JP2002093776A - Ｓｉ高速エッチング方法 - Google Patents
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- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/334—Etching
- H01J2237/3343—Problems associated with etching
- H01J2237/3347—Problems associated with etching bottom of holes or trenches
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来よりも高いエッチングレートを実現する
ことができるＳｉ高速エッチング方法を提供すること。 【解決手段】 真空に保持可能な処理容器１内にＳｉ部
分を有する被処理体Ｗを設置するとともに、処理容器１
内にエッチングガスのプラズマを生成し、その中で被処
理体のＳｉを高速エッチングするにあたり、プラズマを
生成する際の処理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐ
ａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とする。
ことができるＳｉ高速エッチング方法を提供すること。 【解決手段】 真空に保持可能な処理容器１内にＳｉ部
分を有する被処理体Ｗを設置するとともに、処理容器１
内にエッチングガスのプラズマを生成し、その中で被処
理体のＳｉを高速エッチングするにあたり、プラズマを
生成する際の処理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐ
ａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単結晶Ｓｉ基板の
ようなＳｉ部分を有する被処理体のＳｉを高速でエッチ
ングするＳｉ高速エッチング方法に関する。
ようなＳｉ部分を有する被処理体のＳｉを高速でエッチ
ングするＳｉ高速エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、デバイス構造を三次元的にした三
次元実装デバイスが開発されている。この三次元実装デ
バイスは、例えば、ロジックを形成した単結晶Ｓｉ基板
やメモリを形成した単結晶Ｓｉ基板等を複数重ね、これ
ら基板を配線で接続する構成を有しており、これによ
り、よりスペース効率の高いデバイスを実現するもので
ある。
次元実装デバイスが開発されている。この三次元実装デ
バイスは、例えば、ロジックを形成した単結晶Ｓｉ基板
やメモリを形成した単結晶Ｓｉ基板等を複数重ね、これ
ら基板を配線で接続する構成を有しており、これによ
り、よりスペース効率の高いデバイスを実現するもので
ある。
【０００３】このような三次元実装デバイスは、１００
μｍ程度の厚さを有するＳｉ基板にφ１０〜７０μｍ程
度の配線用の孔を形成する必要があることから、極めて
高速のエッチングが求められる。
μｍ程度の厚さを有するＳｉ基板にφ１０〜７０μｍ程
度の配線用の孔を形成する必要があることから、極めて
高速のエッチングが求められる。
【０００４】また、Ｓｉの高速エッチングは、このよう
な三次元実装デバイスだけでなく、様々なマイクロマシ
ニングにおけるサブミクロンオーダーの加工にも応用可
能であり、加工形状も孔だけではなく溝やライン形状等
も可能である。
な三次元実装デバイスだけでなく、様々なマイクロマシ
ニングにおけるサブミクロンオーダーの加工にも応用可
能であり、加工形状も孔だけではなく溝やライン形状等
も可能である。
【０００５】このような高速エッチングの用途には、従
来より、高プラズマ密度を実現することができる誘導結
合型のプラズマエッチング装置が用いられている。
来より、高プラズマ密度を実現することができる誘導結
合型のプラズマエッチング装置が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
誘導結合型のプラズマエッチング装置を用いた高速エッ
チングでも、エッチングレートは高々１０μｍ／ｍｉｎ
程度であり、必ずしも十分なエッチングレートではな
い。
誘導結合型のプラズマエッチング装置を用いた高速エッ
チングでも、エッチングレートは高々１０μｍ／ｍｉｎ
程度であり、必ずしも十分なエッチングレートではな
い。
【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、従来よりも高いエッチングレートを実現する
ことができるＳｉ高速エッチング方法を提供することを
目的とする。
であって、従来よりも高いエッチングレートを実現する
ことができるＳｉ高速エッチング方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従来は、高速のＳｉエッ
チングのためには、高プラズマ密度が必要であるとし
て、誘導結合型のプラズマエッチング処理装置を用いて
高プラズマ密度下でＳｉエッチングを行っていたが、本
発明者らの検討結果によれば、後述する図４に示すよう
に、Ｓｉのエッチング速度の高速化のためには、プラズ
マ密度を上昇させるより、むしろ処理容器内のガス圧力
を上昇させることが有効であることが見出された。
チングのためには、高プラズマ密度が必要であるとし
て、誘導結合型のプラズマエッチング処理装置を用いて
高プラズマ密度下でＳｉエッチングを行っていたが、本
発明者らの検討結果によれば、後述する図４に示すよう
に、Ｓｉのエッチング速度の高速化のためには、プラズ
マ密度を上昇させるより、むしろ処理容器内のガス圧力
を上昇させることが有効であることが見出された。
【０００９】従来は、Ｓｉの高速エッチングのために、
高プラズマ密度化、つまり高電離レート化して単位体積
当たりのイオン個数を増加させることを意図していた
が、本発明者らの検討結果によれば、Ｓｉのエッチング
には中性粒子であるラジカルが大きく寄与していること
が判明した。したがって、Ｓｉの高速エッチングのため
には、イオン等の荷電粒子の個数とラジカルの個数との
和が大きいことが要求され、そのためには処理容器内の
ガス圧力を高くする必要がある。
高プラズマ密度化、つまり高電離レート化して単位体積
当たりのイオン個数を増加させることを意図していた
が、本発明者らの検討結果によれば、Ｓｉのエッチング
には中性粒子であるラジカルが大きく寄与していること
が判明した。したがって、Ｓｉの高速エッチングのため
には、イオン等の荷電粒子の個数とラジカルの個数との
和が大きいことが要求され、そのためには処理容器内の
ガス圧力を高くする必要がある。
【００１０】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、真空に保持可能な処理容器内にＳｉ部分
を有する被処理体を設置するとともに、前記処理容器内
にエッチングガスのプラズマを生成し、その中で被処理
体のＳｉを高速エッチングするＳｉ高速エッチング方法
であって、プラズマを生成する際の前記処理容器内のガ
ス圧力を１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０
Ｔｏｒｒ）とすることを特徴とするＳｉ高速エッチング
方法を提供するものである。
たものであり、真空に保持可能な処理容器内にＳｉ部分
を有する被処理体を設置するとともに、前記処理容器内
にエッチングガスのプラズマを生成し、その中で被処理
体のＳｉを高速エッチングするＳｉ高速エッチング方法
であって、プラズマを生成する際の前記処理容器内のガ
ス圧力を１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０
Ｔｏｒｒ）とすることを特徴とするＳｉ高速エッチング
方法を提供するものである。
【００１１】このように処理容器内のガス圧力を高く設
定することにより、十分な量のラジカルを生成させるこ
とができ、２０μｍ／ｍｉｎ以上、他の条件を最適化す
ることにより５０μｍ／ｍｉｎ以上の従来にない高速の
Ｓｉエッチングを実現することができる。この際に、処
理容器内のガス圧力を２６〜１３３Ｐａ（２００ｍＴｏ
ｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）とすることが好ましい。
定することにより、十分な量のラジカルを生成させるこ
とができ、２０μｍ／ｍｉｎ以上、他の条件を最適化す
ることにより５０μｍ／ｍｉｎ以上の従来にない高速の
Ｓｉエッチングを実現することができる。この際に、処
理容器内のガス圧力を２６〜１３３Ｐａ（２００ｍＴｏ
ｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）とすることが好ましい。
【００１２】また、ラジカルを用いてエッチング反応を
生じさせる際に、被処理体上のエッチング反応に寄与す
るラジカル数ｎＧは、ｎ０を母ガス密度（圧力に比
例）、Ｇ Ｇをラジカルの生成レート、ＬＧをエッチング
反応以外で消滅するラジカルの消滅レートとすると、ｎ
Ｇ＝ｎ０ＧＧ−ＬＧと表すことができるから、被処理体
上のエッチング反応に寄与するラジカル数ｎＧを多くす
るためには、ｎ０ＧＧを高くすること、つまり上述のよ
うに処理容器内のガス圧力を高くすることの他、Ｌ Ｇを
低くすることが有効であるが、ＬＧを低くするためには
反応までの時間を極力短くする必要があり、そのために
は処理容器内のプラズマ生成領域と被処理体のエッチン
グ面との距離が２０ｍｍ以下であることが好ましい。
生じさせる際に、被処理体上のエッチング反応に寄与す
るラジカル数ｎＧは、ｎ０を母ガス密度（圧力に比
例）、Ｇ Ｇをラジカルの生成レート、ＬＧをエッチング
反応以外で消滅するラジカルの消滅レートとすると、ｎ
Ｇ＝ｎ０ＧＧ−ＬＧと表すことができるから、被処理体
上のエッチング反応に寄与するラジカル数ｎＧを多くす
るためには、ｎ０ＧＧを高くすること、つまり上述のよ
うに処理容器内のガス圧力を高くすることの他、Ｌ Ｇを
低くすることが有効であるが、ＬＧを低くするためには
反応までの時間を極力短くする必要があり、そのために
は処理容器内のプラズマ生成領域と被処理体のエッチン
グ面との距離が２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１３】さらに、エッチングガスとしては、反応性
の高いフッ素含有ガスを含むものを用いることが好まし
く、フッ素含有ガスとしては、その分子をＡｘＦｙ（た
だし、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）と表した場
合に、ｙが４以上、さらにはｙが６以上が反応性が高く
好ましい。ｙが６以上のガスとしては、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ
６、Ｓ２Ｆ１０を挙げることができ、ｙが４以上のガス
としては、ＣＦ４を挙げることができる。また、フッ素
含有ガスとともに酸素ガスを用いることによりエッチン
グの異方性を高めることができ、エッチングの形状性を
良好にすることができる。エッチングガスの具体的な組
み合わせとして、ＳＦ６とＯ２とを含み、Ｏ２／ＳＦ６
が０．１〜０．５のものを好適に用いることができる
（後述する図６参照）。また、ＳＦ６とＣ４Ｆ８とを含
みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．３〜０．６であるものも好適
に用いることができる（後述する図７参照）。
の高いフッ素含有ガスを含むものを用いることが好まし
く、フッ素含有ガスとしては、その分子をＡｘＦｙ（た
だし、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）と表した場
合に、ｙが４以上、さらにはｙが６以上が反応性が高く
好ましい。ｙが６以上のガスとしては、Ｃ３Ｆ８、ＳＦ
６、Ｓ２Ｆ１０を挙げることができ、ｙが４以上のガス
としては、ＣＦ４を挙げることができる。また、フッ素
含有ガスとともに酸素ガスを用いることによりエッチン
グの異方性を高めることができ、エッチングの形状性を
良好にすることができる。エッチングガスの具体的な組
み合わせとして、ＳＦ６とＯ２とを含み、Ｏ２／ＳＦ６
が０．１〜０．５のものを好適に用いることができる
（後述する図６参照）。また、ＳＦ６とＣ４Ｆ８とを含
みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．３〜０．６であるものも好適
に用いることができる（後述する図７参照）。
【００１４】本発明のＳｉ高速エッチングを実現するた
めには、上記構成を満たしていれば、プラズマを生成す
る機構の種類は問わないが、処理容器内の圧力を上記高
い範囲にして被処理体に有効にプラズマ作用を及ぼす観
点からは、相対向する一対の電極間に高周波電界を形成
してプラズマを生成する容量結合型のものであることが
好ましい。また、その中でも、被処理体が載置される電
極にプラズマ生成用の高周波が印加されるＲＩＥタイプ
のものが好ましい。ＲＩＥタイプのプラズマ生成機構
は、プラズマ生成領域と被処理体との間の距離を容易に
２０ｍｍ以下と近くすることができ、しかもプラズマを
被処理体の直上で形成することができる。この場合に、
電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチング
を行うことにより、被処理体直上にＥ×Ｂドリフトが生
じ、被処理体の直上で高プラズマ密度が実現されるため
特に好ましい。
めには、上記構成を満たしていれば、プラズマを生成す
る機構の種類は問わないが、処理容器内の圧力を上記高
い範囲にして被処理体に有効にプラズマ作用を及ぼす観
点からは、相対向する一対の電極間に高周波電界を形成
してプラズマを生成する容量結合型のものであることが
好ましい。また、その中でも、被処理体が載置される電
極にプラズマ生成用の高周波が印加されるＲＩＥタイプ
のものが好ましい。ＲＩＥタイプのプラズマ生成機構
は、プラズマ生成領域と被処理体との間の距離を容易に
２０ｍｍ以下と近くすることができ、しかもプラズマを
被処理体の直上で形成することができる。この場合に、
電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチング
を行うことにより、被処理体直上にＥ×Ｂドリフトが生
じ、被処理体の直上で高プラズマ密度が実現されるため
特に好ましい。
【００１５】また、本発明は、被処理体が配置され真空
に保持可能な処理容器と、処理容器内に相対向して設け
られ、その一方に被処理体が載置される一対の電極と、
被処理体が載置される電極にプラズマ生成用の高周波電
力を印加して前記一対の電極間に高周波電界を形成する
高周波電源と、前記処理容器内にエッチングガスを導入
するエッチングガス導入機構と、前記一対の電極間の処
理空間に、電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を
形成する磁場形成手段とを有するマグネトロンエッチン
グ装置を用い、前記処理容器内に直交電磁界によりエッ
チングガスのプラズマを生成し、その中でＳｉ部分を有
する被処理体のＳｉを高速エッチングする際に、前記処
理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴ
ｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）としてエッチングを行うことを
特徴とするＳｉ高速エッチング方法を提供する。
に保持可能な処理容器と、処理容器内に相対向して設け
られ、その一方に被処理体が載置される一対の電極と、
被処理体が載置される電極にプラズマ生成用の高周波電
力を印加して前記一対の電極間に高周波電界を形成する
高周波電源と、前記処理容器内にエッチングガスを導入
するエッチングガス導入機構と、前記一対の電極間の処
理空間に、電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を
形成する磁場形成手段とを有するマグネトロンエッチン
グ装置を用い、前記処理容器内に直交電磁界によりエッ
チングガスのプラズマを生成し、その中でＳｉ部分を有
する被処理体のＳｉを高速エッチングする際に、前記処
理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴ
ｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）としてエッチングを行うことを
特徴とするＳｉ高速エッチング方法を提供する。
【００１６】このようなＲＩＥタイプのマグネトロンプ
ラズマエッチング装置を用いて、処理容器内のガス圧力
を高くすることにより、上述したように、被処理体直上
においてラジカル密度を高くすることができ、しかも、
電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチング
を行うことにより、被処理体直上にＥ×Ｂドリフトが生
じて被処理体の直上で高プラズマ密度を得ることがで
き、極めて高速のＳｉエッチングが実現される。
ラズマエッチング装置を用いて、処理容器内のガス圧力
を高くすることにより、上述したように、被処理体直上
においてラジカル密度を高くすることができ、しかも、
電極間に電界と直交する磁場を形成しながらエッチング
を行うことにより、被処理体直上にＥ×Ｂドリフトが生
じて被処理体の直上で高プラズマ密度を得ることがで
き、極めて高速のＳｉエッチングが実現される。
【００１７】この場合に、前記磁場形成手段は、複数の
異方性セグメント磁石を前記処理容器の周囲にリング状
に配置し、前記各異方性セグメント磁石の磁化の方向
が、電極間に一様な一方向磁場が形成されるように設定
されたダイポールリング磁石を有することが好ましい。
また、前記高周波電源は、被処理体直上のプラズマ密度
を高くする観点から、２７ＭＨｚ以上の高周波電力を印
加することが好ましく（後述する図８参照）、特に、４
０〜２００ＭＨｚの高周波電力を印加することが好まし
い。同様の観点から、磁場形成手段が被処理体の存在領
域に１００００μＴ（１００Ｇ）以上の磁場を形成する
ことが好ましい。さらに、イオンエネルギーをコントロ
ールする観点から、前記高周波電源とは異なる他の高周
波電源から、周波数が前記プラズマ形成用の高周波電力
の周波数よりも小さく、２ＭＨｚ以上の高周波電力を前
記プラズマ形成用の高周波電力に重畳させることが好ま
しい。
異方性セグメント磁石を前記処理容器の周囲にリング状
に配置し、前記各異方性セグメント磁石の磁化の方向
が、電極間に一様な一方向磁場が形成されるように設定
されたダイポールリング磁石を有することが好ましい。
また、前記高周波電源は、被処理体直上のプラズマ密度
を高くする観点から、２７ＭＨｚ以上の高周波電力を印
加することが好ましく（後述する図８参照）、特に、４
０〜２００ＭＨｚの高周波電力を印加することが好まし
い。同様の観点から、磁場形成手段が被処理体の存在領
域に１００００μＴ（１００Ｇ）以上の磁場を形成する
ことが好ましい。さらに、イオンエネルギーをコントロ
ールする観点から、前記高周波電源とは異なる他の高周
波電源から、周波数が前記プラズマ形成用の高周波電力
の周波数よりも小さく、２ＭＨｚ以上の高周波電力を前
記プラズマ形成用の高周波電力に重畳させることが好ま
しい。
【００１８】前記Ｓｉ部分を有する被処理体としては、
典型的には単結晶Ｓｉ基板を挙げることができる。この
ような単結晶Ｓｉ基板に対し、上記Ｓｉ高速エッチング
方法で加工後、該Ｓｉ基板の反対側の表面の全面研削ま
たは全面エッチングを行い、前記Ｓｉ高速エッチング方
法によりＳｉ基板に形成した穴または溝が前記Ｓｉ基板
を貫通するようにして加工することができる。
典型的には単結晶Ｓｉ基板を挙げることができる。この
ような単結晶Ｓｉ基板に対し、上記Ｓｉ高速エッチング
方法で加工後、該Ｓｉ基板の反対側の表面の全面研削ま
たは全面エッチングを行い、前記Ｓｉ高速エッチング方
法によりＳｉ基板に形成した穴または溝が前記Ｓｉ基板
を貫通するようにして加工することができる。
【００１９】また、上記Ｓｉ高速エッチング方法におい
て、エッチングを行う被処理体のエッチング開口部の寸
法が１０μｍ以上であることが好ましい。
て、エッチングを行う被処理体のエッチング開口部の寸
法が１０μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。ここでは、マグネトロ
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を用いて本発明の方法
を実施する例について説明する。図１は、本発明に係る
方法を実施するためのマグネトロンＲＩＥプラズマエッ
チング装置を示す断面図である。このエッチング装置
は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂ
とからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニ
ウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
の実施の形態について説明する。ここでは、マグネトロ
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を用いて本発明の方法
を実施する例について説明する。図１は、本発明に係る
方法を実施するためのマグネトロンＲＩＥプラズマエッ
チング装置を示す断面図である。このエッチング装置
は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂ
とからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニ
ウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
【００２１】このチャンバー１内には、被処理体として
単結晶Ｓｉ基板であるＳｉウエハＷを水平に支持する支
持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例え
ばアルミニウムで構成されており、絶縁板３を介して導
体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２
の上方の外周にはＳｉ以外の材料、例えば石英で形成さ
れたフォーカスリング５が設けられている。上記支持テ
ーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ
機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆
動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆
われている。ベローズ８の外側にはベローズカバー９が
設けられている。なお、上記フォーカスリング５の外側
にはバッフル板１０が設けられており、このバッフル板
１０、支持台４、ベローズ８を通してチャンバー１と導
通している。チャンバー１は接地されている。
単結晶Ｓｉ基板であるＳｉウエハＷを水平に支持する支
持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例え
ばアルミニウムで構成されており、絶縁板３を介して導
体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２
の上方の外周にはＳｉ以外の材料、例えば石英で形成さ
れたフォーカスリング５が設けられている。上記支持テ
ーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ
機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆
動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆
われている。ベローズ８の外側にはベローズカバー９が
設けられている。なお、上記フォーカスリング５の外側
にはバッフル板１０が設けられており、このバッフル板
１０、支持台４、ベローズ８を通してチャンバー１と導
通している。チャンバー１は接地されている。
【００２２】チャンバー１の下部１ｂの側壁には、排気
ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には
排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空
ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の
真空度まで減圧することができるようになっている。一
方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側には、Ｓｉウエ
ハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３が設けられ
ている。
ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には
排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空
ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の
真空度まで減圧することができるようになっている。一
方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側には、Ｓｉウエ
ハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３が設けられ
ている。
【００２３】支持テーブル２には、整合器１４を介して
プラズマ形成用の第１の高周波電源１５が接続されてお
り、この第１の高周波電源１５から所定の周波数の高周
波電力が支持テーブル２に供給されるようになってい
る。一方、支持テーブル２に対向してその上方には後で
詳細に説明するシャワーヘッド２０が互いに平行に設け
られており、このシャワーヘッド２０は接地されてい
る。したがって、支持テーブル２およびシャワーヘッド
２０は一対の電極として機能する。
プラズマ形成用の第１の高周波電源１５が接続されてお
り、この第１の高周波電源１５から所定の周波数の高周
波電力が支持テーブル２に供給されるようになってい
る。一方、支持テーブル２に対向してその上方には後で
詳細に説明するシャワーヘッド２０が互いに平行に設け
られており、このシャワーヘッド２０は接地されてい
る。したがって、支持テーブル２およびシャワーヘッド
２０は一対の電極として機能する。
【００２４】第１の高周波電源１５の給電線には、整合
器２５を介して第２の高周波電源２６が接続されてい
る。第２の高周波電源２６は第１の高周波電源１５の周
波数よりも低い高周波電力を供給しプラズマ形成用の高
周波電力に重畳されるようになっている。
器２５を介して第２の高周波電源２６が接続されてい
る。第２の高周波電源２６は第１の高周波電源１５の周
波数よりも低い高周波電力を供給しプラズマ形成用の高
周波電力に重畳されるようになっている。
【００２５】支持テーブル２の表面上にはＳｉウエハＷ
を静電吸着して保持するための静電チャック６が設けら
れている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極
６ａが介在されて構成されており、電極６ａには直流電
源１６が接続されている。そして電極６ａに電源１６か
ら電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン
力によってＳｉウエハＷが吸着される。
を静電吸着して保持するための静電チャック６が設けら
れている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極
６ａが介在されて構成されており、電極６ａには直流電
源１６が接続されている。そして電極６ａに電源１６か
ら電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン
力によってＳｉウエハＷが吸着される。
【００２６】支持テーブル２の内部には、冷媒室１７が
設けられており、この冷媒室１７には、冷媒が冷媒導入
管１７ａを介して導入され冷媒排出管１７ｂから排出さ
れて循環し、その冷熱が支持テーブル２を介してＳｉウ
エハＷに対して伝熱され、これによりＳｉウエハＷの処
理面が所望の温度に制御される。
設けられており、この冷媒室１７には、冷媒が冷媒導入
管１７ａを介して導入され冷媒排出管１７ｂから排出さ
れて循環し、その冷熱が支持テーブル２を介してＳｉウ
エハＷに対して伝熱され、これによりＳｉウエハＷの処
理面が所望の温度に制御される。
【００２７】また、チャンバー１が排気系１２により排
気されて真空に保持されていても、冷媒室１７に循環さ
れる冷媒によりＳｉウエハＷを有効に冷却可能なよう
に、冷却ガスが、ガス導入機構１８によりそのガス供給
ライン１９を介して静電チャック６の表面とＳｉウエハ
Ｗの裏面との間に導入される。このように冷却ガスを導
入することにより、冷媒の冷熱がＳｉウエハＷに有効に
伝達され、ＳｉウエハＷの冷却効率を高くすることがで
きる。
気されて真空に保持されていても、冷媒室１７に循環さ
れる冷媒によりＳｉウエハＷを有効に冷却可能なよう
に、冷却ガスが、ガス導入機構１８によりそのガス供給
ライン１９を介して静電チャック６の表面とＳｉウエハ
Ｗの裏面との間に導入される。このように冷却ガスを導
入することにより、冷媒の冷熱がＳｉウエハＷに有効に
伝達され、ＳｉウエハＷの冷却効率を高くすることがで
きる。
【００２８】上記シャワーヘッド２０は、チャンバー１
の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられ
ている。このシャワーヘッド２０は、その下面に多数の
ガス吐出孔２２が設けられており、かつその上部にガス
導入部２０ａを有している。そして、その内部には空間
２１が形成されている。ガス導入部２０ａにはガス供給
配管２３ａが接続されており、このガス供給配管２３ａ
の他端には、エッチングガスおよび希釈ガスからなる処
理ガスを供給する処理ガス供給系２３が接続されてい
る。
の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられ
ている。このシャワーヘッド２０は、その下面に多数の
ガス吐出孔２２が設けられており、かつその上部にガス
導入部２０ａを有している。そして、その内部には空間
２１が形成されている。ガス導入部２０ａにはガス供給
配管２３ａが接続されており、このガス供給配管２３ａ
の他端には、エッチングガスおよび希釈ガスからなる処
理ガスを供給する処理ガス供給系２３が接続されてい
る。
【００２９】このような処理ガスが、処理ガス供給系２
３からガス供給配管２３ａ、ガス導入部２０ａを介して
シャワーヘッド２０の空間２１に至り、ガス吐出孔２２
から吐出される。
３からガス供給配管２３ａ、ガス導入部２０ａを介して
シャワーヘッド２０の空間２１に至り、ガス吐出孔２２
から吐出される。
【００３０】一方、チャンバー１の上部１ａの周囲に
は、同心状に、ダイポールリング磁石２４が配置されて
いる。ダイポールリング磁石２４は、図２の水平断面図
に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１が
リング状の磁性体のケーシング３２に取り付けられて構
成されている。この例では、円柱状をなす１６個の異方
性セグメント柱状磁石３１がリング状に配置されてい
る。図２中、異方性セグメント柱状磁石３１の中に示す
矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すよう
に、複数の異方性セグメント柱状磁石３１の磁化の方向
を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水
平磁界Ｂが形成されるようになっている。
は、同心状に、ダイポールリング磁石２４が配置されて
いる。ダイポールリング磁石２４は、図２の水平断面図
に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１が
リング状の磁性体のケーシング３２に取り付けられて構
成されている。この例では、円柱状をなす１６個の異方
性セグメント柱状磁石３１がリング状に配置されてい
る。図２中、異方性セグメント柱状磁石３１の中に示す
矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すよう
に、複数の異方性セグメント柱状磁石３１の磁化の方向
を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水
平磁界Ｂが形成されるようになっている。
【００３１】したがって、支持テーブル２とシャワーヘ
ッド２０との間の空間には、図３に模式的に示すよう
に、第１の高周波電源１５により鉛直方向の電界ＥＬが
形成され、かつダイポールリング磁石２４により水平磁
界Ｂが形成され、このように形成された直交電磁界によ
りマグネトロン放電が生成される。これによって高エネ
ルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、Ｓ
ｉウエハＷがエッチングされる。
ッド２０との間の空間には、図３に模式的に示すよう
に、第１の高周波電源１５により鉛直方向の電界ＥＬが
形成され、かつダイポールリング磁石２４により水平磁
界Ｂが形成され、このように形成された直交電磁界によ
りマグネトロン放電が生成される。これによって高エネ
ルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、Ｓ
ｉウエハＷがエッチングされる。
【００３２】次に、このように構成されるマグネトロン
プラズマエッチング装置を用いた本発明の方法の実施形
態について説明する。まず、ゲートバルブ１３を開にし
てＳｉウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブ
ル２に載置した後、支持テーブル２を図示の位置まで上
昇させ、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１
を介してチャンバー１内を排気する。
プラズマエッチング装置を用いた本発明の方法の実施形
態について説明する。まず、ゲートバルブ１３を開にし
てＳｉウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブ
ル２に載置した後、支持テーブル２を図示の位置まで上
昇させ、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１
を介してチャンバー１内を排気する。
【００３３】そして処理ガス供給系２３からエッチング
ガスおよび希釈ガスを含む処理ガスが所定の流量でチャ
ンバー１内に導入され、チャンバー１内のガス圧力を１
３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）
にし、その状態で第１の高周波電源１５から支持テーブ
ル２に所定の高周波電力を供給する。この際に、Ｓｉウ
エハＷは、直流電源１６から静電チャック６の電極６ａ
に所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力
により静電チャック６に吸着保持されるとともに、上部
電極であるシャワーヘッド２０と下部電極である支持テ
ーブル２との間に高周波電界が形成される。シャワーヘ
ッド２０と支持テーブル２との間にはダイポールリング
磁石２４により水平磁界Ｂが形成されているので、Ｓｉ
ウエハＷが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が
形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマ
グネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン
放電により形成されたエッチングガスのプラズマにより
ＳｉウエハＷがエッチングされる。
ガスおよび希釈ガスを含む処理ガスが所定の流量でチャ
ンバー１内に導入され、チャンバー１内のガス圧力を１
３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）
にし、その状態で第１の高周波電源１５から支持テーブ
ル２に所定の高周波電力を供給する。この際に、Ｓｉウ
エハＷは、直流電源１６から静電チャック６の電極６ａ
に所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力
により静電チャック６に吸着保持されるとともに、上部
電極であるシャワーヘッド２０と下部電極である支持テ
ーブル２との間に高周波電界が形成される。シャワーヘ
ッド２０と支持テーブル２との間にはダイポールリング
磁石２４により水平磁界Ｂが形成されているので、Ｓｉ
ウエハＷが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が
形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマ
グネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン
放電により形成されたエッチングガスのプラズマにより
ＳｉウエハＷがエッチングされる。
【００３４】この場合に、チャンバー１内のガス圧力を
１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒ
ｒ）と高く設定するので、イオンおよび電子の荷電粒子
のみならず、十分な量のラジカルを生成させることがで
き、このラジカルが有効に作用して２０μｍ／ｍｉｎ以
上という従来にない高速のＳｉエッチングを実現するこ
とができる。ガス圧力の好ましい範囲は、２６〜１３３
Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）である。
１３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒ
ｒ）と高く設定するので、イオンおよび電子の荷電粒子
のみならず、十分な量のラジカルを生成させることがで
き、このラジカルが有効に作用して２０μｍ／ｍｉｎ以
上という従来にない高速のＳｉエッチングを実現するこ
とができる。ガス圧力の好ましい範囲は、２６〜１３３
Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）である。
【００３５】このことを確認した実験について説明す
る。ここでは、エッチングガスとしてＳＦ６ガスおよび
Ｏ２ガスを用い、支持テーブル２に印加する高周波電力
の周波数を４０ＭＨｚ、ダイポールリング磁石によりＳ
ｉウエハＷの存在空間に１７０００μＴ（１７０Ｇ）の
磁場を印加し、チャンバー内圧力および高周波電力を変
化させて図１に示すエッチング装置によりエッチングを
行った。その結果を図４に示す。図４は横軸にチャンバ
ー内圧力をとり縦軸に高周波電力をとって、これらとエ
ッチングレートとの関係を示すグラフである。この図に
示すように、高周波電力にかかわらず、チャンバー内圧
力が１３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）より高くなるに従っ
てエッチングレートが高くなっていることがわかる。
る。ここでは、エッチングガスとしてＳＦ６ガスおよび
Ｏ２ガスを用い、支持テーブル２に印加する高周波電力
の周波数を４０ＭＨｚ、ダイポールリング磁石によりＳ
ｉウエハＷの存在空間に１７０００μＴ（１７０Ｇ）の
磁場を印加し、チャンバー内圧力および高周波電力を変
化させて図１に示すエッチング装置によりエッチングを
行った。その結果を図４に示す。図４は横軸にチャンバ
ー内圧力をとり縦軸に高周波電力をとって、これらとエ
ッチングレートとの関係を示すグラフである。この図に
示すように、高周波電力にかかわらず、チャンバー内圧
力が１３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）より高くなるに従っ
てエッチングレートが高くなっていることがわかる。
【００３６】また、ラジカルの消滅レートを減少させて
ＳｉウエハＷの上のラジカル数を多くする観点からプラ
ズマ生成領域とＳｉウエハＷとの間の距離を２０ｍｍ以
下とすることが好ましい。本実施形態ではＲＩＥタイプ
のプラズマ生成機構を用いているので、プラズマ生成領
域と被処理体であるＳｉウエハＷとの間の距離を容易に
２０ｍｍ以下と近くすることができ、しかもプラズマを
被処理体の直上で形成することができる。したがって、
ラジカルの消滅レートを減少させてＳｉウエハＷの上の
ラジカル数を多くすることができるとともに、ラジカル
をＳｉウエハＷのエッチングに有効に寄与させることが
できる。また、電極間に電界と直交する磁場を形成しな
がらエッチングを行うことにより、被処理体直上にＥ×
Ｂドリフトが生じ、被処理体の直上で高プラズマ密度が
実現される。これらにより、上記ガス圧力が高いことと
相俟って一層高速でエッチングすることができる。
ＳｉウエハＷの上のラジカル数を多くする観点からプラ
ズマ生成領域とＳｉウエハＷとの間の距離を２０ｍｍ以
下とすることが好ましい。本実施形態ではＲＩＥタイプ
のプラズマ生成機構を用いているので、プラズマ生成領
域と被処理体であるＳｉウエハＷとの間の距離を容易に
２０ｍｍ以下と近くすることができ、しかもプラズマを
被処理体の直上で形成することができる。したがって、
ラジカルの消滅レートを減少させてＳｉウエハＷの上の
ラジカル数を多くすることができるとともに、ラジカル
をＳｉウエハＷのエッチングに有効に寄与させることが
できる。また、電極間に電界と直交する磁場を形成しな
がらエッチングを行うことにより、被処理体直上にＥ×
Ｂドリフトが生じ、被処理体の直上で高プラズマ密度が
実現される。これらにより、上記ガス圧力が高いことと
相俟って一層高速でエッチングすることができる。
【００３７】エッチングガスとしては、通常エッチング
用のガスとして用いているガスを用いればよいが、Ｓｉ
ウエハＷを高速でエッチングする観点から反応性の高い
フッ素含有ガスを含むものを用いることが好ましい。ま
た、フッ素含有ガスとしては、１分子に存在するＦの数
が多いほど反応性が高く、その分子をＡｘＦｙ（ただ
し、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）と表した場合
に、ｙが４以上、さらにはｙが６以上が反応性が高く好
ましい。このようなフッ素含有ガスとしては、ＣＦ４、
Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０を挙げることができる。
また、フッ素含有ガスとともに酸素ガスを用いることに
よりエッチングの異方性を高めることができ、エッチン
グの形状性を良好にすることができる。具体的には、Ｓ
Ｆ６とＯ２とを含み、Ｏ２／ＳＦ６が０．１〜０．５の
ものが、高速エッチング性および形状性の観点から好ま
しい。さらに好ましくは０．１５〜０．３である。ま
た、ＳＦ６とＣ４Ｆ８とを含みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．
３〜０．６であるものも好適に用いることができる。さ
らに好ましくは、０．４〜０．５である。
用のガスとして用いているガスを用いればよいが、Ｓｉ
ウエハＷを高速でエッチングする観点から反応性の高い
フッ素含有ガスを含むものを用いることが好ましい。ま
た、フッ素含有ガスとしては、１分子に存在するＦの数
が多いほど反応性が高く、その分子をＡｘＦｙ（ただ
し、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）と表した場合
に、ｙが４以上、さらにはｙが６以上が反応性が高く好
ましい。このようなフッ素含有ガスとしては、ＣＦ４、
Ｃ３Ｆ８、ＳＦ６、Ｓ２Ｆ１０を挙げることができる。
また、フッ素含有ガスとともに酸素ガスを用いることに
よりエッチングの異方性を高めることができ、エッチン
グの形状性を良好にすることができる。具体的には、Ｓ
Ｆ６とＯ２とを含み、Ｏ２／ＳＦ６が０．１〜０．５の
ものが、高速エッチング性および形状性の観点から好ま
しい。さらに好ましくは０．１５〜０．３である。ま
た、ＳＦ６とＣ４Ｆ８とを含みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．
３〜０．６であるものも好適に用いることができる。さ
らに好ましくは、０．４〜０．５である。
【００３８】このことを確認した実験について説明す
る。ここでは、図１に示すエッチング装置を用い、エッ
チングガスとしてＳＦ６＋Ｏ２を用い、高周波電力の周
波数４０ＭＨｚとしマスクとしてＳｉＯ２を用いた場合
（条件Ａ）、および２７ＭＨｚとしマスクとしてレジス
トを用いた場合（条件Ｂ）でＯ２／ＳＦ６の値を変化さ
せてエッチングを行った。また、エッチングガスとして
ＳＦ６＋Ｃ４Ｆ８を用い、高周波電力の周波数４０ＭＨ
ｚとして上記条件ＡでＣ４Ｆ８／ＳＦ６の値を変化させ
てＳｉウエハのエッチングを行った。
る。ここでは、図１に示すエッチング装置を用い、エッ
チングガスとしてＳＦ６＋Ｏ２を用い、高周波電力の周
波数４０ＭＨｚとしマスクとしてＳｉＯ２を用いた場合
（条件Ａ）、および２７ＭＨｚとしマスクとしてレジス
トを用いた場合（条件Ｂ）でＯ２／ＳＦ６の値を変化さ
せてエッチングを行った。また、エッチングガスとして
ＳＦ６＋Ｃ４Ｆ８を用い、高周波電力の周波数４０ＭＨ
ｚとして上記条件ＡでＣ４Ｆ８／ＳＦ６の値を変化させ
てＳｉウエハのエッチングを行った。
【００３９】図５に示す垂直エッチングレートａとサイ
ドエッチングレートｂを測定し、高速エッチング性を垂
直エッチングレートａで評価し、形状性をサイドエッチ
ングレートｂの垂直エッチングレートａに対する比（エ
ッチングレート比）ｂ／ａで評価した。その結果を図６
および図７に示す。図６はＯ２／ＳＦ６の値と垂直エッ
チングレートａおよびエッチングレート比ｂ／ａとの関
係を示すグラフである。また、図７はＣ４Ｆ８／ＳＦ６
の値と垂直エッチングレートａおよびエッチングレート
比ｂ／ａとの関係を示すグラフである。図６からＯ２／
ＳＦ６が０．１〜０．５の範囲で高速エッチング性およ
び形状性が良好であることが確認される。特に０．１５
〜０．３で垂直エッチングレートａとエッチングレート
比ｂ／ａとのバランスが良く、この範囲がより好まし
い。また、図７からＣ４Ｆ８／ＳＦ ６が０．３〜０．６
の範囲で高速エッチング性および形状性が良好であるこ
とが確認される。特に０．４〜０．５の範囲で垂直エッ
チングレートａとエッチングレート比ｂ／ａとのバラン
スが良く、この範囲がより好ましい。
ドエッチングレートｂを測定し、高速エッチング性を垂
直エッチングレートａで評価し、形状性をサイドエッチ
ングレートｂの垂直エッチングレートａに対する比（エ
ッチングレート比）ｂ／ａで評価した。その結果を図６
および図７に示す。図６はＯ２／ＳＦ６の値と垂直エッ
チングレートａおよびエッチングレート比ｂ／ａとの関
係を示すグラフである。また、図７はＣ４Ｆ８／ＳＦ６
の値と垂直エッチングレートａおよびエッチングレート
比ｂ／ａとの関係を示すグラフである。図６からＯ２／
ＳＦ６が０．１〜０．５の範囲で高速エッチング性およ
び形状性が良好であることが確認される。特に０．１５
〜０．３で垂直エッチングレートａとエッチングレート
比ｂ／ａとのバランスが良く、この範囲がより好まし
い。また、図７からＣ４Ｆ８／ＳＦ ６が０．３〜０．６
の範囲で高速エッチング性および形状性が良好であるこ
とが確認される。特に０．４〜０．５の範囲で垂直エッ
チングレートａとエッチングレート比ｂ／ａとのバラン
スが良く、この範囲がより好ましい。
【００４０】エッチングの形状性を良好にするために
は、ＳｉウエハＷの温度を低下させることも有効であ
る。そのために、冷媒室１７が設けられており、この冷
媒室１７に冷媒が循環され、その冷熱が支持テーブル２
を介してＳｉウエハＷに対して伝熱され、これによりＳ
ｉウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。エッチ
ングの形状性つまり異方性を良好にするためには、例え
ば−３０℃程度の冷媒を循環させる。
は、ＳｉウエハＷの温度を低下させることも有効であ
る。そのために、冷媒室１７が設けられており、この冷
媒室１７に冷媒が循環され、その冷熱が支持テーブル２
を介してＳｉウエハＷに対して伝熱され、これによりＳ
ｉウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。エッチ
ングの形状性つまり異方性を良好にするためには、例え
ば−３０℃程度の冷媒を循環させる。
【００４１】また、ガス導入機構１８によりガス供給ラ
イン１９を介してＳｉウエハＷに冷熱を有効に供給する
ための伝熱ガスが静電チャック６の表面とＳｉウエハＷ
の裏面との間に導入されるが、このガスとしては通常の
Ｈｅの代わりにＳＦ６やＣ４Ｆ８等のエッチングガスと
して用いられるガスを導入することが好ましい。これら
は冷却効率がＨｅよりも大きく、ＳｉウエハＷを冷却す
る効果を一層高めることができ、エッチングの形状性を
より良好にすることが可能となる。
イン１９を介してＳｉウエハＷに冷熱を有効に供給する
ための伝熱ガスが静電チャック６の表面とＳｉウエハＷ
の裏面との間に導入されるが、このガスとしては通常の
Ｈｅの代わりにＳＦ６やＣ４Ｆ８等のエッチングガスと
して用いられるガスを導入することが好ましい。これら
は冷却効率がＨｅよりも大きく、ＳｉウエハＷを冷却す
る効果を一層高めることができ、エッチングの形状性を
より良好にすることが可能となる。
【００４２】プラズマ生成用の第１の高周波電源１５
は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および
出力が適宜設定される。ＳｉウエハＷの直上のプラズマ
密度を高くする観点からは、周波数が２７ＭＨｚ以上で
あることが好ましい。
は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および
出力が適宜設定される。ＳｉウエハＷの直上のプラズマ
密度を高くする観点からは、周波数が２７ＭＨｚ以上で
あることが好ましい。
【００４３】このことを確認した実験について説明す
る。図１に示すエッチング装置を用い、エッチングガス
としてＣ４Ｆ８＋ＳＦ６を用い、高周波電力の周波数を
変化させてＳｉウエハＷのエッチングを行い、エッチン
グレートおよびレジストに対するエッチング選択比を求
めた。図８は高周波電力の周波数とエッチングレートお
よびエッチング選択比との関係を示すグラフである。こ
の図に示すように、エッチングレートおよびエッチング
選択比ともに、周波数の上昇に従って増加しており、特
に２７ＭＨｚ以上で急激に上昇していることがわかる。
る。図１に示すエッチング装置を用い、エッチングガス
としてＣ４Ｆ８＋ＳＦ６を用い、高周波電力の周波数を
変化させてＳｉウエハＷのエッチングを行い、エッチン
グレートおよびレジストに対するエッチング選択比を求
めた。図８は高周波電力の周波数とエッチングレートお
よびエッチング選択比との関係を示すグラフである。こ
の図に示すように、エッチングレートおよびエッチング
選択比ともに、周波数の上昇に従って増加しており、特
に２７ＭＨｚ以上で急激に上昇していることがわかる。
【００４４】また、さらにエッチングレートおよびエッ
チング選択比を上昇させる観点からは４０〜２００ＭＨ
ｚの範囲が好ましい。図８は４０ＭＨｚまでの結果しか
示されていないが、４０ＭＨｚ以上においても周波数の
上昇にともなってエッチングレートおよびエッチング選
択比が上昇することは容易に理解される。
チング選択比を上昇させる観点からは４０〜２００ＭＨ
ｚの範囲が好ましい。図８は４０ＭＨｚまでの結果しか
示されていないが、４０ＭＨｚ以上においても周波数の
上昇にともなってエッチングレートおよびエッチング選
択比が上昇することは容易に理解される。
【００４５】第２の高周波電源２６は、プラズマのイオ
ンエネルギーをコントロールするための高周波電力を供
給するものであり、その周波数は第１の高周波電源１５
の周波数よりも小さく２ＭＨｚ以上であることが好まし
い。
ンエネルギーをコントロールするための高周波電力を供
給するものであり、その周波数は第１の高周波電源１５
の周波数よりも小さく２ＭＨｚ以上であることが好まし
い。
【００４６】ダイポールリング磁石２４は、Ｓｉウエハ
Ｗの直上のプラズマ密度を高くするために、対向電極で
ある支持テーブル２およびシャワーヘッド２０の間の処
理空間に磁場を印加するが、その効果を有効に発揮させ
るためには処理空間に１００００μＴ（１００Ｇ）以上
の磁場を形成するような強度の磁石であることが好まし
い。磁場は強ければ強いほどプラズマ密度を高くする効
果が増加すると考えられるが、安全性の観点から１００
０００μＴ（１ｋＧ）以下であることが好ましい。
Ｗの直上のプラズマ密度を高くするために、対向電極で
ある支持テーブル２およびシャワーヘッド２０の間の処
理空間に磁場を印加するが、その効果を有効に発揮させ
るためには処理空間に１００００μＴ（１００Ｇ）以上
の磁場を形成するような強度の磁石であることが好まし
い。磁場は強ければ強いほどプラズマ密度を高くする効
果が増加すると考えられるが、安全性の観点から１００
０００μＴ（１ｋＧ）以下であることが好ましい。
【００４７】また、ＳｉウエハＷを高速にエッチングす
るためには、エッチングの開口率、すなわちＳｉウエハ
Ｗの全面積に対するエッチング孔の面積の割合も考慮す
る必要がある。つまり、開口率が大きすぎると高速のエ
ッチングは困難となる。このような観点から開口率は１
０％以下であることが好ましく、５％以下がさらに好ま
しい。また、エッチングの開口幅は特に限定されるもの
ではなく例えば５μｍ程度以上が適用可能であるが、１
０μｍ以上が好ましい。開口幅の上限も特に存在しない
が２００μｍ程度以下が好ましい。
るためには、エッチングの開口率、すなわちＳｉウエハ
Ｗの全面積に対するエッチング孔の面積の割合も考慮す
る必要がある。つまり、開口率が大きすぎると高速のエ
ッチングは困難となる。このような観点から開口率は１
０％以下であることが好ましく、５％以下がさらに好ま
しい。また、エッチングの開口幅は特に限定されるもの
ではなく例えば５μｍ程度以上が適用可能であるが、１
０μｍ以上が好ましい。開口幅の上限も特に存在しない
が２００μｍ程度以下が好ましい。
【００４８】以上のように、エッチングの際のチャンバ
ー１内のガス圧力を高圧にすることにより、また、さら
に他の条件を好ましい範囲に規定することにより、Ｓｉ
のエッチングを高速で行うことができるが、実用的な観
点からは、例えば、チャンバー１内のガス圧力を２６．
６〜６６．５Ｐａ（２００〜５００ｍＴｏｒｒ）、第１
の高周波電源１５の周波数を４０ＭＨｚ、第２の高周波
電源２６の周波数を３．２ＭＨｚ、ダイポールリング磁
石２４によって形成される処理空間での磁場の強さを１
００００〜３００００μＴ（１００〜３００Ｇ）とす
る。このような条件を採用することにより、Ｓｉウエハ
Ｗのエッチングを５０μｍ／ｍｉｎ程度またはそれ以上
という著しく大きい速度で行うことができる。
ー１内のガス圧力を高圧にすることにより、また、さら
に他の条件を好ましい範囲に規定することにより、Ｓｉ
のエッチングを高速で行うことができるが、実用的な観
点からは、例えば、チャンバー１内のガス圧力を２６．
６〜６６．５Ｐａ（２００〜５００ｍＴｏｒｒ）、第１
の高周波電源１５の周波数を４０ＭＨｚ、第２の高周波
電源２６の周波数を３．２ＭＨｚ、ダイポールリング磁
石２４によって形成される処理空間での磁場の強さを１
００００〜３００００μＴ（１００〜３００Ｇ）とす
る。このような条件を採用することにより、Ｓｉウエハ
Ｗのエッチングを５０μｍ／ｍｉｎ程度またはそれ以上
という著しく大きい速度で行うことができる。
【００４９】このような実用的な条件でＳｉウエハＷを
実際にエッチングした結果について説明する。Ｓｉウエ
ハの表面にＳｉＯ２マスクを形成し、図１のマグネトロ
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を用いてエッチングを
行った。エッチングの際のチャンバー１内の圧力を３
３．２５Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガ
スとしてＳＦ６およびＯ２をそれぞれ０．４Ｌ／ｍｉｎ
および０．１３Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー１内に供
給し、第１の高周波電源１５の周波数を４０ＭＨｚ、第
２の高周波電源２６の周波数を３．２ＭＨｚ、ダイポー
ルリング磁石２４によって形成される処理空間での磁場
の強さを１７０００μＴ（１７０Ｇ）とし、第１の高周
波電源１５からの高周波電力の出力を２３００Ｗとし
た。また、ＳｉウエハＷを効率よく冷却するためにウエ
ハ裏面に供給するガスとしてＳＦ６ガスを用い、Ｓｉウ
エハＷの底面の温度が−１５℃になるようにした。な
お、エッチングにより形成する孔の開口径は２０μｍと
した。
実際にエッチングした結果について説明する。Ｓｉウエ
ハの表面にＳｉＯ２マスクを形成し、図１のマグネトロ
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を用いてエッチングを
行った。エッチングの際のチャンバー１内の圧力を３
３．２５Ｐａ（２５０ｍＴｏｒｒ）とし、エッチングガ
スとしてＳＦ６およびＯ２をそれぞれ０．４Ｌ／ｍｉｎ
および０．１３Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー１内に供
給し、第１の高周波電源１５の周波数を４０ＭＨｚ、第
２の高周波電源２６の周波数を３．２ＭＨｚ、ダイポー
ルリング磁石２４によって形成される処理空間での磁場
の強さを１７０００μＴ（１７０Ｇ）とし、第１の高周
波電源１５からの高周波電力の出力を２３００Ｗとし
た。また、ＳｉウエハＷを効率よく冷却するためにウエ
ハ裏面に供給するガスとしてＳＦ６ガスを用い、Ｓｉウ
エハＷの底面の温度が−１５℃になるようにした。な
お、エッチングにより形成する孔の開口径は２０μｍと
した。
【００５０】その結果、図９の電子顕微鏡写真に示すよ
うなエッチング孔が得られた。エッチングレートは４
９．３μｍ／ｍｉｎと極めて高速であった。また、図９
に示すようにエッチング孔の形状は良好なものであっ
た。マスクのＳｉＯ２に対するＳｉのエッチング選択比
は５０．７であった。
うなエッチング孔が得られた。エッチングレートは４
９．３μｍ／ｍｉｎと極めて高速であった。また、図９
に示すようにエッチング孔の形状は良好なものであっ
た。マスクのＳｉＯ２に対するＳｉのエッチング選択比
は５０．７であった。
【００５１】また、チャンバー内圧力、エッチンガス流
量、高周波電力等を最適化することにより、６０μｍ／
ｍｉｎ以上のエッチングレートが得られることも確認さ
れている。
量、高周波電力等を最適化することにより、６０μｍ／
ｍｉｎ以上のエッチングレートが得られることも確認さ
れている。
【００５２】以上のように、本実施形態の方法を採用す
ることにより、Ｓｉを極めて高速でエッチングすること
ができ、かつエッチングの形状性も良好となることが確
認された。
ることにより、Ｓｉを極めて高速でエッチングすること
ができ、かつエッチングの形状性も良好となることが確
認された。
【００５３】以上説明した高速エッチング方法によりＳ
ｉウエハに貫通する穴や溝を形成することができるが、
このようにしてＳｉウエハをエッチングした後、該Ｓｉ
ウエハの反対側の表面の全面研削または全面エッチング
を行って、上記高速エッチング方法によりＳｉウエハに
形成した穴または溝がＳｉウエハを貫通するようにする
こともできる。
ｉウエハに貫通する穴や溝を形成することができるが、
このようにしてＳｉウエハをエッチングした後、該Ｓｉ
ウエハの反対側の表面の全面研削または全面エッチング
を行って、上記高速エッチング方法によりＳｉウエハに
形成した穴または溝がＳｉウエハを貫通するようにする
こともできる。
【００５４】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態
ではマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置の磁場
形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これ
に限るものではなく、磁場の形成も必須なものではな
い。また、本発明の範囲のガス圧力でプラズマを形成す
ることができれば装置は問わず、容量結合型や誘導結合
型等の種々のプラズマエッチング装置を用いることがで
きる。ただし、高圧でプラズマを形成する観点からは誘
導結合型よりも容量結合型のものが好ましい。また、プ
ラズマ生成領域と被処理体とを近づける観点からはその
中でもＲＩＥタイプのものが好ましい。また、上記実施
形態ではＳｉウエハのエッチングについて示したが、Ｓ
ｉ部分を含む被処理体におけるＳｉのエッチングであれ
ば、Ｓｉウエハのエッチングに限るものではない。
ことなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態
ではマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置の磁場
形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これ
に限るものではなく、磁場の形成も必須なものではな
い。また、本発明の範囲のガス圧力でプラズマを形成す
ることができれば装置は問わず、容量結合型や誘導結合
型等の種々のプラズマエッチング装置を用いることがで
きる。ただし、高圧でプラズマを形成する観点からは誘
導結合型よりも容量結合型のものが好ましい。また、プ
ラズマ生成領域と被処理体とを近づける観点からはその
中でもＲＩＥタイプのものが好ましい。また、上記実施
形態ではＳｉウエハのエッチングについて示したが、Ｓ
ｉ部分を含む被処理体におけるＳｉのエッチングであれ
ば、Ｓｉウエハのエッチングに限るものではない。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマを生成する際の処理容器内のガス圧力を１３〜
１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）と高
く設定することにより、十分な量のラジカルを生成させ
ることができ、２０μｍ／ｍｉｎ以上、他の条件を最適
化することにより５０μｍ／ｍｉｎ以上の従来にない高
速のＳｉエッチングを実現することができる。
プラズマを生成する際の処理容器内のガス圧力を１３〜
１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）と高
く設定することにより、十分な量のラジカルを生成させ
ることができ、２０μｍ／ｍｉｎ以上、他の条件を最適
化することにより５０μｍ／ｍｉｎ以上の従来にない高
速のＳｉエッチングを実現することができる。
【００５６】このため、本発明は三次元デバイスの貫通
孔形成に好適に用いることができる他、この高速エッチ
ング特性を兼ね備えた微細加工特性を利用して従来は機
械加工で行っていた基板からのチップの切り出し加工
（ダイシング）を半分以下の削り代で実現できるなど、
マイクロマシニングや電子線ビームリソグラフィーにお
けるマスク加工等への適用が期待される。
孔形成に好適に用いることができる他、この高速エッチ
ング特性を兼ね備えた微細加工特性を利用して従来は機
械加工で行っていた基板からのチップの切り出し加工
（ダイシング）を半分以下の削り代で実現できるなど、
マイクロマシニングや電子線ビームリソグラフィーにお
けるマスク加工等への適用が期待される。
【図１】本発明に係る方法を実施するためのマグネトロ
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を示す断面図。
ンＲＩＥプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１の装置のチャンバーの周囲に配置された状
態のダイポールリング磁石を模式的に示す水平断面図。
態のダイポールリング磁石を模式的に示す水平断面図。
【図３】チャンバー内に形成される電界および磁界を説
明するための模式図。
明するための模式図。
【図４】チャンバー内圧力および高周波電力とエッチン
グレートとの関係を示すグラフ。
グレートとの関係を示すグラフ。
【図５】エッチングにおける垂直エッチングレートａと
サイドエッチングレートｂとを説明するための図。
サイドエッチングレートｂとを説明するための図。
【図６】Ｏ２／ＳＦ６の値と垂直エッチングレートａお
よびエッチングレート比ｂ／ａとの関係を示すグラフ。
よびエッチングレート比ｂ／ａとの関係を示すグラフ。
【図７】Ｃ４Ｆ８／ＳＦ６の値と垂直エッチングレート
ａおよびエッチングレート比ｂ／ａとの関係を示すグラ
フ。
ａおよびエッチングレート比ｂ／ａとの関係を示すグラ
フ。
【図８】高周波電力の周波数とエッチングレートおよび
エッチング選択比との関係を示すグラフ。
エッチング選択比との関係を示すグラフ。
【図９】図１の装置により実際にエッチングを行った際
のエッチング孔の一例を示す電子顕微鏡写真。
のエッチング孔の一例を示す電子顕微鏡写真。
１；チャンバー（処理容器） ２；支持テーブル（電極） １２；排気系 １５；第１の高周波電源 １７；冷媒室 １８；ガス導入機構 ２０；シャワーヘッド（電極） ２３；処理ガス供給系 ２４；ダイポールリング磁石 ２６；第２の高周波電源 Ｗ；Ｓｉウエハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永関 一也 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 酒井 伊都子 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８ 株式会 社東芝横浜事業所内 (72)発明者 大岩 徳久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８ 株式会 社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA05 AA16 BA07 BA08 BB07 BB11 BB22 BB23 BB25 BB28 CA02 CA09 DA00 DA03 DA18 DA26 DA30 DB01
Claims (29)
- 【請求項１】 真空に保持可能な処理容器内にＳｉ部分
を有する被処理体を設置するとともに、前記処理容器内
にエッチングガスのプラズマを生成し、その中で被処理
体のＳｉを高速エッチングするＳｉ高速エッチング方法
であって、 プラズマを生成する際の前記処理容器内のガス圧力を１
３〜１３３３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）
とすることを特徴とするＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２】 前記処理容器内のガス圧力を２６〜１３
３Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）とすることを
特徴とする請求項１に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項３】 前記処理容器内のプラズマ生成領域と被
処理体のエッチング面との距離が２０ｍｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳｉ高
速エッチング方法。 - 【請求項４】 前記エッチングガスは、フッ素含有ガス
を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
か１項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項５】 前記フッ素含有ガスは、その分子をＡｘ
Ｆｙ（ただし、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）と
表した場合に、ｙが４以上であることを特徴とする請求
項４に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項６】 前記フッ素含有ガスのｙが６以上である
ことを特徴とする請求項５に記載のＳｉ高速エッチング
方法。 - 【請求項７】 前記エッチングガスはさらに酸素を含む
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項
に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項８】 前記エッチングガスはＳＦ６とＯ２とを
含み、Ｏ２／ＳＦ６が０．１〜０．５であることを特徴
とする請求項７に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項９】 前記エッチングガスはＳＦ６とＣ４Ｆ８
とを含みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．３〜０．６であること
を特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記
載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１０】 プラズマを生成する機構は、相対向す
る一対の電極間に高周波電界を形成してプラズマを生成
する容量結合型のものであることを特徴とする請求項１
から請求項９のいずれか１項に記載のＳｉ高速エッチン
グ方法。 - 【請求項１１】 前記プラズマを生成する機構は、被処
理体が載置される電極にプラズマ生成用の高周波が印加
されるＲＩＥタイプであることを特徴とする請求項１０
に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１２】 電極間に電界と直交する磁場を形成し
ながらエッチングを行うことを特徴とする請求項１１に
記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１３】 被処理体が配置され真空に保持可能な
処理容器と、処理容器内に相対向して設けられ、その一
方に被処理体が載置される一対の電極と、被処理体が載
置される電極にプラズマ生成用の高周波電力を印加して
前記一対の電極間に高周波電界を形成する高周波電源
と、前記処理容器内にエッチングガスを導入するエッチ
ングガス導入機構と、前記一対の電極間の処理空間に、
電界方向と直交しかつ一方向に向かう磁場を形成する磁
場形成手段とを有するマグネトロンエッチング装置を用
い、前記処理容器内に直交電磁界によりエッチングガス
のプラズマを生成し、その中でＳｉ部分を有する被処理
体のＳｉを高速エッチングする際に、 前記処理容器内のガス圧力を１３〜１３３３Ｐａ（１０
０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）としてエッチングを行う
ことを特徴とするＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１４】 前記処理容器内のガス圧力を２６〜１
３３Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）としてエッ
チングを行うことを特徴とする請求項１３に記載のＳｉ
高速エッチング方法。 - 【請求項１５】 前記磁場形成手段は、複数の異方性セ
グメント磁石を前記処理容器の周囲にリング状に配置
し、前記各異方性セグメント磁石の磁化の方向が、電極
間に一様な一方向磁場が形成されるように設定されたダ
イポールリング磁石を有することを特徴とする請求項１
３または請求項１４に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１６】 前記エッチングガスは、フッ素含有ガ
スを含むことを特徴とする請求項１３から請求項１５の
いずれか１項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１７】 前記フッ素含有ガスは、その分子をＡ
ｘＦｙ（ただし、Ａは任意の元素、ｘおよびｙは価数）
と表した場合に、ｙが４以上であることを特徴とする請
求項１６に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項１８】 前記フッ素含有ガスのｙが６以上であ
ることを特徴とする請求項１７に記載のＳｉ高速エッチ
ング方法。 - 【請求項１９】 前記エッチングガスはさらに酸素を含
むことを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれ
か１項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２０】 前記エッチングガスはＳＦ６とＯ２と
を含み、Ｏ２／ＳＦ ６が０．１〜０．５であることを特
徴とする請求項１９に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２１】 前記エッチングガスはＳＦ６とＣ４Ｆ
８とを含みＣ４Ｆ８／ＳＦ６が０．３〜０．６であるこ
とを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか１
項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２２】 前記高周波電源は、２７ＭＨｚ以上の
高周波電力を印加することを特徴とする請求項１３から
請求項２１のいずれか１項に記載のＳｉ高速エッチング
方法。 - 【請求項２３】 前記高周波電源は、４０〜２００ＭＨ
ｚの高周波電力を印加することを特徴とする請求項２２
に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２４】 前記磁場形成手段は、被処理体の存在
領域に１００００μＴ（１００Ｇ）以上の磁場を形成す
ることを特徴とする請求項１３から請求項２３のいずれ
か１項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２５】 前記高周波電源とは異なる他の高周波
電源から、周波数が前記プラズマ形成用の高周波電力の
周波数よりも小さく２ＭＨｚ以上の高周波電力を前記プ
ラズマ形成用の高周波電力に重畳させることを特徴とす
る請求項１３から請求項２４のいずれか１項に記載のＳ
ｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２６】 エッチングを行う被処理体のエッチン
グ開口率は被処理体表面の１０％以下であることを特徴
とする請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の
Ｓｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２７】 前記Ｓｉ部分を有する被処理体が単結
晶Ｓｉ基板であることを特徴とする請求項１から請求項
２６のいずれか１項に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２８】 前記Ｓｉ高速エッチング方法により単
結晶Ｓｉ基板をエッチングする工程後、該Ｓｉ基板の反
対側の表面の全面研削または全面エッチングを行い、前
記Ｓｉ高速エッチング方法によりＳｉ基板に形成した穴
または溝が前記Ｓｉ基板を貫通するようにしたことを特
徴とする請求項２７に記載のＳｉ高速エッチング方法。 - 【請求項２９】 エッチングを行う被処理体のエッチン
グ開口部の寸法が１０μｍ以上であることを特徴とする
請求項１から請求項２８のいずれか１項に記載のＳｉ高
速エッチング方法。
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