向して設置される浮遊電極と、
   前記浮遊電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
   前記浮遊電極の前記基板電極に対向した側に設置され、スパッタされることで前記基板上にエッチング保護膜を形成する固体材料と、
   基板エッチング工程とエッチング保護膜形成工程とエッチング保護膜除去工程とを繰り返し行う制御手段と
   を有し、
   前記プラズマ発生手段は、前記高周波電源に接続されたアンテナを有し、
   前記制御手段は、
   前記エッチング工程において、希ガスとエッチングガスの混合ガスを前記真空チャンバ内に導入し、前記アンテナに高周波電力を印加してプラズマを発生させ、前記基板をエッチングし、
   前記エッチング保護膜形成工程において、前記希ガスの導入を維持し、前記固体材料をスパッタするために前記浮遊電極に高周波電力を印加して、前記基板電極には高周波電力を印加せず、前記基板にエッチング保護膜を形成し、
   前記エッチング保護膜除去工程において、前記希ガスの導入を維持し、もしくは前記希ガスの導入を維持しながら前記エッチングガスを前記真空チャンバに導入し、前記浮遊電極への高周波電力を停止し、前記基板電極に前記高周波バイアス電力を印加して、前記基板と平行な面上に堆積した前記エッチング保護膜を除去し、
   前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去工程の間、前記アンテナに高周波電力が印加されプラズマを発生させることを特徴とするエッチング装置。
2. さらに、エッチングガスを導入するエッチングガス導入手段を有し、
   前記制御装置は、前記浮遊電極への高周波電力の印加、前記基板電極への高周波バイアス電力の印加及び前記真空チャンバ内へのエッチングガスの導入を予定のシーケンスで制御することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
3. 前記制御装置は、前記固体材料がスパッタされていない時に真空チャンバ内へエッチングガスを導入するように動作することを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
4. 前記制御装置は、前記固体材料がスパッタされていない時もしくは前記基板電極に高周波バイアス電力が印加されていない時に真空チャンバ内へエッチングガスを導入するように動作することを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
5. 前記高周波電源がスイッチもしくは可変コンデンサを介して前記浮遊電極に接続され、さらに前記高周波電源は前記プラズマ発生手段に接続されて前記プラズマ発生に併用され、
   前記制御装置は前記固体材料のスパッタ時に前記浮遊電極への高周波電力の印加するように前記スイッチもしくは前記可変コンデンサを制御することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
6. 前記エッチング保護膜を形成する前記固体材料が、フッ素樹脂材、珪素材、炭素材、炭化珪素材、酸化珪素材及び窒化珪素材のいずれかの材料であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
7. 前記固体材料が珪素材であり、前記エッチング保護膜形成工程において、エッチングガス及び酸素を連続して導入することを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
8. 真空チャンバ内に設置された基板を、プラズマを発生させてエッチングする方法であって、
   前記真空チャンバ内にエッチングガスを導入して前記基板をエッチングする基板エッチング工程と、
   固体材料が設置された浮遊電極に高周波電力を印加し、前記基板に対向して設置された前記固体材料をスパッタして、前記基板上にエッチング保護膜を形成するエッチング保護膜形成工程と、
   前記基板が設置されている基板電極に高周波バイアス電力を印加して、前記エッチング保護膜の一部をエッチングするエッチング保護膜除去工程と、
   を繰り替えして実施し、
   前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去固定の間、希ガスが導入され、
   前記エッチング工程と前記エッチング保護膜形成工程と前記エッチング保護膜除去固定の間、前記真空チャンバ内にはアンテナから供給される高周波電力によりプラズマが発生すること、
   を特徴とするエッチング方法。
9. 前記基板エッチング工程もしくは前記基板エッチング工程及び前記エッチング保護膜除去工程において、希ガスにエッチングガスを添加して混合ガスとして用いることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
10. 前記希ガスとして、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ _２ のいずれかを用いることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のエッチング方法。
11. 前記エッチングガスとして、ＳＦ _６ 、ＮＦ _３ 、Ｆ _２ 、ＳｉＦ _４ 、ＸｅＦ _２ のいずれかを用いることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
12. 前記固体材料としてフッ素樹脂材、珪素材、炭素材又は炭化珪素材が用いられることを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれか１項に記載のエッチング方法。
13. 前記固体材料が珪素材であり、前記エッチング保護膜形成工程において、エッチングガス及び酸素を連続して導入することを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
14. 前記基板がシリコンである請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
15. 前記基板が石英である請求項８〜請求項１３のいずれか１項に記載のエッチング方法。

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