JP2010087432A - エッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型基板を均一にエッチング処理できるエッチング装置を提供する。
【解決手段】ラジカル生成室３の内部に、プラズマ形成装置１２を突き出させ、プラズマ形成装置１２の内側ドーム２４と外側ドーム２６との間にエッチングガスを導入し、内側ドーム２４の内側に配置したアンテナ２５から９１５ＭＨｚのマイクロ波を照射し、プラズマ化して外側ドーム２６の小孔２７から放出させ、ラジカル形成室３の内部でエッチングガスのラジカルを生成し、エッチング室４に導入し、処理対象物２２のエッチングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明はエッチング装置の技術分野にかかり、特に、エッチング対象物をラジカルでエッチングするエッチング装置に関する。

図４の符号１００は、従来技術のエッチング装置を示している。
このエッチング装置１００は、真空槽１１１を有しており、真空槽１１１の天井には、複数の誘電体ドーム１２４が設けられている。各誘電体ドーム１２４の内部には、それぞれアンテナ１２５が配置されており、各アンテナ１２５は、誘電体ドーム１２４内に配置された状態で、真空槽１１１の内部に突き出されている。

真空槽１１１の底壁上には 基板電極１２１が配置されており、真空排気系１１８によって真空槽１１１内を真空排気した後、エッチングガス導入系１１３から真空槽１１１内にエッチングガスを導入し、プラズマ励起用電源１１７によって各アンテナ１２５に高周波電圧を印加して各アンテナ１２５からマイクロ波を放出させ、エッチングガスに照射すると誘電体ドーム１２４の近傍にエッチングガスプラズマが形成される。

エッチングガスプラズマ中でエッチングガスが励起されるとラジカルが生成され、基板電極１２１上に配置された基板１２２方向に向かって移動し、ラジカルが基板１２２の表面と接触すると、基板１２２の表面がエッチングされる。基板１２２表面のエッチング対象の薄膜上にパターニングした他の薄膜をマスクとして配置しておくと、薄膜のパターニングを行なうことができる。
特開２００４−１８６５３１号公報

従来用いられていたプラズマ励起用電源が出力する励起周波数は１３．５６ＭＨｚであり、励起周波数が低いため、大電力を投入することが出来ない。従って、大面積基板の表面を均一にエッチング処理するためには、多数のプラズマ発生源を設ける必要がある。

上記課題を解決するため、本発明は、ラジカル生成室と、小孔を有するシャワープレートを介して前記ラジカル生成室に接続されたエッチング室とを有し、前記エッチング室に配置されたエッチング対象物を前記ラジカル生成室内で発生させたエッチングガスラジカルでエッチングするエッチング装置であって、前記ラジカル生成室の内部に突き出され、ガス噴出孔が形成された外側ドームと、前記外側ドームの内側に配置された内側ドームと、前記外側ドームと前記内側ドームの隙間にプラズマ形成ガスを供給する第一のガス供給系と、前記ラジカル生成室内の前記外側ドームの外部にエッチングガスを供給する第二のガス導入系と、前記内側ドームの内側に配置されたアンテナと、前記アンテナに９１５ＭＨｚの交流電圧を印加するマグネトロン発振器と、を有するエッチング装置である。
また、本発明は、前記エッチング室に配置され、前記エッチング対象物が配置される基板電極と、前記基板電極に接続された交流電源とを有するエッチング装置である。
また、本発明は、前記基板電極に配置された前記エッチング対象物を加熱する加熱装置を有するエッチング装置である。

アンテナから放射されるマイクロ波の波長が短いので、高濃度のプラズマが形成され、生成された高濃度ラジカルが大面積の基板表面と均一に接触し、面内のエッチング分布が均一になる。

図１の符号１０は本発明のエッチング装置であり真空槽１１を有している。
真空槽１１の壁面（ここでは天井）には、複数のプラズマ放出装置１２が設けられており、真空槽１１内部の、プラズマ放出装置１２とは反対側の壁面（ここでは底壁）には、基板電極２１が設けられている。

真空槽１１の内部のプラズマ放出装置１２と基板電極２１の間の位置にはシャワープレート３０ａが配置されており、真空槽１１の内部空間は、シャワープレート３０ａによって、プラズマ放出装置１２が配置されたラジカル生成室３と、基板電極２１が配置されたエッチング室４とに二分されている。

真空槽１１の壁面（ここでは天井）には、複数のガス噴出板２８ａ、２８ｂ（例えばＡｌ等の金属製カバー）が気密に挿入され、各ガス噴出板２８ａ、２８ｂの先端は、ラジカル生成室３の内部に位置するようにされている。

ここでは、筒状のガス噴出板２８ａと、板状のガス噴出板２８ｂが挿入され、板状のガス噴出板２８ｂで筒状のガス噴出板２８ａの内部空間が複数に区分けされ、区分けされた空間に、プラズマ放出装置１２が一つずつ配置されている。

シャワープレート３０ａは、金属等の導電性材料が板状に成型されて成る導電部材３１ａと、導電部材３１ａに形成された複数の小孔３２ａ（１ｍｍφ程度）とで構成されている。シャワープレート３０ａの導電部材３１ａはガス噴出板２８ａ、２８ｂの先端に取り付けられており、ガス噴出板２８ａ、２８ｂと同電位になるようにされている。

ガス噴出板２８ａ、２８ｂは真空槽１１に接触して真空槽１１と同電位にされている。ここでは真空槽１１は接地されており、従って、シャワープレート３０ａは接地電位に置かれている。
小孔３２ａは導電部材３１ａを厚み方向に貫通しており、ラジカル生成室３の内部空間とエッチング室４の内部空間は小孔３２ａによって接続されている。

エッチング室４には真空排気系１８が接続されており、真空排気系１８によってエッチング室４の内部を真空排気すると、小孔３２ａやシャワープレート３０ａと真空槽１１の壁面との間の隙間を介してラジカル生成室３の内部も真空排気される。

プラズマ放出装置１２は、外側ドーム２６と、内側ドーム２４と、アンテナ２５と、マグネトロン発振器１３とを有している。
内側ドーム２４は、外側ドーム２６の内側に配置されている。内側ドーム２４と外側ドーム２６とは離間し、隙間が形成されており、内側ドーム２４と外側ドーム２６の間には、隙間から成るプラズマ形成空間２９が形成されている。

アンテナ２５は、内側ドーム２４の内側に配置されており、外側ドーム２６と、内側ドーム２４と、アンテナ２５とは、ラジカル生成室３の天井に形成された孔から、ラジカル生成室３の内部に突き出されている。

各アンテナ２５は、それぞれマグネトロン発振器１３に接続されており、プラズマ形成電源４４から各マグネトロン発振器１３に電力が供給され、マグネトロン発振器１３が発振すると、９１５ＭＨｚの周波数の交流電圧がアンテナ２５にそれぞれ印加される。この交流電圧により、各アンテナ２５から９１５ＭＨｚの周波数のマイクロ波が放出される。

真空槽１１の外部には、希ガス等のプラズマ形成ガスが配置された第一のガス導入系４１と、エッチング対象物と反応するエッチングガスが配置された第二のガス導入系４２が配置されている。

各プラズマ放出装置１２のプラズマ形成空間２９は、第一のガス導入系４１に接続されており、第一のガス導入系４１からプラズマ形成空間２９の内部にプラズマ形成ガスを導入しながら、アンテナ２５から９１５ＭＨｚのマイクロ波が放射されると、プラズマ形成空間２９にプラズマ形成ガスのプラズマが発生する。

外側ドーム２６には、複数の小孔２７が設けられており、プラズマ形成空間２９とラジカル生成室３の内部空間の外側ドーム２６の外側の部分とは、小孔２７によって接続されている。

内側ドーム２４の周囲は真空槽１１の壁面と密着され、気密にされている。また、内側ドーム２４には小孔は設けられておらず、従って、ラジカル生成室３の内部雰囲気やプラズマ形成空間２９は、真空槽１１の外部雰囲気や内側ドーム２４の内側の雰囲気とは分離されている。

プラズマ形成空間２９で発生したプラズマ形成ガスのプラズマは、小孔２７からラジカル生成室３の内部に放出される。
各ガス噴出板２８ａ、２８ｂは中空であり、各ガス噴出板２８ａ、２８ｂのシャワープレート３０ａと真空槽１１天井の間の先端部分には噴出口３９が設けられている。

各ガス噴出板２８ａ、２８ｂは、それぞれ第二のガス導入系４２に接続されており、第二のガス導入系４２から各ガス噴出板２８ａ、２８ｂにエッチングガスを供給すると、各ガス噴出板２８ａ、２８ｂの噴出口３９から、ラジカル生成室３の内部にエッチングガスが導入される。

各プラズマ放出装置１２から、プラズマ形成ガスのプラズマを放出させながら、ラジカル生成室３の内部にエッチングガスを導入すると、エッチングガスとプラズマとが接触し、エッチングガスが励起され、エッチングガスのラジカルが生成される。

シャワープレート３０ａは接地電位に接続されており、荷電粒子は、シャワープレート３０ａに引き付けられるようになっている。
エッチング室４に接続された真空排気系１８により、ラジカル生成室３内のガスはエッチング室４に移動するようになっており、プラズマ放出装置１２から放出されたプラズマと、生成されたラジカルがラジカル生成室３からエッチング室４に移動する場合、生成されたラジカルは電気的には中性であり、シャワープレート３０ａの小孔３２ａを通って、ラジカル生成室３からエッチング室４に移動できるが、プラズマ中のイオンは、小孔３２ａを通過する際に、導電部材３１ａに引き付けられ、導電部材３１ａと接触すると中性化する。

したがって、イオンはシャワープレート３０ａを通過できず、ラジカルや中性分子、中性原子がシャワープレート３０ａを通過する。
エッチング室４の内部では、基板電極２１上にエッチング対象物２２が配置されており、エッチング対象物２２は、基板電極２１の内部に配置された加熱装置４５によって昇温されている。

エッチング対象物２２のエッチングされる表面は、シャワープレート３０ａに向けられており、シャワープレート３０ａを通過したラジカルは、エッチング対象物２２の表面と接触し、エッチング対象物２２表面の露出部分と反応し、気体が生成されると、その部分がエッチングされる。

エッチング対象物２２の表面は、レジスト等の保護膜で部分的に覆っておき、保護膜に設けた開口の底面下に一部を露出させておくと、薄膜等の露出された部分だけをエッチングによって除去することができる。

本発明では、従来技術よりも高周波の９１５ＭＨｚの周波数の交流電圧によってプラズマを形成し、エッチングガスと接触させてラジカルを発生させており、高密度のプラズマによって、高濃度のラジカルが生成されるので、少ない個数のプラズマ発生源１２によって大面積のエッチング対象物２２を均一にエッチング処理することが出来る。

交流電源１９によって基板電極２１に、アンテナ２５から放射するマイクロ波よりも低周波(ここでは１３．５６ＭＨｚ)の交流電圧を印加しながらエッチングすると、エッチング対象物２２の表面に弱いプラズマが形成され、エッチング速度が速くなる。

エッチング対象の薄膜がＭｏ薄膜の場合、第二のガス導入系４２からＳＦ₆ガスとＯ₂ガスとを導入してエッチングガスとし、プラズマ形成ガスのプラズマと接触させると、生成されたＳＦ₆ガスのラジカルとＯ₂ガスのラジカルによってＭｏ薄膜をエッチングすることができる。

図２は、第一のガス導入系４１からプラズマ形成ガスとしてＡｒガスを２００ｓｃｃｍ導入し、第二のガス導入系４２からエッチングガスとしてＳＦ₆ガスを５００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガスを１４０ｓｃｃｍ導入したときの、エッチング室４の内部圧力とエッチング速度及びエッチング分布の関係を示すグラフである。

図３は、Ｏ₂ガスの導入量を変えたときの、Ｏ₂ガス導入量とＭｏ薄膜のエッチング速度の関係を示すグラフである。プラズマ形成ガスとしてＡｒガスを２００ｓｃｃｍ導入し、ＳＦ₆ガスは１０００ｓｃｃｍ導入した。

上記実施例では加熱装置４５をヒータで構成したが、赤外線ランプや他の加熱装置を用いてもよい。
なお、外側ドーム２６と内側ドーム２４は石英に限定されるものではなく、気密性を有し、エッチングガスと反応せず、電波を遮蔽しない誘電体で構成することができる。

本発明の一例のエッチング装置 エッチング室の内部圧力とエッチング速度及びエッチング分布の関係を示すグラフ Ｏ₂ガスの導入量を変えたときの、Ｏ₂ガス導入量とＭｏ薄膜のエッチング速度の関係を示すグラフ 従来技術のエッチング装置

符号の説明

３……ラジカル生成室
４……エッチング室
１０……エッチング装置
１１……真空槽
１３……マグネトロン発振器
２１……基板電極
２２……エッチング対象物
２４……内側ドーム
２５……アンテナ
２６……外側ドーム
２７……小孔
３２ａ……小孔
４１……第一のガス導入系
４２……第二のガス導入系

Claims (3)

1. ラジカル生成室と、
   小孔を有するシャワープレートを介して前記ラジカル生成室に接続されたエッチング室とを有し、
   前記エッチング室に配置されたエッチング対象物を前記ラジカル生成室内で発生させたエッチングガスラジカルでエッチングするエッチング装置であって、
   前記ラジカル生成室の内部に突き出され、ガス噴出孔が形成された外側ドームと、
   前記外側ドームの内側に配置された内側ドームと、
   前記外側ドームと前記内側ドームの隙間にプラズマ形成ガスを供給する第一のガス供給系と、
   前記ラジカル生成室内の前記外側ドームの外部にエッチングガスを供給する第二のガス導入系と、
   前記内側ドームの内側に配置されたアンテナと、
   前記アンテナに９１５ＭＨｚの交流電圧を印加するマグネトロン発振器と、
   を有するエッチング装置。
2. 前記エッチング室に配置され、前記エッチング対象物が配置される基板電極と、
   前記基板電極に接続された交流電源とを有する請求項１記載のエッチング装置。
3. 前記基板電極に配置された前記エッチング対象物を加熱する加熱装置を有する請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング装置。

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