JP2007134428A

JP2007134428A - ドライエッチング方法およびその装置

Info

Publication number: JP2007134428A
Application number: JP2005324477A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Hori; 健一郎堀; Tomoya Maeda; 知哉前田; Shinji Hirata; 信治平田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】ドライエッチング方法において、ウエハの面内における対称性に優れたエッチング断面形状を有する精度の高いデバイスを製造するためのドライエッチング方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】処理室１４の外部に設けたコイル９に直流電流を流すことにより、処理室１４の内部に磁場を形成させてプラズマイオンを偏向制御させ、被エッチング体１の面内において垂直にエッチングする構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）デバイスや半導体集積回路の製造時に使用するプラズマを利用したドライエッチング方法およびその装置に関するものである。

ドライエッチング法は真空容器内にガスを導入し、ガスを高周波、マイクロ波などにより励起し、プラズマを発生させラジカル、イオンを生成する。プラズマにより生成されたラジカル、イオンと被エッチング物（ウエハ）を反応させ、反応生成物を揮発性ガスにし真空排気系により外部に排気することにより行われるものであり、従来のドライエッチング装置としては、図６に示すような構成を有していた（例えば、特許文献１参照）。

図６において、処理室１１４にはエッチング処理に用いるガスを供給するガス供給装置１１６と、プラズマを発生させるためアンテナ１０６に高周波電力を印加するための高周波電源１０８がマッチング回路１０７を介して接続されたプラズマ室１１５が上部に連結された構成となっている。また、処理室１１４には処理室１１４を所定の圧力に排気するための真空ポンプ１２６、１２７と、ガスを供給したときに所定のガス圧に制御するためのオリフィスバルブ１２５と、被エッチング体１０１を吸着載置させるための載置電極１０２と、載置電極１０２にバイアス電力を印加するためのバイアス電源１１３がマッチング回路１１２を介して接続された構造となっている。さらに、この載置電極１０２の上に被エッチング体１０１を載置するための静電チャック１０３と被エッチング体１０１の周囲にイオンの流れ、あるいは電界分布を制御するためのガイドリング１０４と、被エッチング体１０１あるいは載置電極１０２を冷却するために、絶縁体１０５の内部に冷媒１２８を循環させるとともに、被エッチング体１０１の直下にＨｅガス１３０を導入できるような構造としている。

次に、この装置を用いたドライエッチングの方法について説明する。被エッチング体１０１を、処理室１１４の内部にある載置電極１０２の上に載置して吸着させる。

その後、オリフィスバルブ１２５を全開にし、プラズマ室１１５の内部を高真空、例えば１０^-3Ｐａ以下に排気した後、オリフィスバルブ１２５を絞り、プラズマ室１１５の内部にエッチングガスとしてガス供給装置１１６からＳＦ₆ガスを導入する。

ここで、図６ではガス供給装置は１台しか図示していないが、混合ガスを用いる場合にはもちろん複数台となり、このとき処理室１１４のガス圧を０．５Ｐａとなる様に、オリフィスバルブ１２５をコントロールする。

次に、バイアス電源１１３でバイアス電力を印加する。一方、アンテナ１０６に高周波電源１０８を用いて１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、プラズマ室１１５の内部にプラズマを生成させる。このプラズマ源１１７は処理室１１４に拡散するが、矢印１１８に示すような指向性（プラズマ指向）をもって拡散する。そして、この指向性はガス圧、ガス流量、高周波電力、バイアス電力、等により多少変動するが、プラズマ室１１５、処理室１１４の大きさ等による装置固有の指向性となる。このためにエッチング加工した断面は被エッチング体１０１の中央部では精度良く垂直に加工されるが、外周部になるほど外周側のテーパ角度よりも内側のテーパ角度の方が大きい形状となる。そして、その角度差は１〜２°となっている。
特開昭６３−９９５３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ＭＥＭＳデバイスのようにエッチング深さが深くなる（例えば、ＭＥＭＳ加工で一般的に使用される４インチウエハの標準的な厚さ５２５μｍを貫通エッチングする）と、加工断面の対称性が損なわれ、その寸法差は１０μｍにもなる。このように、ウエハの面内で対称性が大きくずれてデバイス特性が悪化するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、被エッチング体の面内において加工断面形状を高寸法精度に加工できるドライエッチング方法およびその装置を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、処理室の外部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに印加した電流により発生する磁場の作用により、処理室の内部に生成されているイオンを偏向させるという構成を有しており、これにより、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できるドライエッチング方法を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、処理室の内部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに印加した電流により発生する磁場の作用により、処理室の内部に生成されているイオンを偏向させるという構成を有しており、これにより、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できるドライエッチング方法を提供することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、処理室の外部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに印加した電流により発生する磁場の作用により、処理室の内部に生成されているイオンを偏向させる手段を備えているという構成を有しており、これにより、処理室の内部に生成されているイオンを偏向させ被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できる装置を提供することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、処理室の内部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに印加した電流により発生する磁場の作用により、処理室の内部に生成されているイオンを偏向させる手段を備えているという構成を有しており、これにより、装置構造が簡単で処理室の内部に生成されているイオンを簡単に偏向させることができ、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できるエッチング装置を提供することができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、処理室の内部の磁場を発生させる手段が、載置電極の周囲に磁石を円筒状に配置しているという構成を有しており、これにより、装置構造がより簡単で、処理室の内部に生成されているイオンを簡単に偏向させることができ、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できるエッチング装置を提供することができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、処理室の内部の磁場を発生させる手段が載置電極の上部に環状の磁石を配置しているという構成を有しており、これにより、装置構造が極めて簡単にでき、処理室の内部に生成されているイオンを簡単に偏向させ、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内で均一にまた高精度に加工できるエッチング装置を提供することができる。

本発明のドライエッチング方法およびその装置は、処理室の外部に直流電流を流すことのできるコイルを設け、このコイルに印加したコイル電流により磁場を発生できる構成、あるいは、処理室の内部にコイルを設けることによって磁場を発生できる構成としており、これによって処理室の内部に生成されるプラズマ中のイオンを偏向させ、被エッチング体の加工断面形状の対称性を被エッチング体の面内（ウエハ内）でより均一にすることができ、エッチング深さが深くなるＭＥＭＳデバイスなどにおいて、高精度に加工することができるドライエッチング方法およびその装置を提供できるという効果を有する。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜２に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるドライエッチング装置の概略断面図である。

図１において、処理室１４には、エッチング処理に用いるガスを供給するガス供給装置１６と、プラズマ室１５の外側にプラズマを発生させるアンテナ６を配置し、マッチング回路７を介して高周波電源８に接続され、アンテナ６に高周波電力を印加することによりプラズマ１７が生成される構成となっている。

そして、処理室１４を所定の圧力に排気するための真空ポンプ２６、２７と、ガスを供給したときに所定のガス圧に制御するためのオリフィスバルブ２５とを設け、処理室１４の内部には被エッチング体１を吸着載置させるための載置電極２と、載置電極２にバイアス電力を印加するためのバイアス電源１３がマッチング回路１２を介して接続された構造となっている。さらに、この載置電極２の上に被エッチング体１を載置するための静電チャック３と、この静電チャック３と被エッチング体１の周囲にイオンの流れ、あるいは電界分布を制御するためのガイドリング４と、被エッチング体１あるいは載置電極２を冷却するために、絶縁体５の内部に冷媒２８を循環させるとともに、被エッチング体１の直下にＨｅガス３０を導入できるような構造としている。

また、処理室１４の外側にコイル９を配置し、そのコイル９に直流電源２４を接続している。そして、そのコイル９に電流を流すことにより、処理室１４の内部に磁場が形成される構成となっている。

次に、このエッチング装置を用いたドライエッチング方法について説明する。被エッチング体１を、処理室１４の内部にある載置電極２の上に載置して吸着させる。

次に、オリフィスバルブ２５を全開にし、プラズマ室１５を高真空、例えば１０^-3Ｐａ以下に排気した後、オリフィスバルブ２５を絞り、プラズマ室１５の内部にエッチングガスとしてガス供給装置１６からＳＦ₆ガスを導入する。図１では、ガス供給装置は１台しか図示していないが、混合ガスを用いる場合にはもちろん複数台となる。このとき、処理室１４のガス圧を０．５Ｐａとなるように、オリフィスバルブ２５をコントロールする。

次に、バイアス電源１３でバイアス電力を印加するとともに、アンテナ６に高周波電源８を用いて１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、プラズマ室１５の内部にプラズマを生成させる。

次に、発生させたプラズマを利用して被エッチング体１をプラズマエッチング処理する工程について図２、図３を参照しながら説明する。

図２は理想的なエッチングを行った場合の被エッチング体１のエッチング断面図を示し、図３は従来の技術でエッチングした場合のエッチング断面図である。

図１において、プラズマ室１５にガスを供給し、アンテナ６に高周波電力を印加してプラズマを生成する。このとき、コイル９で磁場が生成されていないときは、プラズマはプラズマ指向１８（イオンが飛び出す方向）のように拡散する。ここで、直流電源２４をＯＮにしてコイル９に電流を流すと、コイル９の作用により磁束線２１に示すような磁場が形成され、処理室１４の内部に存在するイオンはプラズマ指向２０（イオンが飛び出す方向）の向きに偏向される。この磁場の強度を調整して、プラズマ指向１８の成分とプラズマ指向２０の成分で被エッチング体１をエッチングすることによって、イオンを被エッチング体１に垂直に入射するようにコントロールすることができる。これによって被エッチング体１のエッチング加工面を図２に示した状態でエッチングすることが可能となる。

一方、このようなコイル９を設けない従来の方法でエッチングすると図３に示したような形状に加工されてしまう。すなわち、中央部では垂直にエッチングすることができるが、ウエハの外周部付近では斜めにエッチングされてしまい、所定の寸法を実現することが困難となる。

この様に、本実施例１では磁場の強さを直流電源２４により、外部からエッチングに大きく寄与するプラズマ中のイオンの進行方向を被エッチング体１の加工状態に合わせてプラズマ指向２０の指向性を調整することができる。

次に、実施例２について図４を参照しながら説明する。

この実施例２のエッチング装置の構造において、図１に示したエッチング装置の構成と大きく異なっている点はコイル１０の配置に関するものであり、その他の構成はほぼ図１と同様であるので、その内容については省略する。

図４において、載置電極２の外周部にコイル１０を配置しており、このコイル１０による磁場を磁束線２２で示している。このように、処理室１４の内部に直流電流を流すことができるコイル１０を設けることによって、被エッチング体１の近傍で磁束線２２を制御できることから、よりプラズマ指向２０を精密に制御することが可能となり、被エッチング体１のエッチング断面形状の精度をより精密に制御することができる。

また、コイル１０の代わりに、載置電極２の周囲に円筒状の磁石を配置することによっても同様の効果を発揮することができる。そして、このような構成とすることによって外部からエッチングに大きく寄与するプラズマ中のイオンの進行方向を被エッチング体１の加工状態に合わせてプラズマ指向２０の指向性を調整することができるという作用に加えて、エッチング装置の構成がより簡単な構成となり、低コストで簡単な構造のエッチング装置を実現できるという利点がある。

次に、実施例３について図５を参照しながら説明する。図３において、載置電極２の上部に磁石１１を配置した構成としている。この磁石１１による磁場を、磁束線２３で示している。このような構成とすることによって、被エッチング体１のエッチング断面形状への効果は実施例１、実施例２と同様である。ここで載置電極２の上部に磁石１１を配置した構成としたのは、一般的によく使用されているガイドリング４の代わりにこの磁石１１と置き換えることにより、外部からエッチングに大きく寄与するプラズマ中のイオンの進行方向を被エッチング体１の加工状態に合わせてプラズマ指向２０の指向性を調整することができるという作用に加えて、従来の装置を何ら改造することなく使用可能であるという、極めて簡単に低コストで取付けができるという効果があるからである。これは、特にプラズマ指向性１８の拡散状態が比較的弱い場合に効果的である。

また、磁石１１の耐エッチング性を向上させるため、エッチングに使用されるガスに対し耐エッチング性の材料を用いたラバーマグネット等は効果的である。

本発明にかかるドライエッチング方法およびその装置は、処理室の外側に直流電流を流すことのできるコイルを設け、このコイルに印加したコイル電流により磁場を発生できる構成であり、処理室の内部に生成されるイオンを偏向制御させ、被エッチング体の加工段面形状の対称性を被エッチング体の面内でより均一にすることができるという効果を有し、ＭＥＭＳデバイスや半導体集積回路の製造時に使用するプラズマによるドライエッチング方法およびその装置などの用途として有用である。

本発明の実施の形態１におけるドライエッチング装置の概略断面図理想形のエッチング断面図通常のエッチング断面図同処理室の内部にコイルを設けた構成の断面図同処理室の内部に磁石を設けた別の形態の断面図従来におけるドライエッチング装置の概略断面図

符号の説明

１被エッチング体
２載置電極
３静電チャック
４ガイドリング
５絶縁体
６アンテナ
７マッチング回路
８高周波電源
９コイル
１０コイル
１１磁石
１２マッチング回路
１３バイアス電源
１４処理室
１５プラズマ室
１６ガス供給装置
１７プラズマ
１８プラズマ指向
２０プラズマ指向
２１磁束線
２２磁束線
２３磁束線
２４直流電源
２５オリフィスバルブ
２６真空ポンプ
２７真空ポンプ
２８冷媒

Claims

アンテナに高周波電力を印加して処理室の内部に導入されたガスをプラズマ化してエッチング処理するドライエッチング方法において、処理室の外部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに電流を流すことによって発生する磁場の作用によって処理室の内部に生成されているイオンを偏向制御させながらエッチングするドライエッチング方法。
アンテナに高周波電力を印加して処理室の内部に導入されたガスをプラズマ化してエッチング処理するドライエッチング方法において、処理室の内部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに電流を流すことによって発生する磁場の作用によって処理室の内部に生成されているイオンを偏向制御させながらエッチングするドライエッチング方法。
アンテナに高周波電力を印加して、処理室の内部に導入された処理ガスをプラズマ化して、エッチング処理するドライエッチング装置において、処理室の外部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに電流を流すことによって発生する磁場の作用によって処理室の内部に生成されているイオンを偏向制御させて被エッチング体を垂直にエッチング加工する手段を備えたドライエッチング装置。
アンテナに高周波電力を印加して、処理室の内部に導入された処理ガスをプラズマ化して、エッチング処理するドライエッチング装置において、処理室の内部に直流電流を流すことができるコイルを設け、このコイルに電流を流すことによって発生する磁場の作用によって処理室の内部に生成されているイオンを偏向制御させて被エッチング体を垂直にエッチング加工する手段を備えたドライエッチング装置。
処理室の内部の磁場を発生させる手段として、被エッチング体を吸着載置する載置電極の周囲に円筒状の磁石を配置して構成した請求項４に記載のドライエッチング装置。
処理室の内部の磁場を発生させる手段として、被エッチング体を吸着載置する載置電極の上部に環状の磁石を配置して構成した請求項４に記載のドライエッチング装置。