JPH0358171B2 - - Google Patents

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JPH0358171B2
JPH0358171B2 JP58044614A JP4461483A JPH0358171B2 JP H0358171 B2 JPH0358171 B2 JP H0358171B2 JP 58044614 A JP58044614 A JP 58044614A JP 4461483 A JP4461483 A JP 4461483A JP H0358171 B2 JPH0358171 B2 JP H0358171B2
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cathode
etching
chamber
etching chamber
plasma
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Henrii Dejiretsutsu Buraian
Ansonii Gyunsaa Toomasu
Kaaru Haiburatsuku Uiriamu
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International Business Machines Corp
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 この発明は改良された食刻装置、詳細には集積
回路の製造に用いられる改良された反応性イオン
食刻装置に関する。
〔従来技術〕
従来の反応性イオン食刻（RIE）装置の欠点の
１つとして、標的の全領域にわたつて均一な食刻
が行なわれないという事実がある。食刻及び食刻
速度の不均一さの原因の少なくとも一部は、食刻
装置の食刻室の欠陥にある。半導体ウエフアの食
刻のスループツトを上げる為により大きな陰極標
的を使用する時、食刻処理工程における不均一さ
の問題は複合的なものとなる。この点に関して
は、より大きな陰極標的を使用すいるとより大き
な食刻室を必要とし、そしてより大きな食刻室は
食刻室内の食刻速度の均一さに影響する種々の条
件を発生するということが明らかになつている。
しかし、商業的に競争力を持つシステムは高いス
ループツト特性を持たねばならず、高いスループ
ツトは大量の一括食刻の処理を必要とする。
従来の食刻装置の食刻室と陰極標的との配置
は、食刻室内の不均一な食刻を助長する条件を発
生する設計上の欠陥を軽減することがほとんどな
かつた。たとえば、いわゆる“トツプ・ハツト”
陰極配置は、陰極をアクテイブ電極として駆動す
るように作用し、そして陰極の上部とりわけその
端部における電界を不均一にする設計となつてい
る。このような設計は本出願人に譲渡された
Hendricks等による1980年９月10日出願の米国特
許第4340461号に記載されている。大面積の陰極
と食刻室容積は電界の不均一さを生じやすく、従
つて食刻速度の不均一さを生じやすい。この点に
関して大容量の食刻室はさらに室内に入力された
エネルギの一部を散逸するように働く過剰のプラ
ズマを発生し、従つて食刻プロセスに使用し得る
エネルギを弱める。一般に、電界の不均一さは食
刻室の内表面領域の不規則性及び不連続性にのみ
起因するものではなく、食刻室と陰極との非対称
特性にも起因する。
上述の食刻の不均一さに加えて陰極と食刻室の
設計特性は、さらに別の問題を生ずる。例えば、
設計欠陥によりスパツタリング及びこれに起因す
る汚染を生ずる。この点に関して、商業的に入手
し得る典型的ないわゆる“Tee”陰極設計は、陰
極電極下の空間にプラズマが発生するような構造
配置を持つている。陰極電極下のプラズマは過度
に陰極電極を過熱し、電極のスパツタリングを惹
き起し、食刻されるべき製品に汚染を生ずる。上
述したように従来の種々の反応性イオン食刻装置
は、汚損の生じない環境下で均一な一括食刻処理
を行う能力を損なうような設計欠陥を全て有して
いた。
これら従来の反応性イオン食刻装置を第１Ａ図
乃至第１Ｄ図及び第２図に示す。
第１図を参照すると、従来の幾つかの反応性イ
オン食刻装置の食刻室及び陰極の配置が概略的に
示されている。第１Ａ図および第１Ｂ図の目的
は、食刻の不均一さ及び半導体製品の汚染を惹き
起す設計特性を説明する為のものである。第１Ａ
図は特定の“トツプ・ハツト”陰極配置を示すも
のであり、この配置は、上述の米国特許第
4340461号に記載された“トツプ・ハツト”配置
と同様である。第１Ａ図に示されるようにトツ
プ・ハツト型の陰極１は陽極として働く食刻室３
内に周知の方法で固定されている。第１図の各図
に於ては、簡潔さの為にこれらの装置の不均一な
食刻特性を生ずる設計特性を示すのに不必要な詳
細部分を省略している。室の内表面及び陰極を横
切る点線は、参照符号７，７′及び５で示される
典型的な暗部と参照符号９で示される活性プラズ
マ領域との区分を示している。当業者に理解され
ているように通常の反応性イオン食刻の操作は、
室３の内表面からプラズマ・シース（Plasma
sheath）又は暗部により分離されたグロー領域と
共に室３の内部活性プラズマ領域９内に存在する
プラズマ・グローを発生する。第１Ａ図に示され
る反応性イオン食刻システムの作用の理解を容易
にする為、陰極１の台１１を覆う位置のプラズマ
中央領域を符号９Ａで示し、台１室壁との間の位
置の外側プラズマ領域を符号９Ｂで示す。例えば
プラズマ・シースや暗部の厚さ等のプラズマ特性
は図示される様に室内における特定の位置により
決定される。台１１上の陰極プラズマ・シース
（暗部）５は最も厚いシース（暗部）領域であり
（典型的には１乃至２cmの程度）、高い電圧降下を
有し（典型的には300乃至500Vdc）、普通は陰極
とプラズマ・グローとの間の顕著な暗部として観
察される。一方、室の上側の陽極プラズマ・シー
ス（暗部）７及び側壁回りのプラズマ・シース
（暗部）７′は一般的に陰極駆動システムでは同じ
であり、典型的に１乃至４mmの厚さと20乃至30V
の電圧降下を示す。点線の輪郭から示されるよう
に内表面の周りの種々の暗部は互いに溶け合つて
連続している。食刻室内の幾何形状及び電位の変
化により生ずる溶け合う暗部の異なる厚さの領域
は、食刻速度の変化を生ずる。
第１Ａ図をさらに詳しく参照すると、特に陰極
台１１の端部におけるプラズマ電位の降下は、特
に端部における陰極上の電界の不均一さを生ず
る。この結果生ずる電界の傾きは陰極全体の食刻
速度の不均一さを生じ、食刻速度は電界が高い集
中を示す端部に向つて大きくなる。
第１Ｂ図は別の“トツプ・ハツト”配置を示す
もので電界をより均一にし、従つて食刻速度を均
一にする為に陰極１の周囲に接地シールド１３を
使用している。これにより陰極のプラズマ・シー
ス（暗部）５は外方に延在するが、まだ満足な均
一な電界は得られず、従つて陰極台にわたつて均
一な食刻速度は得られない。さらに、接地シール
ドは場所を取り、陰極の大きさを制限し、従つて
スループツトに悪い影響を与える。
第１Ｃ図の配置に於て、室の壁の部分１５が第
１Ａ図及び第１Ｂ図と比較して高さを小さくして
均一の電界、従つて陰極台１１にわたつて食刻速
度と均一にするようにしている。しかしながら、
この改良によつても陰極台にわたつて均一な食刻
速度及び電界を満足することはできない。
第１Ｄ図はTee配置の陰極を示す。この設計で
は、台１７の下方に上方とほぼ同じ暗部の電位を
持つプラズマの発生を生ずる。このような配置は
台の過熱を生じやすく、スパツタリングを生じ、
汚染物質が台１７からスパツタされて食刻される
べき製品を汚染する。この事実についての可能な
説明の１つは、この配置においては陰極の全電位
が暗部を横切つて降下し、イオン衝撃を生じて陰
極を加熱するからである。
第２図は、従来の典型的な反応性イオン食刻装
置の食刻室の部分断面図であり、圧力検知の為の
孔８１、終点検出の為の孔８２及び監視の為の孔
８３が設けられている。典型的には、この反応室
の部分は陰極の上部にある。反応室内部の点線に
示されるように、暗部は室の内表面に沿つて室の
内面を囲み孔の内に入り、特に室壁の顕著の変化
場所及び角の点に於て電界の変化が生ずる。室壁
の鋭角的に変化する場所は電界の強度が増す領域
を作り、この場所で食刻室内の他の部分と較べて
局所的に高い食刻速度を生ずるプラズマ内のホツ
ト・スポツトを生ずる。食刻室壁の鋭角的な変化
は、不均一な食刻速度を生ずる傾斜した電界を発
生する電界が強くなる領域を形成するのみなら
ず、暗部の厚みより大きな開口大きさを有する孔
がある所においては孔がその領域内にプラズマを
捕捉して食刻速度の不均一さを一層複雑なものと
する。
また、第１Ａ図ないし第１Ｄ図に示された反応
性イオン食刻装置の設計は、プラズマを発生する
には余分な室容積を有している。この余分な室容
積は、室の台１１の下方及び近傍の部分にある。
この余分な室容積は、室内に入力されたエネルギ
の一部を散逸する余分なプラズマを発生し、この
結果、食刻工程の為に利用すべきエネルギを希釈
してしまう。従つて、この余分は室容積をなくす
と高いエネルギ密度を生ずることができることが
理解されるであろう。
〔発明の概要〕
この発明の原理によれば、円筒型でかつ陰極板
に対して物理的に対称的な食刻室を用いることに
より改良された反応性イオン食刻操作を達成する
事ができる事が知見された。これに加えて、食刻
室内の全ての必要は孔は、その特定の装置に対し
て暗部の厚さよりも小さな開口大きさを有する様
に配されており、これにより装置の電界の不均一
さが改良されそして電界の集中する点を回避する
ことができる。従つて、例えば窓、孔、診断ポー
ト及び排気ポートの不規則さ及び不連続さにより
局所的に高い食刻速度を生ずるプラズマ内の“ホ
ツト・スポツト”は、開口の大きさを縮小するこ
とにより及び反応性イオン食刻室内に開口を注意
深く配置することにより回避することができる。
陰極板を室の側壁まで陰極板と側壁との間に絶縁
分離を設けらなが延在させてさらに陰極板の側壁
との間の間隔をシステムの暗部の厚さよりも小さ
くする設計により特別に良い結果が得られた。
従つて、この発明の目的は、ホツト・スポツト
が存在せず、均一な食刻速度の得られる改良され
た反応性イオン食刻装置を提供することである。
この発明の別の目手は改良された反応性イオン
食刻装置の食刻室及び陰極設計を提供することで
ある。
この発明のさらに別の目的は製品の一括処理が
可能な反応性イオン食刻装置の食刻室を提供する
ことである。
この発明のさらに別の目的は汚染なくして均一
の食刻を行ない、製品の一括処理ができる反応性
イオン食刻装置の食刻室を提供することである。
〔実施例の説明〕
以下、この発明の図示の実施例に基いて詳細に
説明する。
第３図は、この発明の理解を助けるための参考
例を示すもので、反応性イオン食刻装置の食刻室
と陰極配置とを示す断面図である。第３図に示さ
れる食刻室と陰極配置とは従来の設計上の問題点
を解決するものである。この発明の装置の設計上
の基本的な特徴は、陽極として作用する食刻室２
３と陰極板２９とは対称的な構造、好ましくは円
筒的構造を有し、食刻室の内表面は不規則性をほ
とんど持たないということである。これに加うる
に、どんな窓、診断ポート、排気ポート及び他の
どんな目的に使用される開口も活性プラズマ領域
の外側に配置されるか、或は活性プラズマが内部
に捕捉されるのを防ぐ為にそれらの開口大きさが
隣接する暗部の厚さよりも十分小さくなる様に設
計されている。この点に関して、室壁を通つて活
性プラズマ領域に連絡するのに必要な全ての孔及
び開口は、活性プラズマがその内部に捕捉される
のを確実に防止する為にそれらに隣接する暗部の
厚さよりもかなり小さな開口大きさを持たなけれ
ばならない。典型的には孔及び開口の大きさは暗
部の厚さの少なくとも10分の１に選ばれる。例え
ば、暗部の大きさが1.25cm程度である所では孔の
大きさは1.5mmの程度又はそれ以下に選ばれる。
従つて、第３図に示す配置においては活性プラ
ズマ領域２１は平坦な上壁内表面４１ａを有する
板４１により食刻室の活性部分２３Ａに限定され
る。この領域２３Ａの内表面（上壁内表面４１
ａ、側壁内表面２７ａ及び陰極板表面２９から成
る）には反応性イオン食刻装置の通常の操作にお
いて典型的に発生される暗部の厚さよりも10分の
１以上の大きさの開口大きさを持つような孔、開
口、や空間は存在しない。如何なる監視ポート、
排気ポート及び類似のものは部分２３Ａ上の室の
補助部分２３Ｂに設けられている。この点に関し
て板４１は活性プラズマ発生を室部分２３Ａに限
定する働きを行ない、活性プラズマがその内に捕
捉されるのを防ぐ為に十分に小さなポンプ排気ポ
ート４３を有する。
通常の反応性イオン食刻は、典型点に１乃至１
1/2cmの暗部厚差を有する30乃至70ミクロン（水
銀柱）の圧力範囲で行なわれる。従つて、この発
明によればどんな陽極の孔の大きさも1.5mm又は
それ以下である。さらに、陽極と陰極の間の分離
又は空間は30mm又はそれ如何で、しかし電気的短
絡を生ずる程には小さくない。例えば第３図の陽
極の側壁２７と陰極２９との間の空間２５は3.0
mmに等しいか又はそれより小さい。さらに、普通
の操作に対して、板４１（陽電極電位にある）に
分布されたポンプ排気ポート４３の各々は1.5mm
又はそれ以下の開口大きさを持つ。ポンプ排気ポ
ート４３は任意の態様で板４１に配してもよい
が、ポートを互いに近接して位置させるとそれら
のポートが活性プラズマ発生を保持するのに十分
な大きさの１つの孔として働く。これを避ける
為、ポートは互いに少なくとも２直径、即ち2D
だけ離れて設けられなければならないことがわか
つた。ここでＤは個々の直径（1.5mm又はそれ以
下）である。
第３図から理解されるように、側壁２７は均質
な即ち凹凸を有しない内周面を持つ環３１，３
３，３５及び３７を有する環の列から成つてい
る。これらの環は清掃やメインテナンスや類似の
目的の為に室や陰極に近づくことに加えて室の大
きさを調節することを便利にしている。さらに、
第３図に示されている環の１つを例えば質量分
析、分光分析、ラングミユア・プローブ及び電気
的貫通孔の為の診断ポートを有する診断環に容易
に置き換えてもよい。この環は、故障検査又は解
析の目的の為に使用されてもよい。診断作業が完
了した後にはポートや開口のない環をこの診断環
に置き換えてもよいことは明らかである。
側壁２７を形成する為に用いられる環はアルミ
ニウムから形成されてよく、又、内表面を例えば
プラスチツク又はポリマー等の非金属材料で被覆
してもよい。非金属被覆は、側壁上のポリマーの
被着又はシステムの清掃が側壁により工程に与え
られる化学的環境を変えないように、システムを
不動態状態に維持する。側壁内表面２７ａ上の非
金属被膜は陰極２９と接地との間の短絡を防ぐ為
の電気的絶縁体としても働く。また、比較的厚い
絶縁層３８が陰極板２９と底壁３９との間に用い
られている。
気体が、ガス・ノズル４５を通つて活性プラズ
マ領域へ導入される。種々のガス・ノズル配置が
この目的に用いられてよい。しかし、ノズル孔
（入気ポート）４５Ａが室部分２３Ａの側壁に向
いていることが必要である。これは、陰極板２９
の方向へ直接に分散されるような気体の集中を防
いで陰極と陽極との間の電界がこの気体に作用し
て気体が集中している領域内に高い食刻速度を惹
き起すことを防ぐ為である。ノズル孔は室部分２
３Ａの側壁に向けられるのに加えて、対称な配列
中を均一に分布されなければならない。このよう
な対称な配列を行う１つの方法は、６角ナツトを
一端にねじの切られた管に螺着してナツトの６面
の各々に管の内部に連絡する15乃至20ミル
（mills）のオリフイスを設けることである。食刻
室２３の図中左方に示すように、気体は管４７を
介して補助室部分２３Ｂを経て食刻室内に導入さ
れる。食刻室２３の図中右方に示すように、気体
は孔４９を介して排気される。当業者に理解され
るように通常の反応性イオン食刻を実行する為に
は多数の気体が使用される。この目的の為に用い
られる共通な気体は４フツ化炭素（CF4）と酸素
（O2）である。使用されるかもしれない他の気体
としてはCHF3、SF6又はCCllF3がある。上述し
た様にこれらの気体は30乃至70ミクロン（水銀
柱）の反応性イポン食刻を行う為の通常の圧力管
理内の操作では１乃至１ 1/2cmの厚さの暗部を与
える。
陰極２９の冷却を助ける為に、冷却チヤネル４
９が冷却流動導入ポート５１及び排出ポート５３
と共に設けられている。RF（高周波）電力が陰極
にコネクシヨン５５を介して印加される。
第３図に示される食刻室の構成によれば、55枚
までのウエフアの一括食刻を６％3σの良好な均
一で行うことができた。このような一括食刻は
7.6cm（３インチ）のウエフアで55ミクロン（水
銀柱）の圧力のCF4のプラズマを用いることによ
り達成された。流率は大よそ55SCCM、RF電力
は1200ワツト、RF周波数は13.56MHz程度であ
る。
第４図は、この発明の一実施例による改良され
た反応性イオン食刻装置の食刻室７１と陰極板６
３の設計を示すものである。第４図の構成におい
ては第３図に示された補助室部分２３Ｂは省かれ
ており、これと関連して設けられたポンプ排気孔
は陰極の下側に位置している。従つて、第４図に
示すようにポンプ排気は食刻室領域５９内の気体
を環６５の側壁と陰極６３との間のチヤネル（排
気ポート）６１を通してポンプ排気孔５７より排
気することにり達成される。第３図に関して上述
した様にチヤネル６１の広さは暗部の厚さより小
さくあらねばならず、通常方法で操作される反応
性イオン食刻システムに対しては3.0mm又はそれ
以下であるが、しかし陽極と陰極とが短絡するほ
ど近接してはならない。
陰極６３の周囲のチヤネル６１を通つて均一に
気体と排気する為にポンピング環６７が設けられ
る。ポンピング環６７には陰極６３の下に排気の
為に気体を収集する環状室が設けられている。
その他の点に於ては第４図の食刻室７１の構成
は第３図と同様であり、入、排気ポート７３，６
１以外は均質な即ち凹凸を有せず陰極板６３に対
して対照的な上壁内表面７１ａと側壁内表面７１
ｂを有する。Ｏリング６９が側壁を構成する環７
１の間に設けられている。気体がノズル（入気ポ
ート）７３を介して第３図で述べたのと同様の方
法でもつて食刻室内に導入される。ウエフア７５
は陰極板６３上に配列されている。
以上説明してきたのようにこの発明の反応性イ
オン食刻装置によれば、一括食刻において均一な
食刻を汚染を生ずることなく達成できるという優
れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図乃至第１Ｄ図は従来の反応性イオン食
刻装置を示す概略断面図、第２図は従来の反応性
イオン食刻装置の食刻室の一部を示す概略部分断
面図、第３図はこの発明の理解を助けるための参
考例として示す反応性イオン食刻装置の断面図、
第４図はこの発明の一実施例による反応性イオン
食刻装置の斜視断面図である。 ２３，７１……食刻室、２７……側壁、２７
ａ，７１ｂ……側壁内表面、２９，６３……陰極
板、４１ａ，７１ａ……上壁内表面、４３，６１
……排気ポート、４５ａ，７３……入気ポート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極として働く筒状の食刻室と、陰極として
    働く円形の陰極板とを有し、高周波電力を陽極と
    陰極との間に印加して食刻室内に活性プラズマ領
    域と食刻室内表面に沿う暗部とを発生する反応性
    イオン食刻装置に於いて、 前記食刻室が、上壁内表面と側壁内表面とを有
    し、 前記上壁内表面と前記側壁内表面とが、前記上
    壁内表面の下に置かれかつ前記側壁内表面の間に
    置かれた前記陰極板に対して対称的な構造を有す
    ると共に、前記暗部の厚さより小さい均質な表面
    を有し、 前記陰極板の外表面と前記側壁内表面との間の
    全周に亘つて、前記暗部の厚さより小さく、前記
    陽極と陰極とが短絡しない程度の幅を有する環状
    の間〓を有し、該間〓が排気手段に接続されて排
    気ポートを構成することを特長とする反応性イオ
    ン食刻装置。
JP58044614A 1982-05-03 1983-03-18 反応性イオン食刻装置 Granted JPS58192328A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/374,568 US4384938A (en) 1982-05-03 1982-05-03 Reactive ion etching chamber
US374568 1982-05-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58192328A JPS58192328A (ja) 1983-11-09
JPH0358171B2 true JPH0358171B2 (ja) 1991-09-04

Family

ID=23477391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58044614A Granted JPS58192328A (ja) 1982-05-03 1983-03-18 反応性イオン食刻装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4384938A (ja)
EP (1) EP0093316B2 (ja)
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