JPH01315135A - プラズマエッチング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａ
ｎｃｅ、　ＥＣＲ）励起により発生させたプラズマを利
用するプラズマエッチング装置に関する。

〔従来技術〕

マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴励起により
プラズマを発生させる方法は低ガス圧で活性度の高いプ
ラズマを生成でき、イオンエネルギの広範囲な選択が可
能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオン流の指
向性、均一性に優れるなどの利点があり、高集積半導体
素子等の製造に欠かせないものとしてその研究、開発が
進められている。

第３図は従来におけるマイクロ波を用いた電子サイクロ
トロン共鳴を利用するプラズマエッチング装置の縦断面
図であり、３１はプラズマ生成室を示している。プラズ
マ生成室３１は上部壁中央に石英ガラス板３１ｂにて封
止したマイクロ波導入窓３１ｃを、また下部壁中央には
前記マイクロ波導入窓３１ｃと対向する位置にプラズマ
引出窓３１ｄを夫々備えている。前記マイクロ波導入窓
３１ｃには他端を図示しないマイクロ波発振器に接続し
た導波管３２の一端が接続され、またプラズマ引出窓３
１ｄに望ませてエツチング室３３を配設し、更にプラズ
マ生成室３１の周囲にはプラズマ生成室３１及びこれに
接続した導波管３２の一端部にわたってこれらを囲繞す
る態様でこれらと同心状に励磁コイル３４を配設しであ
る。

エツチング室３３内にはウェーハ等の試料Ｓを装着する
試料台３５が前記プラズマ引出窓３１ｄと対向させて配
設され、その前面には試料Ｓが静電吸着等の手段にて着
脱可能に装着されるようにしである。試料台３５内には
冷却水通流路が埋設され、前記冷却水通流路には冷却水
供給管３５ａが接続せしめられている。またエツチング
室３３の下部には図示しない排気装置に連なる排気口３
３ａが開口されている。３１ｇはエツチングガスの供給
系、３１ｈ、３１ｉは冷却水の給水系、排水系である。

而してこのようなエツチング装置にあってはプラズマ生
成室３１．エツチング室３３内を所要の真空度に設定し
た後、プラズマ生成室３１内にガス供給系３１ｇからエ
ツチング用の１又は複数種の反応性ガスを供給し、励磁
コイル３４にて磁界を形成しつつ、導波管３２を通じて
プラズマ生成室３１内にマイクロ波を導入し、プラズマ
生成室３１を空洞共振器としてエツチングガスを共鳴励
起してプラズマを生成させ、生成させたプラズマを励磁
コイル３４にて形成されるエツチング室３３側に向がう
に従い磁束密度が低下する発散磁界によってエツチング
室３３へ引出し、イオンを試料台３５上の試料Ｓ周辺に
投射せしめ、エツチングを行うようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常、電子サイクロトロン共鳴励起により発生されたプ
ラズマは、上記した如く発散磁界の磁力線に即した方向
性を持って引き出され、イオンの流れによって生じるバ
イアスによる影響を受け、略２０〜３０ｅＶの低いエネ
ルギーで試料表面に到達する。このため数百ｅＶのエネ
ルギーのイオンを利用する従来の反応性イオンエツチン
グ、イオンミーリングに比べてイオン衝撃に起因する試
料へのダメージが低減され、しかも低エネルギーイオン
の照射によるエツチングであるため、エツチングの性能
指標の一つである選択比（エツチング対象物と他の対象
物とのエツチング速度比）が向上するとされている。

しかしながら、プラズマ生成室３１からエツチング室３
３に引き出されたプラズマ中には、化学的に活性な励起
された状態の原子・ラジカルが発生しており、このラジ
カルとエツチング対象物との化学反応もエツチングに寄
与する。このようなラジカルによる化学的なエツチング
はイオンによる物理的なエツチングが方向性＝異方性を
持つのと対照的に等友釣であり、アンダーカット量と密
接に関係することが知られている。

通常の電子サイクロトロン共鳴励起プラズマによるエツ
チングのガス圧は１０−４〜１０−　”Ｔｏｒｒであり
、この範囲では電子サイクロトロン共鳴励起プラズマに
よるエツチングはイオン性異方エツチングとラジカル性
等方エツチングの混在したものとなるのが普通である。

その結果、エツチングによる加工形状は保護マスクの寸
法よりエツチング対象物が縮小する、所謂アンダーカッ
ト（０，３μｍ程度）を生ずることとなり、１μｍ以下
の微細加工を要する超ＬＳＩ製造技術に対応するために
は加工精度の点で問題を残している。

本発明は斯かる事情に鑑みなされたものであり、試料台
を極低温冷凍機にて冷却することにより、ラジカルによ
る化学的側壁エツチング反応を抑制し、アンダカットを
減少させ、加工精度を向上させたプラズマエッチング装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマエッチング装置においては、電子
サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプ
ラズマ生成室と、発生したブラズマを導入して試料にエ
ツチングを施すエツチング室と、該エツチング室内に設
けられ、前記試料を載置する試料台とを備えたプラズマ
エッチング装置において、前記エツチング室の外側に気
密封止部材を介して設けられ、前記試料台を冷媒により
冷却する冷凍手段とを具備する。

また本発明に係るプラズマエッチング装置は冷凍手段と
して極低温冷凍機を備え、試料台は温度検出素子及びヒ
ータを含む試料温度制御手段を備え、更に本発明に係る
プラズマエッチング装置は試料と対向する部分にガス導
入用開口部及びこれに連なるガス供給管を備える。

〔作用〕

本発明にあっては、試料台を介して試料が冷凍手段によ
り強制冷却され、ラジカルによる化学的側壁エツチング
反応が抑制され、また試料温度を精細に調節し得る。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例につき図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明に係るプラズマエッチング装置（以下本
発明装置という）の縦断面図であり、図中１はプラズマ
生成室、２は導波管、３は試料Ｓに対しエツチングを施
すエツチング室、４は励磁コイルを示している。

プラズマ生成室ｌはステンレス鋼製であって、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するよう形成されており、
上部壁中央には石英ガラス板１ｂで閉鎖されたマイクロ
波導入窓１ｃを備え、また下部壁中央には前記マイクロ
波導入窓１ｃと対向する位置にプラズマの引出窓１ｄを
備えている。前記マイクロ波導入窓１ｃには導波管２の
一端部が接続され、またプラズマ引出窓１ｄにはこれに
臨ませてエツチング室３が配設され、更に周囲にはプラ
ズマ生成室１及びこれに連結された導波管２の一端部に
わたってこれらと同心状に励磁コイル４が周設せしめら
れている。またプラズマ生成室１のマイクロ波導入窓１
ｃの周縁部にはＣ１，ガス等のエツチングガスの供給系
１ｇが接続されている。

導波管２はその他端部が図示しないマイクロ波発振器に
接続され、マイクロ波発振器で発せられたマイクロ波を
マイクロ波導入窓１ｃを経てプラズマ生成室１内に導入
するようにしである。

励磁コイル４は図示しない直流電源に接続されており、
直流電流の通流によって、プラズマ生成室１内にマイク
ロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を形成
すると共に、エツチング室３側に向けて磁束密度が低く
なる発散磁界を形成し、プラズマ生成室１内に生成され
たプラズマをエツチング室３内に導入せしめるようにな
っている。

その他１ｈ、ｌｉは夫々冷却水の給水系、排水系を示し
ている。

またプラズマ引出窓１ｄと対向しないエツチング室３の
側壁には図示しない排気装置に連なる排気口３ａを開口
しである。更にエツチング室３の内部には前記プラズマ
引出窓１ｄと対向させて試料台５が配設され、この試料
台５の上面に前記プラズマ引出窓１ｄに対向させて試料
Ｓが静電吸着等の手段で着脱可能に装着されている。

試料台５の下面にはこれに接してインジウム（Ｉｎ）等
の良熱伝導材からなる熱伝導体１１が設けられ、その下
端部には冷却ヘッダ１２が連接して取付けられ、冷却へ
ラダ１２の下端は気密封止部材１３を介してエツチング
室内に挿入された極低温冷凍機１４の冷却口に接続され
ている。極低温冷凍機１４は、例えばＨｅを冷媒とする
クライオ冷凍機等にて構成されており、エツチング室３
の下部壁外部に取り付けられている。

第２図は試料台５及びこれに接続された極低温冷凍機１
４の拡大側面図である。試料台５は第２図に明らかな如
くその下端面にＡ　ｌ　、０３等の絶縁板５ｃ、　Ｉｎ
等の熱伝導体Ｉｆ、冷却へラダ１２を介して極低温冷凍
機１４に連結支持されている。

試料台５は金属製であって厚肉の円盤状に形成され、試
料Ｓと対向する上面は周縁部を残して僅かに凹ませて凹
部５ａを形成してあり、また内部には前記凹部５ａに連
なるガス通流路５ｂ及び試料台５と同心円状にシースヒ
ータ１５が更に試料Ｓの温度検出用熱電対１８が設けら
れている。試料台５の周壁に開口するガス通流路５ｂの
開口部には不活性ガス供給管１６が連結されている。

シースヒータ１５は具体的には図示していないが、金属
チューブ内に絶縁材を隔ててヒータ線を配した同軸ケー
ブル状に形成されており、試料台５の周壁から引き出さ
れたヒータ線には給電線１７ａが、また金属チューブに
はＲＦ　（ラジオ周波）給電線１７ｂが夫々接続されて
いる。

１９ａ、　１９ｂは給電線１７ａ、　１７ｂと対向する
金属構造部分との間に放電が発生するのを防止するため
のシールドケース、２０は１７ａおよび１７ｂへの給電
端子である。

而してこのような本発明装置にあってはエツチング室３
内の試料台５上に試料Ｓを装着し、プラズマ生成室ｌ、
エツチング室３内を所要の真空度に設定した後、極低温
冷凍機１４により冷却ヘッダ１２を一２００℃程度に冷
却し、これによって試料台５及び試料Ｓも略これと同程
度に冷却される。ガス供給管１６、ガス通流路５ｂを介
して試料台５の上部の凹部５ａに不活性ガスを供給する
。この不活性ガスは周囲壁によって極低温に迄冷却され
つつ凹部５ａと試料Ｓとの間の隙間を通じてエツチング
室３内に流出し、試料Ｓにたわみが生じている場合にも
これをばらつきなく冷却せしめる。

試料Ｓの温度は、エツチング条件に応じて設定され、冷
却が過大になる虞れがあるときはシースヒータ１５に給
電線１７ａを通じて給電を行い、試料Ｓの温度を調整す
る。なお試料温度は熱電対１８にて逐次監視を行う。そ
の後エツチングガスの供給系１ｇからエツチングガスを
プラズマ生成室１内に供給し、励磁コイル４に直流電流
を通流すると共に、シースヒータ１５に給電線１７ｂを
通じてＲＦ波を供給して試料Ｓに高周波を印加し、更に
導波管２゜マイクロ波導入窓１ｃを通じてマイクロ波を
プラズマ生成室ｌに導入する。プラズマ生成室１内に導
入されたマイクロ波はプラズマ空洞共振器として機能す
るプラズマ生成室１内で共振状態となり、エツチングガ
スを分解し、共鳴励起して、プラズマを生成せしめる。

生成されたプラズマ中のイオンは励磁コイル４にて形成
される発散磁界に沿った方向性を持つイオンビームとし
て試料台５に照射される。試料Ｓ表面はイオンビームを
照射された部分のみが励起され、この励起された部分に
エツチングガスが吸着し、化学反応によって異方性エツ
チングが進行してゆくこととなる。

このときラジカルによる等方性エツチングも進行するが
、試料Ｓが冷却されているため、その化学反応が抑制さ
れ、ラジカルによる側壁エツチング反応が抑制され、ア
ンダカットが抑制される。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明に係るプラズマエッチング装
置においては、試料を極低温冷凍機により強制冷却して
いるので、ラジカルによる側壁エツチングを抑制するこ
とができ、また試料に対する精細な温度制御が可能とな
ってアンダカットを減少することができると共にエツチ
ング加工精度を大幅に向上できる等本発明は優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマエッチング装置の縦断面
図、第２図は試料の温度制御手段を示す部分破砕側面図
、第３図は従来におけるプラズマエッチング装置の縦断
面図である。 １・・・プラズマ生成室　　３・・・エツチング室５・
・・試料台　１１・・・熱伝導体　１２・・・冷却ヘッ
ダ１４・・・極低温冷凍機　１５・・・シースヒータ　
１７ａ、１７ｂ・・・給電線 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫＋４ 第　　１　　図 ３ａ 簗　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生したプラズマを導入して
   試料にエッチングを施すエッチング室と、該エッチング
   室内に設けられ、前記試料を載置する試料台とを備えた
   プラズマエッチング装置において、 前記エッチング室の外側に気密封止部材を 介して設けられ、前記試料台を冷媒により冷却する冷凍
   手段 を具備することを特徴とするプラズマエッ チング装置。 ２、冷凍手段が極低温冷凍機であり、また試料台は温度
   検出素子及びヒータを含む試料温度制御手段を有する請
   求項１記載のプラズマエッチング装置。 ３、試料台上の試料と対向する部分にガス導入用開口部
   及びこれに連なるガス供給管を備えた請求項１又は請求
   項２記載のプラズマエッチング装置。