JPH04354124A - エッチング装置及びエッチング方法 - 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】

【０００１】（目次） ・産業上の利用分野 ・従来の技術（図５） ・発明が解決しようとする課題 ・課題を解決するための手段 ・作用 ・実施例（図１〜図４） ・発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング装置及びエ
ッチング方法に関し、より詳しくは、プラズマ化された
反応ガス中から中性の粒子を選択的に取り出し、この中
性の反応ガス粒子を用いてドライエッチングを行うエッ
チング装置及びエッチング方法に関する。

【０００３】近年、超ＬＳＩの高密度化・高集積化に伴
い、非常に高い加工精度が要求され、このため異方性が
強いイオンが取り出せる低圧力エッチングが可能なＥＣ
Ｒ等を用いた方法が多く用いられている。一方、超ＬＳ
Ｉを構成する素子のゲート絶縁膜等が薄膜化されている
ので、帯電による絶縁破壊を防止する必要が出てくる。

【０００４】このため、従来微細加工に必要な荷電粒子
を用いず、中性且つ方向性の揃った粒子で加工する必要
が生じる。

【０００５】

【従来の技術】図５は、最近開発された例のＥＣＲ法に
より生じたプラズマを用いたエッチング装置について説
明する断面図である。このエッチング装置は、ＥＣＲ方
法によりプラズマ化された反応ガス中から引出し電極を
使ってイオンを選択的に取り出し、以下に説明する家庭
を経て中性化した粒子を用いてドライエッチングを行う
ものである。

【０００６】図５において、１は、磁場による電子の回
転運動の周波数とマイクロ波の電磁波の周波数とを一致
させたとき、共鳴が起こりマイクロ波エネルギーが電子
の運動エネルギーに効率よく変換されるというＥＣＲ現
象を利用して、Ａｒガスをプラズマ化するプラズマ生成
室、２はプラズマ生成室１に隣接し、ウエハ５がエッチ
ング処理されるエッチング処理室、３はエッチング処理
されるウエハ５を保持するウエハ保持具、４ａ，４ｂは
プラズマ生成室１とウエハ保持具３との間に設けられた
、網目状の導電性材料からなる２枚のイオントラップで
、各イオントラップ４ａ，４ｂはそれぞれ負及び正の電
圧に保持される。そして、プラズマ生成室１で生成され
たイオンがイオントラップ４ａ〜４ｂ間で加速され飛行
する間に電子と衝突して中性１で生成され、中性化され
た粒子のみがエッチング室２に導入される。また、６は
反応ガスをエッチング室２に導入するためのガス導入口
である。ウエハ表面に吸着した反応ガスは飛来した中性
粒子からエネルギーが供給され反応が進行する。

【０００７】このようなエッチング装置を用いることに
より中性の反応ガス粒子を用いてウエハ５のＳｉＯ２膜
やポリシリコン膜をエッチングすることができる。これ
により、ウエハ５上の荷電粒子による帯電を防止しゲー
ト絶縁膜等の絶縁破壊の防止がカノウデアル。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のエッ
チング装置では、荷電粒子がウエハ５上に到達するのを
防止することができるが、イオン等の衝突によりイオン
トラップ４ａ，４ｂから導電性材料の金属汚染物質がス
パッタリングによって放出されて中性化された粒子とと
もにウエハ５に到達し、後の加熱処理によってウエハ５
内に取り込まれる。このため、例えばウエハ５がＳｉ基
板の場合、取り込まれた金属粒子は汚染源となり、形成
される素子の特性を著しく劣化する問題がある。

【０００９】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、金属汚染を防止することができるエッチ
ング装置及びエッチング方法を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、チ
ャンバと、エッチング反応励起用ガス（以下、励起用ガ
ス）をプラズマ化する手段を備えた前記チャンバ内のプ
ラズマ生成部と該プラズマ生成部に励起用ガスを導入す
る第１のガス導入口と、反応ガスを導入する第２のガス
導入口と、生成されたプラズマの存在領域が制限される
ように磁束密度の低い領域が存在する合成磁場の形成に
よるチャージトラップ部と、前記磁束密度の低い領域が
存在する合成磁場を発生する手段と、前記チャンバ内の
被処理部と、前記チャンバ内を排気する排気口とを有し
、被処理体の保持部は前記チャージトラップを挟んで前
記プラズマ生成部と反対側であって、かつ前記プラズマ
の存在領域の外部に設けられていることを特徴とするエ
ッチング装置により達成され、第２に前記処理体は、ウ
エハの基板自体，又はウエハの表面に形成された絶縁膜
或いは導電膜であることを特徴とする第１の発明に記載
のエッチング装置により達成され、第３に、前記励起用
ガスをプラズマ化する手段がＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
　ＣｙｃｒｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いた手
段又は高周波電圧の印加を用いた手段であることを特徴
とする第１又は第２の発明に記載のエッチング装置によ
って達成され、第４に前記合成磁場を挟んで前記プラズ
マ生成部と反対側であって、前記プラズマの存在領域の
外部に設けられている被処理体に、前記合成磁場中を移
動する間に中性化された励起用ガスの粒子を選択的に取
り出し、ウエハ表面に吸着した反応エネルギーを与え、
該被処理体をエッチングすることを特徴とするエッチン
グ方法によって達成され、第５に前記被処理体は、ウエ
ハの基板自体，又はウエハの表面に形成された絶縁膜或
いは導電膜であることを特徴とする第４の発明に記載に
エッチング方法によって達成される。

【００１１】

【作用】本発明のエッチング装置においては、被処理体
の保持部は、合成磁場で形成されたチャージトラップを
挟んで励起用ガスのプラズマ生成部と反対側であって、
且つ合成磁場で形成さチャージトラップの外部に設けら
れている。

【００１２】このようなエッチング装置を用いてエッチ
ングが行われる場合、反応ガス及び励起用ガスのイオン
化により生じた電子は発散磁場との相互作用によって磁
束密度の低い部分に向かって運動する性質があるので、
結局磁束密度のもっとも低い部分にトラップされる。ま
た、電子と同時に発生したイオンは電子の密度勾配によ
り電子と同様磁束密度の低い部分に向かって運動する。 更に、イオンは磁場内をチャージトラップに向かって移
動する間に、チャージトランスファーにより中性化する
。これらの中性粒子は電化を有せず且つイオンとして加
速された運動量を保存しているので磁場に捕獲されるこ
となく被処理体に到達する。予め被処理体の表面に吸着
したエッチングガスは該励起用中性粒子から表面反応に
必要なエネルギを受取りエッチングが進行する。また中
性粒子がエッチングガスの基板状態またはラジカル状態
であっても該反応は進行する。

【００１３】これにより、従来のような導電性金属によ
る電荷トラップ電極を設けずに、中性粒子を使って異方
性ドライエッチングを行うことができる。

【００１４】従って、被処理体の帯電を防止するととも
に、被処理体が、例えばウエハの基板自体、又はウエハ
の表面に形成された絶縁膜あるいは導電膜で有る場合、
重金属汚染を防止することができる。

【００１５】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。図１は、本発明の第１の実施例のエッ
チング装置について説明する断面図である。このエッチ
ング装置は、プラズマ化された励起用ガスを合成磁場か
らなるチャージトラップ内に閉じ込め、プラズマ化され
た励起用ガス中からチャージトランスファにより中性化
した粒子のみを選択的に取り出し、この中性の励起用ガ
ス粒子によりウエハ表面に吸着した反応ガス粒子と被処
理膜の反応を促進することで異方性のドライエッチング
を完遂する。

【００１６】図１において、７はチャンバで、プラズマ
生成室（プラズマ生成部）８，チャージトラップ室（チ
ャージトラップ部）９，エッチング処理室（エッチング
処理部）１０からなる。８は磁場による電子の回転運動
の周波数とマイクロ波電圧の周波数とを一致させたとき
、マイクロ波エネルギーが効率よくプラズマに吸収され
るというＥＣＲ（Ｅｌｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ
　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　）現象を利用して、反応ガスの
励起用ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガスをプラズマ化
するプラズマ生成室、１１はプラズマ生成室８に周波数
２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を供給するための、Ｅ
ＣＲ法に用いられるマイクロ波電力供給源、１２はプラ
ズマ生成室８に励起用ガスを導入する第１のガス導入口
、１３ａと１３ｂはチャンバの周囲に設置された２つの
ソレノイドコイルで、それぞれに流す電流の方向が同じ
場合ミラー型磁場が形成され（図２（ａ））、電流の方
向が逆の場合カスプ型磁場の合成磁場の合成磁場が形成
される（図３（ａ））。このような発散磁場を含む合成
磁場では、磁束密度の低い部分にプラズマ中に荷電粒子
、主に励起用ガスのＡｒイオン粒子及び電子が閉じ込め
られる。なおこれらのソレノイドコイル１３ａ、１３ｂ
のうちプラズマ生成室８に隣接するソレノイドコイル１
３ａがメインソレノイドコイルで、エッチング処理室１
０に隣接するソレノイドコイル１３ｂがサブソレノイド
コイルである。

【００１７】また、メインソレノイドコイル１３ａによ
り発生する８７５ガウスの発散磁場は、周波数２．４５
ＧＨｚ　のマイクロ波とともに電子に共鳴運動を誘起し
Ａｒガスを効率良くプラズマ化する。９は磁束密度が低
く荷電粒子がトラップされる領域で、プラズマ生成室８
に隣接するチャージトラップ室、１０はウエハ１７上の
ポリシリコン膜（被処理体）当がエッチング処理される
エッチング処理室、１４はエッチング処理室１０内に反
応ガスとしての例えばＣｌ２　ガスを導入する第２のガ
ス導入口で、チャージトラップ室９とエッチング処理室
１０との境界付近に設けられ、導入された反応ガスイオ
ンはウエハ表面に吸着し、励起用ガス粒子のアシストを
伴ってエッチング反応に寄与する。１５はエッチング処
理室１０内に設けられ、エッチング処理されるウエハ１
７を保持するウエハ保持具（保持部）、１６は各室８、
９及び１０内を排気・減圧する排気口である。

【００１８】以上のように、本発明の第１の実施例のエ
ッチング装置においては、ウエハ保持具１５は、磁束密
度の低いチャージトラップ室９の外部のエッチング室１
０に設けられている。

【００１９】次に、上記のエッチング装置を用いて被処
理体、例えばウエハ上のゲート絶縁膜の上のゲート電極
となるポリシリコン膜をエッチングする、第２の実施例
のエッチング方法について図１及び図２（ａ），（ｂ）
を参照しながら説明する。

【００２０】まず、ウエハ保持具１５のウエハ載置面に
ウエハ１７を載置する。次いで、排気口１６からチャン
バ７内を排気し、減圧した後、第１のガス導入口１２か
らＡｒガス（励起用ガス）をプラズマ生成室８に導入す
る。

【００２１】次に、メインソレノイドコイル１３ａ，及
びサブソレノイドコイル１３ｂに電流を流し、８７５ガ
ウスの発散磁場を発生させる。また、プラズマ生成室８
に連接するマイクロ波電力供給源１１から周波数２．４
５ＧＨｚ　のマイクロ波電力を供給すると磁場とマイク
ロ波とにより電子が共鳴運動を起こし、プラズマ生成室
８内のＡｒガスが効率良く電離する。

【００２２】次に、第２のガス導入口１４から反応ガス
としてのＣｌ２　ガスをエッチング処理室１０に導入す
ると、Ｃｌ２　分子はウエハ１７表面上に吸着する。一
方、プラズマ室８でプラズマ化されたＡｒガスは発散磁
場によりチャージトラップ９の方向へ加速された電子に
追従して加速される。この輸送過程でＡｒは電子と電荷
の交換をおこない中性化するが、イオンとして加速され
ている間に得た運動エネルギーは失われずチャージトラ
ップ領域９を通過する。チャージトラップ領域９からウ
エハ保持部１５に飛来できる粒子はこのような中性粒子
だけであり、従ってウエハ１７には一切荷電粒子は飛来
しない。ウエハ１７に到達する中性エネルギー粒子（Ａ
ｒ）は、ウエハ１７上に吸着したＣｌ２　もしくはポリ
シリコン膜（被処理体）に衝突してポリシリコン膜とＣ
ｌ２　が反応するために必要なエネルギーを供給し、さ
らに、反応後の生成物であるＳｉＣｌｘ　の脱離に必要
なエネルギーを供給する。なお、中性粒子の運動方向に
は指向性があるため異方性ドライエッチングが完遂する
（図２（ｂ））。

【００２３】以上のように、本発明の第２の実施例のエ
ッチング方法によれば、合成磁場により制限されたプラ
ズマの存在領域の外部に設けられているウエハ１７に、
チャージトラップ９中を移動する間に中性化されたＣｌ
２　ガス粒子を選択的に取り出して照射し、ウエハ１７
上のゲート絶縁膜の上のポリシリコン膜をエッチングし
ているので、従来のような導電性金属でできたチャージ
トラップ電極を設けずに、中性のＣｌ２　ガス粒子を用
いて異方性ドライエッチングを行うことができる。

【００２４】なお、被処理体としてウエハ１７の表面に
形成された絶縁膜あるいは導電膜、又はウエハ１７の基
板自体を用いることもできる。またこれに対応した反応
ガスを用いることが可能である。の帯電を防止し、ゲー
ト絶縁膜等の絶縁破壊を防止することができる。

【００２５】また、励起用ガスとしてのＡｒガスをプラ
ズマ化する手段として、ＥＣＲ法による手段を用い、メ
インソレノイドコイル１３ａ，１３ｂを兼用しているが
、第３の実施例として図４に示すように、メインソレノ
イドコイル１３ａ，１３ｂと別にＥＣＲのためにのみ用
いるソレノイドコイル２０ａを用いることができる。な
お、図４において、符号２１はソレノイドコイル２０ａ
とマイクロ波電力供給源１１により励起用ガスをプラズ
マ化するプラズマ生成室（プラズマ生成部）、２２はプ
ラズマ生成室２１、チャージトラップ室（チャージトラ
ップ部）９、エッチング処理室（エッチング処理部）１
０からなるチャンバである。また図中図１と同じ符号で
示すものは図１と同じものを示す。

【００２６】更に、別のプラズマ化手段として高周波電
力を印加する手段を用いることも出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明のエッチング装置
においては、被処理体の保持部は、磁場の合成によって
できた磁束密度の低い領域を挟んで励起用ガスのプラズ
マ生成部と反対側であって、かつ合成磁場により制限さ
れるプラズマの存在領域の外部に設けられている。

【００２８】従って、本発明のエッチング方法のように
、プラズマ化された粒子のうち中性化された粒子のみを
選択的に取り出して被処理体に照射することができる。 しかも、被処理体は合成磁場により制限されたプラズマ
の存在領域の外部に設けられているので、荷電粒子に曝
さないで被処理体のエッチング処理を行うことができる
。

【００２９】このため、従来のような導電性金属による
チャージトラップ電極を設けずに、中性の粒子を用いて
異方性ドライエッチングを行うことができる。

【００３０】これにより、被処理体表面の帯電を防止し
、被処理体上の絶縁膜の絶縁破壊を防止することができ
る。特に、被処理体が、例えばウエハの基板自体，又は
ウエハの表面に形成された絶縁膜或いは導電膜である場
合、重金属汚染を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のエッチング装置につい
て説明する構成図である。

【図２】本発明の第２の実施例のエッチング方法につい
て説明する構成図（その１）である。

【図３】本発明の第２の実施例のエッチング方法につい
て説明する構成図（その２）である。

【図４】本発明の第３の実施例のエッチング装置につい
て説明する構成図である。

【図５】従来例のＥＣＲプラズマエッチング装置につい
て説明する構成図である。

【符号の説明】

１　　プラズマ生成室、 ２　　エッチング処理室、 ３　　ウエハ保持具、 ４ａ，４ｂ　　イオントラップ、 ５　　ウエハ、 ６　　ガス導入口、 ７，２２　　チャンバ、 ８，２１　　プラズマ生成室（プラズマ生成部）、９　
　チャージトラップ室（チャージトラップ部）、１０　
　エッチング処理室（エッチング処理部）、１１　　マ
イクロ波電圧供給源（プラズマ化する手段）、１２　　
第１のガス導入口、 １３ａ　　メインソレノイドコイル（磁場発生手段；プ
ラズマ化する手段）、 １３ｂ　　サブソレノイドコイル（磁場発生手段）、１
４　　第２のガス導入口、 １５　　ウエハ保持具、 １６　　排気口、 １７　　ウエハ（被処理体）、 １８　　磁界（発散磁場）、 １９　　磁界（強制磁場）、 ２０ａ　　ソレノイドコイル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空チャンバと、導入ガスをプラズマ
   化する手段を備えた前記真空チャンバ内のプラズマ生成
   部と、前記真空チャンバ内でかつプラズマ生成部の外部
   に被処理体の保持部を有し、前記プラズマ生成部と被処
   理体の保持部の間に少なくともプラズマ生成部と保持部
   に形成した磁束密度より低い磁束密度領域を形成する合
   成磁場からなるチャージ・トラップ領域を有することを
   特徴とするエッチング装置。
2. 【請求項２】　　前記被処理体は、ウエハの基板自体，
   又はウエハの表面に形成された絶縁膜或いは導電膜であ
   ることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置。
3. 【請求項３】　　前記導入ガスをプラズマ化する手段が
   ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅ
   ｓｏｎａｎｃｅ）を用いた手段又は高周波電圧の印加を
   用いた手段であることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載のエッチング装置。
4. 【請求項４】　　プラズマ生成部でプラズマ化された導
   入ガスのうち、荷電粒子は前記合成磁場で形成されるチ
   ャージ・トラップ領域を通過する間に中性化され、チャ
   ージ・トラップを挟んでプラズマ生成部と反対側にある
   被処理体には選択的に中性粒子のみが到達し、エッチン
   グが進行することを特徴とするエッチング方法。
5. 【請求項５】　　前記被処理体は、ウエハの基板自体，
   又はウエハの表面に形成された絶縁膜或いは導電膜であ
   ることを特徴とする請求項４記載のエッチング方法。