JPS607132A

JPS607132A - ドライエツチング装置

Info

Publication number: JPS607132A
Application number: JP11456583A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamazaki; 隆山崎; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-06-25
Filing date: 1983-06-25
Publication date: 1985-01-14
Also published as: JPH0473288B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

［発明の技術的背朔とその問題点］近年、集積回路は微細化の一途をたどり、最近では最小
寸法が１〜２［μｍ］の超微細素子も試作されるに至っ
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
正イオンを陰極面上に生しる陰（ζ降■電圧によって加
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Ｊる、所謂反応性イオン
エツチング法（ＲＩＥ　；　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　■ｏｎ
Ｅ　ｔｃｈｉｎｇ）が用いられでいる。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３ｉ０２のエツチング速度は高々３００〜
５００［人／ｌ１ｌｌｎ］であり、１［μｍ］１１厚の
５ｉ０２をエツチングするのに３０分以上もの時間を要
し、量産性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Ｎ　ｆ＞印加の陰極下
に永久磁石からなる磁場発生手段を設（プ、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１１極間隙２に発生する磁界３ど、この
磁界３に直交するように陰極上に発生する電界４とによ
り、電子５をザイクロイド運動させ、導入した反応ガス
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。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。すなわち、前記磁極間隙２を静止したままだ
と１〜ラツク状に発生する高密度のマグネ１−ロン放電
領域７のみしかエツチングされず、試料６全体を均一に
エツチングするためには１１極間隙２を試料の長径より
大きく走査する必要がある。第２図は、ＣＦ４ガスによ
り５ｉ０２をエツチングしたときのエツチング速度を、
試料エッチからの距離の関数として測定した結果を示す
特性図である。なお、このとき磁極間隙２は第３図に示
す如く試料６のエッチから３０［ｍ］離して静止させて
おいた。第２図から、試料エッチ付近では１０秒間のエ
ツチングで約１０００〜２０００［人］エツチングされ
、試料エッチより内側となる程エツチング速度が遅くな
ることが判る。

前記走査の戻り時間が例えば０．０５秒と高速であった
としても、約８０回の走査で２秒間ＩｆＩ極間隙２を試
料６の両側に静止させたことと等価となり、したがって
この走査回数において第３図に示す状態でエツチングさ
れる試料エッチの深さは５００［人］に近い値となる。

このような周辺領域の速いエツチングが試料全体の均一
エツチング性を低下させる要因となる。これを防止する
手法として磁極間隙２の走査幅を広げることが考えられ
るが、この場合装置の大型化やエツチング速度の低下等
を招き、将来の試料の大口径化（６インチ以上）への対
応が困難となる。また、試料が大口径化された場合には
、磁石の長さ及び走査幅共に益々大きくなることが予想
され、したがって従来の装置構成では試料を載置する陰
極もさらに大きなものが必要となる。この場＼合、単位
面積当りに常に同じ電力密度で高周波電力を印加するた
めには、益々大きな電源が必要となり、高周波Ｎ源の５
− 大型化及びその消費電力の増大を招く等の問題があった
。

一方、本発明者等は最近、複数個の磁石が無限軌道を描
くように配置された新しい高速ドライエツチング装置を
提案した。この装置によれば、前述した従来装置のよう
に磁石を試料の両側部で一旦停止させる等の操作が不要
となり、試料を連続したプラズマによりエツチングする
ことができる。

したがって、エツチング不均一性の問題を解決すること
ができる。しかしながら、前記高周波電源の大型化及び
消費電力の増大化等の問題は依然として残っている。

［発明の目的］本発明の目的は、装置構成の大型化を招くことなく、試
料を均一に高速エツチングすることができ、かつ高周波
電力の小型化及び消費電力の低減化等をはかり得るドラ
イエツチング装置を提供することにある。

［発明の概要コ本発明の骨子は、高周波電力が印加される陰極６一の面積を試料と同じか、それ以下とすることにより、試
料表面上のみにマグネトロンプラズマを生成することに
ある。

すなわち、本発明は、被エツチング試料か配置される陰
極及び該陰極に対向配置された陽極からなり、高周波電
力が印加される平行平板電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陰極の裏面側に設けられ陰極の
表面上に磁場を印加する１！場発生機構と、この磁場発
生機構を上記陰極の裏面に沿って移動けしめる移動機構
とを具備し、上記陰極の表面上にマグネ（〜ロン放電を
生起して上記試料をエツチングするドライエツチング装
置において、前記陰極の表面形状を前記試料の表面形状
と同−若しくはそれより僅かに小さく形成するようにし
たものである。

［発明の効果］本発明によれば、試わｌのエツチングに寄与する部分以
外のマグネトロン放電が阻止されるので、従来と同じエ
ツチング速度を得るのに必要な高周波電力が小さくて（
例えば半分以下）済むことになる。このため、高周波電
源の小型化をはかり得、その消費電力の低減化をはかり
得る。このことは、半導体ウェハ等の試料の大口径化に
も極めて有効であり、半導体製造技術分野における有用
性は絶大である。また、マグネトロン放電が試料上での
み生じることになるので、前述した磁石の一方向走査に
よるエツチング方式の場合であっても、磁石の戻り時間
の影響が極めて少なくなり、これによりエツチング均一
性の向上をはかり１ａる。

［発明の実施例］第４図は本発明の一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１１は接地された容器
であり、この容器１１内は陰極１２によりエツチング室
１３とマグネット収容室１４とに分離されている。なお
、この陰極１２の詳細については後述する。陰極１２に
はマツチング回路１５を介して電源１６からの高周波電
力が印加される。また、陰極１２は水冷管１７により冷
ＮＩされており、この水冷管１７は上記電力印加のリー
ドとして用いられている。エツチング室１３には、反応
性ガス、例えばＣＦ４を導入するためのガス導入口１３
ａ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１８はエツチング室１３内の
陰極１２上に載置されるものとなっている。

なお、陰極１２に対向する陽極はエツチング室１３の上
壁で形成されるものとなっている。

ところで、上記陰極１２は第５図に示す如く試料１８と
同じ大きさに形成されており、絶縁物３１を介して接地
された板体３２に接続されている。

また、陰極１２及び板体３２上には静電チャック機構３
３が設けられ、この上にはメタル汚染を防止するための
ポリイミド膜３４が被着されている。

なお、第５図中３５は陰極１２を冷却するための冷却流
体流路を示している。

一方、前記マグネット収容室１４内には、ＮＳの磁極間
隙を有する複数の永久磁石（磁場発生機構）１９が陰極
１２の下面に対向するよう配列されている。そして、磁
石１９は容器１１の外部に９− 設けられた駆動部（移動機構）２０により紙面左右方向
に往復走査されるものとなっている。ここで、永久磁石
１つは閉ループ状のＮＳ磁極間隙を有する如りトラック
状に形成されたもので、その長手方向長さは前記試料１
８の長径よりも長いものとなっている。また、マグネッ
ト収容室１４にはガス排気口１４ａが設けられており、
収容苗１４内は前記磁石１９による放電を防止するため
排気口１４ａを介して１０４［Ｔｏｒｒ　］以下ノ高真
空に排気されている。さらに、マグネット収容室１４と
前記エツチング室１３との間には、電磁弁２３により駆
動される仕切弁２４が設けられており、この仕切弁２４
によりエツチング時に冬空１３．１４が遮断されるもの
となっている。なお、図中２５は絶縁物を示し、２６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１１内に反応
ガス、例えばＣＦ４ガスを導入し、エツチング室１１内
を１０４［Ｔｏｒｒ　］に保持し１０− たのち、陰極１２に高周波ミノ＞（１ｋＷ、１３゜５６
ＭＨ２）を印加すると、陰極１２と陽極（エツチング苗
１１の土壁部）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＜８）との作用にＪ：
リマグネトロン放電が生じ、電子が（ＥＸＢ）方向にサ
イクロイド運動を行いながらＣＦ４分子と多数回衝突を
繰り返すことにより高密度のプラズマ領域３２が磁極間
隙に沿って発生ずる。この高密度プラズマ領域３２は、
永久磁石１９を一方面に往復走査することにより、試料
１８上を一方向に往復移動する。これにより、試料１８
、例えば半導体ウェハ表面に形成されたＳｉＯ２膜が高
速度でエツチングされることになる。このとき、陰極１
２の表面形状が試料１８と同じ大きさであるから高密度
プラズマ領域３２は試わ１１８上のみに生じることにな
る。そして、磁石１９が走査方向端部に位置するとぎは
、上記マグネ１〜ロン放電は生ぜず、高密度プラズマ領
域３２も生じない。つまり、試料のエツチング均一性の
要因となる周辺領域の速いエツチングが未然に防止され
る。

したがって、本装置によれば従来問題となっていたエツ
チングの不均一性を解決することができ、試料１８の均
一かつ高速なエツチングを行い得る。

しかも、本装置では陰極１２が試料１８と同一大きさで
あるからろマグネトロン放電は常に試料１８上でのみ生
じることになる。すなわち、試Ｆ４１８のエツチングに
寄与する部分以外でのマグネトロン放電発生が阻止され
るので、高周波電力の無駄がなくなる。

また、本発明者等の実験によれば、本実施例装置を用い
て熱酸化膜のエツチングを行なったところ、次のような
効果が得られた。すなわち、従来の陰極の場合に１［μ
ｍ　／ｍｉｎ　］のエツチング速度を得るのに必要な高
周波電力が約１［ｋＷ］であったのに対して、実施例で
は５００　［Ｗ］で済むことが判明した。また、本装置
ではマグネトロン放電は被エツチング試料１８上でしか
発生しないことから、前述したもどり時間の影響が殆ど
なくなり、磁石１つの走査幅も少なくて済むことが判っ
た。さらに、マグネトロン放電の発生領域が被エツチン
グ試料１８上だ番プになることによって、前記陰極１２
及び陽極に接地された板体３２上に設けられた、静電チ
ャック機構３３ヤポリイミド膜３４等の損傷も殆ど生じ
なかった。

第６図は他の実施例の概略構成を示す断面図、第７図は
同実施例の要部構成を拡大して示す断面図である。なお
、第４図及び第５図と同一部分には同一符号を付して、
その詳し説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、前記磁
場発生機構を無限軌道状に形成したことにある。すなわ
ち、磁場発生機構は複数の永久磁石４１で構成され、こ
れらの磁石４１は無限軌道を形成したベルト４１の外側
面に一定間隔で取着され、各磁石４１は回転機構（移動
機構）４３により軌道の一方向に移動せられるものとな
っている。

このような構成であれば、先の実施例と同様の効果が得
られるのは勿論のこと、次のような効果が得られる。す
なわち、先の実施例では試料上１１３− ８からマグネトロン放電プラズマが抜けきったときに放
電状態が変化し高周波電源のマツチングがずれる等の現
象が生じたが、この方式では試料１８上に常にマグネト
ロン放電プラズマが滞在するため。安定したエツチング
が達成される。

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、前記陰極は必ずしも前記試料と同一の大
きさである必要はなく、試料より僅かに小さいものであ
ってもよい。この場合、マグネトロン放電は陰極上は勿
論のこと陰極外側には僅かに広がるので試料全体のエツ
チングは可能である。また、磁極間隙、磁場の強さ及び
磁石の個数等は、仕様に応じて適宜室めればよい。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膜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
、エツチング至に導入する反応ガスの種類は、被エツチ
ング試料の材質に応じて適宜室めればよい。その他、種
々変形して実施することができる。

１４−

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ従来の問題点を説明するた
めのもので第１図はマグネトロン放電利用のドライエラ
チンクセ装置の原理を示す斜視図、第２図は試料位置と
エツチング深さとの関係を示す特性図、第３図は磁極間
隙と試料位置との関係を示す模式図、第４図は本発明の
一実施例に係わるドライエツチング装置の概略構成を示
す断面図、第５図は上記装置の要部構成を拡大して示す
断面図、第６図は他の実施例の概略構成を示す断面図、
第７図は上記の実施例の要部構成を拡大して示す断面図
である。１１・・・真空容器、１２・・・陰極、１３・・・エツ
チング室、１４・・・マグネッ１〜収納室、１５・・・
マツヂング回路、１６・・・高周波電源、１８・・・被
エツチング試料、１９．４１・・・磁石（磁場発生機構
）、２０゜４３・・・移動機構、３１・・・絶縁物、３
２・・・板体、３３・・・静電チャック機構、３４・・
・ポリイミド膜、４２・・・ベル１〜．４３・・・回転
機構（移動機構）。１５−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被エツチング試料が配置される陰極及び該陰極の
表面側に対向配置された陽極からなり、高周波電力が印
加される平行平板電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
極間隙を有し上記陰極の裏面側に設けられ陰極の表面上
に磁場を印加する磁場発生機構と、この磁場発生機構を
上記陰極の裏面に沿って移動せしめる移動機構とを具備
し、上記陰極の表面上にマグネトロン放電を生起して上
記試料をエツチングするドライエツチング装置において
、前記陰極の表面形状を前記試料の表面形状と同−若し
くはそれより僅かに小さく形成してなることを特徴とす
るドライエツチング装置。
（２）　前記磁場発生機構は閉ループ状の１１極間隙を
有するマグネットからなるもので、前記移動機構は上記
マグネットを一方向に往復走査す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）　前記磁場発生機構はその一部が前記陰極の裏面
ど対向するよう無限軌道状に配列された複数のマグネッ
１〜からなるもので、前記移動機構は上記マグネットを
一方向に連続走査す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。