JPH0227719A - プラズマプロセス装置 - 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
用する高集積半導体素子等の製造装置のうち、エツチン
グ装置として用いられるプラズマプロセス装置に関する
。

〔従来の技術〕

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装置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２図はエツチング装置として構成した従来におけるマ
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は周囲壁を２重構造に
して冷却水の通流路３１ａを備え、また−側壁中央には
石英ガラス板３１ｂにて封止したマイクロ波導入口３１
ｃを、更に他側壁中央には前記マイクロ波導入口３１ｃ
と対向する位置に円形のプラズマ引出窓３１ｄを夫々備
えている。

前記マイクロ波導入口３１ｃには他端を図示しない高周
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３３．ｄに臨ませて反応室３３を配設し
、更に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。

反応室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
、その前面には円板形をなす試料Ｓがそのまま、又は静
電吸着等の手段にて着脱可能に装着されるようになって
いる。試料台３５内には冷却用の冷却水通流路（図示せ
ず）が、また試料Ｓの装着位置には試料Ｓの静電吸着用
電極３５ｂが夫々埋設されており、通流路には冷却水供
給管３５ａが、また電１３５ｂには直流電源３７が接続
せしめられている。

前記試料台３５の後面側に位置する反応室３３の後壁に
は図示しない排気装置に連なる排気口３３ａが開口され
ている。３１ｇはエツチングガス供給系、３１ｈ、３１
ｉは冷却水の供給系、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、所要の真
空度に設定したプラズマ生成室３１１反応室３３内に原
料ガス供給系３１ｇからエツチングガスを供給し、励磁
コイル３４にて磁界を形成しつつプラズマ生成室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、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
れる反応室３３側に向かうに従い磁束密度が低下する発
散磁界ｐこよって反応室３３内の試料台３５上の試料Ｓ
周辺に投射せしめ、エツチングを行なうようになってい
る。

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、約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
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、かつ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（被エツチング材料と他の材料のエツチング速度
比）が向上するとされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、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
、このラジカルと被エツチング材料との化学反応もエツ
チングに寄与する。その特徴は、イオンによるエツチン
グが方向性＝異方性を持つのと対照的に等方的であるこ
とである。

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の範囲
であり、イオンとラジカルの比は概ね１以下である。こ
のため、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ことが一般的である。

その結果、上記エツチングになる加工形状は、図３ｂに
示すように保護マスクの寸法より縮小する所謂アンダー
カットを有することとなり、１μｌ以下の微細加工を駆
使する超ＬＳＩ製造技術の要請に対応するためには、こ
の加工精度の点で問題を残している。

本発明の目的は上記アンダーカットを低減し、以て電子
サイクロトロン共鳴励起プラズマによるエツチングの問
題点を解決せしめ、超ＬＳＩ製造技術の要求を満たし得
るエツチング技術を実現することにあ４゜ 〔課題を解決するための手段〕 かかる目的のため、本発明では前記プラズマ生成室に不
活性ガスを導入し、かつ試料室にエツチング反応に寄与
する反応性ガスを導入するものである。

〔作用〕

この時、イオンビームとして引き出されるプラズマは不
活性ガスの原子からなるため、そこに混在するラジカル
はエツチング反応には寄与せず、アンダーカットが本質
的に生じないことになる。

不活性ガスのイオンビームに照射され励起された試料表
面に、試料室に導入された反応性ガスの原子が吸着して
生じる化学的反応によってエツチングを進行せしめるも
のである。

〔実施例〕

以下本発明をエツチング装置として構成した実施例につ
き図面に基づき具体的に説明する。第１図は本発明に係
るプラズマエツチング装置（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試料室たる反応室
、４は励磁コイルを示している。

プラズマ生成室１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、
また周囲壁を２重構造として水冷ジャケラＨａを備える
中空円筒形をなし、−側壁中央には石英板１ｂで閉鎖さ
れたマイクロ波導入口ｌｃを備え、また他側壁中央には
前記マイクロ波導入口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口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１
ｄにはこれに臨ませて反応室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。

導波管２はその他端部は図示しない高周波発振器に接続
され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイクロ
波導入口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ｌ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、反応室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
ズマを反応室３内に導入せしめるようになっている。

反応室３は中空の直方体形に形成され、プラズマ引出窓
１ｄと対向する側壁には図示しない排気装置に連なる排
気口３ａを開口してあり、また反応室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の前面に前記プラズマ引出窓１ｄと対向さ
せて試料Ｓが着脱可能に装着されている。試料台５内に
は冷却用の冷却水通流路及び試料Ｓを静電吸着するため
の電極５ｂが埋設されており、通流路には冷却水供給管
５ａが、また電極５ｂには直流電源８が接続せしめられ
ている。ここで、Ｉｇは不活性ガスのプラズマ生成室へ
の導入管、３ｇは反応性ガスの試料室への導入管となっ
ており、その他１ｈ、　ｌｉは夫々冷却水の供給系５排
水系を示している。

而してこのような本発明装置にあっては反応室３内の試
料台５に試料Ｓを装着し、プラズマ生成室ｌ９反応室３
内を所要の真空度に設定した後、ガス供給系］、ｇ、３
ｇを通じてプラズマ生成室１１反応室３内にそれぞれ不
活性ガス、反応性ガスを独立に供給し、励磁コイル４に
直流電流を通流すると共に、導波管２．マイクロ波導入
口１ｃを通じてマイクロ波をプラズマ生成室１内に導入
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ｌ内で
共振状態となり、不活性ガスを分解し、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。この時、試料
Ｓ表面で不活性ガスのイオンビームに照射された部分の
みが励起される。一方、反応室３ヘガス供給系３ｇを通
して導入された試料表面に吸着した反応性ガス原子は上
記励起された部分とのみ化学反応を生じ、これによって
エツチングが進行する。従って、本発明になるエツチン
グは、イオンビームの指向性に対応した異方性を具備す
るものである。

〔数値例〕

第１図に示す如き装置でガス供給系１ｇからＡｒガスを
ｌ０５ＣＣＨの割合で、またガス供給系３ｇから０１□
ガスを２０５ＣＣＨの割合で供給し、プラズマ生成室１
゜反応室３内の真空度を０゜７　ｍＴｏｒｒ　、マイク
ロ波パワーを９００Ｗとし、試料表面に形成された多結
晶シリコン膜をフォトレジストを保護マスクとして約３
０００人／分の速度で２分間エツチングした。この時、
図３８に示すようにアンダーカット量は０．０３μｍ以
下であり加工後の多結晶シリコンの傾斜角は約８５°と
なった。

ちなみに、ガス供給系１ｇから２０ＳＣＣＭのＣ１□ガ
スを導入して上記と同一の試料を同一条件でエツチング
した場合はエツチング速度は約３８００人／分であるが
アンダーカット量は０．２μｍであった。

〔発明の効果〕

以上のごとく本発明にあっては、前記プラズマ生成室に
不活性ガスを導入し、かつ試料室にエツチング反応に寄
与する反応性ガスを導入する事がその構成要件である。

従って、試料台５に高周波電界を印加し、以て試料Ｓに
生じるバイアス電位を利してイオンビームのエネルギー
を増大させるバイアスエツチング法に対しても本発明が
適用できることを付言する。

この時、イオンビームとして引き出されるプラズマは不
活性ガスの原子からなるため、そこに混在するラジカル
はエツチング反応には寄与せず、アンダーカットが本質
的に生じないことになる。

さらに、不活性ガスのイオンビームに照射され励起され
た試料表面に、試料室に導入された反応性ガスの原子が
吸着して生じる化学的反応によってエツチングを進行せ
しめるものである。このため、横方向のエツチングが本
質的に発生せず加工精度が著しく向上すると共に、選択
比が大きく改善されるという優れた効果を本発明は有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は従来装置の縦
断面図、第３図はエツチング形状断面の模式図である。 ｌ・・・プラズマ生成室　２・・・導波管　３・・・反
応室４・・・励磁コイル　５・・・試料台　６・・・保
護壁７・・・直流電源　１１・・・保護マスク　（フォ
トレジスト）１２・・・多結晶シリコン　１３・・・Ｓ
ｉ基板特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　　河　野　　登　夫 χ 圓 夷　２　ロ

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引き出し
   窓を通じて導入し、前記引き出し窓に面して配置した試
   料に処理を施す試料室とを備えたプラズマプロセス装置
   において、 上記プラズマ生成室に不活性ガスを導入し、かつ上記試
   料室に反応性ガスを導入することを特徴とするプラズマ
   プロセス装置。