JP2009231589A - 反応性イオンエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化を招くことがなく、被処理物の全面に亘って均一に垂直磁場が印加されるようにした簡単な構造のＲＩＥ装置を提供する。
【解決手段】 処理室２内で被処理物の保持を可能とするステージ８と、処理室内でステージに対向配置されたガス導入部３を有するガス導入手段とを備え、真空雰囲気にて処理室内にエッチングガスを導入してプラズマ化すると共に、ステージに高周波電位を印加し、プラズマ中のイオン種やラジカルを前記基板ステージで保持された被処理物Ｓに加速して衝突させ、被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、ステージで保持された被処理基板に対して垂直磁場を印加する磁場発生手段を設けたものにおいて、磁場発生手段は、処理室内で相互に向かい合う面の極性を変えて対向配置した一対の磁石９ａ、９ｂから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反応性イオンエッチング（以下、「ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）」という）装置に関し、より詳しくは、例えばパワーデバイスの製造などにおいてシリコン基板に垂直な側壁をもって深さ方向に深く延びる微細孔（深溝）を形成することに用いられるＲＩＥ装置に関する。

ＲＩＥ装置は、真空引きした処理室内にエッチングガスを導入し、高周波電源などを介して高周波電位を印加することで処理室内に活性ガスプラズマを発生させ、プラズマ中のイオン種やラジカルを、電極たるステージ上の被処理物に衝突させることでエッチングを行うものであり、異方性に優れた微細孔の形成に用いられ、近年では、例えばパワーデバイスの製造工程のエッチング装置としても用いられている。

ここで、シリコン基板たる被処理物に、横方向の広がりを抑制して垂直な側壁をもって深さ方向に深く延びる孔（溝）を形成するために、ステージで保持された被処理物に対して垂直磁場を印加してＲＩＥすることが知られている。特許文献１では、処理室を区画する真空チャンバの外壁にコイルを設けると共に、ステージの周辺部に高磁性体を埋設することが開示されている。
特開平５−２１１１３７号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のものでは、真空チャンバの外壁にコイルを設けている（コイルに通電する電源も必要となる）ため、装置自体が大型化するという不具合がある。このため、例えばステージに１個または複数個からなる磁石を組付けることが考えられる。然し、このような構成を採用した場合、当該磁石の表面積を被処理物より大きく設定しなければ、被処理物の全面に亘って略均一に垂直磁場を印加することができない（例えば、３０ｍＴの磁束密度で被処理物Ｓの面内分布が±５％以内）。このため、被処理物のサイズに応じて適宜設定されているステージの横断面積を大きくする必要が生じ、結局、真空チャンバの容積が大きくなって装置自体が大型化する。

そこで、本発明は、以上の点に鑑み、装置の大型化を招くことがなく、被処理物の全面に亘って均一に垂直磁場が印加されるようにした簡単な構造のＲＩＥ装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の反応性イオンエッチング装置は、真空雰囲気の形成が可能な処理室内で被処理物の保持を可能とするステージと、当該処理室内でステージに対向配置されたガス導入部を有するガス導入手段とを備え、真空雰囲気にて前記処理室内にエッチングガスを導入してプラズマ化すると共に、基板ステージに高周波電位を印加し、プラズマ中のイオン種やラジカルを前記基板ステージで保持された被処理物に加速して衝突させ、被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、前記ステージで保持された被処理基板に対して垂直磁場を印加する磁場発生手段を設けたものにおいて、前記磁場発生手段は、処理室内で相互に向かい合う面の極性を変えて対向配置した一対の磁石から構成されることを特徴とする。

本発明によれば、基板の上下方向から挟むように配置した一対の磁石により垂直磁場が印加される構成を採用したため、装置外側にコイル等を設ける必要がなく、また、各磁石の表面積を然程大きくする必要はない。このため、被処理物のサイズに応じた既存のステージに組付けることも可能であり、その結果、装置の大型化を招くことが防止される。

また、本発明においては、一方の磁石を基板ステージ内に組み付けると共に、他方の磁石をガス導入部に形成された空間に配置しておけば、処理室内で行われるエッチング処理に悪影響を与えることなく一対の磁石を配置することができてよい。

さらに、本発明においては、前記各磁石は、相互に同等の表面積を有する一体ものであることが好ましい。これにより、構造が簡単で磁石の組み付けも容易である。

図１を参照して説明すれば、本発明のＲＩＥ装置である。ＲＩＥ装置１は、処理室を構成する真空チャンバ２を有する。真空チャンバ２の天井部２ａ中央には、当該真空チャンバ２に後述するエッチングガスを導入するガス導入部３が設けられている。ガス導入部３は、真空チャンバ２の天上部２ａから内方に向かって突出させた環状の突出部３ａと、その先端に装着され、複数個の孔Ｈが開設されたシャワープレート３ｂとを有し、突出部３ａとシャワープレート３ｂとで区画された空間がガス拡散室３ｃとしての役割を果たす。ガス導入部３には少なくとも１本のガス管４が接続され、このガス管４の他端が、マスフローコントローラ５を介して、複数のガス源に接続されたガス混合管（図示せず）に連通し、これらにより本実施の形態のガス導入手段が構成される。

そして、エッチング処理しようとする被処理物Ｓに応じて適宜選択されたエッチングガスやこれに不活性ガスなどのキャリアガスを所定の混合比で混合したガスが拡散室３ｃに供給される。ここで、被処理物として、シリコン基板をエッチング処理する場合には、エッチングガスとしてＳＦ_６、Ｏ_２が用いられる。

また、真空チャンバ２の天井部２ａは電極として構成され、当該天井部２ａは、公知の構造を有するマッチングボックス６を介して高周波電源７に接続され、真空チャンバ２に導入されたエッチングガスに高周波電位を印加してプラズマ化させる。真空チャンバ２の底部には、シリコン基板などのエッチング処理すべき被処理物Ｓが載置されるステージ８が、ガス導入部３のシャワープレート３２と同心に対向配置されている。ステージ８は接地電位とされ、エッチング処理中に、プラズマと被処理物Ｓとの間に自己バイアス電位が生じるようにしている。

ステージ８には、被処理物Ｓに対するエッチング処理に応じて当該被処理物Ｓを適宜加熱、冷却できるように、公知の構造を有する抵抗加熱式ヒータや冷媒循環手段（図示せず）を組み付けられてている。なお、ステージ８への被処理物Ｓの受取り、受渡しのために当該ステージ８を上下動自在に構成してもよい。

ガス拡散室３ｃ及びステージ８には、被処理物Ｓに対し垂直磁場を印加する一対の磁石９ａ、９ｂがそれぞれ設けられている（図１参照）。各磁石９ａ、９ｂは、同磁化に換算したときの体積が同一である一体ものであり、被処理物Ｓの外形と略相似の外形に形成されている。この場合、各磁石の相互に向かい合う面の表面積は、被処理物Ｓのエッチング面の面積と略同等に設定されている。なお、使用する磁石９ａ、９ｂの種類や性能に応じて、被処理物Ｓの外周縁部で垂直磁場が印加されないような場合には、少なくとも一方の磁石９ａ、９ｂの表面積を若干大きく設定すればよい。

また、一方の磁石９ａは、ステージ８に載置される被処理物Ｓと略平行となるように天井部２ａに吊設され、また、他方の磁石９ｂは、相互に向かい合う面の極性を変えてかつ一方の磁石９ｂに対向させてステージ８内に組み込まれている。これにより、被処理物Ｓの外形と略相似の外形で、各磁石の相互に向かい合う面の表面積が被処理物Ｓのエッチング面の面積と略同等である磁石９ａ、９ｂによって、被処理物Ｓ全体に亘って均等に垂直磁場を印加することができる（図２参照）。

そして、ステージ８表面に被処理物Ｓを載置した後、真空チャンバ２内の圧力が所定値に達すると、当該真空チャンバ２内にガス導入手段を介して所定のエッチングガスを導入すると共に、高周波電源７から高周波電位を印加する。これにより、エッチングガスがプラズマ化され、プラズマ中のイオン種やラジカルがステージ８に載置された被処理物Ｓに衝突し、当該被処理物Ｓが異方性エッチングされる。

このように本実施の形態においては、ガス拡散室３及びステージ８に設けた一体ものの磁石９ａ、９ｂで被処理物Ｓの全面に亘って略均一な垂直磁場が印加される構成を採用したため、被処理物Ｓのサイズに応じて作製されたステージ８に組付けることも可能であり、装置の大型化を招くことが防止される。その上、磁石９ａ、９ｂの設置作業も容易な簡単な構成となる。

尚、本実施の形態においては、一体ものの磁石９ａ、９ｂをガス拡散室３ｃ及びステージ８に設けたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、一方の磁石９ａを天井部２ａの上側（真空チャンバ２）に配置することもでき、他方の磁石９ｂを真空チャンバの底面に直接または当該底面に立設した支持片を介して設けるようにしてもよい。また、被処理物に印加すべき磁場強度によっては、被処理物を挟むように配置される各磁石を、複数個の磁石群から構成することもできる。

実施例１では、被処理物として、８インチのシリコン基板Ｓを用い、このシリコン基板Ｓ表面に熱酸化膜（ＳｉＯ２）を所定の膜厚で形成した。次に、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。

エッチングガスとしてＳＦ６及びＯ_２を用い、これらのＳＦ６及びＯ_２のガス流量を７５ｓｃｃｍ及び８０ｓｃｃｍにそれぞれ設定した。高周波電源の出力（周波数８０ＭＨｚ）を６００Ｗ、基板温度を−１０℃、真空チャンバ３の圧力を９０ｍＴｏｒｒ、エッチング時間を８ｍｉｎに設定し、シリコン基板Ｓをエッチングした。
（比較例１）

比較例１として、実施例１と同じシリコン基板を用い、実施例１と同様に、図１に示すエッチング装置１を用いることとしたが、シリコン基板Ｓに対し垂直磁場を印加する一対の磁石９ａ、９ｂを取り外した。そして、実施例１と同様のエッチング条件でシリコン基板Ｓをエッチングした。

図３は、実施例１及び比較例１で得たシリコン基板の断面を示すＳＥＭ写真である。これによれば、比較例１では、深さ方向に延びるに従い、孔が横方向に広がっている。それに対して、実施例１では、垂直磁場を印加することで、垂直な側壁をもって深さ方向に延びた微細孔（深溝）が形成されている。

本発明のエッチング装置の構成を概略的に示す模式側面図。 垂直磁場の印加を説明する拡大模式断面図。 実施例１及び比較例１で得たシリコン基板の断面を示すＳＥＭ写真。

符号の説明

１ ＲＩＥ装置
２ 真空チャンバ（処理室）
３ａ 突出部（ガス導入部）
３ｂ シャワープレート（ガス導入部）
３ｃ 空間（ガス導入部）
６ マッチングボックス
７ 高周波電源
８ ステージ
９ａ、９ｂ 磁石（磁場発生手段）
Ｓ 被処理物

Claims (3)

1. 真空雰囲気の形成が可能な処理室内で被処理物の保持を可能とするステージと、当該処理室内でステージに対向配置されたガス導入部を有するガス導入手段とを備え、真空雰囲気にて前記処理室内にエッチングガスを導入してプラズマ化すると共に、基板ステージに高周波電位を印加し、プラズマ中のイオン種やラジカルを前記基板ステージで保持された被処理物に加速して衝突させ、被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、
   前記ステージで保持された被処理基板に対して垂直磁場を印加する磁場発生手段を設けたものにおいて、
   前記磁場発生手段は、処理室内で相互に向かい合う面の極性を変えて対向配置した一対の磁石から構成されることを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
2. 一方の磁石を基板ステージ内に組み付けると共に、他方の磁石をガス導入部に形成された空間に配置したことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
3. 前記各磁石は、相互に同等の表面積を有する一体ものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の反応性イオンエッチング装置。