特許 7218226 プラズマエッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-27

(45)【発行日】2023-02-06

(54)【発明の名称】プラズマエッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230130BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230130BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H05H1/46 L

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019054272

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020155678

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】作石 敏幸

(72)【発明者】

【氏名】森川 泰宏

【審査官】高柳 匡克

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０５９６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５１５８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２７３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８４８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８０９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３９０７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板に保護膜を形成可能なガスであるフッ素含有ガスと酸素含有ガスとを用いてマスクが形成されたシリコン基板をエッチングする方法であって、
高周波電力を第１デューティ比でバイアス電極に供給することによって、前記シリコン基板の表面に開口した凹部を前記シリコン基板に形成することと、
前記高周波電力を前記第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比で前記バイアス電極に供給することによって、前記凹部の側面における前記保護膜の形成と、前記凹部の底におけるエッチングとを進行させ、これによって、前記開口よりも縮径されるように、前記シリコン基板の裏面に向けて先細る凹曲面を、前記シリコン基板内に位置する前記凹部の前記底に形成することと、を含む
プラズマエッチング方法。

【請求項2】

前記第１デューティ比は、５０％よりも大きく１００％以下であり、
前記第２デューティ比は、５０％以下である
請求項１に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項3】

前記凹曲面を前記凹部の底に形成することは、前記高周波電力の供給を１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数で行うことを含む
請求項１または２に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項4】

前記凹曲面を前記凹部の底に形成することは、前記高周波電力を前記第２デューティ比で前記バイアス電極に供給した後に、前記高周波電力を前記第２デューティ比よりも小さい第３デューティ比で前記バイアス電極に供給することを含む
請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項5】

前記凹部を前記シリコン基板に形成すること、および、前記凹曲面を前記凹部の底に形成することを経て形成された前記凹曲面を含む凹部において、当該凹部が有する開口の直径に対する当該凹部の深さの比が、１以上１００以下である
請求項１から４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【請求項6】

前記高周波電力の周波数は、１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン基板に凹部を形成する際には、第１工程と第２工程とを含むエッチング方法が用いられている。第１工程では、ＨＢｒガスとＣＨＦ_３ガスとの混合ガスを用い、かつ、シリコン基板のステージにバイアス電力を供給することによって、シリコン基板に凹部を形成する。第２工程では、ＳＦ_６ガスとＣＨＦ_３ガスとの混合ガスを用い、かつ、シリコン基板のステージにバイアス電力を供給しない。第２工程では、第１工程によって形成された凹部の底付近に等方的なエッチングを施すことによって、凹部の底に凹曲面を形成する（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２５９９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、第２工程に用いられるＣＨＦ_３ガスは、凹部の内表面に炭素を含む保護膜を形成する。この際、上述した第２工程は、フッ素を含有したイオンであるエッチャントを凹部内へ能動的には引き込まず、エッチャントが気流などに乗って凹部内に入ることに任せて、エッチングを進行させる。結果として、凹部内に入るエッチャントの流量がシリコン基板ごとに区々となり、例えば、凹部内に入るエッチャントの流量が低い場合には、シリコン基板のエッチングが保護膜によって過度に阻まれたり、保護膜の一部が残渣として凹部の内表面に残ったりしてしまう。反対に、凹部内に入るエッチャントの流量が高い場合には、凹部内での等方的なエッチングが過度に進んでしまい、マスクの開口よりも外側に向けて広がるように、アンダーカットを有した凹部が形成されてしまう。

【0005】

このように、上述した第１工程および第２工程を備えるエッチング方法では、所望の形状を有した凹部を形成するためのエッチング条件の至適範囲が非常に狭く、それゆえに、所望の形状を有した凹部を再現よく形成することが困難となっている。
本発明は、凹部が有する形状の再現性を向上可能としたプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためのプラズマエッチング方法は、シリコン基板に保護膜を形成可能なガスであるフッ素含有ガスと酸素含有ガスとを用いてマスクが形成されたシリコン基板をエッチングする方法であって、高周波電力を第１デューティ比でバイアス電極に供給することによって、前記シリコン基板の表面に開口した凹部を前記シリコン基板に形成することと、前記高周波電力を前記第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比で前記バイアス電極に供給することによって、前記シリコン基板の裏面に向けて先細る凹曲面を前記凹部の底に形成することと、を含む。

【0007】

上記構成によれば、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとは、凹部の内表面に保護膜を形成しながら、凹曲面を底に有した凹部を形成する。この際、凹曲面を形成するときのデューティ比が、凹部を形成するときのデューティ比よりも小さいため、フッ素を含有したイオンを凹部内へ能動的に引き込みながらも、凹曲面を形成することができる。すなわち、フッ素を含有したイオンの能動的な引き込みが、凹部の形成と凹曲面の形成との両方で実行可能であるから、凹部が有する形状の再現性が向上可能ともなる。

【0008】

上記プラズマエッチング方法において、前記第１デューティ比は、５０％よりも大きく１００％以下であり、前記第２デューティ比は、５０％以下であってもよい。

【0009】

上記構成によれば、第１デューティ比が５０％よりも大きく１００％以下の範囲に含まれるため、シリコン基板でのサイドエッチングが抑えられる。また、第２デューティ比が５０％以下であるため、シリコン基板に引き込まれるイオンの量を、凹曲面の形成が可能な量に抑えることが可能である。

【0010】

上記プラズマエッチング方法において、前記凹曲面を前記凹部の底に形成することは、前記高周波電力の供給を１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数で行うことを含んでもよい。

【0011】

上記構成によれば、凹曲面を形成する際に、高周波電力の供給と停止とを繰り返すことによって、シリコン基板のエッチングを主として実施可能な期間と、保護膜の形成を主として実施可能な期間とを、各別に十分に確保することができる。これにより、凹部の底に凹曲面を形成することが可能である。

【0012】

上記プラズマエッチング方法において、前記凹曲面を前記凹部の底に形成することは、前記高周波電力を前記第２デューティ比で前記バイアス電極に供給した後に、前記高周波電力を前記第２デューティ比よりも小さい第３デューティ比で前記バイアス電極に供給することを含んでもよい。

【0013】

上記構成によれば、第２デューティ比よりもさらに小さい第３デューティ比を用いて凹曲面を形成するため、第２デューティ比のみを用いる場合と比べて、凹曲面の形状をさらに丸みを帯びた曲面とすることができる。

【0014】

上記プラズマエッチング方法において、前記凹部を前記シリコン基板に形成すること、および、前記凹曲面を前記凹部の底に形成することを経て形成された前記凹曲面を含む凹部において、当該凹部が有する開口の直径に対する当該凹部の深さの比が、１以上１００以下であってもよい。上記構成によれば、開口の直径に対する深さが１以上１００以下のような、高いアスペクト比を有した凹部を再現よく形成することができる。

【0015】

上記プラズマエッチング方法において、前記高周波電力の周波数は、１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であってもよい。上記構成によれば、高周波電力の周波数が１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であるから、フッ素を含有したイオンであるエッチャントを凹部内に引き込むことが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】プラズマエッチング装置の構成における一例を模式的に示す装置構成図。

【図2】第１工程においてバイアス電極に供給される高周波電力を説明するためのタイミングチャート。

【図3】（ａ）から（ｃ）は、第１工程によってシリコン基板に形成される凹部の一例を模式的に示す断面図。

【図4】（ａ）第２工程においてバイアス電極に供給される高周波電力の第１例を説明するためのタイミングチャート、（ｂ）第２工程によってシリコン基板に形成される凹曲面の第１例を模式的に示す断面図。

【図5】（ａ）第２工程においてバイアス電極に供給される高周波電力の第２例を説明するためのタイミングチャート、（ｂ）第２工程によってシリコン基板に形成される凹曲面の第２例を模式的に示す断面図。

【図6】（ａ）第２工程においてバイアス電極に供給される高周波電力の第３例を説明するためのタイミングチャート、（ｂ）第２工程によってシリコン基板に形成される凹曲面の第３例を模式的に示す断面図。

【図7】（ａ）試験例１によって形成された凹部の断面構造を撮影したＳＥＭ画像、（ｂ）試験例２によって形成された凹部の断面構造を撮影したＳＥＭ画像。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１から図７を参照して、プラズマエッチング方法の一実施形態を説明する。以下では、ドライエッチング方法が実施されるプラズマエッチング装置の構成、プラズマエッチング方法、および、試験例を順に説明する。

【0018】

［プラズマエッチング装置の構成］
図１を参照して、プラズマエッチング装置の構成を説明する。
図１が示すように、プラズマエッチング装置１０は、有底の筒体形状を有したチャンバ本体１１を備えている。チャンバ本体１１の上側開口は、石英板１２によって封止されている。チャンバ本体１１と石英板１２とによって区画される空間がチャンバ空間１１Ｓである。チャンバ空間１１Ｓには、エッチングの対象であるシリコン基板Ｓを保持するステージ１３が配置されている。

【0019】

ステージ１３に内蔵されたバイアス電極１３Ｐは、バイアス用整合器１４を介してバイアス用電源１５に接続されている。バイアス用電源１５は、１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下の高周波電力を出力する。本実施形態では、バイアス用電源１５は、例えば４００ｋＨｚの高周波電力を出力する。バイアス用整合器１４は、バイアス用電源１５の出力インピーダンスと、高周波電力が入力される負荷の入力インピーダンスとを整合させる。

【0020】

石英板１２に対してチャンバ空間１１Ｓとは反対側には、ＩＣＰアンテナ２１が配置されている。ＩＣＰアンテナ２１は、例えば、シリコン基板Ｓの周方向に２回半巻き回された渦巻き形状を有する２段のコイルから構成されている。ＩＣＰアンテナ２１は、渦巻き形状における中心側の端部である入力端子２１Ｉと、渦巻き形状における外側の端部である出力端子２１Ｏとを有している。

【0021】

ＩＣＰアンテナ２１の入力端子２１Ｉには、アンテナ用整合器２２を介してアンテナ用電源２３が接続されている。アンテナ用電源２３は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を出力する。ＩＣＰアンテナ２１の出力端子２１Ｏは、ブロッキングコンデンサ２４を介して接地電位に接続されている。アンテナ用整合器２２は、アンテナ用電源２３の出力インピーダンスと、低周波電力が入力される負荷の入力インピーダンスとを整合させる。ブロッキングコンデンサ２４は、ＩＣＰアンテナ２１の出力端子２１Ｏが接地電位に接続された場合と比べて、出力端子２１Ｏにおける電位の振幅を増大させる機能を有している。ブロッキングコンデンサ２４は、チャンバ空間１１Ｓにおけるプラズマ密度として所望の密度が得られるように、ＩＣＰアンテナ２１に流れる電流を調整する。ブロッキングコンデンサ２４の有する容量値の範囲は、例えば、１０ｐＦ以上１００ｐＦ以下である。

【0022】

石英板１２の外周には、チャンバ空間１１Ｓに磁気中性線を形成する磁場コイル２５が配置されている。磁場コイル２５は、上段コイル２５Ａ、中段コイル２５Ｂ、および、下段コイル２５Ｃから形成されている。磁場コイル２５が有する３つのコイルの各々には、磁気中性線を形成するための電流を供給する電流源２６が別々に接続されている。

【0023】

上段コイル２５Ａには上段電流源２６Ａが接続され、中段コイル２５Ｂには中段電流源２６Ｂが接続され、下段コイル２５Ｃには下段電流源２６Ｃが接続されている。上段電流源２６Ａと下段電流源２６Ｃとは、互いに同じ向きの電流を当該電流の供給先である上段コイル２５Ａ、および、下段コイル２５Ｃに出力する。中段電流源２６Ｂは、中段電流源２６Ｂ以外の他の電流源とは逆向きの電流を中段コイル２５Ｂに出力する。各電流源２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにおいて、チャンバ空間１１Ｓに磁気中性線が形成されるように、各電流の流れる方向と各電流の大きさとが設定されている。

【0024】

チャンバ本体１１に形成された排気ポート１１Ｐ１には、チャンバ空間１１Ｓの流体を排気する排気部３１が接続されている。排気部３１は、例えば、チャンバ空間１１Ｓの圧力を調整する圧力調整弁や各種のポンプを備えている。

【0025】

チャンバ本体１１に形成されたガス供給ポート１１Ｐ２には、チャンバ空間１１Ｓにエッチングガスを流すガス供給部３２が接続されている。ガス供給部３２は、フッ素含有ガスを供給するマスフローコントローラーと、酸素含有ガスを供給するマスフローコントローラーとを備えている。本実施形態において、フッ素含有ガスは六フッ化硫黄ガス（ＳＦ_６）ガスであり、酸素含有ガスは酸素（Ｏ_２）ガスである。

【0026】

プラズマエッチング装置１０は、バイアス用整合器１４、バイアス用電源１５、アンテナ用整合器２２、アンテナ用電源２３、電流源２６、排気部３１、および、ガス供給部３２の各々の駆動を制御する制御装置３３を備えている。

【0027】

制御装置３３は、バイアス電極１３Ｐに供給する高周波電力の目標値、および、ＩＣＰアンテナ２１に供給する高周波電力の目標値の各々をプロセス条件の一つとして記憶している。制御装置３３は、バイアス用電源１５の出力電力がその目標値になるように、また、アンテナ用電源２３の出力電力がその目標値になるように、各電源１５，２３の出力動作を制御する。

【0028】

制御装置３３は、磁場コイル２５に供給する電流の目標値、および、エッチングガスの流量の目標値の各々をプロセス条件の一つとして記憶している。制御装置３３は、電流源２６の出力電流がその目標値になるように、また、ガス供給部３２の供給するエッチングガスの流量が目標値になるように、電流源２６の出力動作、および、ガス供給部３２の出力動作を制御する。さらに、制御装置３３は、アンテナ用電源２３に向けた反射電力が小さくなるように、また、バイアス用電源１５に向けた反射電力が小さくなるように、各整合器１４，２２の出力動作を制御する。

【0029】

例えば、制御装置３３は、制御装置３３が記憶しているプロセス条件に基づいて、バイアス用電源１５、アンテナ用電源２３、電流源２６、および、ガス供給部３２の各々の出力動作を制御して、フッ素含有ガスを用いたプラズマＰと、酸素含有ガスを用いたプラズマＰとを、シリコン基板Ｓに対して同時に供給する。フッ素含有ガスを用いたプラズマＰは、磁場コイル２５の形成する磁気中性線によって高密度化されて、シリコン基板Ｓの厚さ方向に延びる凹部の形成を促す。また、酸素含有ガスを用いたプラズマＰは、磁場コイル２５の形成する磁気中性線によって高密度化されて、シリコン基板Ｓに形成された凹部の側壁がエッチングされることを保護する保護膜を凹部の側壁に形成する。

【0030】

［プラズマエッチング方法］
図２から図６を参照して、プラズマエッチング方法を説明する。
プラズマエッチング方法は、フッ素含有ガスと酸素含有ガスとを用いてマスクが形成されたシリコン基板Ｓをエッチングする方法である。フッ素含有ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用いることによって、シリコン基板Ｓに保護膜を形成することが可能である。プラズマエッチング方法は、凹部をシリコン基板Ｓに形成することと、凹曲面を凹部の底に形成することとを含む。凹部をシリコン基板Ｓに形成することでは、高周波電力を第１デューティ比でバイアス電極１３Ｐに供給することによって、シリコン基板Ｓの表面に開口した凹部をシリコン基板Ｓに形成する。凹曲面を凹部の底に形成することでは、高周波電力を第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比でバイアス電極１３Ｐに供給することによって、シリコン基板の裏面に向けて先細る凹曲面を凹部の底から形成する。以下、図面を参照して、プラズマエッチング方法をより詳しく説明する。

【0031】

図２は、凹部をシリコン基板Ｓに形成することにおいて、バイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力を模式的に示している。以下では、凹部をシリコン基板Ｓに形成することを第１工程とも称する。

【0032】

図２が示すように、第１工程では、高周波電力が、第１デューティ比でバイアス電極１３Ｐに供給される。デューティ比は、高周波電力が繰り返して供給される周期に対する高周波電力が供給されている期間の割合である。本実施形態では、第１デューティ比は、１００％である。なお、第１デューティ比は１００％に限らず、第１デューティ比は５０％よりも大きく１００％以下の範囲に含まれる他の値であってもよい。第１デューティ比が５０％よりも大きく１００％以下の範囲に含まれるため、シリコン基板Ｓに対してイオンの引き込みが行われない期間を第１工程における半分未満の期間に抑えることができる。これにより、シリコン基板Ｓの等方的なエッチングが、シリコン基板Ｓにおいてサイドエッチングを生じさせることが抑えられる。

【0033】

バイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力の周波数は、１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下である。高周波電力の周波数が１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下であれば、フッ素を含有したイオンであるエッチャントをバイアス電圧によって凹部内に引き込むことが容易となる。

【0034】

図３は、第１工程におけるシリコン基板Ｓの状態を模式的に示している。
図３（ａ）が示すように、第１工程においてエッチングされるシリコン基板Ｓの表面には、マスクＭが形成されている。マスクＭは、シリコン基板Ｓに形成すべき凹部の形状および位置に応じた開口部Ｍａを有している。マスクＭは、複数の開口部Ｍａを有している。

【0035】

図３（ｂ）が示すように、ＳＦ_６ガスおよびＯ_２ガスを用いたエッチングが行われることによって、シリコン基板Ｓに凹部ＳＲが形成される。ＳＦ_６ガスから生成されたプラズマに含まれるエッチャントが、シリコン基板Ｓのなかで開口部Ｍａから露出する部分に供給される。エッチャントは、例えば、フッ素含有イオンやフッ素含有ラジカルである。これにより、シリコン基板Ｓがエッチングされる。この際に、酸素ガスから生成されたプラズマに含まれる酸素含有イオンや酸素含有ラジカルもシリコン基板Ｓに供給される。これによって、シリコン基板Ｓのなかで開口部Ｍａから露出する部分には、シリコンよりもＳＦ_６ガスから生成されたプラズマによってエッチングされにくい保護膜ＳＰが形成される。保護膜ＳＰは、シリコンを含み、酸素および硫黄の少なくとも一方を含み得る。

【0036】

バイアス電極１３Ｐに高周波電力が供給されているため、プラズマ中に含まれるエッチャントのうち、フッ素含有イオンがシリコン基板Ｓの表面に対して垂直な方向に沿ってシリコン基板Ｓに引き込まれる。また、フッ素含有ラジカルもシリコン基板Ｓの表面に対して垂直な方向に沿ってシリコン基板Ｓに供給される。これにより、凹部ＳＲの底ＳＲｂに形成された保護膜ＳＰが除去され、かつ、シリコン基板Ｓの厚さ方向に沿うエッチングが進行する。一方で、凹部ＳＲの側面にはフッ素ラジカルが供給されるが、フッ素イオンがほぼ供給されない。そのため、凹部ＳＲの側面に形成された保護膜ＳＰは、凹部ＳＲの側面に残る。

【0037】

図３（ｃ）が示すように、シリコン基板Ｓのエッチングが継続されることによって、シリコン基板Ｓの厚さ方向に沿って延びる形状を有し、かつ、側面に保護膜ＳＰが位置した凹部ＳＲが形成される。

【0038】

図４から図６は、それぞれ第２工程の一例を示している。なお、図４（ａ）、図５（ａ）、および、図６（ａ）は、第２工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力のタイミングチャートである。一方で、図４（ｂ）、図５（ｂ）、および、図６（ｂ）は、第２工程の終了時におけるシリコン基板Ｓの状態を模式的に示している。なお、図４（ｂ）、図５（ｂ）、および、図６（ｂ）は、シリコン基板Ｓの表面に直交する平面に沿う断面構造を示している。

【0039】

図４（ａ）が示すように、第２工程において、バイアス電極１３Ｐに高周波電力が供給されている期間が第１期間Ｔ１であり、バイアス電極１３Ｐに高周波電力が供給されていない期間が第２期間Ｔ２である。第１期間Ｔ１と、第１期間Ｔ１に続く第２期間Ｔ２とが、１つの周期Ｃを形成している。周期Ｃに対する第１期間Ｔ１の百分率（Ｔ１／Ｃ×１００）が、第２デューティ比である。第２デューティ比は、５０％以下である。なお、図４が示す例では、第２デューティ比が５０％である。

【0040】

第２工程では、周期Ｃおよび第２デューティ比に応じて、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが交互に繰り返される。第１期間Ｔ１では、バイアス電極１３Ｐに高周波電力が供給されるため、上述した第１工程と同様に、側面における保護膜ＳＰの形成と、凹部ＳＲの底におけるエッチングとが進行する。

【0041】

一方で、第２期間Ｔ２では、バイアス電極１３Ｐに高周波電力が供給されないため、第１期間Ｔ１に比べて、シリコン基板Ｓにイオンが供給されにくい。これにより、シリコン基板Ｓでは、シリコン基板Ｓとシリコン基板Ｓに供給されたラジカルとの反応が主に進行する。ここで、シリコン基板Ｓのエッチャントとして機能するフッ素含有ラジカル、および、保護膜ＳＰを形成するための酸素含有ラジカルは、凹部ＳＲを区画する面の全体に供給される。

【0042】

ただし、凹部ＳＲを区画する面では、凹部ＳＲの形状に起因して、各ラジカルが供給される確率に分布が形成される。詳細には、凹部ＳＲの深さ方向では、凹部ＳＲを区画する面のなかで、深さが深い部位ほど各ラジカルが入射しにくい。また、シリコン基板Ｓの表面と対向する方向から見て、凹部ＳＲの底ＳＲｂにおける縁および縁の近傍には、各ラジカルが入射しにくい。そのため、凹部ＳＲを区画する面のなかで、各ラジカルは、底ＳＲｂと側面とが形成する角部に対して最も入射しにくい。これにより、角部に一旦保護膜ＳＰが形成されると、当該保護膜ＳＰはエッチングされずに凹部ＳＲ内に残存する確率が高い。結果として、保護膜ＳＰのなかで、角部に位置する部分の厚さが、他の部位に位置する部分の厚さよりも厚くなりやすい。

【0043】

そして、第２工程の後の第１工程では、フッ素含有イオンが、シリコン基板Ｓの表面に対して垂直な方向に沿って、シリコン基板Ｓに再び引き込まれる。この際に、保護膜ＳＰのなかで、角部に位置する部分の厚さ厚いため、シリコン基板Ｓのうちで、角部近傍におけるエッチングが、底ＳＲｂの中央部におけるエッチングよりも進行しにくい。

【0044】

図４（ｂ）が示すように、こうした第１工程と第２工程とが周期Ｃに応じて繰り返されることによって、第２工程では、第１工程にて形成された凹部ＳＲの底ＳＲｂからシリコン基板Ｓの裏面に向けて先細る凹曲面ＳＣを形成することが可能である。凹曲面ＳＣの曲率中心は、凹部ＳＲによって区画される領域内に位置している。

【0045】

第２工程では、高周波電力の供給を１Ｈｚ以上１００Ｈｚ以下の周波数で行うことができる。すなわち、第２工程では、周期Ｃの長さを１０ミリ秒以上１秒以下の範囲に含まれるいずれかの長さに設定することができる。このように、凹曲面ＳＣを形成する際に、高周波電力の供給と停止とを繰り返すことによって、シリコン基板Ｓのエッチングが主である期間と、保護膜ＳＰの形成が主である期間とを繰り返すことができる。すなわち、シリコン基板Ｓをエッチングする期間と、保護膜ＳＰを成長させる期間とを、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とで確保することができる。

【0046】

図５（ａ）は、第２デューティ比が３０％である場合のタイミングチャートであり、図６（ａ）は、第２デューティ比が１０％である場合のタイミングチャートである。そして、図５（ｂ）は、第２デューティ比が３０％である場合にシリコン基板Ｓに形成される凹部ＳＲの形状を示し、図６（ｂ）は、第２デューティ比が１０％である場合にシリコン基板Ｓに形成される凹部ＳＲの形状を示している。

【0047】

先に参照した図４（ｂ）、図５（ｂ）、および、図６（ｂ）に示される断面構造の比較によるように、第２デューティ比の値が小さくなるほど、シリコン基板Ｓに形成される凹曲面ＳＣにおいて、凹曲面ＳＣを含む円の半径が大きくなる傾向を有する。また、第２デューティ比の値が小さくなるほど、周期Ｃの数が同じである場合に、第１工程において形成された底ＳＲｂのエッチングによって形成された面において凹曲面ＳＣが占める割合が大きくなる傾向を有する。

【0048】

第２デューティ比の値が小さくなるほど、側面と底ＳＲｂとによって形成される角部には、保護膜ＳＰが形成されやすくなる。そのため、第２デューティ比の値が小さくなる程、保護膜ＳＰのなかで、角部に位置する部位の厚さが厚くなる。これにより、第２工程の後の第１工程において、底ＳＲｂのなかで、凹部ＳＲの深さ方向に沿ってエッチングされる領域が小さくなる。結果として、第２デューティ比の値が小さくなるほど、凹曲面ＳＣを含む円の半径が大きくなる傾向を有し、かつ、底ＳＲｂのエッチングによって形成された面において凹曲面ＳＣが占める割合が大きくなる傾向を有する。すなわち、第２デューティ比の値が小さくなるほど、凹曲面ＳＣは丸みを帯びた曲面となる。

【0049】

図４（ｂ）、図５（ｂ）、および、図６（ｂ）が示すように、第１工程および第２工程を経て形成された凹部ＳＲにおいて、凹部ＳＲが有する開口の直径φに対する深さＤの比（Ｄ／φ）が、凹部ＳＲのアスペクト比である。第１工程および第２工程を経て形成された凹部ＳＲにおいて、アスペクト比が、１以上１００以下であることが好ましい。アスペクト比が大きいほど、凹部ＳＲの底に到達するエッチャントの数量は下がり、凹部ＳＲの形状を制御し難くなる。そのため、１０以上の大きなアスペクト比を有した凹部ＳＲにおいては、第２デューティ比での高周波電力の供給による凹曲面ＳＣの形状制御がさらに有用な技術となる。

【0050】

本実施形態において、第２工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力の周波数は、第１工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力の周波数に等しい。また、第２工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力のピークピーク値は、第１工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力のピークピーク値に等しい。このように、第１工程から第２工程に進行する際に、高周波電力の周波数および大きさを変更しないことによって、チャンバ空間１１Ｓ内でのプラズマの生成が不安定になることが抑えられる。さらには、第１工程から第２工程に進行する際に、高周波電力の大きさを変更しないことによって、高周波電力の大きさを小さくする場合に比べて、第２工程において凹部ＳＲの深さ方向に沿うエッチングが進行しにくくなることが抑えられる。

【0051】

なお、第２工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力では、周波数および大きさの少なくとも一方が、第１工程においてバイアス電極１３Ｐに供給される高周波電力とは異なってもよい。

【0052】

［試験例］
図７を参照して試験例を説明する。
［試験例１］
マスクが形成されたシリコン基板を準備した。シリコン基板に対して以下の条件で複数の凹部を形成した。これにより、試験例１のシリコン基板を得た。

【0053】

・フッ素含有ガス ＳＦ_６ガス
・フッ素含有ガスの流量 ３００ｓｃｃｍ
・酸素含有ガス Ｏ_２ガス
・酸素含有ガスの流量 １５０ｓｃｃｍ
・チャンバ空間の圧力 １０Ｐａ
・高周波電力の周波数 ４００ｋＨｚ
・高周波電力の大きさ ２０Ｗ
・第１工程の期間 ２分
・第１デューティ比 １００％
・第２工程の期間 １分
・第２デューティ比 １０％
・第２工程の周波数 １０Ｈｚ

【0054】

［試験例２］
第１工程の期間を３分に設定し、かつ、第２工程を行わずに凹部を形成した以外は、試験例１と同一の条件によってシリコン基板に凹部を形成した。これにより、試験例２のシリコン基板を得た。

【0055】

［評価結果］
試験例１のシリコン基板、および、試験例２のシリコン基板を、各シリコン基板の表面に直交する平面に沿って切断した。これにより、試験例１のシリコン基板、および、試験例２のシリコン基板の各々について、観察用の断面を形成した。走査型電子顕微鏡を用いて、各シリコン基板における観察用の断面を撮影した。試験例１のシリコン基板における観察用の断面を撮影することによって、図７（ａ）が示すＳＥＭ画像が得られた。また、試験例２のシリコン基板における観察用の断面を撮影することによって、図７（ｂ）が示すＳＥＭ画像が得られた。

【0056】

図７（ａ）が示すように、試験例１のシリコン基板Ｓでは、凹部ＳＲの底が、シリコン基板Ｓの裏面に向けて先細る凹曲面によって形成されていることが認められた。試験例１によるように、第１工程と第２工程とを経て凹部ＳＲを形成することによって、凹曲面を有した凹部ＳＲを形成することが可能であることが認められた。

【0057】

これに対して、図７（ｂ）が示すように、試験例２のシリコン基板Ｓでは、凹部ＳＲの底が、シリコン基板Ｓの表面に対してほぼ平行な平面によって形成されていることが認められた。試験例２によるように、第１工程のみを経て凹部ＳＲを形成した場合には、凹部ＳＲの底が平面によって形成されることが認められた。

【0058】

以上説明したように、ドライエッチング方法の一実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）凹曲面ＳＣを形成するときの第２デューティ比が、凹部ＳＲを形成するときの第１デューティ比よりも小さいため、エッチャントを凹部ＳＲ内へ能動的に引き込みながらも、凹曲面ＳＣを形成することができる。

【0059】

（２）第１デューティ比が５０％よりも大きく１００％以下の範囲に含まれるため、シリコン基板Ｓでのサイドエッチングが抑えられる。また、第２デューティ比が５０％以下であるため、シリコン基板Ｓに引き込まれるエッチャントの量を、凹曲面ＳＣの形成が可能な量に抑えることが可能である。

【0060】

（３）高周波電力の供給を１０ミリ秒以上１秒以下の周期で行う場合には、シリコン基板Ｓのエッチングを主として実施可能な期間と、保護膜ＳＰの形成を実施可能な期間とを、各別に十分に確保することができる。

【0061】

（４）１０以上の大きなアスペクト比を有した凹部ＳＲにおいては、第２デューティ比での高周波電力の供給による凹曲面ＳＣの形状制御がさらに有用な技術となる。

【0062】

（５）高周波電力の周波数が１００ｋＨｚ以上４０ＭＨｚ以下である場合には、エッチャントをバイアス電圧によって凹部ＳＲ内に引き込むことが容易となる。

【0063】

なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
［プラズマエッチング方法］
・凹曲面ＳＣを凹部ＳＲの底に形成することは、高周波電力を第２デューティ比でバイアス電極に供給した後に、高周波電力を第２デューティ比よりも小さい第３デューティ比でバイアス電極に供給することを含んでもよい。

【0064】

この変更例によれば、第２デューティ比よりもさらに小さい第３デューティ比を用いて凹曲面ＳＣを形成するため、第２デューティ比のみを用いる場合と比べて、凹曲面ＳＣの形状をさらに丸みを帯びた曲面とすることができる。

【0065】

［フッ素含有ガス］
・フッ素含有ガスは、ＳＦ_６ガスに限らず、例えば、ＣＦ_４ガス、および、ＮＦ_３ガスなどであってもよい。

【0066】

［酸素含有ガス］
・酸素含有ガスは、Ｏ_２ガスに限らず、例えば、二酸化炭素ガス、および、二酸化窒素ガスなどであってもよい。

【符号の説明】

【0067】

１０…プラズマエッチング装置、１１…チャンバ本体、１１Ｐ１…排気ポート、１１Ｐ２…ガス供給ポート、１１Ｓ…チャンバ空間、１２…石英板、１３…ステージ、１３Ｐ…バイアス電極、１４…バイアス用整合器、１５…バイアス用電源、２１…ＩＣＰアンテナ、２１Ｉ…入力端子、２１Ｏ…出力端子、２２…アンテナ用整合器、２３…アンテナ用電源、２４…ブロッキングコンデンサ、２５…磁場コイル、２５Ａ…上段コイル、２５Ｂ…中段コイル、２５Ｃ…下段コイル、２６…電流源、２６Ａ…上段電流源、２６Ｂ…中段電流源、２６Ｃ…下段電流源、３１…排気部、３２…ガス供給部、３３…制御装置、Ｃ…周期、Ｄ…深さ、Ｍ…マスク、Ｍａ…開口部、Ｐ…プラズマ、Ｓ…シリコン基板、ＳＣ…凹曲面、ＳＰ…保護膜、ＳＲ…凹部、ＳＲｂ…底、Ｔ１…第１期間、Ｔ２…第２期間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】