JPH04137727A

JPH04137727A - イオンビームエッチング方法及びイオンビームエッチング装置

Info

Publication number: JPH04137727A
Application number: JP25999690A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kawabe; 川邉　隆; Moriaki Fuyama; 盛明府山; Tetsuya Okai; 哲也岡井; Shinji Narushige; 成重　真治; Kenichi Natsui; 健一夏井; Yasunori Ono; 康則大野; Seitaro Oishi; 鉦太郎大石; Isao Hashimoto; 勲橋本; Hiroshi Ikeda; 宏池田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-12

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、イオンビームエツチング方法及びエツチング
装置に係り、特に、高精度なパターン形成を実現するた
めに用いられるイオンビームエツチング方法及びエツチ
ング装置に関する。

〔従来の技術〕

プラズマを用いて基板上の薄膜や材料表面をエツチング
するための各種ドライエツチング装置の中で、イオンビ
ームエツチング装置は、（１）被エツチング物を直接プ
ラズマ中にさらす必要がないため、基板のダメージが少
ない、（２）イオンの加速電圧や電流密度を独立にコン
トロールできるため、イオンエネルギーを制御しゃすい
、（３）異方性エツチングが容易である等の優れた特徴
を持つことから、半導体集積回路や薄膜磁気ヘッドなど
の各種薄膜素子の作製に適用されている。このイオンビ
ームエツチング装置に用いられているイオン源も、当初
は、熱フィラメントでプラズマを発生させるカウフマン
型が多く用いられていたが、近年、反応性イオンビーム
エツチングの重要性が高まるにつれて、反応性ガスのプ
ラズマ発生に適したマイクロ波イオン源を用いた装置が
現われはじめている。

このようなマイクロ波イオンビームエツチング装置の一
例が、特開昭６１−７５５２７号公報に開示されており
、第５図にその構造を示す、プラズマ発生室２１には、
ガス導入口２２を通して反応性ガスが供給され、マイク
ロ導波管２３及びマイクロ波透過窓２４から導かれる例
えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波によってプラズ
マが作られる。このプラズマから、引出し電極２５によ
ってイオンが引出され、加速されて、試料台２６にセッ
トされた基板２７の表面をエツチングする。２８は電子
サイクロトロン共鳴を起こさせるための磁場発生用磁気
コイルであり、イオン引出しの効果を高めるためにプラ
ズマ発生室２１から引出し電極２５に向かって弱くなる
発散磁場を形成している。また、２９は真空排気装置で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような発散磁場が、引出し電極２５と試
料台２６との間にまで形成されていると、引出されたイ
オンの方向が曲げられてしまい、イオンビームが発散し
てしまう。従って、試料台に到達するイオン電流密度が
小さくなったり、エツチング後のパターン精度が悪くな
ったりする欠点があった。この欠点について、第５図を
用いて説明する。特開昭６１−７５５２７号公報にも示
されているように、従来のマイクロ波イオンビームエツ
チング装置では、大口径のイオンビームを得るために、
第５図の実線矢印２１に示すような発散磁場が用いられ
ている。しかし、荷電粒子であるイオンはこの発散磁場
からローレンツ力を受けるため、結果として磁力線に拘
束された形で点線矢印２０２に示すようにイオンビーム
が進行する。

このため、基板２７に到達するイオンビーム平行度が低
下し、発散角度が大きくなってしまうため。

異方性エツチングが困難になる欠点があった。

また、この欠点を克服するため、磁気コイル２８から発
生する磁場を弱くして試料室側の発散磁場を小さくする
方法が考えられるが、そうするとマイクロ波に対して電
子サイクロトロン共鳴を弓き起こすだけの磁場強さが得
られないため、イオン源のプラズマ密度が低下し、結果
として充分なイオン電流密度が引出せないという別の欠
点があった・本発明の目的は、これらの欠点を克服し、大きなイオン
電流密度と小さなイオンビーム発散角度を併せ持つ優れ
たイオンビームエツチング方法、及びこれを用いたエツ
チング装置を提供することにある。

〔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は、（１）引出し電極と試
料台の間の磁場が発散しないように磁場の方向を制御す
るか、または（２）イオン源側の発散磁場が試料台側に
漏れださないような引出し電極を用いれば良い。すなわ
ち、引出し電極から試料台に向かって磁力線が平行に入
射するような状態でエツチングするか、それとも磁場が
非常に小さい状態でエツチングするかのどちらかの方法
をとれば良い。

（１）の磁場制御法としては、試料室側にソレノイドコ
イルや永久磁石を設置して磁場を印加し、基板に入射す
る磁力線が平行になるように調整する。特にソレノイド
コイルは、磁場の大きさを自由に制御できる利点がある
。また、試料台に対するソレノイドコイルの相対的な位
置が前後方向（試料台と引出し電極を結んだ方向）に変
えられるようにすれば、発散磁場の大きさが変わった場
合でも基板部分の磁場方向を制御しやすいという利点が
ある。また、ソレノイドコイルや永久磁石は、試料室の
外側及び内側のいずれに設置しても良いが、試料室内の
真空保持や排気時間を考慮すると、外側に設置した方が
望ましい。

一方、（２）の具体的な方法としては、引出し電極の少
なくとも１枚を透磁率の大きし１磁性材料で構成する。

一般に引出し電極は加速電極、減速電極の２枚からなる
場合と、加速電極、減速電極及び接地電極の３枚からな
る場合とがあるが、磁性材料からなる電極は印加電圧の
小さし）減速電極または接地電極として用いるのが望ま
しく、特に磁束を有効に逃がすためには装置本体と接触
してｂする接触電極として用いるのが望ましい。

また、本発明を適用することにより発散磁場の影響がな
くせるので、イオン源側に充分大きな磁場をかけること
ができる。そこで、イオン源側の磁場印加法として、ソ
レノイドコイルと永久磁石を組み合わせた複合構造をと
ることができ、結果として、イオン源のプラズマ安定性
を高めることができる。また、イオン源と引出し電極の
間の部分にイオン拡散室を設けて、大口径のイオンビー
ムを形成することも容易になる。

すなわち、本発明は、マイクロ波とプラズマ励起用磁場
の存在下で電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマ
を発生させる工程と、イオン引出し電極を用いて前記プ
ラズマからイオンを引出し該イオンにより試料をエツチ
ングする工程を含むイオンビームエツチング方法におい
て、該イオン引出し電極と該試料との間にて該プラズマ
励起用磁場の発散を抑えて均一磁場を形成しながらエツ
チングすることを特徴とするものである。

また、本発明はマイクロ波とプラズマ励起用磁場の存在
下で電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマを発生
させる工程と、イオン引出し電極を用いて前記プラズマ
からイオンを引出し該イオンにより試料をエツチングす
る工程を含むイオンビームエツチング方法において、該
イオン引出し電極を磁場シールド材として用い、該プラ
ズマ励起用磁場の大きさが、該イオン引出し電極と該試
料との間において略零である状態でエツチングすること
を特徴とするものである。

また、本発明は、ガス導入口を備えたプラズマ発生室と
、該プラズマ発生室にマイクロ波透過窓を通してマイク
ロ波を伝えるマイクロ波導波管と、該プラズマ発生室に
プラズマ励起用磁場を印加して電子サイクロトロン共鳴
を起こすための励起用磁場印加源と、発生したプラズマ
からイオンを引出すためのイオン引出し電極と、引出さ
れたイオンによってエツチングされる試料を保持する試
料台とを備えたイオンビームエツチング装置において、
該イオン引出し電極と該試料台との間における該プラズ
マ励起用磁場の発散を抑えて均一磁場を形成する磁場制
御用磁場印加源を該試料台の周辺に設置したことを特徴
とするものである。

前記エツチング装着において、磁場制御用磁場印加源は
試料台の裏面に設けられた永久磁石であるものがよい。

また、該磁場制御用磁場印加源として、ソレノイドコイ
ルを用いたものがよい。また、該磁場制御用磁場印加源
が、該試料台の周辺において、該試料台と該イオン引出
し電極とを結ぶ方向に移動する機構を備えたものがよい
。また、該磁場制御用磁場印加源が、該試料室の外側に
あるものがよい。また、該プラズマ発生室と該イオン引
出し電極との間に、イオン拡散室を設けたものがよい。

また、該プラズマ励起用磁場印加源として、ソレノイド
コイルと永久磁石との複合体を用いたものがよい。

また、本発明は、ガス導入口を備えたプラズマ発生室と
、該プラズマ発生室にマイクロ波透過窓を通してマイク
ロ波を伝えるマイクロ波導波管と。

該プラズマ発生室にプラズマ励起用磁場を印加して電子
サイクロトロン共鳴を起こすための励起用磁場印加源と
、発生したプラズマからイオンを引出すためのイオン引
出し電極と、引出されたイオンによってエツチングされ
る試料を保持する試料台とを備えたイオンビームエツチ
ング装置において、該イオン引出し電極のうちの少なく
とも１枚が高透磁率の磁性材料からなるものである。こ
こで、該磁性材料からなるイオン引出し電極が、減速電
極または接地電極のいずれかもしくは両方であるものが
よい。

また、本発明は、基板上にイオンビームエツチングによ
り形成された微少幅の突部よりなる高精度パターンにお
いて、パターンの立上り角度が８１度以上の略９０度に
形成されていることを特徴とする。

〔作用〕

上記のように、引出し電極から試料台に向かって磁力線
が平行に入射する状態でエツチングすれば、イオンに働
くローレンツ力によって、イオンは磁力線とほぼ同様に
発散角度の小さい状態で基板に入射するため、異方性の
優れたエツチングが可能となる。また、磁性材料からな
る電極を用いて試料室側の発散磁場を小さくした場合も
、イオンは発散角度の小さい状態で基板に入射できるた
め、異方性エツチングが容易となる。

また、発散磁場が原因となって基板以外の部分に発散し
てしまうイオンの量を小さくすることができるため、イ
オン電流密度を大きくすることができ、マイクロ波イオ
ン源のプラズマ密度の高さを、有効に活かすことが可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図を用いて説明する。第
１図は１本発明のエツチング方法を適用した新規なイオ
ンビームエツチング装置の概略断面図を表わす。プラズ
マ発生室１０１には、ガス導入口１０２及びマイクロ波
導波管１０３とつながったマイクロ波透過窓１０４が設
けられている。

プラズマ発生部分に磁場を印加するため、永久磁石１０
８とソレノイドコイル１０９が設置されている。磁場の
強さは最大１２００ガウスまでかけられるように形成さ
れている。また、より大口径のイオンビームを形成する
ため、周囲に永久磁石を設置したパケット型イオン拡散
室１１０が設けられている。一方、引出し電極１０５を
挾んだ試料室側には基板１０７をのせた試料台１０６が
設置され、この試料台１０６の周囲には、基板１０７部
分の磁場制御用ソレノイドコイル１１１が設けられてい
る。このコイル１１１の磁場強さは最大５００ガウスま
でかけられるように形成されている。また、ソレノイド
コイル１１１は、試料台１０６の位置を中心として、前
後に５０ＷＩずつ移動できるように形成されている。ま
た、試料台１０６は、イオンビームの進行方向に対して
角度θ（０’≦θ≦９０°）だけ傾きながら回転し、か
つ基板１０７を冷却できるように形成されている。

１１２はターボ分子ポンプ及び油回転ポンプからなる真
空排気装置である。

実際のエツチングでは、まず、プラズマ発生室１０１に
反応性ガスとしてＣＨＦ、を導入し、８７５ガウスの磁
場をかけながら周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を印
加して、電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマを
発生させた。次いで、引出し電極１０５に加速８００■
、原則２００ｖの電圧を加え、イオンビームを引出した
。こうして基板１０７表面のイオンビーム発散角度を測
定したところ、１８度と大きかった。そこで、ソレノイ
ドコイル１１１に、発散磁場と同一方向の１４０ガウス
の磁場をかけたところ、イオンビーム発散角度は２度ま
で減少した。この時、ソレノイドコイル１１１は、試料
台１０６よりも５ｗｎ後方にセットした。この条件でＳ
ｉＯ□膜をエツチングしたところ、パターン側面の角度
すなわち立上り角度はほぼ９０度となり、優れた異方性
エツチングが実現できた。

第２図は本発明の他実施例で、第１図のソレノイドコイ
ル１１１の代りに永久磁石１１３が試料台１０６の裏面
に設置されている。この永久磁石１１３により引出し電
極１０５と試料台１０６間に均一磁場が形成されるよう
になっている。

次に、本発明のもう一つの実施例を、第３図を用いて説
明する。第３図も、第１図と同様に、本発明による新規
なイオンビームエツチング装置の概略断面を表わしてい
る。プラズマ発生室３０１には、ガス導入口３０２及び
マイクロ波導波管３０３とつながったマイクロ波透過窓
３０４が設けられている。プラズマ発生部分に磁場を印
加するため、ソレノイドコイル３０９が設置されている
。磁場の強さは最大１５００ガウスまでかけられるよう
に形成されている。また、より大口径のイオンビームを
形成するため、周囲に永久磁石を設置したパケット型イ
オン拡散室３１０が設けられている。一方、引出し電極
は加速電極及び減速電極３０５とＮｉＦｅ材からなる高
透磁率接地電極３０８の３枚から構成されている。また
、試料室側には基板３０７をのせた試料台３０６が設置
されている。なお３１１は、第１図と同様にターボ分子
ポンプ及び油回転ポンプからなる真空排気装置である。

この装置で、上記の実施例と同様に電子サイクロトロン
共鳴を利用したプラズマを発生させ、イオンビームを引
出したところ、引出し電極３０５及び３０８よりも試料
室側に漏れている磁場強さは１０ガウス以下と小さく、
イオンビームの発散角度も４度と小さかった。また、Ｃ
ＨＦ□ガスを用いてＡ１．０．膜をエツチングしたとこ
ろ、パターン側面の角度は８５度であった。第５図に示
した従来の装置で同様のエツチングを行なったところ、
パターン側面の角度は７１度であったことから、本発明
を適用することにより、優れた異方性エツチングが実現
できた。

第４図は、上記エツチング装置により製造された高精度
パターンの要部断面図を示す。基板４０７に形成されて
いるパターン４００は、磁気ヘッドのトラック幅や基板
上の配線パターン等に相当するものである。パターン４
００の立上り角度αは８１度以上の略９０度に形成され
ている。これにより一層の高密度化が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、基板部分における磁場を制御した
イオンビームエツチング法及びエツチング装置を用いる
ことにより、イオンビーム発散角度を小さくできるため
に、結果として、エツチング後のパターン形状が良好な
異方性エツチングが達成できる。また、電子サイクロト
ロン共鳴を用いた高いプラズマ密度のイオン源が利用で
き、かつイオンビームの発散も小さいので、大口径かつ
大イオン電流密度のイオンビームを用いることが可能と
なり、エツチングの高速化、及び高スループツトが達成
できる。

また、上記エツチング装置により製造された磁気ヘッド
等の高精度パターンによる高密度化を十分に図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明のそれぞれ異なる実施例を表
わす側断面図で、第４図は高精度パターンの要部断面図
、第５図は従来の装置を表わす側断面図である。１０１・・・プラズマ発生室、１０２・・・ガス導入口
、１０３・・・マイクロ波導波管。１０４・・・マイクロ波透過窓、１０５・・・引出し電
極、１０６・・・試料台、１０７・・・基板、１０８・
・・永久磁石、１０９・・・ソレノイドコイル、１１０
・・・イオン拡散室、１１１・・・磁場制御用ソレノイドコイル、１１２・・
・真空排気装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１．マイクロ波とプラズマ励起用磁場の存在下で電子サ
イクロトロン共鳴を利用したプラズマを発生させる工程
と、イオン引出し電極を用いて前記プラズマからイオン
を引出し該イオンにより試料をエッチングする工程を含
むイオンビームエッチング方法において、該イオン引出し電極と該試料との間にて該プラズマ励起
用磁場の発散を抑えて均一磁場を形成しながらエッチン
グすることを特徴とするイオンビームエッチング方法。
２．マイクロ波とプラズマ励起用磁場の存在下で電子サ
イクロトロン共鳴を利用したプラズマを発生させる工程
と、イオン引出し電極を用いて前記プラズマからイオン
を引出し該イオンにより試料をエッチングする工程を含
むイオンビームエッチング方法において、該イオン引出し電極を磁場シールド材として用い、該プ
ラズマ励起用磁場の大きさが、該イオン引出し電極と該
試料との間において略零である状態でエッチングするこ
とを特徴とするイオンビームエッチング方法。
３．ガス導入口を備えたプラズマ発生室と、該プラズマ
発生室にマイクロ波透過窓を通してマイクロ波を伝える
マイクロ波導波管と、該プラズマ発生室にプラズマ励起
用磁場を印加して電子サイクロトロン共鳴を起こすため
の励起用磁場印加源と、発生したプラズマからイオンを
引出すためのイオン引出し電極と、引出されたイオンに
よってエッチングされる試料を保持する試料台とを備え
たイオンビームエッチング装置において、該イオン引出し電極と該試料台との間における該プラズ
マ励起用磁場の発散を抑えて均一磁場を形成する磁場制
御用磁場印加源を該試料台の周辺に設置したことを特徴
とするイオンビームエッチング装置。
４．請求項３において、磁場制御用磁場印加源は試料台
の裏面に設けられた永久磁石であることを特徴とするイ
オンビームエッチング装置。
５．請求項３において、該磁場制御用磁場印加源として
、ソレノイドコイルを用いたことを特徴とするイオンビ
ームエッチング装置。
６．請求項３又は５において、該磁場制御用磁場印加源
が、該試料台の周辺において、該試料台と該イオン引出
し電極とを結ぶ方向に移動する機構を備えたことを特徴
とするイオンビームエッチング装置。
７．請求項３，５又は６において、該磁場制御用磁場印
加源が、該試料室の外側にあることを特徴とするイオン
ビームエッチング装置。
８．請求項３〜７のいずれかにおいて、該プラズマ発生
室と該イオン引出し電極との間に、イオン拡散室を設け
たことを特徴とするイオンビームエッチング装置。
９．請求項３，５〜８のいずれかにおいて、該プラズマ
励起用磁場印加源として、ソレノイドコイルと永久磁石
との複合体を用いたことを特徴とするイオンビームエッ
チング装置。
１０．ガス導入口を備えたプラズマ発生室と、該プラズ
マ発生室にマイクロ波透過窓を通してマイクロ波を伝え
るマイクロ波導波管と、該プラズマ発生室にプラズマ励
起用磁場を印加して電子サイクロトロン共鳴を起こすた
めの励起用磁場印加源と、発生したプラズマからイオン
を引出すためのイオン引出し電極と、引出されたイオン
によってエッチングされる試料を保持する試料台とを備
えたイオンビームエッチング装置において、該イオン引出し電極のうちの少なくとも１枚が高透磁率
の磁性材料からなることを特徴とするイオンビームエッ
チング装置。
１１．請求項１０において、該磁性材料からなるイオン
引出し電極が、減速電極または接地電極のいずれかもし
くは両方であることを特徴とするイオンビームエッチン
グ装置。
１２．基板上にイオンビームエッチングにより形成され
た微少幅の突部よりなる高精度パターンにおいて、パタ
ーンの立上り角度が８１度以上の略９０度に形成されて
いることを特徴とする高精度パターン。