JP3354343B2 - エッチング装置 - Google Patents

エッチング装置

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JP3354343B2
JP3354343B2 JP11615495A JP11615495A JP3354343B2 JP 3354343 B2 JP3354343 B2 JP 3354343B2 JP 11615495 A JP11615495 A JP 11615495A JP 11615495 A JP11615495 A JP 11615495A JP 3354343 B2 JP3354343 B2 JP 3354343B2
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正博 伊藤
俊雄 林
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマを利用して、半
導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質をエッチ
ングするエッチング装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来技術の構成 従来のエッチング装置としては、主に磁石を用いたマグ
ネトロン型、電子サイクロトロン共鳴を用いたECR放
電型、ヘリコン波を用いたヘリコン型のものが用いられ
てきた。また新しいプラズマ源として、特願平6−5241
8号には、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロ
の位置である磁気中性線を形成する磁場発生手段と、こ
の磁場発生手段によって真空チャンバ内に形成された磁
気中性線に沿って電場を形成してこの磁気中性線に放電
プラズマを発生させる電場発生手段とを備え、真空チャ
ンバ内でプラズマを利用して被処理物を処理するように
した放電プラズマ処理装置が提案されている。
【0003】本発明者等はこの新しいプラズマ源を利用
したエッチング装置を先に提案した(特願平6−52420
号)。この先に提案したエッチング装置の一例は添附図
面の図3に示され、Aはプロセス室で、その外側には、
プロセス室A内に磁気中性線Bを形成する磁気発生手段
としての同軸上に配列した三つの磁場発生コイルCが設
けられている。中間の磁場発生コイルとプロセス室Aの
円筒状側壁との間には、プロセス室A内に形成された磁
気中性線Bに沿って電場を形成してこの磁気中性線Bに
放電プラズマを発生させる電場発生手段としての高周波
アンテナDが設けられ、13.56MHzの高周波電源Eに接続
されている。このアンテナDは1重あるいは多重の高周
波コイルとして構成され得る。またプロセス室A内には
基板電極Fが設けられ、この基板電極Fは13.56MHzの高
周波電源Gに接続されている。基板電極F上には処理す
べき基板Hが装着される。一方、プロセス室Aの円筒状
側壁の上端には対向電極Iが基板電極Fに相対して設け
られ、この対向電極Iは図示したようにプロセスガスの
通路J及びシャワ板Kを備えている。
【0004】従来技術の作用及び動作 磁場発生コイルCによりプロセス室A内に磁気中性線B
を形成し、磁気中性線Bの近くに配置された高周波コイ
ルDに高周波電源Eより高周波を印加し、磁気中性線B
に沿って電場を形成してこの磁気中性線Bに放電プラズ
マを発生させて、基板電極F上の基板Hをエッチングす
る。プロセスガスは対向電極Iに取付けられたシャワ板
Kを介してプロセス室A内部に導入され、排気口から排
気される。同軸上に配列した三つの磁場発生コイルにお
いて、隣接したコイルに互いに逆向きの電流を流すこと
によって中間のコイルの付近に、各々のコイルによって
発生した磁場が互いに打ち消しあってできる磁場ゼロの
位置のつながりである環状磁気中性線Bが形成される。
この磁気中性線Bは三つの磁場発生コイルCに流す電流
を調整することにより、径が大きくも小さくもなり、ま
た、上にも下にも形成でき得る。磁場発生手段の空間的
構成を、または磁場発生手段を成すコイルCに流す電流
を変えることにより基板電極Fに対して磁気中性線B即
ち磁場ゼロの位置または形状を、任意に変えることがで
き、高密度プラズマによる高均一で高速のエッチングが
できるようになる。基板電極Fはこの磁気中性線Bで形
成される面より離れて設置され、高均一高密度のプラズ
マにより、基板Hを均一性良く高速エッチングすること
ができる。基板電極Fには高周波電源GによりRFバイ
アスが印加される。図3に示される装置を用いたこれま
での実験で、プラズマ発生用の高周波コイルDに950W、
基板電極Fに600W印加し、ガスにArを用い、圧力0.06
7PaでSiO2基板をエッチングしたところ、150nm/minと
いう非常に高いスパッタエッチ速度が得られた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】先に提案した上述のエ
ッチング装置を用いることにより、大面積において高均
一かつ高速エッチングを達成させることはできた。ま
た、0.1Pa以下の低圧力で安定な放電が行えることも確
認できたので、マイクロローディング効果を抑制するこ
とが可能であることもわかった。残る課題はチャージア
ップダメージの発生しないエッチング装置を提供するこ
とである。従来の構成においてもダメージの発生は確認
されていないが、デバイスの高密度化に伴いダメージの
発生が懸念される課題として残されている。高密度デバ
イスにおいては、基板へ流入する電子電流とイオン電流
の僅かの差によってチャージングダメージが発生すると
考えられる。この荷電粒子の電流差は磁場の存在下で引
き起こされる。電子が磁場にトラップされるためであ
る。このトラップ効果は真空中における電子の平均自由
行程と無関係ではないと考えられる。0.67Paにおける電
子の平均自由行程は約60mmであり、プラズマの電子温度
が3eVで5Gaussの磁場下におけるラーマ円周長は74mm
である。この条件下では電子が1回転内に分子・原子と
衝突することになり、磁場のトラップ効果は殆どないと
考えられる。従って、平均自由行程とラーマ円周長とが
ほぼ同じであれば流入電流差によるチャージングダメー
ジは発生しないと考えられ、これを達成することが鍵と
なる。そこで、本発明は、基板上の磁場を電子の平均自
由工程以上のラーマ円周長を与える強度以下にすること
により従来技術におけるこのような課題を解決し、チャ
ージアップダメージなしに均一なエッチングを行なうこ
とのできるエッチング装置を提供することを目的として
いる。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、円筒形で側面が誘電体の真空チ
ャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状
磁気中性線を形成するための同軸上に配列した三つの磁
場発生コイルから成り、隣接コイルに互いに逆向きの電
流を流すことにより環状磁気中性線の半径を調整すると
同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配を調整するように
した磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空チ
ャンバ内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加
えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための少
なくとも1重の高周波コイルから成り、磁気中性線の近
くに位置した磁場発生コイルの内側に配置されている電
場発生手段とを有し、形成される磁気中性線の作る面と
平行して離れた位置に直流あるいは高周波バイアスを印
加するようにした基板電極を設けたエッチング装置にお
いて、三つの磁気中性線形成磁場発生コイルのうち下方
のコイルと同じ高さまたはそれより下流側に、下方の磁
場発生コイルと逆向きの電流を流すことにより基板上の
磁場の強度を、電子のラーマ円周長が電子の平均自由行
程より大きくなるように制御する磁場補正コイルを設け
たことを特徴としている。
【0007】
【作用】このように構成された本発明のエッチング装置
においては、三つの磁気中性線形成磁場発生コイルのう
ち下方のコイルと同じ高さまたはそれより下流側に、下
方の磁場発生コイルと逆向きの電流を流し、基板上の磁
場の強度を制御する磁場補正コイルを設けたことによ
り、基板上流側の磁場は打ち消され基板上における磁場
の強度は電子の平均自由工程以上のラーマ円周長を与え
る強度以下となり、基板に達するプラズマは自由拡散プ
ラズマとなり、それにより基板上でのプラズマの荷電分
離は抑制でき、チャージアップダメージのない高均一で
高速のエッチングができるようになる。
【0008】
【実施例】以下、図1及び図2を参照して本発明の実施
例について説明する。図1には本発明の一実施例による
エッチング装置を示し、1は真空チャンバで、石英から
成る円筒状側壁2を備え、その外側には磁場発生手段を
構成している三つのコイル3、4、5が実質的に同じ円
周上に軸線に沿って設けられている。図示したように上
下の二つの電磁コイル3、5には同じ向きの同一定電流
を流し、中間のコイル4には逆向きの電流を流すように
されている。それにより、中間のコイル4のレベル付近
に円筒状側壁2の内側に連続した磁場ゼロの位置がで
き、円輪状の磁気中性線6が形成される。この円輪状の
磁気中性線6の大きさは、上下の二つのコイル3、5に
流す電流と中間のコイル4に流す電流との比を変えるこ
とにより適宜設定することができ、また円輪状の磁気中
性線6の上下方向の位置はコイル3とコイル5とに流す
電流の比によって決まる。例えば上方のコイル3に流す
電流を下方のコイル5に流す電流より大きくすると、磁
気中性線6のできる位置はコイル5側へ下がり、逆にす
ると、磁気中性線6のできる位置はコイル3側へ上が
る。また中間のコイル4に流す電流を増していくと、磁
気中性線6の円輪の径は小さくなると同時に磁場ゼロの
位置での磁場の勾配も緩やかになってゆく。中間のコイ
ル4と円筒状側壁2との間には電場発生手段を成す高周
波電場発生用アンテナ7が設けられ、13.56MHzの高周波
電源8に接続される。このアンテナ7は1重あるいは多
重の高周波コイルとして構成され得る。また真空チャン
バ1内には絶縁体9を介して基板電極10が設けられ、こ
の基板電極10は13.56MHzの高周波電源11に接続されてい
る。基板電極10上には絶縁体から成る静電チャック12に
より処理すべき基板13が装着される。本発明によれば、
磁気中性線6を形成するための三つのコイル3、4、5
の下流側には磁場補正コイル14が設けられ、この磁場補
正コイル14には、下方の磁場発生コイル5と逆向きの電
流が流され、基板13上の磁場が5ガウス以下となるよう
磁場の強度を制御している。真空チャンバ1の円筒状側
壁2の上端には導電性材料から成る対向電極15が基板電
極10に相対して設けられ、この対向電極15は図示したよ
うにプロセスガスの通路16及びシャワ板17を備え、接地
電位に保たれるか、或いはフローティング電位に保たれ
得る。そして対向電極15の内面、特にプラズマに晒され
る部分すなわちシャワ板17はエッチングに悪影響を与え
ないSiO2 、Si、C、SiC等の物質で構成されるかあるい
は覆われている。これにより酸化膜をエッチングする場
合にその選択比を向上させることができるようになる。
また真空チャンバ1は排気口1aから図示してない真空排
気系により真空排気される。さらに真空チャンバ1の円
筒状側壁2の内面に沿って石英から成る防着用円筒体18
が取付けられている。図示したようにアンテナ7と基板
電極10に同一周波数の電源が用いられる場合には二つの
電源間の位相を調整する位相制御回路が一般に必要にな
る。
【0009】このように構成した図示装置における等磁
位線及び磁束密度の一例を図2に示す。図2から認めら
れるように、磁場補正コイル14による磁場制御機能によ
り、基板13上で磁場5ガウス以下が達成されている。図
1に示す装置を用いて、酸化膜付きSi基板を用い、RFバ
イアス用として13.56MHzの高周波電源を用いた時、プロ
セスガスとして八フッ化プロパンガスの圧力が0.67Pa
で、RFバイアスパワーが500W、RFアンテナパワーが1500
Wの条件下で環状磁気中性線の径及びその位置を固定し
たにもかかわらず800nm/min±3%という高いエッチン
グ速度と高いエッチング均一性が得られ、かつアンテナ
比30万のアンテナMOSを用いたチャージアップダメージ
評価においても、基板全面にわたってダメージは認めら
れなかった。
【0010】図示実施例では、高周波電場発生用アンテ
ナ及び基板電極バイアス用に13.56MHzの高周波を印加し
ているが、この周波数に限定されるものでなく、任意の
適当な周波数の高周波を用いることができる。また、図
示実施例ではコイルの設けられる真空チャンバの側壁は
円筒状に形成されているが、この形状についても処理す
べき基板の形状等に応じて他の任意の断面形状にするこ
とができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、磁気中性線放電プラズマを利用しているので、基板
上で均一なプラズマが形成でき、従来にないエッチング
均一性が達成できる。また、下方の磁場発生コイルと逆
向きの電流を流し、基板上の磁場の強度を制御する磁場
補正コイルを下方の磁場発生コイルと同じ高さまたはそ
れより下流側に設けたことにより、基板上流側の磁場を
打ち消し、基板上における磁場の強度を、電子の平均自
由工程以上のラーマ円周長を与える強度以下とし、それ
により基板上でのプラズマの荷電分離を抑制でき、チャ
ージアップダメージのない高均一で高速のエッチングが
できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるエッチング装置の一実施例の概
略断面図。
【図2】 磁場補正コイルを用いた時の等磁位線の一例
を示す図。
【図3】 従来のエッチング装置の一例を示す概略断面
図。
【符号の説明】 1:真空チャンバ 2:円筒状側壁 3、4、5:磁場発生手段を成すコイル 6:円輪状の磁気中性線に作られるプラズマ環 7:電場発生手段を成す高周波電場発生用アンテナ 8:高周波電源 9:絶縁体 10:基板電極 11:高周波電源 12:静電チャック 13:処理すべき基板 14:磁場補正コイル 15:対向電極 16:プロセスガスの通路 17:シャワ板 18:防着用円筒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪井 秀夫 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真 空技術株式会社内 (72)発明者 内田 岱二郎 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真 空技術株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−90632(JP,A) 特開 平6−252097(JP,A) 特開 平6−61182(JP,A) 特開 平7−263192(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒形で側面が誘電体の真空チャンバ内
    に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性
    線を形成するための同軸上に配列した三つの磁場発生コ
    イルから成り、隣接コイルに互いに逆向きの電流を流す
    ことにより環状磁気中性線の半径を調整すると同時に磁
    場ゼロの位置での磁場の勾配を調整するようにした磁場
    発生手段と、この磁場発生手段によって真空チャンバ内
    に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの
    磁気中性線に放電プラズマを発生するための少なくとも
    1重の高周波コイルから成り、磁気中性線の近くに位置
    した磁場発生コイルの内側に配置されている電場発生手
    段とを有し、形成される磁気中性線の作る面と平行して
    離れた位置に直流あるいは高周波バイアスを印加するよ
    うにした基板電極を設けたエッチング装置において、三
    つの磁気中性線形成磁場発生コイルのうち下方のコイル
    と同じ高さまたはそれより下流側に、下方の磁場発生コ
    イルと逆向きの電流を流すことにより基板上の磁場の強
    度を、電子のラーマ円周長が電子の平均自由行程より大
    きくなるように制御する磁場補正コイルを設けたことを
    特徴とするエッチング装置。
JP11615495A 1995-05-15 1995-05-15 エッチング装置 Expired - Lifetime JP3354343B2 (ja)

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