JPH0534433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、マグネトロン放電を利用したドライ
エツチング装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、集積回路は微細化の一途を辿り、最近で
は最少寸法が１〜２［μｍ］の超微細素子も試作
されるに至つている。このような微細加工には、
通常平行平板電極を有する真空排気された容器内
にCF₄等の反応性ガスを導入し、試料載置の電極
（陰極）に高周波電力を印加することによりグロ
ー放電を生じせしめ、プラズマ中の正イオを陰極
面上に生じる陰極降下電圧によつて加速し、この
イオンを試料に垂直に入射させて該試料を物理化
学反応によりエツチングするいわゆる反応性イオ
ンエツチング法（RIE：Reactive Ion Etching）
が用いられている。しかし、この平行平板電極に
よるRIEでは、ガス解離効果の比較的低いグロー
放電を用いているため、例えばCF₄＋H₂ガスを用
いたSiO₂のエツチング速度は高々300〜500［Å／
min］であり、１［μｍ］膜厚のSIO₂をエツチン
グするのに30分以上もの時間を要し、量産の点で
極めて不都合である。このため、エツチング速度
の高速化が望まれている。

これに対し本発明者等は、高周波電力印加の陰
極下に永久磁石からなる磁場発生手段を設け、マ
グネトロン放電により高速エツチングを可能とし
たドライエツチング装置を開発した（特願昭55−
173821号）。この装置の原理は、第１図に示す如
く永久磁石１の閉ループを形成する磁極間隙２に
発生する磁界３と、この磁界３に直交するように
陰極上に発生する電解４とにより、電子５をサイ
クロイド運動させ、導入した反応性ガスとの衝突
頻度を大幅に増加させて多量の反応性イオンを発
生させることにある。なお、、図中６は被エツチ
ング試料を示している。その結果、多量のイオン
が試料６に垂直に入射することになり、高速の異
方性エツチングが達成されるのである。

しかしながら、この種の装置にあつては次のよ
うな問題があつた。すなわち、前記永久磁石１上
の磁界強度は、唯一磁極間隙２に発生する漏洩磁
界に対応しているため、磁石面より離れるに従つ
て急激に低下する。一方、陰極上に発生するイオ
ンの加速電圧を低下させ、ラジエーシヨン・ダメ
ージを軽減するためには、磁界強度をできるだけ
大きくすることが望ましい（例えばY.Horiike、
H.Okano、T.Yamazaki and H.Horie；Jpn.
Appl、phys、20（1981）L817参照）。上記磁界強
度を大きくするには、陰極の厚さを薄くする必要
があるが、そうすると逆に冷却水路のコンダクタ
ンスが極めて小さくする結果、冷却効率の低下を
招き、エツチング中試料上のレジストマスクの劣
化を生じることになる。このエツチング中の温度
上昇の最大の原因は、前記磁石が高周波電力印加
の電極下にあることである。すなわち、陰極上で
発生する多量の反応性イオンが試料を衝撃し、こ
のエネルギーが熱に変換されるためである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、陰極の冷却効率の低下を招く
ことなく、高速で均一に試料をエツチングするこ
とが可能なドライエツチング装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、試料載置の陰極に対向する陽
極側にマグネツトを配置し、このマグネツトを一
様に走査して試料上でマグネトロン放電を生じさ
せることにある。

すなわち本発明は、平行平板型のドライエツチ
ング装置において、表面側に被エツチング試料を
載置する陰極にそれぞれの表面が対向するよう配
置された陽極の裏面側に所定の磁極間隙を有する
マグネツトを配置し、上記磁極より発生する磁場
を上記陽極の表面側に印加すると共に、これらの
マグネツトを上記陽極の裏面に沿つて移動せし
め、試料上でマグネトロン放電を生起し高速のエ
ツチングを達成するようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マグネツトを陽極の裏面に沿
つて走査しているので、マグネトロン放電領域が
試料上で走査されることになり、従つて試料全体
を均一に高速エツチングすることができる。しか
も、マグネツトを陽極側に配置しているので、試
料に加わる磁界強度の低下を招くことなく陰極の
厚さを十分厚くすることができる。このため、陰
極に冷却水路のコンダクタンスを十分大きくする
ことができ、エツチング中におけるレジストマス
クの劣化等を未然に防止することができる。

〔発明の実施例〕

まず、陽極面上の水平磁界の等磁曲線の一例を
第２図に示す。図中に示した数字は、磁極面上の
各高さの位置における水平磁界強度を示してい
る。この結果から、磁極面から約30［mm］離れて
もなお100［Ｇ］近い水平磁界が存在することがわ
かる。第３図は本発明の原理を示す概略図であ
る。すなわち、陽極面７１上に発生する前記水平
磁界６２とこれに直交する陰極面７０上に発生す
る陰極降下電界６３とにより電子は紙面に垂直方
向にドリフト運動を繰返し、導入された気体分子
と多数回衝突してこれを効率よく解雇、イオン化
する。従つて、Ｎ−Ｓ磁極付近に高密度プラズマ
６８が生成されることになる。６７は外周のグロ
ープラズマを示す。この時、前記陰極上に発生す
る電界63は、イオンシース６４と呼ばれている陰
極暗部に発生するため、前記磁界はこの領域で直
交していることが望ましい。第４図は電極間隔を
変えた時のSIO₂のエツチング速度を調べた結果
である。ガスとしては、CF₄、高周波電力は1.0
［Ｗ／cm²］である。その結果、電極幅が広がると
エツチング速度は急速に低下することが分つた。
すなわち、この結果は水平磁界強度の低下に起因
していると考えられる。なお、図中点線は量産性
との兼合いで選んだエツチング速度を示してい
る。

第５図は本発明の第１の実施例に係わるドライ
エツチング装置を示す概略構成図である。図中１
１は接地された容器であり、この容器１１内は平
板体（陽極）１２によりエツチング室１３とマグ
ネツト収容室１４とに分離されている。陰極１５
にはマツチング回路１６を介して電源１７からの
高周波電力が印加される。また、陰極１５は水冷
管18により冷却されており、この水冷管18は上記
電力印加のリードとして用いられる。エツチング
室１３には、反応性ガス、例えばCF₄ガスを導入
するためのガス導入口１３ａ及び上記ガスを排気
するためのガス排気口１３ｂがそれぞれ設けられ
ている。そして、被エツチング試料１９はエツチ
ング室１３内の陰極１５の上面（表面）側に載置
されるものとなつている。なお、陰極１５に対向
するエツチング室１３の平板体１２は陽極として
作用するものとなつている。

一方、前記マグネツト収容室１４内には、NS
の磁極間隙を有する複数の永久磁石（マグネツ
ト）２０が無限軌道を描くように配列されてい
る。すなわち、複数の永久磁石２０が無限軌道を
形成したベルト（搬送体）２１に一定間隔で取着
され、各磁石２０は回転機構22、23により軌道の
一方向に移動せられるものとなつている。ここ
で、永久磁石２０は第６図に示す如く棒状に形成
されたもので、その長手方向長さは前記試料１９
の長径よりも長い。そして、磁石２０はその長手
方向が前記移動方向と直交するよう配置され、下
方側に存在する磁石２０は陽極１２の上面（裏
面）と対向するものとなつている。

また、前記マグネツト収容室１４にはガス排気
口１４ａが設けられており、このマグネツト収容
室１４内は前記磁石２０による放電を防止するた
めの排気口１４ａを介して10^-4［torr］以下の高
真空に排気されている。さらに、マグネツト収容
室１４と前記エツチング室１３との間には、電磁
弁24により駆動される仕切り弁25が設けられてお
り、この仕切り弁25によりエツチング時に各室１
３，１４が遮断されるものとなつている。なお、
図中26は絶縁物を示し、27はＯリングシールを示
している。

このように構成された本装置の作用について説
明する。まず、ガス導入口１３ａからエツチング
室内１３に反応性ガス、例えばCF₄ガスを導入
し、エツチング室１３内を10^-2［torr］に保持し
たのち陰極１５に高周波電力（1kw、13.56MHz）
を印加すると、陰極１５と陽極１２（エツチング
室１３の上壁）との間にグロー放電が生じ低密度
プラズマ領域３１が発生する。これと同時に、各
磁極間隙では互いに直交する電界(E)と磁界(B)との
作用によりマグネトロン放電が生じ、電子が（Ｅ
×Ｂ）方向にサイクロイド運動を行ないながら
CF₄分子と多数回衝突を繰返すことにより高密度
のプラズマ領域３２が磁極間隙に沿つて発生す
る。この高密度プラズマ領域３２は、永久磁石２
０を前記無限軌道の一方向に走査することによ
り、試料１９上を移動する。これにより、試料１
９、例えば半導体ウエハ表面に形成されたSIO₂
膜が高速度（約5000Å／min）でエツチングされ
ることになる。このとき、高密度プラズマ領域３
２の移動が一方向であることから、試料１９上の
任意の点において高密度プラズマ領域３２に晒さ
れる時間は略等しいものとなる。したがつて、試
料のエツチング均一性は極めて良好なものとな
る。

また、本装置では磁石２０を試料載置の陰極１
５と対向する陽極１２の裏面側に設けるようにし
ているので、陰極１５を十分厚く形成しても試料
１９上の磁場が弱くなることはない。このため、
試料１９が配置された陰極１５の冷却コンダクタ
ンスの低下を招くことなく、高速エツチングを行
うことができる。また、無限軌道の陰極１２と対
向する部分の長さは試料１８の長径程度で十分で
あるので、装置構成の大型化を招くこともない。
さらに、磁極間隙の往復走査の場合、走査幅の増
大に伴いエツチング速度の低下を招くことになる
が、本装置では試料１９が常に高密度プラズマ領
域３２に晒されることになるので、試料１９が大
口径化してもエツチング速度の低下は極めて小さ
い。すなわち、前記磁極間隙を静止させたときの
エツチング速度に近い値を得ることができる。し
たがつて、従来装置に比してエツチング速度の大
幅な高速化をはかり得る。

第７図は第２の実施例を示す概略構成図であ
る。なお、第５図と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。この実施例が先
に説明した実施例と異なる点は、ポテンシヤル制
御系を新たに設けたことにある。すなわち、前記
陰極１５には前記マツチング回路１６と共に、陰
極面上に生じるポテンシヤルの大きさを制御する
ポテンシヤル制御系４１が接続されている。

このような構成であれば、先の実施例と同様な
効果が得られるのは勿論のこと、ポテンシヤル制
御系４１の作用により試料表面上のプラズマ内に
存在する正の反応性イオンの加速エネルギを可変
することができ、エツチング形状やエツチング速
度等の特性を自由にコントロールできるという利
点がある。

第８図は第３の実施例を示す概略構成図であ
る。なお、第５図と同一部分には同一付号を付し
て、その詳しい説明は省略する。この実施例が先
の第１の実施例と異なる点は、上下関係を逆にし
たことである。すなわち、前記陰極１５の下面
（表面）には静電チヤツク機構５１が設けられ、
試料１９はこの静電チヤツク機構５１により陰極
１５下面に吸着固定されるものとなつている。

このような構成であれば、先の第１の実施例と
同様な効果は勿論のこと、試料１９のエツチング
面が下を向くことになるので、エツチング中にお
けるゴミ等の付着を未然に防止できる等の利点が
ある。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記マグネツトの配置空
間は必ずしも減圧下に限るものではなく、第９図
に示す如く大気中であつてもよい。また、マグネ
ツトとして第１０図に示す如く閉じた磁極間隙を
有する磁石８０を用い、これを一方向に往復走査
するようにしてもよい。さらに、前記無限軌道は
その軌道が形成する面が陽極面に直交するものに
限らず、第１１図に示す如く平行なものであつて
もよい。また、磁極間隙、磁場の強さ及び磁石の
個数等は、仕様に応じて適宣定めればよい。さら
に、永久磁石の代りに電磁石を用いることも可能
である。また、SiO₂のエツチングに限らず各種
被膜のエツチングに適用できるのは勿論のことで
ある。さらに、エツチング室内に導入するガスの
種類は、被エツチング試料の材質に応じて適宜定
めればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマグネトロン放電利用のドライエツチ
ング装置の原理を示す斜視図、第２図乃至第４図
はそれぞれ本発明の原理を説明するための模式
図、第５図は本発明の第１の実施例に係わるマグ
ネトロン放電利用のドライエツチング装置を示す
概略構成図、第６図は上記装置に使用したマグネ
ツトを示す斜視図、第７図は第２の実施例を示す
概略構成図、第８図は第３の実施例を示す概略構
成図、第９図乃至第１１図はそれぞれ変形例を示
す概略構成図である。 １１……真空容器、１２……平板体（陽極）、
１３……エツチング室、１３ａ……ガス導入口、
１３ｂ，１４ａ……ガス排気口、１４……マグネ
ツト収容室、１５……陰極、１６……マツチング
回路、１７……高周波電源、１９……被エツチン
グ試料、２０，８０……磁石（マグネツト）、２
１……ベルト、３１……低密度プラズマ領域、３
２……高密度プラズマ領域、４１……ポテンシヤ
ル制御系、５１……静電チヤツク機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高周波電力が印加されると共にその表面側に
   被エツチング試料が配置される陰極及び該陰極に
   それぞれの表面が対向するよう配置された陽極を
   備えたエツチング室と、このエツチング室内に反
   応性ガスを導入する手段と、所定の磁極間隙を有
   し上記陽極の裏面側に配置され、かつ上記磁極よ
   り発生する磁場を上記陽極の表面側に印加する複
   数のマグネツトと、これらのマグネツトを上記陽
   極の裏面に沿つて移動せしめる手段とを具備して
   なることを特徴とするドライエツチング装置。 ２ 前記マグネツトを移動する手段は、上記マグ
   ネツトを前記陽極の裏面に沿つて一方向に往復移
   動せしめるものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のドライエツチング装置。 ３ 前記マグネツトは前記陽極の裏面側に設けら
   れた無限軌道状のベルトに配設され、前記マグネ
   ツトを移動する手段は該マグネツトを上記無限軌
   道の一方向に移動し該マグネツトを上記陽極の裏
   面に順次対向せしめるものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のドライエツチング
   装置。 ４ 前記陰極は、該陰極面上のポテンシヤルを制
   御するポテンシヤルの制御系が接続されたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のドライエツチング装置。 ５ 前記マグネツトが配置される空間は、10⁴
   ［toll］以下の圧力に保持されているか、或いは
   大気中であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のドライエツチング装置。 ６ 前記マグネツトを構成する材料は、希土類磁
   石であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエツチング装置。 ７ 前記陰極と陽極との間の間隔は、20［mm］以
   下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエツチング装置。