特許 7253729 ガス生成方法およびエッチング装置

(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】2023-03-30

(45)【発行日】2023-04-07

(54)【発明の名称】ガス生成方法およびエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230331BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20230331BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 101G

H05H1/46 M

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018186613

(22)【出願日】2018-10-01

(65)【公開番号】P2020057682

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-08-26

(73)【特許権者】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】大参 宏昌

(72)【発明者】

【氏名】安武 潔

(72)【発明者】

【氏名】酒井 伊都子

(72)【発明者】

【氏名】林 久貴

(72)【発明者】

【氏名】福原 成太

(72)【発明者】

【氏名】大内 淳子

(72)【発明者】

【氏名】金高 秀海

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０４９２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２６１４９８（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】

エッチングガスを生成する第１チャンバと、前記エッチングガスを用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備えたエッチング装置におけるガス生成方法であって、
前記第１チャンバへ炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスを供給し、前記第１チャンバ内の圧力をエッチング処理時における前記第２チャンバ内の圧力よりも高くし、 前記第１チャンバ内において、前記第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成し、
前記第２ガスをエッチングガスとして前記第２チャンバへ供給することを具備し、
前記第１ガスは、ＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に含み、
前記第２ガスは、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは正整数）を主に含み、
少なくともｘ＞ｍである、ガス生成方法。

【請求項2】

エッチングガスを生成する第１チャンバと、前記エッチングガスを用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備えたエッチング装置におけるガス生成方法であって、
前記第１チャンバへ炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスを供給し、前記第１チャンバ内の圧力をエッチング処理時における前記第２チャンバ内の圧力よりも高くし、 前記第１チャンバ内において、前記第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成し、
前記第２ガスをエッチングガスとして前記第２チャンバへ供給することを具備し、
前記第１ガスは、ＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に含み、
前記第２ガスは、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは正整数）を主に含み、
ｘ／ｙ＞ｍ／ｎである、ガス生成方法。

【請求項3】

エッチングガスを生成する第１チャンバと、前記エッチングガスを用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備えたエッチング装置におけるガス生成方法であって、
前記第１チャンバへ炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスを供給し、前記第１チャンバ内の圧力をエッチング処理時における前記第２チャンバ内の圧力よりも高くし、 前記第１チャンバ内において、前記第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成し、
前記第２ガスをエッチングガスとして前記第２チャンバへ供給することを具備し、
前記第１ガスは、ＣＦ_４を主に含み、
前記第２ガスは、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８の少なくとも１つを主に含む、ガス生成方法。

【請求項4】

前記第１チャンバは、基板を搭載可能な第１電極と、前記第１ガスに電界を印加する第２電極とを備えており、
前記第１電極と前記第２電極の間を約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上の高周波電極密度に設定可能である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス生成方法。

【請求項5】

エッチングガスを生成する第１チャンバと、前記エッチングガスを用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備えたエッチング装置におけるガス生成方法であって、
前記第１チャンバへ炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスを供給し、前記第１チャンバ内の圧力をエッチング処理時における前記第２チャンバ内の圧力よりも高くし、 前記第１チャンバ内において、前記第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成し、
前記第２ガスをエッチングガスとして前記第２チャンバへ供給することを具備し、
前記第１チャンバは、前記第１ガスに電界を印加する第１および第２電極を備え、
前記第２ガスの生成において、前記第１電極と前記第２電極との間にある前記第１ガスを電離させることによって前記第２ガスを生成し、
前記第１ガスは、ＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に含み、
前記第２ガスは、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは正整数）を主に含み、
少なくともｘ≦ｍである、ガス生成方法。

【請求項6】

前記第１電極と前記第２電極の間を約５ｋＷ／ｃｍ^３以上の高周波電極密度に設定可能である、請求項５に記載のガス生成方法。

【請求項7】

炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成する第１チャンバと、
前記第２ガスをエッチングガスとして用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備え、
前記第２ガスの生成時における前記第１チャンバ内の圧力は、エッチング処理時における前記第２チャンバ内の圧力よりも高く、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に設けられ、前記第２ガスから不要なガスを取り除く、もしくは不要なガスも含む第２ガスから必要となるガス群を吸着・脱離して抽出する精製部をさらに備える、エッチング装置。

【請求項8】

前記第１チャンバは、基板を搭載可能な第１電極と、前記第１ガスに電界を印加する第２電極とを備えている、請求項７に記載のエッチング装置。

【請求項9】

前記第１電極と対向する前記第２電極の対向面は略円形であり、
前記第２電極の前記対向面の直径は約１０ｍｍであり、
前記第１電極と前記第２電極との間の距離は約５ｍｍ以下である、請求項８に記載のエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、ガス生成方法およびエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）は、スケーリング則に基づいた微細化・高集積化を推し進めることでその性能を向上させてきた。ＵＬＳＩの製造プロセスにはフォトリソグラフィー・成膜・化学機械研磨・エッチング等の工程があるが、特にエッチングプロセスにおいては非常に高精度な加工形状制御が求められており、プラズマによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）が重要な役割を担っている。近年の高集積化を実現するためには微細化（ウェハの平面方向の縮小）に加えて３次元化（厚さ方向の増大）が進んでおり、その結果として、エッチング形状の縦横比率、つまりアスペクト比の増大に対する対応が求められている。エッチング装置においては、エッチング処理に最適なエッチングガスを得るために、様々な種類のエッチングガスを所望の比率で混合して導入する必要がある。１９８０年代にはエッチングガスとしてＣＦ_４／ＣＨＦ_３混合ガスなどが用いられていたが、１９９０年代になるとｃ（cyclo）－Ｃ_４Ｆ_８やＣ_４Ｆ_６およびｃ－Ｃ_５Ｆ_８といった分子量が大きく、Ｃ／Ｆ比の大きなガスが開発され使用される傾向が強くなった。しかし、これらの有効なエッチングガスの中には、高価なガスもあり、あるいは、入手が困難なガスもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第０５０２８１７号

【非特許文献】

【0004】

【文献】K. Fujita et al, Journal of Vacuum Science and Technology B, 17 (1999) 957.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アスペクト比の高いパターンを容易かつ低コストで形成可能とするガスの生成方法およびエッチング装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態によるガス生成方法は、エッチングガスを生成する第１チャンバと、エッチングガスを用いてエッチング処理を行う第２チャンバとを備えたエッチング装置におけるガス生成方法である。第１チャンバへ炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第１ガスを供給し、第１チャンバ内の圧力をエッチング処理時における第２チャンバ内の圧力よりも高くする。第１チャンバ内において、第１ガスに高周波電力を印加して該第１ガスから炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む第２ガスを生成する。第２ガスをエッチングガスとして第２チャンバへ供給する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態によるエッチング装置の構成例を示す概略断面図。

【図2】第１実施形態によるガス生成方法の一例を示すフロー図。

【図3】ソースガスＣｍＦｎのガス成分およびエッチングガスＣｘＦｙのガス成分のそれぞれの組成比を示すグラフ。

【図4】高周波電力密度とソースガスの利用効率の関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0009】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるエッチング装置１の構成例を示す概略断面図である。エッチング装置１は、ガス生成チャンバ１０と、エッチングチャンバ２０と、精製装置３０とを備えている。

【0010】

第１チャンバとしてのガス生成チャンバ１０は、第１電極としての接地電極１１と、第２電極としてのカーボン電極１２とを備えている。接地電極１１は、基板Ｗ０を搭載可能なステージとして設けられている。基板Ｗ０は、例えばシリコン等を含む半導体基板であるが特に限定されない。

【0011】

カーボン電極１２は、インピーダンスマッチング回路（図示せず）を介して高周波電源５０に接続されており、接地電極１１との間に高周波電力による電界を印加する。カーボン電極１２は、高い印加電力による温度上昇に耐え、ガスと反応しても好ましくない半導体デバイスの汚染源となるような金属化合物などの副生成物を排出しない、高純度のカーボン製である。接地電極１１に対向するカーボン電極１２の対向面は、例えば、略円形であり、その直径は、例えば、約１０ｍｍである。接地電極１１とカーボン電極１２との間の間隙は、約５ｍｍ以下であり、好ましくは約１ｍｍ以下である。

【0012】

ガス生成チャンバ１０には、ソースガス供給部４０が配管Ｐ１を介して配管接続されている。ガス生成チャンバ１０を真空排気系（図示せず）にて排気した後、ソースガス供給部４０よりソースガスを導入して所望の圧力に保つ。ソースガス供給部４０は、ガス生成チャンバ１０へ導入されるソースガスＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に格納するボンベである。第１実施形態では、ソースガス（第１ガス）は、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含むＣｍＦｎであり、ｍ値および比率ｍ／ｎの比較的低い低次のＰＦＣガスである。ソースガスＣｍＦｎは、例えば、主にＣＦ_４である。

【0013】

高周波電源５０は、例えば、約２００Ｗ以上の高周波電力を約１３．５６ＭＨｚ～３００ＭＨｚでカーボン電極１２に印加する。またチャンバ１０内の圧力を、１Ｔｏｒｒ以上、望ましくは１０Ｔｏｒｒ以上として粒子の平均自由行程を短くすることで、電極１２の先端近傍に局在プラズマを生成する。これにより、接地電極１１とカーボン電極１２との間の高周波電力密度を、約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上にすることができ、好ましくは約３ｋＷ／ｃｍ^３以上にすることができる。尚、高周波電源５０の出力（電力）は、接地電極１１とカーボン電極１２との対向面積やそれらの間の距離に応じて変更し、高周波電力密度を約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上にすることができ、好ましくは約３ｋＷ／ｃｍ^３以上にすればよい。

【0014】

高圧力の接地電極１１とカーボン電極１２との間で放電状態を維持し、それらの間にあるガスを電離させる。即ち、ガス生成チャンバ１０は、その内部のガスに高周波電力を印加することによって電離させ、プラズマ状態にする。これにより、ガス生成チャンバ１０は、エッチングガスを生成する。

【0015】

ここで、ガス生成チャンバ１０は、エッチング処理時におけるエッチングチャンバ２０内の圧力よりも高い圧力のもとでソースガスＣｍＦｎを電離させ、プラズマ状態Ｄにする。例えば、エッチング処理時におけるエッチングチャンバ２０内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒであるとすると、ガス生成チャンバ１０内のソースガスＣｍＦｎの圧力は、２０Ｔｏｒｒ～４００Ｔｏｒｒである。即ち、ガス生成チャンバ１０内の圧力は、エッチングチャンバ２０内の圧力よりも桁違いに高い。また、高周波電源５０は、接地電極１１とカーボン電極１２との間の高周波電力密度を約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上とする。このように高い圧力および高い電力密度のもとで、ＣＦ_４のような低次のＰＦＣガスを電離すると、解離反応だけでなく、合成反応も生じる。

【0016】

例えば、比較的低圧力のもとで誘導結合プラズマ（ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma））、あるいは容量結合プラズマ（ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma））を用いてＰＦＣガスを電離させた場合、ＣＦ_４→ＣＦ_３＋Ｆ→ＣＦ_２＋２Ｆ→ＣＦ＋３Ｆ→Ｃ＋４Ｆのような解離反応が主に生じる。

【0017】

これに対し、本実施形態のように、比較的高圧力および高電力密度のもとで、低次のＰＦＣガスを電離すると、高密度に生成されたラジカル間の衝突頻度が高いため、ＣＦ_２＋ＣＦ_２→Ｃ_２Ｆ_４、ＣＦ_２＋ＣＦ_２→Ｃ_２Ｆ_２＋２Ｆ、ＣＦ_２＋ＣＦ_３→Ｃ_２Ｆ_４＋Ｆ、ＣＦ_３＋ＣＦ_３→Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_２＋ＣＦ_３→Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_２Ｆ_４＋Ｃ_２Ｆ_４→Ｃ_４Ｆ_６＋２Ｆ、Ｃ_２Ｆ_４＋Ｃ_２Ｆ_４→Ｃ_４Ｆ_８等の合成反応も高い確率で生じる。即ち、比較的高圧力および高電力密度のもとで、ＣＦ_４のような低次ＰＦＣガスを電離すると、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８等の少なくとも１つを主に含む高次ＰＦＣガス（第２ガス）を生成することができる。

【0018】

一般化すると、本実施形態によるエッチング装置１は、比較的高圧力および高電力密度のもとで、ＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に含むソースガスを電離して、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは正整数）を主に含むエッチングガスを生成する。このとき、少なくともｘ＞ｍであり、並びに／あるいは、ｘ／ｙ＞ｍ／ｎである。即ち、第２ガスとしてのエッチングガスは、第１ガスとしてのソースガスよりも高次のＰＦＣガスとなる。ここでの高次とは、ｘ＞ｍであり、並びに／あるいは、ｘ／ｙ＞ｍ／ｎを示し、カーボンリッチな組成を有するＰＦＣガスを意味する。

【0019】

高次ガスは、アスペクト比の高いパターンを形成するために必要となるが、希少で高価である。例えば、Ｃ_４Ｆ_８ガスの単価は、ＣＦ_４ガスの単価よりも数倍高い。Ｃ_４Ｆ_６ガスの単価は、Ｃ_４Ｆ_８ガスの単価よりもさらに高い。

【0020】

しかし、本実施形態によれば、安価な低次ガスを主として含むソースガスを用いて、高価な高次ガスを主として含むエッチングガスを生成することができる。これにより、半導体装置の製造コストの上昇を抑制しつつ、エッチングガスとして高次ガスを用いることができる。その結果、アスペクト比の高いパターンを低コストで形成することができる。

【0021】

図１を再度参照して、エッチング装置１の構成の説明を続ける。ガス生成チャンバ１０において、電離したプラズマ状態のガスは活性状態であるので、前出のカーボン電極１２と同様に、接地電極１１との間に高周波電力による電界を印加したときにガスと反応しても悪影響を及ぼす恐れのない材質を選定する必要がある。例えば、接地電極１１上に基板Ｗ０を載置して、接地電極１１を保護する。この場合、基板Ｗ０が活性状態のガスに削られ、半導体の成分を含むガスが発生する。つまり、基板Ｗ０にシリコンを用いてかつＣＦ_４ガスを電離させた場合、ＳｉＦ_４が発生する。ＳｉＦ_４は汚染などの悪影響を及ぼすことなく、エッチングプロセスに利用してもよいが、不要な場合は、精製装置３０において除去できる。また、別の実施形態として、ＳｉＦ_４が不要な場合はＡｌ_２Ｏ_３やＣの基板Ｗ０を接地電極１１上に載置してもよい。それにより、放電による基板の消耗やＳｉＦ_４の発生を抑制することができる。

【0022】

精製装置３０は、ガス生成チャンバ１０から得られたエッチングガスに含まれる特定のガスを選択的に吸着するように選定される薬剤、例えば、ゼオライト等からなるフィルタ３１を備えている。精製装置３０は、配管Ｐ２を介してガス生成チャンバ１０に配管接続されており、配管Ｐ３、Ｐ４を介してエッチングチャンバ２０に配管接続されている。フィルタ３１は、エッチングガスを分離・精製して所望のエッチングガスのみを通過させる。例えば、フィルタ３１は、エッチングガスに含まれる比較的分子量の大きなＳｉＦ_４ガスを選択的に吸着・除去し、つまり、このような不要なガスを取り除き（吸着して分離し）、所望のガス、すなわちＳｉＦ_４よりも分子量の小さなエッチングガスを通過させる。

【0023】

エッチングチャンバ２０は、エッチング処理の対象となる半導体基板Ｗ１を収容可能であり、精製装置３０を介してガス生成チャンバ１０から得られたエッチングガスを用いて、半導体基板Ｗ１をエッチング処理する。エッチング処理は、特に限定せず、例えば、一般的なＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法でよい。エッチング処理に用いられるエッチングガスは、上述のとおり、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８等の高次ガスの少なくとも１つを主として含む。これにより、半導体装置の製造コストの上昇を抑制しつつ、エッチングガスとして高次ガスを用いることができる。

【0024】

エッチング処理に使用されたエッチングガスは、配管Ｐ５を介してエッチングチャンバ２０の外部へ排気される。

【0025】

バルブＶ１は、配管Ｐ２とＰ３との間に設けられており、精製装置３０においてフィルタ３１およびバルブＶ２と並列に接続されている。バルブＶ２は、配管Ｐ２とＰ３との間にフィルタ３１と直列に接続されている。バルブＶ３は、配管Ｐ３，Ｐ４と配管Ｐ６との間に設けられている。バルブＶ４は、配管Ｐ４とエッチングチャンバ２０との間に接続されている。

【0026】

尚、バルブＶ１、Ｖ３は、ガス生成チャンバ１０内の気体を配管Ｐ６から排気するために設けられている。バルブＶ２、Ｖ４は、ガス生成チャンバ１０からのＰＦＣガスをフィルタ３１で精製し、精製されたＰＦＣガスをエッチングチャンバ２０へ供給するために設けられている。よって、バルブＶ１、Ｖ３が開状態でガス生成チャンバ１０を排気しているときには、バルブＶ２、Ｖ４は閉状態となっている。一方、バルブＶ２、Ｖ４が開状態でガス生成チャンバ１０からのＰＦＣガスを精製しエッチングチャンバ２０へ供給するときには、バルブＶ１、Ｖ３が閉状態となっている。

【0027】

次に、本実施形態によるガス生成方法を説明する。

【0028】

図２は、第１実施形態によるガス生成方法の一例を示すフロー図である。まず、バルブＶ１、Ｖ３を開状態にして、ガス生成チャンバ１０を減圧し、ソースガス供給部４０からソースガスＣｍＦｎをガス生成チャンバ１０へ供給する（Ｓ１０）。このとき、ソースガス供給部４０は、例えば、ソースガスＣｍＦｎを約１５０ｓｃｃｍで導入する。ソースガスＣｍＦｎは、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む低次のＰＦＣガスであり、例えば、主にＣＦ_４を含むガスである。

【0029】

ここで、ガス生成チャンバ１０内の圧力は、エッチング処理時におけるエッチングチャンバ２０内の圧力よりも高くする。例えば、エッチング処理時におけるエッチングチャンバ２０内の圧力１０ｍＴｏｒｒ～１００ｍＴｏｒｒに対して、ガス生成チャンバ１０内のソースガスＣｍＦｎの圧力は、２０Ｔｏｒｒ～４００Ｔｏｒｒである。例えば、ガス生成チャンバ１０内の圧力は、約８０Ｔｏｒｒに調整される。

【0030】

次に、バルブＶ１、Ｖ３を閉状態にして、ガス生成チャンバ１０において、接地電極１１とカーボン電極１２との間に電界が印加され、ソースガスＣｍＦｎを電離させる（Ｓ２０）。このとき、高周波電源５０は、接地電極１１とカーボン電極１２との間の高周波電力密度を約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上とする。このように高圧力および高電力密度のもとで、ソースガスＣｍＦｎを電離しプラズマ状態にすると、合成反応が生じ、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８等の高次ＰＦＣガスをエッチングガスＣｘＦｙとして生成することができる。このとき、少なくともｘ＞ｍであり、並びに／あるいは、ｘ／ｙ＞ｍ／ｎである。

【0031】

図３は、ソースガスＣｍＦｎのガス成分およびエッチングガスＣｘＦｙのガス成分のそれぞれの組成比を示すグラフである。この実験では、ＦＴ－ＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）を用いて、ガス生成チャンバ１０におけるプラズマ放電前後のガス成分を解析した結果である。プラズマ放電前のソースガスＣｍＦｎは、ＣＦ_４を約１００％含む。一方、プラズマ放電後のエッチングガスＣｘＦｙは、約４２％のＣＦ_４、約３０％のＣ_２Ｆ_４、約９％のＣ_２Ｆ_６、約１９％のＳｉＦ_４を含む混合ガスとなった。また、元のソースガスＣＦ_４の約４２％が高次のＰＦＣガスに合成されていたことがわかった。

【0032】

図２を再度参照する。バルブＶ２、Ｖ４を開状態にして、精製装置３０がエッチングガスＣｘＦｙを精製する（Ｓ３０）。ガス生成チャンバ１０では、接地電極１１とカーボン電極１２との間に半導体基板Ｗ０が配置されている。従って、エッチングガスＣｘＦｙが生成されたとき、エッチングガスＣｘＦｙには、ＳｉＦ_４等の好ましくないガスが不純物として混在する。本実施例において精製装置３０は、フィルタ３１によって、必要なガス、例えば、Ｃ_２Ｆ_４ガスを選択的・可逆的に吸着させ、不要な他のガスを通過廃棄後、Ｃ_２Ｆ_４を、昇温などの方法により再脱離させることにより濃縮・精製する。この場合も、フィルタ３１には、目的に応じて選定されたゼオライト等を用いればよい。このように必要なガスを吸着・脱離させ、エッチングガスＣ_２Ｆ_４を精製する。これにより、純度の高いＰＦＣガスが得られる。

【0033】

次に、精製装置３０からのＰＦＣガスをエッチングガスＣｘＦｙとしてエッチングチャンバ２０へ供給する。エッチングチャンバ２０は、ＣＦ_４よりも高次のＰＦＣガスをエッチングガスとして用いて半導体基板Ｗ１をエッチングする。（Ｓ４０）。エッチングガスＣｘＦｙは、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６等の高次ガスを含む。これにより、アスペクト比の高いパターンを低コストで形成することができる。また、エッチングチャンバ２０には、合成ガスによるガス導入配管の他に、図示しないガス導入配管によってＯ_２、Ａｒ等他のガスを混合させてエッチングしてもよく、これによりパターンの加工形状などの特性を最適に制御することができる。さらに、本実施形態では、ソースガスＣｍＦｎは、安価なＣＦ_４ガスを用いている。従って、半導体装置の製造コストの上昇を抑制することができる。

【0034】

（第２実施形態）
第２実施形態によるエッチング装置１は、図１に示す構成と同様でよい。ただし、第２実施形態によれば、ソースガス供給部４０がガス生成チャンバ１０にソースガスとして高次ガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８）を供給する。第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。また、第２実施形態の動作も同様でよい。従って、ガス生成チャンバ１０は、高い圧力および高い電力密度のもとで、Ｃ_４Ｆ_８のような高次のＰＦＣガスを電離する。

【0035】

この場合、例えば、ソースガスがＣ_４Ｆ_８を主に含む高次ＰＦＣガスである場合、Ｃ_４Ｆ_８→２Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_４Ｆ_８→Ｃ_２Ｆ_２＋Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８→ＣＦ_３＋Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_４Ｆ_８→Ｃ_４Ｆ_６＋Ｆ_２等の解離反応が生じる。勿論、解離反応により分解したＰＦＣガスがさらに合成される場合もある。これにより、エッチングガスは、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６の少なくとも１つを主に含むＰＦＣガスとなる。このエッチングガスは、ソースガスＣ_４Ｆ_８よりも低次であるものの、Ｃ／Ｆ比は同等であるものも多く、ＣＦ_４よりも高次なＰＦＣガスである。Ｃ_２Ｆ_４をエッチングガスとして導入するとＣ_４Ｆ_８よりも高い対マスク選択性を示し、エッチングに有効であることが知られている。しかし、Ｃ_２Ｆ_４ガスは安全に取り扱うことが難しく、半導体プロセスガスとしては入手が困難である。従って、第２実施形態のようにソースガスとして高次ガスを用いても、第１実施形態と同様に、エッチングに有効な高次ガスを主として含むガスを、その場で生成し、供給することができる。

【0036】

一般化すると、第２実施形態によるエッチング装置は、比較的高圧力および高電力密度のもとで、ＣｍＦｎ（ｍ、ｎは正整数）を主に含むソースガスを電離して、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは正整数）を主に含むエッチングガスを生成する。このとき、少なくともｘ≦ｍであり、並びに／あるいは、ｘ／ｙ≧ｍ／ｎである。即ち、第２ガスとしてのエッチングガスは、第１ガスとしてのソースガスよりも低次のＰＦＣガスとなる。一方、エッチングガスは、ＣＦ_４より高次であることが好ましい。従って、ｘ≧２であることが好ましい。

【0037】

次に、第２実施形態によるガス生成方法を説明する。

【0038】

まず、バルブＶ１、Ｖ３を開状態にして、ガス生成チャンバ１０を減圧し、ソースガス供給部４０からソースガスＣｍＦｎをガス生成チャンバ１０へ供給する（Ｓ１０）。このとき、ソースガス供給部４０は、例えば、ソースガスＣｍＦｎを約２００ｓｃｃｍで導入する。ソースガスＣｍＦｎは、炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を含む高次のＰＦＣガスであり、例えば、主にＣ_４Ｆ_８を含むガスである。

【0039】

ここで、ガス生成チャンバ１０内の圧力は、エッチング処理時におけるエッチングチャンバ２０内の圧力よりも高くする。例えば、ガス生成チャンバ１０内のソースガスＣｍＦｎの圧力は、２０Ｔｏｒｒ～４００Ｔｏｒｒである。例えば、ガス生成チャンバ１０内の圧力は、約５０Ｔｏｒｒに調整される。

【0040】

次に、バルブＶ１、Ｖ３を閉状態にして、ガス生成チャンバ１０において、接地電極１１とカーボン電極１２との間に電界が印加され、ソースガスＣｍＦｎを電離させる（Ｓ２０）。このとき、高周波電源５０は、接地電極１１とカーボン電極１２との間の高周波電力密度を約０．５ｋＷ／ｃｍ^３以上とする。このように高圧力および高電力密度のもとで、ソースガスＣｍＦｎを電離しプラズマ状態にすると、分解反応が生じ、Ｃ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_６等のＣＦ_４よりも高次のＰＦＣガスをエッチングガスＣｘＦｙとして生成する。

【0041】

第２実施形態では、接地電極１１と直径６．３５ｍｍのカーボン電極１２との間の０．５ｍｍのギャップに高周波電力を印加して、ソースガスＣ_４Ｆ_８ガスを電離した。その際、プラズマ暴露時間を１Ｈｚの周波数でＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、基板Ｗ０の表面温度が約５００℃以下に維持された。

【0042】

図４に高周波電力密度とソースガスＣ_４Ｆ_８ガスの分解効率の関係を示す。図４のグラフに示すように、本実施形態では、高周波電力密度を約５ｋＷ／ｃｍ^３以上とすることにより、１００％に近い高効率でソースガスＣ_４Ｆ_８ガスを分解し改質することができた。その結果、ソースガスＣ_４Ｆ_８ガスから、８６％のＣ_２Ｆ_４と、１４％のＣ_２Ｆ_６を含有するエッチングガスが生成された。

【0043】

その後、図２のステップＳ３０以降を実行することによって、エッチングチャンバ２０では、ソースガスＣ_４Ｆ_８ガスを供給したにもかかわらず、ＣＦ_４よりも高次のＰＦＣガスをエッチングガスとして用いて半導体基板Ｗ１をエッチングすることができる。つまり、Ｃ_２Ｆ_４をエッチングガスとして導入できるようになり、これにより、第２実施形態も第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0044】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0045】

１ エッチング装置、１０ ガス生成チャンバ、１１ 接地電極、１２ カーボン電極、２０ エッチングチャンバ、３０精製装置、３１ フィルタ、４０ ソースガス供給部、５０ 高周波電源、Ｗ０，Ｗ１ 半導体基板、Ｖ１～Ｖ４ バルブ、Ｐ１～Ｐ６ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】