ドライエッチング装置及びドライエッチング方法
【課題】ガス供給系の簡略化を図るとともに、エッチング形状の異方性を向上することができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供する。
【解決手段】酸化ケイ素膜を有する基板Ｓｂを収容する処理室１２と、高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して基板Ｓｂと接触する基板電極ステージ２０と、基板電極ステージ２０上に直接接触した状態で配置されるカーボンリング２６と、処理室１２に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系１５と、エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する高周波アンテナ３０及び高周波電源３１とを備える。
【解決手段】酸化ケイ素膜を有する基板Ｓｂを収容する処理室１２と、高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して基板Ｓｂと接触する基板電極ステージ２０と、基板電極ステージ２０上に直接接触した状態で配置されるカーボンリング２６と、処理室１２に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系１５と、エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する高周波アンテナ３０及び高周波電源３１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ケイ素膜を処理対象とするドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の配線や素子間を電気的に絶縁する絶縁膜の材料として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が使用されている。この酸化ケイ素膜をドライエッチングするガスとしては、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等といったフッ化炭素系ガス、又はＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等といったフッ化メタン系のガスが多用されている。
【０００３】
しかし上記したガスのみでは、絶縁膜のエッチングレートとレジストマスクのエッチングレートとの比で表される選択比を良好に保ちつつ、エッチング形状の異方性（垂直性）を向上させることが難しい。このため、Ｃ４Ｆ６及びＣ５Ｆ８のうち少なくとも一方と、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｏ２、ＣＯといった併用ガスの少なくとも一つとを混合し、選択比とエッチング形状の異方性との両立を図る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０４４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ガスを３種類以上混合する場合には、その分、各ガスを処理室へ供給するガス供給源が増えるとともに、処理室へ各種ガスを導くための配管も複雑化する。また、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＯといったガスを用いる場合には、危険性又は有害性の観点から漏洩検知器が必要となり、コスト高は否めない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス供給系の簡略化を図るとともに、エッチング形状の異方性を向上することができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、酸化ケイ素膜を有する基板を収容する処理室と、高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して前記基板と接触する基板電極と、前記基板電極上に直接接触した状態で配置されるカーボン材と、前記処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系と、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する誘導結合プラズマ源とを備えることを要旨とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、酸化ケイ素膜をエッチングするドライエッチング方法において、高周波電力が供給される基板電極上にカーボン材を直接接触した状態で設けるとともに、該基板電極上に前記酸化ケイ素膜を有する基板を誘電体を介して載置し、前記基板が収容された処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給し、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化することを要旨とする。
【０００９】
請求項１及び請求項５に記載の発明によれば、四フッ化炭素及び不活性ガスからなるエッチングガスを用いるので、エッチングに用いられるガスの種類を極力少なくすることができる。また、危険性又は有害性を有さないため、漏洩検知器等の設置が必要ない。さらに、基板電極上にカーボン材を設け、基板電極とカーボン材とを導通させる構成とし、酸化ケイ素膜をエッチングする際に、該カーボン材も同時にエッチングされるようにした。従って、カーボン材がエッチングされることにより生成される炭素系ポリマーを、エッチングにより酸化ケイ素膜に形成されたホールやトレンチの側面に堆積させ、等方的なエッチングを抑制する保護膜として機能させることができる。このため、四フッ化炭素といった炭素の価数が少ないガスを用いても、エッチング形状の異方性を向上することができる。また、基板電極上に、カーボン材を直接接触した状態で配置するので、カーボン材にプラズマ中の正イオンが引き込まれる方向と、基板電極に正イオンが引き込まれる方向とを略同一にすることができる。このため、カーボン材を配設することで、酸化ケイ素膜への異方性エッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、環状に形成され、前記基板の外周を囲うように前記基板電極上に配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、基板の外周を囲んだカーボン材により、ホールやトレンチの異方性を高める効果を基板の面内において均一化することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、締結部によって前記基板電極に対して固定されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、カーボン材は締結部によって基板電極に固定されているので、カーボン材と基板電極とをより密着させることができる。このため、カーボン材と基板電極との導通状態を安定化することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、前記基板を載置して前記処理室に搬入されるトレイであることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、カーボン材は、基板を載置するトレイを兼ねているため、別途カーボン材を設ける必要がなく、ドライエッチング装置の部材点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のドライエッチング装置の概略図。
【図２】（ａ）はエッチング前の基板、（ｂ）及び（ｃ）はホールが形成された基板の端面図。
【図３】第２実施形態のドライエッチング装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、ドライエッチング装置は、略筒状に形成された真空槽１１を有している。真空槽１１はアルミニウム等の金属製であって、その内部に基板Ｓｂを収容する処理室１２を有している。処理室１２は、エッチングガスのプラズマが生成される空間であって、その上部開口は、石英、サファイア等の誘電体から形成された誘電体窓１３によって密閉されている。
【００１６】
真空槽１１には、処理室１２に連通する搬送口が設けられ、該搬送口にはゲートバルブが接続されている（いずれも図示略）。エッチングの処理対象となる基板Ｓｂは、搬送口を介して隣室から処理室１２内へ搬入されるとともに、処理室１２から他の処理室へ搬送される。さらに、真空槽１１には、真空槽１１内のエッチングガスや大気等の流体を排気する排出口１１ａが設けられ、該排出口１１ａには図示しない排気装置が接続されている。また、真空槽１１には、処理室１２に連通するガス供給部１４が設けられている。このガス供給部１４には、処理室１２にエッチングガスを供給するガス供給系１５が接続されている。
【００１７】
ガス供給系１５は、ＣＦ４（四フッ化炭素）を供給する第１ガス供給源１６と、Ａｒガスからなる不活性ガスを供給する第２ガス供給源１７とを備えている。ＣＦ４及びＡｒガスは、第１ガス供給源１６及び第２ガス供給源１７から各マスフローコントローラ１９によって流量を調節されながら真空槽１１へ送出された後、混合された状態で処理室１２へ供給される。
【００１８】
真空槽１１の下部には、基板電極ステージ２０が設けられている。基板電極ステージ２０は、その上面が平坦に形成され、基板Ｓｂを載置可能となっている。また、基板電極ステージ２０は、マッチングボックス２１を介して、バイアス用高周波電源２２に電気的に接続されている。マッチングボックス２１は、処理室１２内のプラズマ生成領域とバイアス用高周波電源２２から基板Ｓｂまでの伝送路とのインピーダンスの整合を図る整合回路とブロッキングコンデンサとを含んでいる。
【００１９】
基板電極ステージ２０と真空槽１１の底壁部１１ｂとの間には、板状の絶縁板２３が設けられ、基板電極ステージ２０と真空槽１１の底壁部１１ｂとを絶縁するようになっている。また、基板電極ステージ２０の周囲には、筒状に形成された絶縁リング２４が設けられ、基板電極ステージ２０等と真空槽１１の側面とを絶縁するようになっている。
【００２０】
さらに基板電極ステージ２０上には、基板Ｓｂを吸着する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、一対のＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂと、略円盤状の誘電体からなる静電チャックプレート２５ｃとを備えている。ＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂは、静電チャックプレート２５ｃ内に配設されている。これらのＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂは、図示しない電源装置に接続されており、一方のＥＳＣ電極２５ａには所定のプラス電圧が印加され、他方のＥＳＣ電極２５ｂには、所定のマイナス電圧が印加される。そして電源装置からＥＳＣ電極２５ａ、２５ｂに所定の電圧が印加されると、静電チャックプレート２５ｃの表面に電荷が誘起され、基板Ｓｂをその表面に静電吸着するようになっている。
【００２１】
また、基板電極ステージ２０上には、カーボンリング２６が、基板電極ステージ２０の表面に直接接触するように設けられ、基板電極ステージ２０に対して導通するようになっている。カーボンリング２６は、グラッシーカーボン材が望ましい。また、カーボンリング２６は、環状に形成され、その内側に静電チャック２５を収容可能な収容部２６ａを有している。さらにカーボンリング２６は、その上面が、静電チャック２５に吸着された基板Ｓｂの上面とほぼ同じ高さとなるような厚みに形成されている。
【００２２】
一方、カーボンリング２６を基板電極ステージ２０上に載置したのみでは、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との接触面積が小さい状態である。このため、カーボンリング２６は、ボルト等の締結部２７によって基板電極ステージ２０に固定されることで、基板電極ステージ２０に密着する。このようにカーボンリング２６と基板電極ステージ２０とが密着することで、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との導通状態を安定化させることができる。このように基板電極ステージ２０に固定されたカーボンリング２６は、その端面が絶縁リング２４によって覆われることで、真空槽１１の側面と絶縁されている。
【００２３】
また、誘電体窓１３の上方には、誘導結合プラズマ源を構成する高周波アンテナ３０が、異なる面上であって、真空槽１１の中心軸の回りを周回するように積み重ねられている。本実施形態では、高周波アンテナ３０は、平面視において渦巻き形状をなしている。高周波アンテナ３０から突出する入力端子（図示略）には、誘導結合プラズマ源を構成する高周波電源３１とマッチングボックス３２等が、入力側コンデンサ３５を介して並列に接続されている。
【００２４】
高周波電源３１は、処理室１２にプラズマを生成するための高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。マッチングボックス３２は、負荷となる上記処理室１２内のガスと、高周波アンテナ３０を含む高周波電源３１から真空槽１１までの伝送路とのインピーダンスの整合を図る。入力側コンデンサ３５は、容量の変更が可能ないわゆる可変コンデンサであって、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に静電容量を変更する。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。図２（ａ）に示すように、基板Ｓｂは、ケイ素（シリコン）からなる下地膜Ｓｂ１と、下地膜Ｓｂ１に積層された酸化ケイ素膜Ｓｂ２と、酸化ケイ素膜Ｓｂ２上に積層されたレジストマスクＳｂ３とを有している。レジストマスクＳｂ３は、ホール（又はトレンチ）が形成される領域である被エッチング領域のみが露出する開口を有している。
【００２６】
上記したドライエッチング装置を用いてエッチング処理が実施される際には、まず基板Ｓｂが図示しないアームに固定される。また、ドライエッチング装置の上記搬送口に接続する上記ゲートバルブが開弁されるとともに、上記アームが水平移動され、上記搬送口を介して基板Ｓｂが処理室１２に搬入される。そして、上記アームが下降されて、基板Ｓｂが静電チャックプレート２５ｃ上であって、カーボンリング２６の収容部２６ａに配置される。さらに、上記アームが処理室１２から引き抜かれて、上記ゲートバルブが閉じられる。またＥＳＣ電極２５ｂに所定の電圧が印加されて、静電チャックプレート２５ｃ上に電荷が誘起されることで、静電チャックプレート２５ｃに基板Ｓｂが静電吸着される。
【００２７】
次いで、ガス供給部１４を介して、処理室１２内に、ＣＦ４ガスとＡｒガスとが供給される。また、排出口１１ａに接続された上記排気装置の駆動により、真空槽１１内がプラズマエッチング処理の条件に応じた圧力とされる。このエッチングガスの供給と、上記排気装置による真空槽１１内の排気は、プラズマエッチング処理の実施中にわたり継続されるものである。
【００２８】
また、高周波電源３１から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、マッチングボックス３２及び入力側コンデンサ３５を介して高周波アンテナ３０に供給される。そして、高周波アンテナ３０から出力される高周波電力が、誘電体窓１３を介して処理室１２に伝播され、誘導電場が生成される。そして、この誘導電場の生成により、エッチングガスを原料とするプラズマが生成される。
【００２９】
そして、基板電極ステージ２０にバイアス用の高周波電力が供給されると、処理室１２に生成されたプラズマと基板Ｓｂとの間に直流電圧が発生する。その結果、処理室１２内に存在するプラズマ中のＣＦｘ（ｘ＝１〜３）等の正イオン、ＣＦｘラジカル、Ｆラジカル等の活性種が基板Ｓｂに到達して、基板Ｓｂをエッチングする。正イオンは、基板Ｓｂの上面に対してほぼ垂直に引き込まれ、主に異方性エッチングに寄与する。このとき、プラズマ中のＣＦｘと、酸化ケイ素とが反応して、ＳｉＦ４、ＣＯＦ２等の揮発性反応生成物や、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素系ポリマーが生成される。この炭素系ポリマーは、エッチングにより基板Ｓｂに形成されたホールの側面に堆積し、基板Ｓｂの厚さ方向に対して略垂直な方向にエッチングが進行する、いわゆる等方的なエッチングを抑制する保護膜として機能する。こうして、基板Ｓｂの所定領域が、主にその垂直方向、厚さ方向に沿ってエッチングされる。
【００３０】
またカーボンリング２６は、基板電極ステージ２０と導通しているため、カーボンリング２６も、処理室１２内に生成されたプラズマ中の活性種によりエッチングされる。この際、異方性エッチングに寄与する正イオンはカーボンリング２６に対して垂直に引き込まれる。即ち、カーボンリング２６に対する正イオンの移動方向は、基板Ｓｂに対して引き込まれる正イオンの移動方向と略同一となる。
【００３１】
一方、カーボン材が、本実施形態とは異なる位置であって、真空槽１１の側面に沿って設けられ、且つ処理室１２の中心側に向けて配置される上記カーボン材の表面が基板Ｓｂの上面に対して略直交した場合には、基板Ｓｂと基板電極ステージ２０との間に発生する電圧に略直交する方向に直流電圧が発生する。このため、基板Ｓｂに垂直に引き込まれる正イオンも、真空槽１１の側面に沿って設けられた上記カーボン材との間で生成された直流電圧によって影響を受けて、本来の移動方向からずれる可能性がある。
【００３２】
これに対し、本実施形態のカーボンリング２６は、基板電極ステージ２０上に固定されているため、上述したようにカーボンリング２６に引き込まれる正イオンの移動方向は、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向とは略同一である。このため、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向に悪影響を与えないため、カーボンリング２６が設けられたことによる基板Ｓｂに形成されるホールＨの垂直性の低下を抑制することができる。
【００３３】
またプラズマ中のＣＦｘ等の活性種とカーボンリング２６との反応により、炭素系ポリマーが形成される。この炭素系ポリマーは、酸化ケイ素膜Ｓｂ２のエッチングにより形成された炭素系ポリマーと同様に、図２（ｂ）に示すように、酸化ケイ素膜Ｓｂ２に形成されたホールＨの側面や底面に堆積し、等方性エッチングを抑制する保護膜Ｆを形成する。
【００３４】
このように保護膜Ｆの供給源に、固体からなるカーボンリング２６を加えることで、炭素系ポリマーをホールＨの側面に効率よく堆積することができる。即ち、保護膜Ｆの供給源をエッチングガス中の炭素系ガスのみとした場合、炭素系ガスのうちプラズマ化して酸化ケイ素膜Ｓｂ２と反応するガスは全体の数％であるため、最終的に保護膜Ｆの形成に寄与する炭素系ガスは、処理室１２に供給される炭素系ガスのうち僅かであって、保護膜Ｆを形成するための寄与率が低い。一方、カーボンリング２６の場合には、カーボンリング２６中の炭素原子とプラズマ中の活性種とが反応した分が、保護膜Ｆの形成に寄与することができるため、その寄与率が高い。
【００３５】
また、ＣＦ４よりも炭素の価数が多いガスを単数又は複数用いた場合、プラズマ中の炭素化合物や、エッチングにより副次的に生成された炭素化合物が真空槽１１の側壁等に堆積してしまうが、本実施形態では、処理室１２内に充満する混合ガスは、炭素系ガスとしてはＣＦ４のみを含有する組成であるため、真空槽１１の側壁等に堆積する付着物の量を軽減することができる。また、カーボンリング２６は基板周辺のみに配置されるため、付着物の量を最小限に抑えることができる。
【００３６】
このようなエッチングを実施する際、ＣＦ４ガスは、１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下の流量とすることが好ましい。１ｓｃｃｍ未満となると、エッチングレート及びレジストマスクＳｂ３に対する選択比が低下し、２０ｓｃｃｍ超となると、ホールＨの側面に堆積するフッ化炭素化合物の堆積量が過多となる。また、Ａｒガスは、８０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。
【００３７】
また、好適なエッチングレート及び選択比を維持し、且つエッチング形状の異方性を向上するためには、処理室１２内の圧力は、１．０Ｐａ以下に調整することが好ましく、アンテナパワーは、３００Ｗ以上９００Ｗ以下が好ましい。さらにバイアス用高周波電力は、２００Ｗ以上６００Ｗ以下が好ましい。
【００３８】
そして図２（ｃ）に示すように、ホールＨが下地膜Ｓｂ１に到達すると、エッチング処理を終了する。そして、ホールＨの側面に形成された保護膜Ｆは、レジストマスクＳｂ３を除去する工程で除去される。
【００３９】
［実施例］
次に、実施例及び比較例を挙げて、上記実施形態について具体的に説明する。
上記したドライエッチング装置を用いて、以下の条件でエッチングを行った。基材上に、ケイ素（シリコン）からなる下地膜を形成し、該下地膜の上に酸化ケイ素膜を形成した。さらに、酸化ケイ素膜の上にＯＦＰＲ８００（東京応化製）からなるレジストマスクを形成した。そして基板Ｓｂに対して、以下の条件でエッチングを実施し、複数のホールＨを形成した。
【００４０】
・エッチングガス Ａｒ：ＣＦ４
・エッチングガス流量比 ８７ｓｃｃｍ：３ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
・アンテナパワー ４５０Ｗ
・バイアス用高周波電力 ３００Ｗ
このとき、酸化ケイ素膜のエッチングレートは、１４０ｎｍ／ｍｉｎ、レジストマスクに対する選択比は５であった。また、ホールＨの側面と底面とがなすテーパ角θ（図２（ｃ）参照）を測定したところ、いずれのテーパ角θも８８°以上８９°以下の範囲内となり、ほぼ垂直であった。
【００４１】
［比較例］
上記したドライエッチング装置のうち、基板Ｓｂの周囲に配設されるカーボンリング２６を省略した装置を用いて、実施例１と同様な条件でエッチングを行い、複数のホールＨを形成した。尚、ＣＦ４のみでは、ホールＨの側面に保護膜Ｆが形成されにくいため、エッチングガスの組成を以下のように構成した。
【００４２】
・エッチングガス Ａｒ：Ｃ３Ｆ８：ＣＨ４
このとき、酸化ケイ素膜のエッチングレートは、２７０ｎｍ／ｍｉｎ、レジストマスクに対する選択比は４であった。また、各ホールＨのテーパ角θは、７８°以上８２°以下の範囲内となり、実施例よりもホールＨの垂直性が低下した。
【００４３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）酸化ケイ素膜Ｓｂ２を有する基板Ｓｂをエッチングする際に、四フッ化炭素及び不活性ガスからなるエッチングガスを用いるため、エッチングに用いられるガス種を極力少なくし、ガス供給源の数の増加、及び配管の複雑化を抑制することができる。また、上記エッチングガスは、危険性又は有害性を有さないため、漏洩検知器等の設置が必要ない。また、ドライエッチング装置を、基板電極ステージ２０上にカーボンリング２６を設ける構成とし、酸化ケイ素膜Ｓｂ２をエッチングする際に、該カーボンリング２６が同時にエッチングされるようにした。従って、カーボンリング２６がエッチングされることにより生成される炭素系ポリマーを、酸化ケイ素膜Ｓｂ２に形成されたホールＨの側面に堆積させ、保護膜Ｆとして機能させることができる。このため、炭素系のガスとして、四フッ化炭素といった炭素の価数が少ないガスのみを使用しても、カーボンリング２６が同時にエッチングされることで、ホールＨの側面に十分な量の炭素系ポリマーを堆積させることができるため、エッチング形状の異方性を向上することができる。また、基板電極ステージ２０上に、カーボンリング２６を直接接触した状態で配置し導通させるため、カーボンリング２６に対しプラズマ中の正イオンが引き込まれる方向と、基板電極ステージ２０に正イオンが引き込まれる方向とを略同一にすることができる。このため、カーボンリング２６を配設することで、酸化ケイ素膜Ｓｂ２への異方性エッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、カーボンリング２６は、環状に形成され、基板Ｓｂの外周を囲うように配置されている。このため、基板Ｓｂに形成されるホールＨの異方性を高める効果を、基板Ｓｂの面内において均一化することができる。
【００４５】
（３）上記実施形態では、カーボンリング２６を、基板電極ステージ２０に対し、締結部２７によって固定したので、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０とをより密着させることができる。このため、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との導通状態を安定化し、エッチング形状等の再現性が得られやすいようにすることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図３にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態のカーボンリングを変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００４７】
図３に示すように、本実施形態では、複数の基板Ｓｂを一括して処理するバッチ式のドライエッチング装置である。該ドライエッチング装置は、複数の基板Ｓｂを載置するトレイ４０を備えている。このトレイ４０は、グラッシーカーボン等のカーボン材からなり、このトレイ４０自体が静電チャックプレート２５ｃに静電吸着される。基板Ｓｂは、このトレイ４０に所定の間隔を空けて配列され、基板Ｓｂを配列したトレイ４０を平面視した際に、基板Ｓｂの四辺がトレイ４０によって囲まれるように載置されている。即ち、各基板Ｓｂは、該基板Ｓｂの外周においてトレイ４０が露出するように載置されている。
【００４８】
基板Ｓｂを処理室１２内に搬入する際には、複数の基板Ｓｂを載置したトレイ４０を図示しないアームに載せ、該アームを水平移動させて、トレイ４０を搬送口を介して処理室１２内へ搬入する。そして、トレイ４０を基板電極ステージ２０の上方まで搬送すると、アームを下降させて、トレイ４０を基板電極ステージ２０に載置する。そして、アームのみを水平移動させて、処理室１２から退出させ、ゲートバルブを閉める。
【００４９】
処理室１２内に、エッチングガスのプラズマが生成され、且つ基板Ｓｂにバイアス電圧が印加されると、プラズマ中の正イオンは、基板Ｓｂだけでなく、基板Ｓｂと基板Ｓｂの間等を介して露出されたトレイ４０にも引き込まれる。トレイ４０は、基板Ｓｂと重ねられているため、活性種の移動方向は同一方向になる。このため、トレイ４０と基板電極ステージ２０とを導通させても、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向に悪影響を与えない。
【００５０】
トレイ４０に到達した活性種は、炭素原子と反応して炭素系ポリマーを生成する。この炭素系ポリマーは、基板Ｓｂに形成されたホールＨの側面に堆積し、保護膜Ｆ（図２（ｃ）参照）として機能する。
【００５１】
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（４）第２実施形態では、複数の基板Ｓｂを載置して処理室１２に搬入されるトレイ４０を、カーボン材から形成した。従って、複数の基板Ｓｂを処理するバッチ式のドライエッチング装置であっても、基板Ｓｂの周囲にカーボン材を配置することができるため、基板毎のエッチング形状の均一性を向上することができる。また、各基板Ｓｂの周囲にカーボン材を配設する必要が無いので、ドライエッチング装置を簡略化することができる。
【００５２】
尚、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、不活性ガスをＡｒガスとしたが、Ｈｅ,Ｎｅ,Ｘｅ,Ｋｒ等のガスでもよい。
【００５３】
・上記各実施形態では、基板Ｓｂを、下地膜Ｓｂ１、酸化ケイ素膜Ｓｂ２、レジストマスクＳｂ３が積層された構成としたが、その他の構成でもよい。
・第１実施形態では、カーボンリング２６は、基板Ｓｂを取り囲む環状となるように形成したが、複数の扇状に分割されたカーボン材から環状のカーボンリング２６を構成してもよい。
【００５４】
・第１実施形態では、カーボンリング２６を基板電極ステージ２０に固定する締結部として、ボルトを用いたが、他の締結部によって固定してもよい。例えば、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０とに、互いに嵌合する凹凸構造を形成し、該凹凸構造によってカーボンリング２６を基板電極ステージ２０に固定するようにしてもよい。
【００５５】
・第２実施形態では、平板状のトレイ４０に複数の基板Ｓｂを載置するようにしたが、トレイ４０に各基板Ｓｂを収容するための凹部をそれぞれ設けるようにしてもよい。そしてその凹部に基板Ｓｂを収容して、処理室１２に搬入するようにしてもよい。この場合には、トレイ４０の上面と基板Ｓｂの上面とを同一面とすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１…真空槽、１２…処理室、１３…誘電体窓、１４…ガス供給部、１５…ガス供給系、１６…第１ガス供給源、１７…第２ガス供給源、１８…配管、１９…マスフローコントローラ、２０…基板電極ステージ、２１…マッチングボックス、２２…バイアス用高周波電源、２３…絶縁板、２４…絶縁リング、２５…静電チャック、２５ａ，２５ｂ…ＥＳＣ電極、２６…カーボンリング、２７…締結部、３０…高周波アンテナ、３１…高周波電源、３２…マッチングボックス、３５…入力側コンデンサ、Ｓｂ…基板、Ｓｂ２…酸化ケイ素膜、４０…トレイ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化ケイ素膜を処理対象とするドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の配線や素子間を電気的に絶縁する絶縁膜の材料として、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が使用されている。この酸化ケイ素膜をドライエッチングするガスとしては、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６等といったフッ化炭素系ガス、又はＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等といったフッ化メタン系のガスが多用されている。
【０００３】
しかし上記したガスのみでは、絶縁膜のエッチングレートとレジストマスクのエッチングレートとの比で表される選択比を良好に保ちつつ、エッチング形状の異方性（垂直性）を向上させることが難しい。このため、Ｃ４Ｆ６及びＣ５Ｆ８のうち少なくとも一方と、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｏ２、ＣＯといった併用ガスの少なくとも一つとを混合し、選択比とエッチング形状の異方性との両立を図る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０４４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ガスを３種類以上混合する場合には、その分、各ガスを処理室へ供給するガス供給源が増えるとともに、処理室へ各種ガスを導くための配管も複雑化する。また、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＯといったガスを用いる場合には、危険性又は有害性の観点から漏洩検知器が必要となり、コスト高は否めない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス供給系の簡略化を図るとともに、エッチング形状の異方性を向上することができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、酸化ケイ素膜を有する基板を収容する処理室と、高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して前記基板と接触する基板電極と、前記基板電極上に直接接触した状態で配置されるカーボン材と、前記処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系と、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する誘導結合プラズマ源とを備えることを要旨とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、酸化ケイ素膜をエッチングするドライエッチング方法において、高周波電力が供給される基板電極上にカーボン材を直接接触した状態で設けるとともに、該基板電極上に前記酸化ケイ素膜を有する基板を誘電体を介して載置し、前記基板が収容された処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給し、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化することを要旨とする。
【０００９】
請求項１及び請求項５に記載の発明によれば、四フッ化炭素及び不活性ガスからなるエッチングガスを用いるので、エッチングに用いられるガスの種類を極力少なくすることができる。また、危険性又は有害性を有さないため、漏洩検知器等の設置が必要ない。さらに、基板電極上にカーボン材を設け、基板電極とカーボン材とを導通させる構成とし、酸化ケイ素膜をエッチングする際に、該カーボン材も同時にエッチングされるようにした。従って、カーボン材がエッチングされることにより生成される炭素系ポリマーを、エッチングにより酸化ケイ素膜に形成されたホールやトレンチの側面に堆積させ、等方的なエッチングを抑制する保護膜として機能させることができる。このため、四フッ化炭素といった炭素の価数が少ないガスを用いても、エッチング形状の異方性を向上することができる。また、基板電極上に、カーボン材を直接接触した状態で配置するので、カーボン材にプラズマ中の正イオンが引き込まれる方向と、基板電極に正イオンが引き込まれる方向とを略同一にすることができる。このため、カーボン材を配設することで、酸化ケイ素膜への異方性エッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、環状に形成され、前記基板の外周を囲うように前記基板電極上に配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、基板の外周を囲んだカーボン材により、ホールやトレンチの異方性を高める効果を基板の面内において均一化することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、締結部によって前記基板電極に対して固定されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、カーボン材は締結部によって基板電極に固定されているので、カーボン材と基板電極とをより密着させることができる。このため、カーボン材と基板電極との導通状態を安定化することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のドライエッチング装置において、前記カーボン材は、前記基板を載置して前記処理室に搬入されるトレイであることを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、カーボン材は、基板を載置するトレイを兼ねているため、別途カーボン材を設ける必要がなく、ドライエッチング装置の部材点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のドライエッチング装置の概略図。
【図２】（ａ）はエッチング前の基板、（ｂ）及び（ｃ）はホールが形成された基板の端面図。
【図３】第２実施形態のドライエッチング装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、ドライエッチング装置は、略筒状に形成された真空槽１１を有している。真空槽１１はアルミニウム等の金属製であって、その内部に基板Ｓｂを収容する処理室１２を有している。処理室１２は、エッチングガスのプラズマが生成される空間であって、その上部開口は、石英、サファイア等の誘電体から形成された誘電体窓１３によって密閉されている。
【００１６】
真空槽１１には、処理室１２に連通する搬送口が設けられ、該搬送口にはゲートバルブが接続されている（いずれも図示略）。エッチングの処理対象となる基板Ｓｂは、搬送口を介して隣室から処理室１２内へ搬入されるとともに、処理室１２から他の処理室へ搬送される。さらに、真空槽１１には、真空槽１１内のエッチングガスや大気等の流体を排気する排出口１１ａが設けられ、該排出口１１ａには図示しない排気装置が接続されている。また、真空槽１１には、処理室１２に連通するガス供給部１４が設けられている。このガス供給部１４には、処理室１２にエッチングガスを供給するガス供給系１５が接続されている。
【００１７】
ガス供給系１５は、ＣＦ４（四フッ化炭素）を供給する第１ガス供給源１６と、Ａｒガスからなる不活性ガスを供給する第２ガス供給源１７とを備えている。ＣＦ４及びＡｒガスは、第１ガス供給源１６及び第２ガス供給源１７から各マスフローコントローラ１９によって流量を調節されながら真空槽１１へ送出された後、混合された状態で処理室１２へ供給される。
【００１８】
真空槽１１の下部には、基板電極ステージ２０が設けられている。基板電極ステージ２０は、その上面が平坦に形成され、基板Ｓｂを載置可能となっている。また、基板電極ステージ２０は、マッチングボックス２１を介して、バイアス用高周波電源２２に電気的に接続されている。マッチングボックス２１は、処理室１２内のプラズマ生成領域とバイアス用高周波電源２２から基板Ｓｂまでの伝送路とのインピーダンスの整合を図る整合回路とブロッキングコンデンサとを含んでいる。
【００１９】
基板電極ステージ２０と真空槽１１の底壁部１１ｂとの間には、板状の絶縁板２３が設けられ、基板電極ステージ２０と真空槽１１の底壁部１１ｂとを絶縁するようになっている。また、基板電極ステージ２０の周囲には、筒状に形成された絶縁リング２４が設けられ、基板電極ステージ２０等と真空槽１１の側面とを絶縁するようになっている。
【００２０】
さらに基板電極ステージ２０上には、基板Ｓｂを吸着する静電チャック２５が設けられている。静電チャック２５は、一対のＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂと、略円盤状の誘電体からなる静電チャックプレート２５ｃとを備えている。ＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂは、静電チャックプレート２５ｃ内に配設されている。これらのＥＳＣ電極２５ａ，２５ｂは、図示しない電源装置に接続されており、一方のＥＳＣ電極２５ａには所定のプラス電圧が印加され、他方のＥＳＣ電極２５ｂには、所定のマイナス電圧が印加される。そして電源装置からＥＳＣ電極２５ａ、２５ｂに所定の電圧が印加されると、静電チャックプレート２５ｃの表面に電荷が誘起され、基板Ｓｂをその表面に静電吸着するようになっている。
【００２１】
また、基板電極ステージ２０上には、カーボンリング２６が、基板電極ステージ２０の表面に直接接触するように設けられ、基板電極ステージ２０に対して導通するようになっている。カーボンリング２６は、グラッシーカーボン材が望ましい。また、カーボンリング２６は、環状に形成され、その内側に静電チャック２５を収容可能な収容部２６ａを有している。さらにカーボンリング２６は、その上面が、静電チャック２５に吸着された基板Ｓｂの上面とほぼ同じ高さとなるような厚みに形成されている。
【００２２】
一方、カーボンリング２６を基板電極ステージ２０上に載置したのみでは、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との接触面積が小さい状態である。このため、カーボンリング２６は、ボルト等の締結部２７によって基板電極ステージ２０に固定されることで、基板電極ステージ２０に密着する。このようにカーボンリング２６と基板電極ステージ２０とが密着することで、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との導通状態を安定化させることができる。このように基板電極ステージ２０に固定されたカーボンリング２６は、その端面が絶縁リング２４によって覆われることで、真空槽１１の側面と絶縁されている。
【００２３】
また、誘電体窓１３の上方には、誘導結合プラズマ源を構成する高周波アンテナ３０が、異なる面上であって、真空槽１１の中心軸の回りを周回するように積み重ねられている。本実施形態では、高周波アンテナ３０は、平面視において渦巻き形状をなしている。高周波アンテナ３０から突出する入力端子（図示略）には、誘導結合プラズマ源を構成する高周波電源３１とマッチングボックス３２等が、入力側コンデンサ３５を介して並列に接続されている。
【００２４】
高周波電源３１は、処理室１２にプラズマを生成するための高周波電力、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。マッチングボックス３２は、負荷となる上記処理室１２内のガスと、高周波アンテナ３０を含む高周波電源３１から真空槽１１までの伝送路とのインピーダンスの整合を図る。入力側コンデンサ３５は、容量の変更が可能ないわゆる可変コンデンサであって、例えば１０ｐＦ〜１００ｐＦの範囲で任意に静電容量を変更する。
【００２５】
次に、本実施形態の作用について説明する。図２（ａ）に示すように、基板Ｓｂは、ケイ素（シリコン）からなる下地膜Ｓｂ１と、下地膜Ｓｂ１に積層された酸化ケイ素膜Ｓｂ２と、酸化ケイ素膜Ｓｂ２上に積層されたレジストマスクＳｂ３とを有している。レジストマスクＳｂ３は、ホール（又はトレンチ）が形成される領域である被エッチング領域のみが露出する開口を有している。
【００２６】
上記したドライエッチング装置を用いてエッチング処理が実施される際には、まず基板Ｓｂが図示しないアームに固定される。また、ドライエッチング装置の上記搬送口に接続する上記ゲートバルブが開弁されるとともに、上記アームが水平移動され、上記搬送口を介して基板Ｓｂが処理室１２に搬入される。そして、上記アームが下降されて、基板Ｓｂが静電チャックプレート２５ｃ上であって、カーボンリング２６の収容部２６ａに配置される。さらに、上記アームが処理室１２から引き抜かれて、上記ゲートバルブが閉じられる。またＥＳＣ電極２５ｂに所定の電圧が印加されて、静電チャックプレート２５ｃ上に電荷が誘起されることで、静電チャックプレート２５ｃに基板Ｓｂが静電吸着される。
【００２７】
次いで、ガス供給部１４を介して、処理室１２内に、ＣＦ４ガスとＡｒガスとが供給される。また、排出口１１ａに接続された上記排気装置の駆動により、真空槽１１内がプラズマエッチング処理の条件に応じた圧力とされる。このエッチングガスの供給と、上記排気装置による真空槽１１内の排気は、プラズマエッチング処理の実施中にわたり継続されるものである。
【００２８】
また、高周波電源３１から、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が、マッチングボックス３２及び入力側コンデンサ３５を介して高周波アンテナ３０に供給される。そして、高周波アンテナ３０から出力される高周波電力が、誘電体窓１３を介して処理室１２に伝播され、誘導電場が生成される。そして、この誘導電場の生成により、エッチングガスを原料とするプラズマが生成される。
【００２９】
そして、基板電極ステージ２０にバイアス用の高周波電力が供給されると、処理室１２に生成されたプラズマと基板Ｓｂとの間に直流電圧が発生する。その結果、処理室１２内に存在するプラズマ中のＣＦｘ（ｘ＝１〜３）等の正イオン、ＣＦｘラジカル、Ｆラジカル等の活性種が基板Ｓｂに到達して、基板Ｓｂをエッチングする。正イオンは、基板Ｓｂの上面に対してほぼ垂直に引き込まれ、主に異方性エッチングに寄与する。このとき、プラズマ中のＣＦｘと、酸化ケイ素とが反応して、ＳｉＦ４、ＣＯＦ２等の揮発性反応生成物や、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）等の炭素系ポリマーが生成される。この炭素系ポリマーは、エッチングにより基板Ｓｂに形成されたホールの側面に堆積し、基板Ｓｂの厚さ方向に対して略垂直な方向にエッチングが進行する、いわゆる等方的なエッチングを抑制する保護膜として機能する。こうして、基板Ｓｂの所定領域が、主にその垂直方向、厚さ方向に沿ってエッチングされる。
【００３０】
またカーボンリング２６は、基板電極ステージ２０と導通しているため、カーボンリング２６も、処理室１２内に生成されたプラズマ中の活性種によりエッチングされる。この際、異方性エッチングに寄与する正イオンはカーボンリング２６に対して垂直に引き込まれる。即ち、カーボンリング２６に対する正イオンの移動方向は、基板Ｓｂに対して引き込まれる正イオンの移動方向と略同一となる。
【００３１】
一方、カーボン材が、本実施形態とは異なる位置であって、真空槽１１の側面に沿って設けられ、且つ処理室１２の中心側に向けて配置される上記カーボン材の表面が基板Ｓｂの上面に対して略直交した場合には、基板Ｓｂと基板電極ステージ２０との間に発生する電圧に略直交する方向に直流電圧が発生する。このため、基板Ｓｂに垂直に引き込まれる正イオンも、真空槽１１の側面に沿って設けられた上記カーボン材との間で生成された直流電圧によって影響を受けて、本来の移動方向からずれる可能性がある。
【００３２】
これに対し、本実施形態のカーボンリング２６は、基板電極ステージ２０上に固定されているため、上述したようにカーボンリング２６に引き込まれる正イオンの移動方向は、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向とは略同一である。このため、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向に悪影響を与えないため、カーボンリング２６が設けられたことによる基板Ｓｂに形成されるホールＨの垂直性の低下を抑制することができる。
【００３３】
またプラズマ中のＣＦｘ等の活性種とカーボンリング２６との反応により、炭素系ポリマーが形成される。この炭素系ポリマーは、酸化ケイ素膜Ｓｂ２のエッチングにより形成された炭素系ポリマーと同様に、図２（ｂ）に示すように、酸化ケイ素膜Ｓｂ２に形成されたホールＨの側面や底面に堆積し、等方性エッチングを抑制する保護膜Ｆを形成する。
【００３４】
このように保護膜Ｆの供給源に、固体からなるカーボンリング２６を加えることで、炭素系ポリマーをホールＨの側面に効率よく堆積することができる。即ち、保護膜Ｆの供給源をエッチングガス中の炭素系ガスのみとした場合、炭素系ガスのうちプラズマ化して酸化ケイ素膜Ｓｂ２と反応するガスは全体の数％であるため、最終的に保護膜Ｆの形成に寄与する炭素系ガスは、処理室１２に供給される炭素系ガスのうち僅かであって、保護膜Ｆを形成するための寄与率が低い。一方、カーボンリング２６の場合には、カーボンリング２６中の炭素原子とプラズマ中の活性種とが反応した分が、保護膜Ｆの形成に寄与することができるため、その寄与率が高い。
【００３５】
また、ＣＦ４よりも炭素の価数が多いガスを単数又は複数用いた場合、プラズマ中の炭素化合物や、エッチングにより副次的に生成された炭素化合物が真空槽１１の側壁等に堆積してしまうが、本実施形態では、処理室１２内に充満する混合ガスは、炭素系ガスとしてはＣＦ４のみを含有する組成であるため、真空槽１１の側壁等に堆積する付着物の量を軽減することができる。また、カーボンリング２６は基板周辺のみに配置されるため、付着物の量を最小限に抑えることができる。
【００３６】
このようなエッチングを実施する際、ＣＦ４ガスは、１ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下の流量とすることが好ましい。１ｓｃｃｍ未満となると、エッチングレート及びレジストマスクＳｂ３に対する選択比が低下し、２０ｓｃｃｍ超となると、ホールＨの側面に堆積するフッ化炭素化合物の堆積量が過多となる。また、Ａｒガスは、８０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下が好ましい。
【００３７】
また、好適なエッチングレート及び選択比を維持し、且つエッチング形状の異方性を向上するためには、処理室１２内の圧力は、１．０Ｐａ以下に調整することが好ましく、アンテナパワーは、３００Ｗ以上９００Ｗ以下が好ましい。さらにバイアス用高周波電力は、２００Ｗ以上６００Ｗ以下が好ましい。
【００３８】
そして図２（ｃ）に示すように、ホールＨが下地膜Ｓｂ１に到達すると、エッチング処理を終了する。そして、ホールＨの側面に形成された保護膜Ｆは、レジストマスクＳｂ３を除去する工程で除去される。
【００３９】
［実施例］
次に、実施例及び比較例を挙げて、上記実施形態について具体的に説明する。
上記したドライエッチング装置を用いて、以下の条件でエッチングを行った。基材上に、ケイ素（シリコン）からなる下地膜を形成し、該下地膜の上に酸化ケイ素膜を形成した。さらに、酸化ケイ素膜の上にＯＦＰＲ８００（東京応化製）からなるレジストマスクを形成した。そして基板Ｓｂに対して、以下の条件でエッチングを実施し、複数のホールＨを形成した。
【００４０】
・エッチングガス Ａｒ：ＣＦ４
・エッチングガス流量比 ８７ｓｃｃｍ：３ｓｃｃｍ
・真空槽内の圧力 ０．４Ｐａ
・アンテナパワー ４５０Ｗ
・バイアス用高周波電力 ３００Ｗ
このとき、酸化ケイ素膜のエッチングレートは、１４０ｎｍ／ｍｉｎ、レジストマスクに対する選択比は５であった。また、ホールＨの側面と底面とがなすテーパ角θ（図２（ｃ）参照）を測定したところ、いずれのテーパ角θも８８°以上８９°以下の範囲内となり、ほぼ垂直であった。
【００４１】
［比較例］
上記したドライエッチング装置のうち、基板Ｓｂの周囲に配設されるカーボンリング２６を省略した装置を用いて、実施例１と同様な条件でエッチングを行い、複数のホールＨを形成した。尚、ＣＦ４のみでは、ホールＨの側面に保護膜Ｆが形成されにくいため、エッチングガスの組成を以下のように構成した。
【００４２】
・エッチングガス Ａｒ：Ｃ３Ｆ８：ＣＨ４
このとき、酸化ケイ素膜のエッチングレートは、２７０ｎｍ／ｍｉｎ、レジストマスクに対する選択比は４であった。また、各ホールＨのテーパ角θは、７８°以上８２°以下の範囲内となり、実施例よりもホールＨの垂直性が低下した。
【００４３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）酸化ケイ素膜Ｓｂ２を有する基板Ｓｂをエッチングする際に、四フッ化炭素及び不活性ガスからなるエッチングガスを用いるため、エッチングに用いられるガス種を極力少なくし、ガス供給源の数の増加、及び配管の複雑化を抑制することができる。また、上記エッチングガスは、危険性又は有害性を有さないため、漏洩検知器等の設置が必要ない。また、ドライエッチング装置を、基板電極ステージ２０上にカーボンリング２６を設ける構成とし、酸化ケイ素膜Ｓｂ２をエッチングする際に、該カーボンリング２６が同時にエッチングされるようにした。従って、カーボンリング２６がエッチングされることにより生成される炭素系ポリマーを、酸化ケイ素膜Ｓｂ２に形成されたホールＨの側面に堆積させ、保護膜Ｆとして機能させることができる。このため、炭素系のガスとして、四フッ化炭素といった炭素の価数が少ないガスのみを使用しても、カーボンリング２６が同時にエッチングされることで、ホールＨの側面に十分な量の炭素系ポリマーを堆積させることができるため、エッチング形状の異方性を向上することができる。また、基板電極ステージ２０上に、カーボンリング２６を直接接触した状態で配置し導通させるため、カーボンリング２６に対しプラズマ中の正イオンが引き込まれる方向と、基板電極ステージ２０に正イオンが引き込まれる方向とを略同一にすることができる。このため、カーボンリング２６を配設することで、酸化ケイ素膜Ｓｂ２への異方性エッチングに悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００４４】
（２）上記実施形態では、カーボンリング２６は、環状に形成され、基板Ｓｂの外周を囲うように配置されている。このため、基板Ｓｂに形成されるホールＨの異方性を高める効果を、基板Ｓｂの面内において均一化することができる。
【００４５】
（３）上記実施形態では、カーボンリング２６を、基板電極ステージ２０に対し、締結部２７によって固定したので、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０とをより密着させることができる。このため、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０との導通状態を安定化し、エッチング形状等の再現性が得られやすいようにすることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図３にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態のカーボンリングを変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。
【００４７】
図３に示すように、本実施形態では、複数の基板Ｓｂを一括して処理するバッチ式のドライエッチング装置である。該ドライエッチング装置は、複数の基板Ｓｂを載置するトレイ４０を備えている。このトレイ４０は、グラッシーカーボン等のカーボン材からなり、このトレイ４０自体が静電チャックプレート２５ｃに静電吸着される。基板Ｓｂは、このトレイ４０に所定の間隔を空けて配列され、基板Ｓｂを配列したトレイ４０を平面視した際に、基板Ｓｂの四辺がトレイ４０によって囲まれるように載置されている。即ち、各基板Ｓｂは、該基板Ｓｂの外周においてトレイ４０が露出するように載置されている。
【００４８】
基板Ｓｂを処理室１２内に搬入する際には、複数の基板Ｓｂを載置したトレイ４０を図示しないアームに載せ、該アームを水平移動させて、トレイ４０を搬送口を介して処理室１２内へ搬入する。そして、トレイ４０を基板電極ステージ２０の上方まで搬送すると、アームを下降させて、トレイ４０を基板電極ステージ２０に載置する。そして、アームのみを水平移動させて、処理室１２から退出させ、ゲートバルブを閉める。
【００４９】
処理室１２内に、エッチングガスのプラズマが生成され、且つ基板Ｓｂにバイアス電圧が印加されると、プラズマ中の正イオンは、基板Ｓｂだけでなく、基板Ｓｂと基板Ｓｂの間等を介して露出されたトレイ４０にも引き込まれる。トレイ４０は、基板Ｓｂと重ねられているため、活性種の移動方向は同一方向になる。このため、トレイ４０と基板電極ステージ２０とを導通させても、基板Ｓｂに引き込まれる正イオンの移動方向に悪影響を与えない。
【００５０】
トレイ４０に到達した活性種は、炭素原子と反応して炭素系ポリマーを生成する。この炭素系ポリマーは、基板Ｓｂに形成されたホールＨの側面に堆積し、保護膜Ｆ（図２（ｃ）参照）として機能する。
【００５１】
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（４）第２実施形態では、複数の基板Ｓｂを載置して処理室１２に搬入されるトレイ４０を、カーボン材から形成した。従って、複数の基板Ｓｂを処理するバッチ式のドライエッチング装置であっても、基板Ｓｂの周囲にカーボン材を配置することができるため、基板毎のエッチング形状の均一性を向上することができる。また、各基板Ｓｂの周囲にカーボン材を配設する必要が無いので、ドライエッチング装置を簡略化することができる。
【００５２】
尚、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、不活性ガスをＡｒガスとしたが、Ｈｅ,Ｎｅ,Ｘｅ,Ｋｒ等のガスでもよい。
【００５３】
・上記各実施形態では、基板Ｓｂを、下地膜Ｓｂ１、酸化ケイ素膜Ｓｂ２、レジストマスクＳｂ３が積層された構成としたが、その他の構成でもよい。
・第１実施形態では、カーボンリング２６は、基板Ｓｂを取り囲む環状となるように形成したが、複数の扇状に分割されたカーボン材から環状のカーボンリング２６を構成してもよい。
【００５４】
・第１実施形態では、カーボンリング２６を基板電極ステージ２０に固定する締結部として、ボルトを用いたが、他の締結部によって固定してもよい。例えば、カーボンリング２６と基板電極ステージ２０とに、互いに嵌合する凹凸構造を形成し、該凹凸構造によってカーボンリング２６を基板電極ステージ２０に固定するようにしてもよい。
【００５５】
・第２実施形態では、平板状のトレイ４０に複数の基板Ｓｂを載置するようにしたが、トレイ４０に各基板Ｓｂを収容するための凹部をそれぞれ設けるようにしてもよい。そしてその凹部に基板Ｓｂを収容して、処理室１２に搬入するようにしてもよい。この場合には、トレイ４０の上面と基板Ｓｂの上面とを同一面とすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１…真空槽、１２…処理室、１３…誘電体窓、１４…ガス供給部、１５…ガス供給系、１６…第１ガス供給源、１７…第２ガス供給源、１８…配管、１９…マスフローコントローラ、２０…基板電極ステージ、２１…マッチングボックス、２２…バイアス用高周波電源、２３…絶縁板、２４…絶縁リング、２５…静電チャック、２５ａ，２５ｂ…ＥＳＣ電極、２６…カーボンリング、２７…締結部、３０…高周波アンテナ、３１…高周波電源、３２…マッチングボックス、３５…入力側コンデンサ、Ｓｂ…基板、Ｓｂ２…酸化ケイ素膜、４０…トレイ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化ケイ素膜を有する基板を収容する処理室と、
高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して前記基板と接触する基板電極と、
前記基板電極上に直接接触した状態で配置されるカーボン材と、
前記処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系と、
前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する誘導結合プラズマ源とを備えることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記カーボン材は、環状に形成され、前記基板の外周を囲うように前記基板電極上に配置されている請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記カーボン材は、締結部によって前記基板電極に対して固定されている請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記カーボン材は、前記基板を載置して前記処理室に搬入されるトレイである請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
酸化ケイ素膜をエッチングするドライエッチング方法において、
高周波電力が供給される基板電極上にカーボン材を直接接触した状態で設けるとともに、該基板電極上に前記酸化ケイ素膜を有する基板を誘電体を介して載置し、
前記基板が収容された処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給し、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化することを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項１】
酸化ケイ素膜を有する基板を収容する処理室と、
高周波電力が供給されるとともに誘電体を介して前記基板と接触する基板電極と、
前記基板電極上に直接接触した状態で配置されるカーボン材と、
前記処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給するガス供給系と、
前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化する誘導結合プラズマ源とを備えることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記カーボン材は、環状に形成され、前記基板の外周を囲うように前記基板電極上に配置されている請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記カーボン材は、締結部によって前記基板電極に対して固定されている請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記カーボン材は、前記基板を載置して前記処理室に搬入されるトレイである請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
酸化ケイ素膜をエッチングするドライエッチング方法において、
高周波電力が供給される基板電極上にカーボン材を直接接触した状態で設けるとともに、該基板電極上に前記酸化ケイ素膜を有する基板を誘電体を介して載置し、
前記基板が収容された処理室に、四フッ化炭素と不活性ガスとからなるエッチングガスを供給し、前記エッチングガスを誘導結合によりプラズマ化することを特徴とするドライエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５３２０９（Ｐ２０１２−２５３２０９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４９５６（Ｐ２０１１−１２４９５６）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]