JP2010153783A - 吸引型プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャピラリー3とプラズマ発生用電極4を具備したプラズマガン2のキャピラリー先端部6が密閉容器1内に配設されてなり、前記プラズマガン2の密閉容器1外にある端部には排気装置7が連結されており、また、前記密閉容器1にはガス導入部8が設けられており、該ガス導入部8には反応性原料ガス供給ユニット9が連結されている。
【選択図】図1
Description
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用いて、シリコン酸化膜(SiO2:膜厚500nm)を被覆したシリコンウェーハの表面の酸化膜の局所除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:100sccm(standard cm3/min)
キャピラリー:直管型ガラス管
キャピラリー内径(A):2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離(B):12mm
キャピラリー内径をAとし、キャピラリー先端から電極下端までの距離をBとして、BとAの比(倍率)を計算した(以下の実施例でも同じ)。
B/A=4.8
キャピラリー先端開口部穴径:2.5mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
密閉容器の内圧:100〜300Pa
キャピラリーの内圧(プラズマガン排気部圧力):30Pa
RF出力:27W
エッチング時間:30分
この条件でエッチングを行なった結果、エッチング径;2.58mm、エッチング深さ;0.043mm、エッチング速度;0.00143mm/min、エッチング部分の表面粗さ;1〜2nm、が得られ、汚染、堆積物の付着も認められなかった。表面状態の写真を図6に、その拡大写真を図7に示す。
図2に示す従来型の噴射型プラズマガン搭載のプラズマエッチング装置を用い、ガスの流れを噴射型にする以外は実施例1とほぼ同様な条件でシリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2)の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。
この条件でエッチングを行なった結果、エッチング径;3.11mm、エッチング深さ;0.046mm、エッチング速度;0.00153mm/min、エッチング部分で良好なエッチングが行なわれた部分の表面粗さ;1〜2nm、であり、破損箇所(陥没部)の表面粗さはμmのオーダーであった。そして汚染、堆積物の付着が認められた。表面状態の写真を図8、その拡大写真を図9に示す。
キャピラリー先端開口部穴径を小さいものでのエッチング実験を行なうために、先絞り型ノズル形状で先端開口部穴径が0.65mmφのキャピラリーを用いて、図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置により、以下の条件でシリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2:膜厚500nm)の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:180sccm
キャピラリー:先絞り型ノズル形状のガラス管
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:15mm
B/A=6
キャピラリー先端開口部穴径:0.65mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
密閉容器の内圧:150〜160Pa
キャピラリーの内圧(プラズマガン排気部圧力):40Pa
RF出力:45W
エッチング時間:10分
この条件でエッチングを行なったところ、エッチング径;0.711mm、エッチング深さ;0.25mm、エッチング速度;0.025mm/minの結果が得られ、安定したエッチングが行なえた。図10はエッチングされた穴の外観であり、図11はその周縁部の拡大図である。
実施例1と同様な先絞り型ノズル形状で先端開口部穴径が0.65mmφのキャピラリーを用いて、図2に示す従来技術の噴射型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置により、以下の条件でシリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2)の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:20sccm
キャピラリー:先絞り型ノズル形状のガラス管
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:15mm
B/A=6
キャピラリー先端開口部穴径:0.65mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
真空容器の真空度:50〜60Pa
RF出力:45W
エッチング時間:10分
この条件でエッチングを行なったところ、エッチング径;0.888mm、エッチング深さ;0.06mm、エッチング速度;0.006mm/minの結果が得られたがプラズマは不安定で再現性もよくなかった。図12はエッチングされた穴の外観であり、図13はその周縁部の拡大図である。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置で直管型の石英製のキャピラリーを用いて、500nm厚のシリコン酸化膜付きシリコンウェーハ(厚み:0.5mm)の表面のシリコン酸化膜の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:100sccm
キャピラリー:直管型石英管
キャピラリー:外径5.9mmφ、内径2.5mmφ、265mm長
キャピラリー先端から電極下端までの距離:15mm
B/A=6
キャピラリー先端開口部穴径:2.5mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
密閉容器の内圧:100〜300Pa
キャピラリーの内圧(プラズマガン排気部圧力):30Pa
RF出力:27W
エッチング時間:30分
この条件でエッチングを行なったところ、エッチング径;2.58mm、エッチング深さ;0.050mm、エッチング速度;0.0017mm/minの結果が得られた。エッチング後の穴の外観は鏡面であった。
図2に示す従来技術の噴射型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置で実施例3と同様の直管型の石英製のキャピラリーを用い、500nm厚のシリコン酸化膜付きシリコンウェーハ(厚み:0.5mm)の表面のシリコン酸化膜の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:100sccm
キャピラリー:直管型石英管
キャピラリー:外径5.9mmφ、内径2.5mmφ、265mm長
キャピラリー先端から電極下端までの距離:15mm
B/A=6
キャピラリー先端開口部穴径:2.5mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
RF出力:27W
エッチング時間:30分
この条件でエッチングを行なったところ、エッチング径;2.95mm、エッチング深さ;0.09mm、エッチング速度;0.003mm/minの結果が得られた。エッチング後の穴の外観は鏡面でなく、加工部周辺に焼き付き紋及び粒状の析出物が多く見られた。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置で先絞り型ノズル形状の石英製のキャピラリーを用いて、半導体デバイス(45nmピッチデバイス)の配線間にある絶縁層(SiO2)の局所除去実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:140sccm
キャピラリー:先絞り型ノズル形状の石英管
サイズ:外径5.9mmφ、内径2.5mmφ、長さ265mm
キャピラリー先端から電極下端までの距離:11mm
B/A=4.4
先端開口部穴径:0.4mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
密閉容器の真空度:450Pa
RF出力:45W
エッチング時間:15秒
この条件で45nmピッチデバイスの配線の局所除去実験を行なった結果、安定したプラズマでエッチングを行なうことができた。エッチング前のワークのSEM観察写真を図14に、エッチング後のワークのSEM観察写真を図15に示す。この写真から明らかな通り、デバイスの絶縁層を除去して半導体の配線を露出することができ、しかもデバイスの配線はなんら損傷を受けたり変形していないことは明らかである。
図2に示す従来技術の噴射型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置で、実施例4先絞り型ノズル形状の石英製のキャピラリーを用いて、45nmピッチデバイスの配線間にある絶縁層(SiO2)の局所除去実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4
ガス流量:140sccm
キャピラリー:先絞り型ノズル形状の石英管
サイズ:外径5.9mmφ、内径2.5mmφ、長さ265mm
キャピラリー先端から電極下端までの距離:11mm
B/A=4.4
先端開口部穴径:0.4mmφ
キャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップ:0.05mm
RF出力:45W
この条件で実験を行なったが、プラズマは失活してしまいキャピラリー先端から噴射されず、エッチングはできなかった。
比較例4と同じ装置と条件で、キャピラリー先端開口部穴径を0.8mmφとしたもの、即ち噴射型プラズマガン搭載のマイクロプラズマエッチング装置で45nmピッチデバイスの配線間にある絶縁層(SiO2)の局所除去実験を行なった。エッチングしたワークのSEM観察写真を図16に示す。この写真から明らかな通り、配線以外の全ての絶縁膜が除去されてしまい、配線が外れて多層構造を保てなくなっていることが判る。
先端開口部穴径の更に小さいキャピラリーの可能性を確認するために、0.2mmφの先端開口部穴径を有するキャピラリーを用いる実験を行なった。図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、シリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2)の除去実験およびシリコンウェーハの加工実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4+O2(5%)
ガス流量:100sccm
キャピラリー:先絞り型のノズル形状の石英管
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:11mm
B/A=4.4
キャピラリー先端開口部穴径:0.2mmφ
RF出力:45W
エッチング時間:30分
この条件でエッチングを行なった結果、やや輪郭不鮮明ではあるが0.21mmの径の穴のエッチングできた。図17にそのSEM観察写真を示す。
図2に示す従来型の噴射型プラズマガン搭載のプラズマエッチング装置を用いて、実施例5と同様な条件でシリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2)の除去実験を行なったが、プラズマがキャピラリー先端開口部の穴から出ることはなく、エッチングはできなかった。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置で大型のものを用い、ガラス基板上にAu膜、更にポリイミド有機膜(0.005mm)を被覆したものからポリイミド有機膜の除去実験を行なった。条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:O2
キャピラリー:直管型の石英管
キャピラリー内径:36mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:31.5mm
B/A=0.87
キャピラリー先端開口部穴径:36mmφ
RF出力:175W
エッチングによるポリイミド有機膜の除去の確認を、エッチング後のAu膜に端子を接触させ、電流の導通を確認する方法で行なった所、電流が問題なく流れ、エッチングによるポリイミド有機膜の除去の確認ができた。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置で通常のものを用い、内径2.5mmφのキャピラリーを用いて、実施例6と同様のポリイミド有機膜の除去実験を行なった。条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:O2
キャピラリー:直管型の石英管
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端開口部穴径:2.5mmφ
RF出力:50W
エッチングによるポリイミド有機膜の除去の確認を、エッチング後のAu膜に端子を接触させ、電流の導通を確認する方法で行なった所、電流が問題なく流れ、エッチングによるポリイミド有機膜の除去の確認ができた。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、キャピラリーを外径12mmφ、内径10.5mmφの直管型の石英管のものを用いて、プラズマが立つかどうかの定性的な実験を行なった。
使用電極:RF電極
使用ガス:Ar
ガス流量:200sccm
キャピラリー:直管型の石英管
キャピラリー内径:10.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:49mm
B/A=4.7
キャピラリー先端開口部穴径:10.5mmφ
RF出力:30W
上述の条件で密閉容器の内圧を変化して行った所、432Paまではワークがなくても安定してプラズマが立つことが確認されたが、それ以上では不安定である。ワークがあれば、1000Paまでプラズマがワーク表面に到達することが確認された。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、実施例5で使用した0.2mmφの先端開口部穴径を有するキャピラリーを使用してRF出力を30Wとする以外は実施例5と同じ条件で実験を行なった所、プラズマはワーク表面まで到達しなかった。その状態でRF出力を45Wまで上げた所、プラズマはワーク表面まで到達した。
図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、実施例5で使用した0.2mmφの先端開口部穴径を有するキャピラリーを使用してキャピラリー先端開口部とワーク表面のギャップを0.1mmとして実験を行なった所、プラズマはワーク表面まで到達しなかった。その状態でギャップを0.05mmとした所、プラズマはワーク表面まで到達した。
0.05mmφの先端開口部穴径を有するキャピラリーを用いる実験を行なった。図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、シリコンウェーハの表面の絶縁膜(SiO2)の除去実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4+O2 (5%)
ガス流量:100sccm
キャピラリー:先絞り型のノズル形状の石英管
キャピラリー先端開口部穴径:0.05mmφ
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:11mm
B/A=4.4
この条件で実験を行なった結果、50WまでRF出力を上げてもプラズマは立つことがなかった。
0.1mmφの先端開口部穴径を有するキャピラリーを用いる実験を行なった。図1に示す本発明の吸引型プラズマガン搭載の吸引型プラズマエッチング装置を用い、シリコンウェーハの表面のシリコン酸化膜(SiO2)の除去実験を行なった。実験条件は以下の通りである。
使用電極:RF電極
使用ガス:CF4+O2 (5%)
ガス流量:100sccm
キャピラリー:先絞り型のノズル形状の石英管
キャピラリー先端開口部穴径:0.1mmφ
キャピラリー内径:2.5mmφ
キャピラリー先端から電極下端までの距離:11mm
B/A=4.4
この条件で実験を行なった結果、50WまでRF出力を上げてもプラズマは立つことがなかった。
4:プラズマ発生用電極、5:プラズマ発生用電源、
6:キャピラリーの先端開口部、7:排気装置、8:ガス導入部、
9:反応性原料ガス供給ユニット、10:流量コントローラー、
11:ワーク、12:試料台、13:試料ステージ、14:プラズマ
Claims (7)
- 容器内に試料台を有し、ガス導入部が設けられている密閉容器と、キャピラリーと、該キャピラリーを囲繞するプラズマ発生用電極を具備したプラズマガンとからなる吸引型プラズマエッチング装置であって、前記キャピラリーの少なくとも先端部は前記密閉容器内に配設され、試料台上に載置されるエッチング対象物に対向して設置される構造であり、前記キャピラリーの後部端部は前記密閉容器外に設置された排気装置と連結されており、ガス導入部から前記密閉容器内に導入された反応用原料ガスを前記キャピラリーの先端開口部から吸引するようにした構造であることを特徴とする吸引型プラズマエッチング装置。
- プラズマ発生用電極のキャピラリー先端部寄りの端部が、キャピラリーの先端部より、キャピラリー内径の0.8倍またはそれ以上の長さの距離にあることを特徴とする請求項第1項に記載の吸引型プラズマエッチング装置。
- キャピラリーの先端開口部の穴径が、0.2mmまたはそれ以上であることを特徴とする請求項第1項または第2項のいずれかに記載の吸引型プラズマエッチング装置。
- プラズマ発生用電極がRF電極であることを特徴とする請求項第1項ないし第3項のいずれかに記載の吸引型プラズマエッチング装置。
- 請求項第1項記載の吸引型プラズマエッチング装置において、排気装置を駆動することにより密閉容器を減圧し、真空状態になった前記容器に必要量の反応性原料ガスを反応性原料ガス供給ユニットから導入し、キャピラリーの先端開口部を試料ステージ上に載置されたワークに近接させた状態で、前記プラズマガンの他端に連結した排気装置により吸引を行ないつつ前記プラズマ発生用電極に電力を印加し、反応性原料ガスを励起することによりキャピラリー内部でプラズマを発生させ、発生したプラズマ集合体の先端部をワーク表面に到達せしめ、ワーク表面のエッチングを行なうことを特徴とするプラズマエッチング方法。
- 請求項第1項記載の吸引型プラズマエッチング装置において、排気装置を駆動することにより密閉容器を減圧し、真空状態になった密閉容器に必要量の反応性原料ガスを反応性原料ガス供給ユニットから導入し、キャピラリーの先端開口部を試料ステージ上に載置されたワークに近接させた状態で、前記プラズマガンの他端に連結した排気装置により吸引を行ないつつ前記プラズマ発生用電極に電力を印加し、反応性原料ガスを励起することによりキャピラリー内部でプラズマを発生させ、電力を更に上げることにより、発生したプラズマ集合体の先端部をワーク表面に到達させ、ワーク表面のエッチングを行なうことを特徴とする請求項第5項に記載のプラズマエッチング方法。
- 請求項第1項記載の吸引型プラズマエッチング装置において、排気装置を駆動することにより密閉容器を減圧し、真空状態になった密閉容器に必要量の反応性原料ガスを反応性原料ガス供給ユニットから導入し、キャピラリーの先端開口部を試料ステージ上に載置されたワークに近接させた状態で、前記プラズマガンの他端に連結した排気装置により吸引を行ないつつ前記プラズマ発生用電極に電圧を印加し、反応性原料ガスを励起することによりキャピラリー内部でプラズマを発生させ、更にキャピラリーの先端の穴部とワーク表面とのギャップを変更することにより、発生したプラズマ集合体の先端部をワーク表面に到達させ、ワーク表面のエッチングを行なうことを特徴とする請求項第5項に記載のプラズマエッチング方法。
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