JPH0473288B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、マグネトロン放電を利用したドライ
エツチング装置の改良に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、集積回路は微細化の一途をたどり、最近
では最小寸法が１〜２［μm］の超微細素子も試作
されるに至つている。このような微細加工には、
通常平行平板電極を有する真空排気された容器内
に、CF₄等の反応性ガスを導入し、試料載置の電
極（陰極）に高周波電力を印加することによりグ
ロー放電を生じせしめ、プラズマ中の正イオンを
陰極面上に生じる陰極降下電圧によつて加速し、
このイオンを試料に垂直に入射させて該試料を物
理・化学反応によりエツチングする、所謂反応性
イオンエツチング法（RIE；Reactive Ion
Etching）が用いられている。しかし、この平行
平板電極によるRIEでは、ガス解離効果の比較的
低いグロー放電を用いているため、例えばCF₄＋
H₂ガスを用いたSiO₂のエツチング速度は高々300
〜500［Å／min］であり、１［μm］膜厚のSiO₂を
エツチングするのに30分以上もの時間を要し、量
産性の点で極めて不都合である。このため、エツ
チング速度の高速化が望まれている。

これに対し本発明者等は、高周波電力印加の陰
極下に永久磁石からなる磁場発生手段を設け、マ
グネトロン放電により高速エツチングを可能とし
たドライエツチング装置を開発した（特願昭55−
173821号）。この装置の原理は、第１図に示す如
く永久磁石１の閉ループを形成する磁極間隙２に
発生する磁界３と、この磁界３に直交するように
陰極上に発生する電界４とにより、電子５をサイ
クロイド運動させ、導入した反応ガスとの衝突頻
度を大幅に増加させて多量の反応性イオンを発生
させることにある。なお、図中６は被エツチング
試料を示している。その結果、多量のイオンが試
料に垂直に入射することになり、高速の異方性エ
ツチングが達成される。

しかしながら、この種の装置にあつては次のよ
うな問題があつた。すなわち、前記磁場間隙２を
静止したままだとトラツク状に発生する高密度の
マグネトロン放電領域７のみしかエツチングされ
ず、試料６全体を均一にエツチングするためには
磁極間隙２を試料の長径より大きく走査する必要
がある。第２図は、CF₄ガスによりSiO₂をエツチ
ングしたときのエツチング速度を、試料エツヂか
らの距離の関数として測定した結果を示す特性図
である。なお、このとき磁極間隙２は第３図に示
す如く試料６のエツヂから30［mm］離して静止さ
せておいた。第２図から、試料エツヂ付近では10
秒間のエツチングで約1000〜2000［Å］エツチン
グされ、試料エツヂより内側となる程エツチング
速度が遅くなることが判る。前記走査の戻り時間
が例えば0.05秒と高速であつたとしても、約80回
の走査で２秒間磁極間隙２を試料６の両側に静止
させたことと等価となり、したがつてこの走査回
数において第３図に示す状態でエツチングされる
試料エツヂの深さは500［Å］に近い値となる。こ
のような周辺領域の速いエツチングが試料全体の
均一エツチング性を低下させる要因となる。これ
を防止する手法として磁極間隙２の走査幅を広げ
ることが考えられるが、この場合装置の大型化や
エツチング速度の低下等を招き、将来の試料の大
口径化（６インチ以上）への対応が困難となる。
また、試料が大口径化された場合には、磁石の長
さ及び走査幅共に益々大きくなることが予想さ
れ、したがつて従来の装置構成では試料を載置す
る陰極もさらに大きなものが必要となる。この場
合、単位面積当りに常に同じ電力密度で高周波電
力を印加するためには、益々大きな電源が必要と
なり、高周波電源の大型化及びその消費電力の増
大を招く等の問題があつた。

一方、本発明者等は最近、複数個の磁石が無限
軌道を描くように配置された新しい高速ドライエ
ツチング装置を提案した。この装置によれば、前
述した従来装置のように磁石を試料の両側部で一
旦停止させる等の操作が不要となり、試料を連続
したプラズマによりエツチングすることができ
る。したがつて、エツチングが不均一性の問題を
解決することができる。しかしながら、前記高周
波電源の大型化及び消費電力の増大化等の問題は
依然として残つている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、装置構成の大型化を招くこと
なく、試料を均一に高速エツチングすることがで
き、かつ高周波電力の小型化及び消費電力の低減
化等をはかり得るドライエツチング装置を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明の骨子は、高周波電力が印加される陰極
の面積を試料と同じか、それ以下とすることによ
り、試料表面上のみにマグネトロンプラズマを生
成することにある。

即ち本発明は、被エツチング試料が配置される
陰極及び該陰極の表面側に対向配置された陽極か
らなり、高周波電力が印加される平行平板電極を
備えたエツチング室と、このエツチング室内に反
応性ガスを導入する手段と、所定の磁極間隙を有
するマグネツトからなり電極間に磁場を発生する
磁場発生機構と、この磁場発生機構を前記陰極に
沿つて一方向に往復移動せしめる移動機構とを具
備し、電極間に印加される電界と磁場によつて陰
極の表面上にマグネトロン放電を生起して試料を
エツチングするドライエツチング装置において、
陰極の表面形状を試料の表面形状と同一若しくは
それより僅かに小さく形成するようにしたもので
ある。

［発明の効果］ 本発明によれば、試料のエツチングに寄与する
部分以外のマグネトロン放電が阻止されるので、
従来と同じエツチング速度を得るのに必要な高周
波電力が小さくて（例えば半分以下）済むことに
なる。このため、高周波電源の小型化をはかり
得、その消費電力の低減化をはかり得る。このこ
とは、半導体ウエハ等の試料の大口径化にも極め
て有効であり、半導体製造技術分野における有用
性は絶大である。また、マグネトロン放電が試料
上でのみ生じることになるので、前述した磁石の
一方向走査によるエツチング方式の場合であつて
も、磁石の戻り時間の影響が極めて少なくなり、
これによりエツチング均一性の向上をはかり得
る。

［発明の実施例］ 第４図は本発明の一実施例に係わるドライエツ
チング装置を示す概略構成図である。図中１１は
接地された容器であり、この容器１１内は陰極１
２によりエツチング室１３とマグネツト収容室１
４とに分離されている。なお、この陰極１２の詳
細については後述する。陰極１２にはマツチング
回路１５を介して電源１６からの高周波電力が印
加される。また、陰極１２は水冷管１７により冷
却されており、この水冷管１７は上記電力印加の
リードとして用いられている。エツチング室１３
には、反応性ガス、例えばCF₄を導入するための
ガス導入口１３ａ及び上記ガスを排気するための
ガス排気口１３ｂがそれぞれ設けられている。そ
して、被エツチング試料１８はエツチング室１３
内の陰極１２上に載置されるものとなつている。
なお、陰極１２に対向する陽極はエツチング室１
３の上壁で形成されるものとなつている。

ところで、上記陰極１２は第５図に示す如く試
料１８と同じ大きさに形成されており、絶縁物５
１を介して接地された板体５２に接続されてい
る。また、陰極１２及び板体５２上には静電チヤ
ツク機構３３が設けられ、この上にはメタル汚染
を防止するためのポリイミド膜３４が被着されて
いる。なお、第５図中３５は陰極１２を冷却する
ための冷却流体流路を示している。

一方、前記マグネツト収容室１４内には、NS
の磁極間隙を有する複数の永久磁石（磁場発生機
構）１９が陰極１２の下面に対向するよう配列さ
れている。そして、磁石１９は容器１１の外部に
設けられた駆動部（移動機構）２０により紙面左
右方向に往復走査されるものとなつている。ここ
で、永久磁石１９は閉ループ状のNS磁極間隙を
有する如くトラツク状に形成されたもので、その
長手方向長さは前記試料１８の長径よりも長いも
のとなつている。また、マグネツト収容室１４に
はガス排気口１４ａが設けられており、収容室１
４内は前記磁石１９による放電を防止するため排
気口１４ａを介して10^-4［Torr］以下の高真空に
排気されている。さらに、マグネツト収容室１４
と前記エツチング室１３との間には、電磁弁２３
により駆動される仕切弁２４が設けられており、
この仕切弁２４によりエツチング時に各室１３，
１４が遮断されるものとなつている。なお、図中
２５は絶縁物を示し、２６はＯリングシールを示
している。

このように構成された本装置の作用について説
明する。まず、ガス導入口１３ａからエツチング
室１１内に反応ガス、例えばCF₄ガスを導入し、
エツチング室１１内を10^-2［Torr］に保持したの
ち、陰極１２に高周波電力（1kW，13.56MHz）
を印加すると、陰極１２と陽極（エツチング室１
１の上壁部）との間にグロー放電が生じ低密度プ
ラズマ領域３１が発生する。これと同時に、各磁
極間隙では互いに直交する電界(E)と磁界(B)との作
用によりマグネトロン放電が生じ、電子が（Ｅ×
Ｂ）方向にサイクロイド運動を行いながらCF₄分
子と多数回衝突を繰り返すことにより高密度のプ
ラズマ領域３２が磁極間隙に沿つて発生する。こ
の高密度プラズマ領域３２は、永久磁石１９を一
方向に往復走査することにより、試料１８上を一
方向に往復移動する。これにより、試料１８、例
えば半導体ウエハ表面に形成されたSiO₂膜が高
速度でエツチングされることになる。このとき、
陰極１２の表面形状が試料１８と同じ大きさであ
るから高密度プラズマ領域３２は試料１８上のみ
に生じることになる。そして、磁石１９が走査方
向端部に位置するときは、上記マグネトロン放電
は生ぜず、高密度プラズマ領域３２も生じない。
つまり、試料のエツチング均一性の要因となる周
辺領域の速いエツチングが未然に防止される。

したがつて、本装置によれば従来問題となつて
いたエツチングの不均一性を解決することがで
き、試料１８の均一かつ高速なエツチングを行い
得る。しかも、本装置では陰極１２が試料１８と
同一大きさであるから、マグネトロン放電は常に
試料１８上でのみ生じることになる。すなわち、
試料１８のエツチングに寄与する部分以外のマグ
ネトロン放電発生が阻止されるので、高周波電力
の無駄がなくなる。

また、本発明者等の実験によれば、本実施例装
置を用いて熱酸化膜のエツチングを行なつたとこ
ろ、次のような効果が得られた。すなわち、従来
の陰極の場合に１［μm／min］のエツチング速度
を得るのに必要な高周波電力が約１［kW］であ
つたのに対して、実施例では500［Ｗ］で済むこと
が判明した。また、本装置ではマグネトロン放電
は被エツチング試料１８上でしか発生しないこと
から、前述したもどり時間の影響が殆どなくな
り、磁石１９の走査幅も少なくて済むことが判つ
た。さらに、マグネトロン放電の発生領域が被エ
ツチング試料１８上だけになることによつて、前
記陰極１２及び陽極に接地された板体５２上に設
けられた、静電チヤツク機構３３やポリイミド膜
３４等の損傷も殆ど生じなかつた。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記陰極は必ずしも前記
試料と同一の大きさである必要はなく、試料より
僅かに小さいものであつてもよい。この場合、マ
グネトロン放電は陰極上は勿論のこと陰極外側に
は僅かに広がるので試料全体のエツチングは可能
である。また、磁極間隙、磁場の強さ及び磁石の
個数等は、仕様に応じて適宜定めればよい。さら
に、永久磁石の代りに電磁石を用いることも可能
である。また、SiO₂膜のエツチングに限らず、
各種被膜のエツチングに適用できるのは勿論のこ
とである。さらに、エツチング室に導入する反応
ガスの種類は、被エツチング試料の材質に応じて
適宜定めればよい。その他、種々変形して実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ従来の問題点を説
明するためのもので第１図はマグネトロン放電利
用のドライエツチング装置の原理を示す斜視図、
第２図は試料位置とエツチング深さとの関係を示
す特性図、第３図は磁極間隙と試料位置との関係
を示す模式図、第４図は本発明の一実施例に係わ
るドライエツチング装置の概略構成を示す断面
図、第５図は上記装置の要部構成を拡大して示す
断面図、である。 １１…真空容器、１２…陰極、１３…エツチン
グ室、１４…マグネツト収納室、１５…マツチン
グ回路、１６…高周波電源、１８…被エツチング
試料、１９，４１…磁石（磁場発生機構）、２０，
４３…移動機構、５１…絶縁物、５２…板体、３
３…静電チヤツク機構、３４…ポリイミド膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被エツチング試料が配置される陰極及び該陰
   極の表面側に対向配置された陽極からなり、高周
   波電力が印加される平行平板電極を備えたエツチ
   ング室と、このエツチング室内に反応性ガスを導
   入する手段と、所定の磁極間隙を有するマグネツ
   トからなり前記電極間に磁場を発生する磁場発生
   機構と、この磁場発生機構を前記陰極に沿つて一
   方向に往復移動せしめる移動機構とを具備し、前
   記電極間に印加される電界と前記磁場によつてマ
   グネトロン放電を生起して上記試料をエツチング
   するドライエツチング装置において、前記陰極の
   表面形状を前記試料の表面形状と同一若しくはそ
   れより僅かに小さく形成してなることを特徴とす
   るドライエツチング装置。