JPH01276633A - マイクロ波プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 アメリカ合衆国特許υ、Ｓ、Ｐ、４．６０９．４２８に
記載のようなマイクロ波プラズマ処理装置を用いて有機
物またはシリコンをエツチングする方法に関し、従来の
異方性プラズマ処理方法における問題点を解決するため
に発明されたｕ、　ｓ、　ｐ、　４　、６０９　、４２
８に記載の装置を用いてレジストのエツチングおよびシ
リコンのエツチングを行なう方法を提供することを目的
とし、 マイクロ波入射手段とガス導入手段とを具備したプラズ
マ発生室と、該プラズマ発生室と連通し、かつ、磁気ミ
ラー形成手段を具備したプラズマ遮断室と、該プラズマ
遮断室と連通した加工室とを含んでなり、被加工物が該
加工室における該磁気ミラーのミラー点から該活性粒子
の平均自由行程以内の位置に保持されて加工処理される
マイクロ波プラズマ処理装置を用い、酸素とフッ素を含
むガスを用いて有機物をエツチングすることを特徴とす
るマイクロ波プラズマ処理方法を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、アメリカ合衆国特許ｔ１．ｓ、Ｐ、４，６０
９゜４２８に記載のようなマイクロ波プラズマ処理装置
を用いて有機物またはシリコンをエツチングする方法に
関する。

〔従来の技術〕

最近の半導体装置の製造工程において、プラズマを用い
る処理は多く行なわれている。

プラズマはその中に電子、イオン、ラジカル（活性化さ
れた中性粒子、安定中性粒子）を多く含んでいるが、大
部分のプラズマ処理においてはその中のイオンおよびラ
ジカルを主として用いることによって処理がなされてい
る。

特に、イオンは電荷を持っているので、静電的に加速で
き、かつ、方向性や加速エネルギーを制御し易く利用範
囲も広い。

一方、ラジカルは電気的に中性であるので静電的に操作
ができず、方向性の制御ができない。

従って、微細パターンの形成に適する異方性エツチング
を行なう際には、電場によりイオンを加速して行なうの
が一般的である。

上記した異方性エツチング処理において従来から最も多
く使われるのは、第４図に模式的に示す反応性イオンエ
ツチング〔リアクティブ・イオンエツチング（ＲＩＢ）
　）処理である。

このＲＩＢ処理は被加工物ｌが搭載されたエツチング電
極２と対向電極３の間に高周波電圧ＲＰをかけてエツチ
ングするもので、この時イオン４はプラズマ５とエツチ
ング電極２（被加工物の表面）との間に形成されるイオ
ンのシース（イオン鞘）６によって静電的に加速されて
被加工物の表面に入射する。この時の加速エネルギーは
通常１００ｅＶ程度と言われており、この加速エネルギ
ーによって加速されたイオンの働きによってエツチング
電極面に対して垂直方向の加工ができることがＲＩＥ処
理の一つの大きな特徴である。なお図中、７はサセプタ
、８はシールド、９は絶縁体、１０はガス導入管、１１
は排気管、１２は高周波発振器、１３は接地部を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

更にイオンの方向性を利用する試みとして、リアクティ
ブ・イオン・ビーム・エツチング（ＲＩＢＥ）処理があ
る。これはプラズマにより静電的にイオンを取り出し被
加工物にそのビームを照射して行なうもので、松尾氏等
のイオンシャワー装置はその代表的なものである。（特
開昭５５−１４１７２９）。このＲＩＢＩＩ！処理での
イオンの加速エネルギーは５００〜１０００ｅＶ程度が
一般的である。

以上のようにイオンを主とした加工は種々なされている
が、その一方イオンの加速エネルギーが大きいことによ
る欠点も数多（指摘されており、例えばデバイスのダメ
ージやレジストのダメージが問題にされている。ここで
デバイスのダメージとはイオン衝撃によって生ずる欠陥
によりデバイスの特性が損なわれる現象で、レジストの
ダメージとはイオン衝撃によってレジスト面が炭化して
該レジストの除去が困難になる現象である。

かかるプラズマからのイオンや電子によるダメージを避
けるための試みも多くなされており、その代表的なもの
が堀池氏等によるケミカル・ドライエツチング（ＣＤＥ
）法（特公昭５３−１４４７２）である。

これはイオンよりもプラズマで生成された活性粒子を取
り出してエツチングする方法であるために、加工の方向
性を制御できず等方的なエツチングしか出来ないという
欠点を持っている。

そこでダメージが少なく異方性の加工ができる方法が検
討されており、その一つがイオンの加速エネルギーを下
げる方法であり、他の一つが中性活性粒子を差圧で吹き
つける方法である。

イオンの加速エネルギーを下げる方法として代表的なも
のがＨ，Ｒ，Ｋａｕｆｍａｎ等による低エネルギーイオ
ンビーム法（Ｊ、Ｂｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ　
Ｖｏｌ　１２８Ｎα５　Ｍａｙ　１９８１“Ｌｏｗ　Ｅ
ｎｅｒｇｙ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｅｔｃｈｉｎｇ”）で
あり、他の一つは鈴木氏等のマイクロ波プラズマエッチ
ング（Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ　Ｖｏｌ
　１２６　Ｎα６Ｊｕｎｅ　　１９７９　　”Ｔｈｅ　
　Ｒｏｌｅｓ　　ｏｆ　　Ｉｏｎｓ　　ａｎｄ　　Ｎｅ
ｕｔｒａｌＡｃｔｉｖｅ　５ｐｅｃｉｅｓ　　ｉｎ　Ｍ
ｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｌａｓｍａ　Ｅｔｃｈｉｎｇ”）
である。

両者は基本的にはプラズマの浮遊電位を利用し被加工物
を異方性エツチングするものであり、この時のイオンの
加速エネルギーは２０ｅＶ程度でダメージは非常に少な
い。

しかし、両者共高密度の電子が被加工物に入射するため
に、被加工物の温度が上昇し、汚染等が起こりやすくな
る。また、例えば多層レジストを用いたレジストパター
ン形成時のレジストエツチングなどにこれらの装置を用
いても横方向へのエツチング速度が大きく、制御の良い
加工形状が得られない等の欠点があった。

中性粒子を差圧で吹きつける方法は、秋谷氏が試みてい
る（第３回ドライプロセス・シンポジウム０ｃｔｏｂｅ
ｒ　２６−２７＋　１９８１　Ｔｏｋｙｏ　”Ｄｉｒｅ
ｃｔｉｏｎａｌｄｒｙ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆ　５ｉｌ
ｉｃｏｎ　ｂｙ　ａ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｎｏｚｚｌｅ
−ｊｅｔ″）。

この方法は０．１＝　Ｉ　Ｔｏｒｒの圧力下で作ったプ
ラズマをノズルから１０−４〜１０−　’Ｔｏｒｒのチ
ャンバーへ噴出させるもので、中性活性粒子により異方
性エツチングが実現できる。しかし、この方法において
は差圧を設けるためにノズル径が小さく　（０，５〜１
ｍ＋φ）なり、そのため広い面積を均一にエツチングす
ることが出来ず、エツチングレートも遅くなるという欠
点があった。

従って、レジストをダメージ無く、制御性良く、広い面
積を比較的均一にエツチングする良い方法が無かった。

シリコンのエツチングも同様である。

そこで本発明は、従来の異方性プラズマ処理方法におけ
る問題点を解決するために発明されたＵ、Ｓ、Ｐ、４．
６０９．４２８に記載の装置を用いてレジストのエツチ
ングおよびシリコンのエツチングを行なう方法を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決する為の手段〕

上記課題は、マイクロ波入射手段とガス導入手段とを具
備したプラズマ発生室と、該プラズマ発生室と連通し、
かつ、磁気ミラー形成手段を具備したプラズマ遮断室と
、該プラズマ遮断室と連通した加工室とを含んでなり、
被加工物が該加工室における該磁気ミラーのミラー点か
ら該活性粒子の平均自由行程以内の位置に保持されて加
工処理されるマイクロ波プラズマ処理装置を用い、酸素
とフッ素を含むガスを用いて有機物をエツチングする事
を特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法によって解決
される。

〔作用］ Ｕ、Ｓ、Ｐ、４，６０９．４２８に記載の装置は、プラ
ズマを磁場によって閉じ込めることにより、プラズマと
被加工物を離隔しエツチングを行なうので、中性粒子が
主なエッチャントとなる。従って、プロセス的には前述
のＣＤＩ！と似た状態となる。このことは、被加工物を
加熱しない時酸素のみではほとんどレジストがエツチン
グできない事実からも判明する。

ＣＤＥ等のダウン・フロープロセスでは、酸素にフッ素
を含むガスを用いると室温でも有機物をエツチングでき
るが、そのエツチングは等方向である。またシリコンの
エツチングにおいても、ダウンフローでは例えばＣＦ４
に０８を１０〜２０％程度混入したガスを用いてエツチ
ングできるが、やはり等方向である。

しかし、本発明では、ダウン・フローと同等のガスを用
いて異方性エツチングが可能である。

レジストのエツチングを異方的に行なうには加工面に対
して数百ｅＶ程度の大きなエネルギーでイオンを加速し
て行なうのが一般的であるが、本発明では、せいぜい熱
運動エネルギーしか持たない中性粒子の運動の方向を利
用して異方性加工を行なう。

また、シリコンのエツチングでは等方向なラジカルエツ
チングの作用を軽減し、イオンによる異方性加工の割合
を相対的に大きくするために、エッチャントとして働く
ラジカルと反応し、ラジカル・エツチングを阻害する分
子成分例えば炭素を含むＣＨＦ、を加えてプロセスを行
なう、そして、これらの阻害物物質がエツチング側面を
おおうことで異方性加工を行なうもので、エツチング進
行方向はイオンの照射により阻害物質の付着が起こらな
い。

しかし、この阻害物質が残りゴミとなり素子の歩留を下
げる。

本発明ではＮＦ３＋ＣＰ４（１０％）程度のごく少量の
炭素で異方性加工が行なえるもので、この条件でシリコ
ンを異方性に加工するには従来では高いイオンエネルギ
ーが必要であったものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。

第３図は本発明の方法に用いる装置の断面図である。マ
イクロ波エネルギー４０は、図示されないマイクロ波発
生源からマイクロ波入射手段である導波管２２を経てプ
ラズマ発生室２１に供給される。

導波管２２とプラズマ発生室２１とは窓３２によって分
離され、プラズマ遮断室２３．２３′はプラズマ発生室
２１の隣に設けられ、磁気ミラー発生手段として２個の
マグネット２４．２４′が連結室２３のまわりを囲み、
プラズマ発生室２１は排気管２６によって矢印方向に排
気される。プラズマ遮断室の隣の加工室２５内で被加工
物２７はサセプタ２８上に配置され、プラズマ遮断室２
３と加工室との間にはマイクロ波をシールドするメツシ
ュ３３が設けられ、ガスはガス導入管３１から他のプラ
ズマ遮断室２３′を経て導入される。

磁気ミラーはマグネッ”ト２４．２４′によってプラズ
マ遮断室２３．２３′に作られ、プラズマ発生室２１内
に２つのサイクロトロン共鳴点（Ｐｃ、　Ｐ　’　ｃ）
３０．３０′が位置し、Ｘ軸に沿う磁場の強さ分布のプ
ロファイルは２つのピークポイント（Ｐｍ、　Ｐ　’　
ｍ）２９．２９′をもつ。プラズマ発生室は排気され、
次いで反応ガスが導入され、マイクロ波が導入され、同
時にマグネット３６．３６′が付勢されて凸状のプロフ
ァイルの磁気ミラーが形成される。プラズマ発生室に発
生されたプラズマは電子、イオン、ラジカルを含み、そ
れらはマイクロ波エネルギーとサイクロトロン共鳴点に
おける磁場とによって共鳴点において作られるサイクロ
トロン共鳴によって加速され増加せしめられる。このよ
うにして形成されたＸ方向に速度成分をもつ電子、イオ
ン、ラジカルは被加工物２７の方に動き、これらの粒子
の平均自由行程はプラズマ発生室２１、プラズマ遮断室
２３、加工室２５の長さを合わせたものよりも大である
ので、粒子相互の間および粒子とこれらの室の壁との間
の衝突の確率はきわめて小になり、これらの粒子はプラ
ズマ内で最初の状態を保ち、電子はサイクロトロン運動
をなし、ラジカルとイオンとばほへ°直線状の運動をな
す。

電子も加工室方向の運動成分（軸方向速度）をもつが、
磁場の軸に沿って磁束密度が徐々に増加するので電子は
その軸方向速度を失い、電子の速度の軸方向成分はゼロ
になり、磁場のピークポイント（Ｐ＋＋）の近くで負方
向の速度をもつようになり、かくして、電子のほとんど
大部分はプラズマ発生室２１に反射される。

前記した磁気ミラーによって、プラズマ発生室で作られ
た電子のほとんどはプラズマ発生室内に留められ、加工
室２５内に入ることを妨げられる。

共鳴運動をしない中性ラジカルとイオンは磁気ミラーを
通過し、マイクロ波シールド用のメツシュ３３を通りぬ
けて被加工物２７に衝突し、被加工物２７の物質と反応
して気体を作り、その気体は排気管２６から排気され、
このようにして異方性エツチングが行なわれる。プラズ
マ内で発生された電子はほとんど加工室２５に入らない
ので、ランダム運動をなすラジカルの加工室２５内での
発生は妨げられ、プラズマエツチングの異方性が向上す
る。

実施例１　レジストのエツチング 第３図の装置を用い（本実施例ではマイクロ波シールド
用のメツシュ３３は使用しなかった。メツシュがなくと
も処理室へのマイクロ波の漏れ出しは１１程度であった
からである。）、２Ｘ１０−’　Ｔｏｒｒまでチャンバ
ー内を排気した後、０□を約９　ｃｃ、ＣＦ、を約１　
ｃｃ導入しＩ　Ｘｌ０−’　Ｔｏｒｒとし、マグネット
コイル電流各々１５０Ａ、マイクロ波入力パワー１ｋＷ
（反射約１００Ｗ）でトリレベルの下層レジストをエツ
チングした。被加工物の構造は、第１図を参照すると、
その（ａ）に示される如く、試料２７上に下層レジスト
３４　（ＯＦＰＲ８００（東京応化■のポジレジスト）
〕を約２μｍの厚さに塗布し、２００°Ｃでベータした
後、中間層３５　（ＯＣＤ　ＴＹＰＥ−７）を約３００
０人の厚さに塗布し、２５０°Ｃでベークした。その上
にさらに上層レジスト３６　（ＯＦＰＲ８００）を１μ
ｍの厚さに塗布し、この上層レジスト３６を通常に露光
現像し、レジストパターンを形成した。

上層レジスト３６をマスクに、ＣＦ４３００ＣＣ，ＣＨ
Ｆ。

３００ｃｃ、０．Ｉ　Ｔｏｒｒ、３００−のパワーを用
いるＲＩＢで中間層３５をエツチングした（第１図中）
）。その後、前述の条件で下層レジスト３４をエツチン
グした（第１図（Ｃ））。下層レジスト３４のエツチン
グレートは約１μｍ／ｈｒであった。形状は深さ方向（
ａ）とサイドエッチ量（ｂ）の比ａ　／　ｂが１０：１
程度となった。なお、上層レジスト／中間層のエツチン
グレートの比は≧１０であった。なお、第１図（Ｃ）に
は下層レジスト３４のパターンを拡大して示した。

同様に、０□十ＮＦ３（５％、１０％、２０％、３０％
、５０％）を用いるエツチングを行なった。エツチング
レートは、ＮＦ３が５〜３０％では３　μｍ／ｈｒ、　
５０％では中間層との選択比が４：１程度と悪く、正確
なエツチングレートは得られなかった。

実施例２　シリコンのエツチング 第２図（ａ）に示される如く試料２７上に形成した１０
００人の膜厚の５ｉ０２膜３７上にドープしないポリシ
リコン膜３８を約４０００人の膜厚に成長し、レジスト
３９（ＯＦＰＲ８００）の約１ｕｒｅの厚さのパターン
を設け、ＮＦ、約８　ｃｃにＣＦ、を約２　ｃｃ添加し
エツチングを行なった。その結果は、第２図（ｂ）に示
される如く、深さ方向（ａ′）と横方向（ｂ゛）のエツ
チング速度の比が４：１程度の異方性形状が得られた。

圧力はＩ　Ｘｌ０−’　Ｔｏｒｒ、マグネットコイル電
流は各１５０Ａ。

マイクロ波パワーはｌｋｗ（反射１００Ｗ）で、エツチ
ングレートは３０００人／ｌｈｒ程度であった。なお、
第２図（ロ）にはポリシリコン膜３８のパターンを拡大
して示す。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、多量の荷電粒子照射の無
いダウン・フローでレジストまたはポリシリコンの異方
性エツチングができ、ダメージの無いレジストのエツチ
ングあるいはゲートポリシリコンのエツチングが可能と
なった。なお、以上は３層レジストを例に説明したが、
本発明の方法は２層レジストの場合にも適用可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例断面図、 第２図は本発明第２実施例断面図、 第３図は本発明の方法に用いる装置の断面図、第４図は
ＲＩＥ装置断面図である。 図中、 ２１はプラズマ発生室、 ２２は導波管、 ２３．２３′はプラズマ遮断室、 ２４．２４′はマグネット、 ２５は加工室、 ２６は排気管、 ２７は被加工物、 ２８はサセプタ、 ２９．２９′はピークポイント（Ｐ＋ｗ、　Ｐ　’　ｎ
＋）、３０．３０′はサイクロトロン共鳴点（Ｐｃ、　
Ｐ　’　ｃ）、３１はガス導入管、 ３２は窓、 ３３はメツシュ、 ３４は下層レジスト、 ３５は中間層、 ３６は上層レジスト、 ３７はＳｉ０ｇ膜、 ３８はポリシリコン膜、 ３９はレジスト、 ４０はマイクロ波エネルギー を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波入射手段（２２）とガス導入手段（３
   １）とを具備したプラズマ発生室（２１）と、該プラズ
   マ発生室（２１）と連通し、かつ、磁気ミラー形成手段
   を具備したプラズマ遮断室（２３）と、該プラズマ遮断
   室（２３）と連通した加工室（２５）とを含んでなり、
   被加工物（２７）が該加工室（２５）における該磁気ミ
   ラーのミラー点から該活性粒子の平均自由行程以内の位
   置に保持されて加工処理されるマイクロ波プラズマ処理
   装置を用い、 酸素とフッ素を含むガスを用いて有機物をエッチングす
   ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。
2. （２）三フッ化窒素、六フッ化イオウの少なくとも一種
   に炭化フッ素を混入したガスを用いてシリコンをエッチ
   ングすることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波
   プラズマ処理方法。