JP2006066744A

JP2006066744A - 固体ソースエッチング装置及び固体ソースエッチング方法

Info

Publication number: JP2006066744A
Application number: JP2004249305A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Matsutani; 晃宏松谷
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】簡単な装置構成によりドライエッチングを行うことができる固体ソースエッチング装置及び固体ソースエッチング方法を提供する。
【解決手段】エッチングチャンバ１０には、高周波プラズマを発生させる等の機能を有する電極１２と、エッチング処理の対象となるサンプル１４を保持するサンプルホルダ１６とが設置され、またサンプルホルダ１６の上にはエッチングガス用の固体ソース１８も配置されている。さらに、エッチングチャンバ１０内には、放電用ガス２０が導入されている。電極１２から放電用ガス２０に高周波電力が印可されて放電用ガス２０のプラズマが発生すると、このプラズマにより固体ソース１８がたたかれ、固体ソース１８の成分がガス化し、反応性エッチングガスとなる。この反応性エッチングガスは、電極１２から高周波電力が印可されてプラズマ化し、このプラズマによりサンプル１４がドライエッチングされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置等の製造に用いられる固体ソースエッチング装置及び固体ソースエッチング方法に関する。

半導体レーザや光導波路等の光デバイスをはじめとする半導体装置等を製造する方法の一つとしてドライエッチング技術が用いられている。このドライエッチング技術においては、近年の半導体装置に対する高精度化の要求に応え得る、異方性の高いエッチング技術の開発が求められている。

このような要求に対し、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）のドライエッチング技術において、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを用いた反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）技術や、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング技術等が開発されてきた。

また、下記非特許文献１には、永久磁石が形成する磁界を利用した高密度プラズマを発生させる技術が開示されている。
A. Narai et al., Jpn. J. Appl. Phys. 30 : 3159, 1991

しかし、上記従来の技術においては、反応性エッチングガスの制御装置、反応性エッチングガスのガスボンベ、反応性エッチングガス導入用配管等が必要であり、装置構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な装置構成によりドライエッチングを行うことができる固体ソースエッチング装置及び固体ソースエッチング方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、固体ソースエッチング装置であって、エッチング処理を行うためのエッチングチャンバと、前記エッチングチャンバ内に高周波プラズマを発生させる等の機能を有する電極と、前記エッチングチャンバ内に導入された放電用ガスと、前記エッチングチャンバ内に配置された反応性エッチングガス用の固体ソースと、を備えることを特徴とする。ここで、上記固体ソースはヨウ素であるのが好適である。この固体ソースとしてのヨウ素は、その周囲を壁で囲まれているのが好適である。

また、本発明は、固体ソースエッチング方法であって、エッチング処理を行うためのエッチングチャンバ内にエッチング対象であるサンプルを配置し、前記エッチングチャンバ内にエッチングガス用の固体ソースを配置し、前記エッチングチャンバ内に放電用ガスを導入し、前記エッチングチャンバ内に高周波印加電極により高周波電界を印可してプラズマを発生させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、固体ソースからエッチング用の反応性ガスが供給されるので、反応性エッチングガスの制御装置、ガスボンベ、導入用配管等が不要となり、装置構成を簡略化することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、本発明に係る固体ソースエッチング装置の構成の断面図が示される。図１において、エッチング処理を行う閉鎖空間を形成するエッチングチャンバ１０には、エッチングチャンバ１０内に高周波プラズマを発生させる等の機能を有する電極１２と、電極１２の上方に配置され、エッチング処理の対象となるＩｎＰ等のサンプル１４を保持するためのサンプルホルダ１６とが設置されている。また、サンプルホルダ１６の上には、エッチングガス用の固体ソース１８が配置されている。さらに、エッチングチャンバ１０内には、放電用ガス２０が導入されている。放電用ガス２０は、導入路２２から導入され、エッチング処理によって生じた排ガスとともに排出路２４から排出されてエッチングチャンバ１０の内部圧力が調整される。なお、固体ソース１８は、必ずしもサンプルホルダ１６の上に配置される必要はなく、エッチングチャンバ１０内に配置されていればよい。また、上記電極１２は、エッチングチャンバ１０内に導入されたエッチングガスからプラズマを発生させたり、発生したプラズマイオンを当該電極１２方向に引きつける機能等を有している。

本発明に係る固体ソースエッチング装置は、平行平板型プラズマ（ＣＣＰ）エッチング装置、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）エッチング装置等いずれのプラズマエッチング装置にも適用できる。これらのうち、例えばＩＣＰエッチング装置に適用する場合には、図１に示されるように、エッチングチャンバ１０の天板２６上に誘導電場を発生するためのコイル２８を設置する。ＩＣＰエッチング装置の場合では、高密度プラズマ発生は、主としてコイル２８により行われる。

上記固体ソース１８は、例えばＩｎＰのエッチングの場合、ヨウ素を使用することができる。ヨウ素は揮発性（昇華性）が高いので、エッチングチャンバ１０内に反応性エッチングガスを供給する固体ソース１８として特に好適である。また、放電用ガス２０としては、例えばキセノン（Ｘｅ）を使用することができる。

本実施形態の固体ソースエッチング装置は、以下のように動作する。すなわち、電極１２から放電用ガス２０に高周波放電により高周波電力が印可されると、放電用ガス２０のプラズマが発生し、このプラズマにより固体ソース１８がたたかれる。これにより、固体ソース１８の成分がガス化し、反応性エッチングガスとなる。固体ソース１８から発生した反応性エッチングガスは、電極１２から高周波電力が印可されてプラズマ化する。このプラズマにより、サンプル１４がドライエッチングされる。

このように、反応性エッチングガスは、サンプル１４とともにエッチングチャンバ１０内に配置された固体ソース１８から供給されるので、反応性エッチングガスの制御装置、反応性エッチングガスのガスボンベ、反応性エッチングガス導入用配管等は不要であり、装置構成を簡単にできる。

上述したように、ＩｎＰのエッチングの場合には固体ソース１８としてヨウ素を使用することができるが、ＩｎＰとヨウ素とが反応するとヨウ化インジウム（ＩｎＩ_３）が生成する。ヨウ化インジウムは揮発性が高いので、１００℃以下の低温で０．３μｍ／分程度のエッチング速度を実現でき、従来の２００℃以上の高温で塩素を用いたドライエッチングの場合と同様のエッチング速度を達成できる。

また、この場合、従来のヨウ化水素を使用するプロセスと異なり、プラズマ中に水素イオンが存在しないので、サンプル１４にダメージを与えることがない。

なお、本発明は、上記ＩｎＰのエッチングに限られるものではなく、他の材料のドライエッチングにも広く適用できる。その場合には、固体ソース１８の種類を適宜変更する。

本発明の具体的な実施例を以下に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例においては、ＩＣＰエッチング装置により固体ソースエッチングを行った。

まず、固体ソース１８としての固体ヨウ素結晶を、図２に示されるように、電極１２の上方のサンプルホルダ１６上に配置した。円盤状のサンプルホルダ１６は、最外周領域３０、その内側のカバー領域３２、最内側のトレイ領域３４で表面が形成されている。最外周領域３０は石英、カバー領域３２はシリコンまたはアルミナ、トレイ領域３４はＩｎＰで形成されている。トレイ領域３４をＩｎＰで形成するのは、本実施例でエッチングする対象であるサンプル１４がＩｎＰであるので、ＩｎＰの表面積をサンプル１４の大きさによらず一定とし、サンプル１４の大きさによらずＩｎＰとの反応量を一定とし、プラズマの状態をサンプル１４の大きさにかかわらず一定にするためである。また、固体ヨウ素結晶は、その周囲を壁で囲むために、容器３６に収容されている。固体ヨウ素結晶の周囲を壁で囲むのは、放電用ガスとして導入されるキセノンガスのプラズマにより固体ヨウ素結晶がたたかれるときに、微少なヨウ素結晶粒子がサンプル１４に飛散することを防止するためである。

エッチングチャンバ１０には、上述したように放電ガスとしてキセノンを導入した。導入流量は０．９ｓｃｃｍ（０．９×１０^−６ｍ^３／分）とし、ＩＣＰが３００Ｗ、バイアスが２０Ｗ、エッチングチャンバ１０の内部圧力が０．５Ｐａと１ＰａでＩｎＰのエッチングを行った。

エッチングの際のサンプルの温度は、使用するレジストのプリベーク温度以下の９０℃とした。

ＩｎＰのエッチングは、ヨウ素の蒸気圧を利用することと、キセノンプラズマで固体ヨウ素結晶をたたくことにより、ヨウ素ガスをエッチングチャンバ１０内に供給し、ヨウ素ガスをプラズマ化して行った。図３には、容器３６からサンプル１４方向（図の矢印Ｓ方向）に発生するヨウ素ガス３８の様子が示される。なお、図３では、サンプルホルダ１６のカバー領域３２、トレイ領域３４及びヨウ素ガス３８の一部が示されている。

以上の条件でＩｎＰのエッチングを行った結果、０．３μｍ／分程度のエッチング速度で、平滑性及び垂直性が良好なエッチングが行えた。但し、垂直性はエッチングチャンバ１０の内部圧力に依存し、図４（ａ）に示される１Ｐａの圧力の場合の方が、図４（ｂ）に示される０．５Ｐａの場合に較べてより垂直性が優れている。すなわち、エッチングチャンバ１０の内部圧力が高い方が垂直性が向上することがわかった。

本発明に係る固体ソースエッチング装置の構成の断面図である。図１に示されたサンプルホルダの説明図である。図２に示された容器から発生するヨウ素ガスの様子の説明図である。ＩｎＰのエッチング後の垂直性の圧力依存度の説明図である。

符号の説明

１０エッチングチャンバ、１２電極、１４サンプル、１６サンプルホルダ、
１８固体ソース、２０放電用ガス、２２導入路、２４排出路、２６天板、
２８コイル、３０最外周領域、３２カバー領域、３４トレイ領域、３６容器。

Claims

エッチング処理を行うためのエッチングチャンバと、
前記エッチングチャンバ内に高周波プラズマを発生させる等の機能を有する電極と、
前記エッチングチャンバ内に導入された放電用ガスと、
前記エッチングチャンバ内に配置された反応性エッチングガス用の固体ソースと、
を備えることを特徴とする固体ソースエッチング装置。
請求項１記載の固体ソースエッチング装置において、前記固体ソースはヨウ素であることを特徴とする固体ソースエッチング装置。
請求項２記載の固体ソースエッチング装置において、前記固体ソースとしてのヨウ素は、その周囲を壁で囲まれていることを特徴とする固体ソースエッチング装置。
エッチング処理を行うためのエッチングチャンバ内にエッチング対象であるサンプルを配置し、
前記エッチングチャンバ内にエッチングガス用の固体ソースを配置し、
前記エッチングチャンバ内に放電用ガスを導入し、
前記エッチングチャンバ内に高周波印加電極により高周波電界を印可してプラズマを発生させる、
ことを特徴とする固体ソースエッチング方法。