JPH0661182A - プラズマエッチング装置 - Google Patents
プラズマエッチング装置Info
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- JPH0661182A JPH0661182A JP4214257A JP21425792A JPH0661182A JP H0661182 A JPH0661182 A JP H0661182A JP 4214257 A JP4214257 A JP 4214257A JP 21425792 A JP21425792 A JP 21425792A JP H0661182 A JPH0661182 A JP H0661182A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、微細パターン内の局部的なチャ
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置を得ることを
目的とする。 【構成】 反応室１内には、半導体ウエハ２を載置した
ステージ３が配置され、反応室１の外部には、反応室１
内にマイクロ波を導入するマイクロ波電源５及び磁場を
印加するコイル８が配置されている。さらに、ステージ
３を介して半導体ウエハ２にパルスバイアス電圧を印加
するパルス電源１８が設けられている。このパルス電源
１８によって、イオンシース電界を消失させて電子を微
細パターン底部まで入射させ、正電荷を中和してノッチ
の発生を防止する。
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置を得ることを
目的とする。 【構成】 反応室１内には、半導体ウエハ２を載置した
ステージ３が配置され、反応室１の外部には、反応室１
内にマイクロ波を導入するマイクロ波電源５及び磁場を
印加するコイル８が配置されている。さらに、ステージ
３を介して半導体ウエハ２にパルスバイアス電圧を印加
するパルス電源１８が設けられている。このパルス電源
１８によって、イオンシース電界を消失させて電子を微
細パターン底部まで入射させ、正電荷を中和してノッチ
の発生を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プラズマエッチング
装置、特に、電子サイクロトロン共鳴を利用したドライ
エッチング装置（ＥＣＲエッチング装置）に関するもの
である。
装置、特に、電子サイクロトロン共鳴を利用したドライ
エッチング装置（ＥＣＲエッチング装置）に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】図１８は、従来のプラズマエッチング装
置を示す概略構成図である。図において、反応室１内に
は、試料例えば半導体ウエハ２を載置、保持するステー
ジ３が配置されている。反応室１の上部には、反応性ガ
スを反応室１内に導入するガス導入管４が設けられてい
る。また、反応室１の外部には、マイクロ波を発生させ
るマイクロ波発生手段例えばマイクロ波電源５が設けら
れており、このマイクロ波電源５で発生した所定周波数
のマイクロ波は、導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導入される。さらに、反応室１に設けられた石英
窓７の外周には、磁場発生手段であるコイル８が設けら
れており、このコイル８によって、ステージ３上に載置
された半導体ウエハ２の表面に対して垂直方向に、所定
の磁束密度の磁場が印加される。なお、磁場発生手段
は、コイルでも永久磁石であっても良い。また、反応室
１の下方には、排気口９が設けられており、この排気口
９に接続された真空ポンプ等の排気手段（図示しない）
によって、反応室１内が真空排気されると共に所定の真
空度に維持される。
置を示す概略構成図である。図において、反応室１内に
は、試料例えば半導体ウエハ２を載置、保持するステー
ジ３が配置されている。反応室１の上部には、反応性ガ
スを反応室１内に導入するガス導入管４が設けられてい
る。また、反応室１の外部には、マイクロ波を発生させ
るマイクロ波発生手段例えばマイクロ波電源５が設けら
れており、このマイクロ波電源５で発生した所定周波数
のマイクロ波は、導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導入される。さらに、反応室１に設けられた石英
窓７の外周には、磁場発生手段であるコイル８が設けら
れており、このコイル８によって、ステージ３上に載置
された半導体ウエハ２の表面に対して垂直方向に、所定
の磁束密度の磁場が印加される。なお、磁場発生手段
は、コイルでも永久磁石であっても良い。また、反応室
１の下方には、排気口９が設けられており、この排気口
９に接続された真空ポンプ等の排気手段（図示しない）
によって、反応室１内が真空排気されると共に所定の真
空度に維持される。
【０００３】従来のプラズマエッチング装置は上述した
ように構成され、半導体ウエハ２のエッチング処理を施
すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、排気
を行いながら、ガス導入管４からハロゲンガス等の反応
性ガスを導入し、反応室１内を所定の圧力に維持する。
次に、マイクロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波を導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導くと共に、コイル８によって反応室１内に磁場
を印加する。この磁場とマイクロ波との共鳴により、サ
イクロトロン運動している電子はエネルギーを吸収し、
この電子が反応性ガスに衝突することによって高密度プ
ラズマが発生する。発生したプラズマは、コイル８によ
り生じた磁力線に沿って半導体ウエハ２に向かって輸送
され、半導体ウエハ２がエッチングされる。
ように構成され、半導体ウエハ２のエッチング処理を施
すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、排気
を行いながら、ガス導入管４からハロゲンガス等の反応
性ガスを導入し、反応室１内を所定の圧力に維持する。
次に、マイクロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生
したマイクロ波を導波管６及び石英窓７を介して反応室
１内に導くと共に、コイル８によって反応室１内に磁場
を印加する。この磁場とマイクロ波との共鳴により、サ
イクロトロン運動している電子はエネルギーを吸収し、
この電子が反応性ガスに衝突することによって高密度プ
ラズマが発生する。発生したプラズマは、コイル８によ
り生じた磁力線に沿って半導体ウエハ２に向かって輸送
され、半導体ウエハ２がエッチングされる。
【０００４】プラズマに照射された半導体ウエハ２の表
面には、プラズマ電位とフローティング電位との電位差
によって、半導体ウエハ２に垂直な方向にいわゆるイオ
ンシース電界が発生する。プラズマ中の正イオン（以
下、単にイオンとする）は、イオンシース電界により加
速されるため、半導体ウエハ２の表面に直進性良く入射
し、半導体ウエハ２の表面に微細なパターンを形成する
ことができる。このように、プラズマ中のイオンはイオ
ンシース電界により加速されるため、方向性が揃って半
導体ウエハ２に入射する。しかし、プラズマ中の電子
は、イオンシース電界により減速されるため、方向性を
持たずに半導体ウエハ２に入射する。
面には、プラズマ電位とフローティング電位との電位差
によって、半導体ウエハ２に垂直な方向にいわゆるイオ
ンシース電界が発生する。プラズマ中の正イオン（以
下、単にイオンとする）は、イオンシース電界により加
速されるため、半導体ウエハ２の表面に直進性良く入射
し、半導体ウエハ２の表面に微細なパターンを形成する
ことができる。このように、プラズマ中のイオンはイオ
ンシース電界により加速されるため、方向性が揃って半
導体ウエハ２に入射する。しかし、プラズマ中の電子
は、イオンシース電界により減速されるため、方向性を
持たずに半導体ウエハ２に入射する。
【０００５】この様子を図１９及び図２０に基づいてさ
らに詳細に説明する。図１９及び図２０は、半導体ウエ
ハ２の表面の拡大断面図であり、プラズマエッチング装
置により半導体ウエハ２の微細パターンエッチングを行
う際における、イオン及び電子の挙動を示している。ま
ず、図１９において、半導体ウエハ２の表面には、Ｓi
Ｏ2膜１０、Ｓi膜１１及びレジストパターン１２が順次
形成されており、レジストパターン１２をマスクとして
エッチングが行われる。エッチングの進行に伴って、レ
ジストパターン１２の表面にはイオンも電子も共に入射
するため、電気的中性が保たれている。微細パターン１
３内においては、イオンは半導体ウエハ２の表面に対し
て垂直に入射するため、微細パターン側壁１４には衝突
せず微細パターン底面１５にまで到達する。これに対し
て、上述のように電子は方向性がないため、微細パター
ン側壁１４にも入射するため、微細パターン底面１５に
は到達し難くなる。
らに詳細に説明する。図１９及び図２０は、半導体ウエ
ハ２の表面の拡大断面図であり、プラズマエッチング装
置により半導体ウエハ２の微細パターンエッチングを行
う際における、イオン及び電子の挙動を示している。ま
ず、図１９において、半導体ウエハ２の表面には、Ｓi
Ｏ2膜１０、Ｓi膜１１及びレジストパターン１２が順次
形成されており、レジストパターン１２をマスクとして
エッチングが行われる。エッチングの進行に伴って、レ
ジストパターン１２の表面にはイオンも電子も共に入射
するため、電気的中性が保たれている。微細パターン１
３内においては、イオンは半導体ウエハ２の表面に対し
て垂直に入射するため、微細パターン側壁１４には衝突
せず微細パターン底面１５にまで到達する。これに対し
て、上述のように電子は方向性がないため、微細パター
ン側壁１４にも入射するため、微細パターン底面１５に
は到達し難くなる。
【０００６】この場合、図１９に示すように、Ｓi膜１
１のように導電性の膜をエッチングする場合には、微細
パターン底面１５に入射したイオンと微細パターン側壁
１４に入射した電子とは膜中で再結合して中和するた
め、電気的中性が保たれる。ところが、図２０に示すよ
うに、エッチングが進行し、ＳiＯ2膜１０のような絶縁
性の膜が露出すると、微細パターン底面１５に入射した
イオンは微細パターン側壁１４に入射した電子と中和さ
れず、微細パターン底面１５は正にチャージアップして
しまう。一方、微細パターン側壁１４は、入射した電子
によって負にチャージアップする。従って、微細パター
ン底面１５へ入射するイオンは、正にチャージアップし
た微細パターン底面１５における正電荷の反発と、負に
チャージアップした微細パターン側壁１４における引力
とにより軌道が曲げられるため、イオンはＳi膜１１と
ＳiＯ2膜１０との界面に局所的に入射し、切り欠き形状
のいわゆるノッチを生じることになる。
１のように導電性の膜をエッチングする場合には、微細
パターン底面１５に入射したイオンと微細パターン側壁
１４に入射した電子とは膜中で再結合して中和するた
め、電気的中性が保たれる。ところが、図２０に示すよ
うに、エッチングが進行し、ＳiＯ2膜１０のような絶縁
性の膜が露出すると、微細パターン底面１５に入射した
イオンは微細パターン側壁１４に入射した電子と中和さ
れず、微細パターン底面１５は正にチャージアップして
しまう。一方、微細パターン側壁１４は、入射した電子
によって負にチャージアップする。従って、微細パター
ン底面１５へ入射するイオンは、正にチャージアップし
た微細パターン底面１５における正電荷の反発と、負に
チャージアップした微細パターン側壁１４における引力
とにより軌道が曲げられるため、イオンはＳi膜１１と
ＳiＯ2膜１０との界面に局所的に入射し、切り欠き形状
のいわゆるノッチを生じることになる。
【０００７】このようなノッチの発生を防止するため
に、従来、図２１に示すプラズマエッチング装置が用い
られている。図２１に示すプラズマエッチング装置で
は、ステージ３にインピーダンス整合器１６を介してＲ
Ｆ（高周波）電源１７が接続されている。このＲＦ電源
１７によって、半導体ウエハ２にＲＦバイアス電圧が印
加され、イオンを加速しエネルギーを高めて半導体ウエ
ハ２に入射させることが可能である。この装置によれ
ば、イオンエネルギーが高いので上述したチャージアッ
プによるイオンの軌道の曲がりは小さくなり、従って、
ノッチは発生し難くなる。ところが、イオンエネルギー
が高いために、下地膜であるＳiＯ2膜１０までもエッチ
ングしてしまい、エッチング選択比が下がってしまうと
いう問題点があった。
に、従来、図２１に示すプラズマエッチング装置が用い
られている。図２１に示すプラズマエッチング装置で
は、ステージ３にインピーダンス整合器１６を介してＲ
Ｆ（高周波）電源１７が接続されている。このＲＦ電源
１７によって、半導体ウエハ２にＲＦバイアス電圧が印
加され、イオンを加速しエネルギーを高めて半導体ウエ
ハ２に入射させることが可能である。この装置によれ
ば、イオンエネルギーが高いので上述したチャージアッ
プによるイオンの軌道の曲がりは小さくなり、従って、
ノッチは発生し難くなる。ところが、イオンエネルギー
が高いために、下地膜であるＳiＯ2膜１０までもエッチ
ングしてしまい、エッチング選択比が下がってしまうと
いう問題点があった。
【０００８】また、図１８に示すように、コイル８によ
って生ずる磁力線Ｂは、コイル８を中心として発散する
ため、半導体ウエハ２の表面の周囲では半導体ウエハ２
に垂直とはならない。イオンは、イオンシース電界によ
り加速されるので半導体ウエハ２に直進性良く入射する
が、イオンは電子と反応性ガスとの衝突により生じるた
め、電子に追従するように磁力線Ｂに沿って進行する傾
向もある。このため、半導体ウエハ２の周辺部において
は、イオンは半導体ウエハ２に垂直に入射せず、充分な
異方性エッチングを行えないという問題点もあった。さ
らに、磁力線Ｂの分布は、半導体ウエハ２の周辺部では
中央部に比べて疎となる。このため、半導体ウエハ２の
中央部と周辺部とでプラズマ密度に差が生じ、エッチン
グ速度に差が生じるため、エッチングの均一性が悪化す
るという問題点もあった。
って生ずる磁力線Ｂは、コイル８を中心として発散する
ため、半導体ウエハ２の表面の周囲では半導体ウエハ２
に垂直とはならない。イオンは、イオンシース電界によ
り加速されるので半導体ウエハ２に直進性良く入射する
が、イオンは電子と反応性ガスとの衝突により生じるた
め、電子に追従するように磁力線Ｂに沿って進行する傾
向もある。このため、半導体ウエハ２の周辺部において
は、イオンは半導体ウエハ２に垂直に入射せず、充分な
異方性エッチングを行えないという問題点もあった。さ
らに、磁力線Ｂの分布は、半導体ウエハ２の周辺部では
中央部に比べて疎となる。このため、半導体ウエハ２の
中央部と周辺部とでプラズマ密度に差が生じ、エッチン
グ速度に差が生じるため、エッチングの均一性が悪化す
るという問題点もあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなプラズ
マエッチング装置では、以上のように微細パターン内の
局所的なチャージアップによりノッチを生じ、エッチン
グの異方性が損なわれるという問題点があった。また、
イオンエネルギーを高めることによってエッチングの異
方性を維持しようとすると、選択比が下がってしまい、
異方性と選択比とを同時に向上させてエッチングを行う
ことが困難であるという問題点があった。さらに、コイ
ルによる磁力線はコイルを中心に発散するため、半導体
ウエハ２の周辺部において充分な異方性エッチングが行
えず、エッチングの均一性が低下するという問題点もあ
った。
マエッチング装置では、以上のように微細パターン内の
局所的なチャージアップによりノッチを生じ、エッチン
グの異方性が損なわれるという問題点があった。また、
イオンエネルギーを高めることによってエッチングの異
方性を維持しようとすると、選択比が下がってしまい、
異方性と選択比とを同時に向上させてエッチングを行う
ことが困難であるという問題点があった。さらに、コイ
ルによる磁力線はコイルを中心に発散するため、半導体
ウエハ２の周辺部において充分な異方性エッチングが行
えず、エッチングの均一性が低下するという問題点もあ
った。
【００１０】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、微細パターン内の局部的なチャ
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置を得ることを
目的とする。
ためになされたもので、微細パターン内の局部的なチャ
ージアップを防止してノッチの発生を防ぎ、異方性と選
択比を共に向上させてエッチングを行うことができると
共に、半導体ウエハの周辺部においても充分な異方性エ
ッチングが行えるプラズマエッチング装置を得ることを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項第１項
に係るプラズマエッチング装置は、試料にパルスバイア
ス電圧を印加するパルス電源を設けたものである。
に係るプラズマエッチング装置は、試料にパルスバイア
ス電圧を印加するパルス電源を設けたものである。
【００１２】この発明の請求項第２項に係るプラズマエ
ッチング装置は、マイクロ波発生手段として、パルス発
振マイクロ波電源を備えたものである。
ッチング装置は、マイクロ波発生手段として、パルス発
振マイクロ波電源を備えたものである。
【００１３】この発明の請求項第３項に係るプラズマエ
ッチング装置は、２０００ガウス以上の磁場及び数ギガ
ヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するもので
ある。
ッチング装置は、２０００ガウス以上の磁場及び数ギガ
ヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するもので
ある。
【００１４】この発明の請求項第４項に係るプラズマエ
ッチング装置は、試料を載置するステージの周囲に、強
磁性体部材を設けたものである。
ッチング装置は、試料を載置するステージの周囲に、強
磁性体部材を設けたものである。
【００１５】この発明の請求項第５項に係るプラズマエ
ッチング装置は、ステージの少なくとも試料を載置する
面を超電導体部材で構成し、この超電導体部材を所定の
温度に冷却して超電導体状態とする冷却手段を設けたも
のである。
ッチング装置は、ステージの少なくとも試料を載置する
面を超電導体部材で構成し、この超電導体部材を所定の
温度に冷却して超電導体状態とする冷却手段を設けたも
のである。
【００１６】この発明の請求項第６項に係るプラズマエ
ッチング装置は、ステージを囲む反応室の側壁を、反磁
性体部材で構成したものである。
ッチング装置は、ステージを囲む反応室の側壁を、反磁
性体部材で構成したものである。
【００１７】この発明の請求項第７項に係るプラズマエ
ッチング装置は、ステージの側部に反磁性体フォーカス
リングを設けたものである。
ッチング装置は、ステージの側部に反磁性体フォーカス
リングを設けたものである。
【００１８】
【作用】この発明の請求項第１項においては、試料にパ
ルスバイアス電圧が印加されるので、シース電界が消失
し、電子が微細パターン底面にまで到達でき、微細パタ
ーン底面おける正のチャージアップを中和してノッチの
発生を防止する。
ルスバイアス電圧が印加されるので、シース電界が消失
し、電子が微細パターン底面にまで到達でき、微細パタ
ーン底面おける正のチャージアップを中和してノッチの
発生を防止する。
【００１９】この発明の請求項第２項においては、パル
ス発振マイクロ波電源によりマイクロ波を間欠的に供給
するので、間欠的にイオンシース電界を弱めて微細パタ
ーン底面における正のチャージアップを抑制し、ノッチ
の発生を防止する。
ス発振マイクロ波電源によりマイクロ波を間欠的に供給
するので、間欠的にイオンシース電界を弱めて微細パタ
ーン底面における正のチャージアップを抑制し、ノッチ
の発生を防止する。
【００２０】この発明の請求項第３項においては、強磁
場コイルによって２０００ガウス以上の磁場及び数ギガ
ヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するので、
電子のラーマ半径が縮小し、電子が微細パターン底面に
到達し易くなり、微細パターン底面における正のチャー
ジアップを中和して、ノッチの発生を防止する。
場コイルによって２０００ガウス以上の磁場及び数ギガ
ヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を印加するので、
電子のラーマ半径が縮小し、電子が微細パターン底面に
到達し易くなり、微細パターン底面における正のチャー
ジアップを中和して、ノッチの発生を防止する。
【００２１】この発明の請求項第４項においては、ステ
ージの周囲に強磁性体部材を設けたので、磁力線はイオ
ンシース領域上で試料の中心から外側に曲げられ、微細
パターン側壁に入射する電子が減少し、微細パターン側
壁における負のチャージアップが減少し、ノッチの発生
を防止する。
ージの周囲に強磁性体部材を設けたので、磁力線はイオ
ンシース領域上で試料の中心から外側に曲げられ、微細
パターン側壁に入射する電子が減少し、微細パターン側
壁における負のチャージアップが減少し、ノッチの発生
を防止する。
【００２２】この発明の請求項第５項においては、ステ
ージの少なくとも試料を載置する面を超電導体部材で構
成したので、磁力線は試料の表面で非常に急激に外側に
曲げられ、微細パターン側壁に入射する電子が減少し、
微細パターン側壁における負のチャージアップが減少
し、ノッチの発生を防止する。
ージの少なくとも試料を載置する面を超電導体部材で構
成したので、磁力線は試料の表面で非常に急激に外側に
曲げられ、微細パターン側壁に入射する電子が減少し、
微細パターン側壁における負のチャージアップが減少
し、ノッチの発生を防止する。
【００２３】この発明の請求項第６項においては、ステ
ージを囲む反応室の側壁を反磁性体部材で構成したの
で、磁力線を試料の表面で均一にしかも試料に対して垂
直な方向に向けることができ、プラズマ密度の均一性を
向上する。
ージを囲む反応室の側壁を反磁性体部材で構成したの
で、磁力線を試料の表面で均一にしかも試料に対して垂
直な方向に向けることができ、プラズマ密度の均一性を
向上する。
【００２４】この発明の請求項第７項においては、ステ
ージの側部に反磁性体フォーカスリングを設けたので、
磁力線を試料の表面で均一にしかも試料に対して垂直な
方向に向けることができ、プラズマ密度の均一性を向上
する。
ージの側部に反磁性体フォーカスリングを設けたので、
磁力線を試料の表面で均一にしかも試料に対して垂直な
方向に向けることができ、プラズマ密度の均一性を向上
する。
【００２５】
【実施例】実施例１．図１は、この発明の実施例１によ
るプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。な
お、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。図において、半導体ウエハ２を載置するステージ３
に、パルス電源１８が接続されている。
るプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。な
お、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。図において、半導体ウエハ２を載置するステージ３
に、パルス電源１８が接続されている。
【００２６】上述したように構成されたプラズマエッチ
ング装置においては、半導体ウエハ２のエッチング処理
を施すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、
排気を行いながら、ガス導入管４から反応ガスを導入
し、反応室１内を所定の圧力に維持する。次に、マイク
ロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ
波を導波管６及び石英窓７を介して反応室１内に導くと
共に、コイル８によって反応室１内に磁界を印加するこ
とによって、ガスプラズマを発生させる。同時に、ステ
ージ３に接続されたパルス電源１８によりパルス電圧を
発生させ、ステージ３を介して半導体ウエハ２に正のパ
ルスバイアス電圧を印加する。反応室１で発生したガス
プラズマは、コイル８により生じた磁力線に沿って輸送
され、このガスプラズマにより半導体ウエハ２がエッチ
ングされる。
ング装置においては、半導体ウエハ２のエッチング処理
を施すには、まず、反応室１内を真空排気し、続いて、
排気を行いながら、ガス導入管４から反応ガスを導入
し、反応室１内を所定の圧力に維持する。次に、マイク
ロ波電源５でマイクロ波を発生させ、発生したマイクロ
波を導波管６及び石英窓７を介して反応室１内に導くと
共に、コイル８によって反応室１内に磁界を印加するこ
とによって、ガスプラズマを発生させる。同時に、ステ
ージ３に接続されたパルス電源１８によりパルス電圧を
発生させ、ステージ３を介して半導体ウエハ２に正のパ
ルスバイアス電圧を印加する。反応室１で発生したガス
プラズマは、コイル８により生じた磁力線に沿って輸送
され、このガスプラズマにより半導体ウエハ２がエッチ
ングされる。
【００２７】図２は、上述のようにして形成されたガス
プラズマ中に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成され
るイオンシース電界を説明する線図である。すなわち、
パルス電圧が印加されていない時（ｔ2）、半導体ウエ
ハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態によっ
て定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくなる。こ
のフローティング電位とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位
差により、イオンシース電界が形成される。なお、実施
例１におけるイオンシース電界は、２０Ｖであった。半
導体ウエハ２には、ステージ３を介してパルス電源１８
により２０Ｖ以上のパルス電圧が印加されているため、
パルス電圧が印加されている時間ｔ1の間は基板電位が
高まり、プラズマ電位と基板電位との電位差がなくなる
のでイオンシース電界は消失する。すると、時間ｔ1の
間は、プラズマ中の電子は半導体ウエハ２に自由に入射
することができるので、電子は微細パターン底面１５ま
で到達し、微細パターン底面１５の正電荷を中和するが
できる。
プラズマ中に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成され
るイオンシース電界を説明する線図である。すなわち、
パルス電圧が印加されていない時（ｔ2）、半導体ウエ
ハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態によっ
て定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくなる。こ
のフローティング電位とプラズマ電位（Ｖｐ）との電位
差により、イオンシース電界が形成される。なお、実施
例１におけるイオンシース電界は、２０Ｖであった。半
導体ウエハ２には、ステージ３を介してパルス電源１８
により２０Ｖ以上のパルス電圧が印加されているため、
パルス電圧が印加されている時間ｔ1の間は基板電位が
高まり、プラズマ電位と基板電位との電位差がなくなる
のでイオンシース電界は消失する。すると、時間ｔ1の
間は、プラズマ中の電子は半導体ウエハ２に自由に入射
することができるので、電子は微細パターン底面１５ま
で到達し、微細パターン底面１５の正電荷を中和するが
できる。
【００２８】図３は、実施例１によるプラズマエッチン
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳiＯ2膜１０
上のＳi膜１１をエッチングした際に、これらの膜の界
面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）に対するパルス
電圧オン／オフ時間比（ｔ2／ｔ1）の依存性を示す線図
である。なお、パルス電圧を印加する際の繰り返し周期
（ｔ1＋ｔ2）は、０.１ミリ秒であった。この繰り返し
周期は、半導体ウエハの容量、シース電界の抵抗によっ
て決定される時定数であり、チャージアップがリークす
る時間に一致させたものであるが、半導体ウエハの種
類、エッチング条件、チャージアップのリーク時間等に
より、適宜変更することができる。図３から判るよう
に、パルス電圧印加時間ｔ1を長くしてｔ2／ｔ1を小さ
くすることにより、ノッチ量は減少して行く。特に、ｔ
2／ｔ1＜１０００においてノッチは全く観察されなくな
る。これは、電子はイオンに比べて質量が小さく移動度
が大きいため、電子流入時間であるｔ1がｔ2の数百分の
１以上であれば電荷を完全に中和することができるから
である。
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳiＯ2膜１０
上のＳi膜１１をエッチングした際に、これらの膜の界
面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）に対するパルス
電圧オン／オフ時間比（ｔ2／ｔ1）の依存性を示す線図
である。なお、パルス電圧を印加する際の繰り返し周期
（ｔ1＋ｔ2）は、０.１ミリ秒であった。この繰り返し
周期は、半導体ウエハの容量、シース電界の抵抗によっ
て決定される時定数であり、チャージアップがリークす
る時間に一致させたものであるが、半導体ウエハの種
類、エッチング条件、チャージアップのリーク時間等に
より、適宜変更することができる。図３から判るよう
に、パルス電圧印加時間ｔ1を長くしてｔ2／ｔ1を小さ
くすることにより、ノッチ量は減少して行く。特に、ｔ
2／ｔ1＜１０００においてノッチは全く観察されなくな
る。これは、電子はイオンに比べて質量が小さく移動度
が大きいため、電子流入時間であるｔ1がｔ2の数百分の
１以上であれば電荷を完全に中和することができるから
である。
【００２９】また、図３は、Ｓi膜１１と下地のＳiＯ2
膜１０とのエッチング選択比も示している。図２１に示
したＲＦバイアス電圧の印加によりノッチ量を減少させ
る従来のプラズマエッチング装置では、イオンエネルギ
ーが高まるために、ノッチを無くすためには選択比が２
０以下になってしまった。しかし、この発明の実施例１
の装置では、正のパルスバイアスを加えるため、イオン
エネルギーが高まらず選択比は１００で一定であり、無
バイアスの時の選択比と同じであった。
膜１０とのエッチング選択比も示している。図２１に示
したＲＦバイアス電圧の印加によりノッチ量を減少させ
る従来のプラズマエッチング装置では、イオンエネルギ
ーが高まるために、ノッチを無くすためには選択比が２
０以下になってしまった。しかし、この発明の実施例１
の装置では、正のパルスバイアスを加えるため、イオン
エネルギーが高まらず選択比は１００で一定であり、無
バイアスの時の選択比と同じであった。
【００３０】実施例２．図４は、この発明の実施例２に
よるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。
この図４に示す装置は、従来のプラズマエッチング装置
におけるマイクロ波電源５の代わりに、パルス発振マイ
クロ波電源１９を設けたものである。このパルス発振マ
イクロ波電源１９は、例えば１０ｋＨｚの繰り返し周波
数で間欠的にオン／オフしてマイクロ波を供給し、プラ
ズマエッチング処理を行うものである。ガスプラズマ中
に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成されるイオンシ
ース電界は、図５に示すようになる。すなわち、半導体
ウエハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態に
よって定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくな
り、このフローティング電位（Ｖｆ）とプラズマ電位
（Ｖｐ）との電位差によりイオンシース電界が形成され
る。なお、実施例２におけるイオンシース電界は、２０
Ｖであった。
よるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。
この図４に示す装置は、従来のプラズマエッチング装置
におけるマイクロ波電源５の代わりに、パルス発振マイ
クロ波電源１９を設けたものである。このパルス発振マ
イクロ波電源１９は、例えば１０ｋＨｚの繰り返し周波
数で間欠的にオン／オフしてマイクロ波を供給し、プラ
ズマエッチング処理を行うものである。ガスプラズマ中
に置かれた半導体ウエハ２の表面に形成されるイオンシ
ース電界は、図５に示すようになる。すなわち、半導体
ウエハ２の電位（基板電位Ｖｓ）は、プラズマの状態に
よって定まるフローティング電位（Ｖｆ）と等しくな
り、このフローティング電位（Ｖｆ）とプラズマ電位
（Ｖｐ）との電位差によりイオンシース電界が形成され
る。なお、実施例２におけるイオンシース電界は、２０
Ｖであった。
【００３１】パルス発振マイクロ波電源１９は、間欠的
にマイクロ波を発振しているため、マイクロ波のオン時
間ｔ3中はプラズマ電位と基板電位との電位差によりイ
オンシース電界が形成されるが、そのオフ時間ｔ4にお
いてはプラズマが消滅するため、過渡的にプラズマ電位
と基板電位との電位差が小さくなり、イオンシース電界
が弱まる。従って、このオフ時間ｔ4の過渡応答中にプ
ラズマ中の電子は自由に基板に入射することができるの
で、電子は微細パターン底面１５まで到達し、微細パタ
ーン底面１５の正電荷を中和することができる。
にマイクロ波を発振しているため、マイクロ波のオン時
間ｔ3中はプラズマ電位と基板電位との電位差によりイ
オンシース電界が形成されるが、そのオフ時間ｔ4にお
いてはプラズマが消滅するため、過渡的にプラズマ電位
と基板電位との電位差が小さくなり、イオンシース電界
が弱まる。従って、このオフ時間ｔ4の過渡応答中にプ
ラズマ中の電子は自由に基板に入射することができるの
で、電子は微細パターン底面１５まで到達し、微細パタ
ーン底面１５の正電荷を中和することができる。
【００３２】図６は、実施例２によるプラズマエッチン
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳiＯ2膜１０
上のＳi膜１１をエッチングした際に、これらの膜の界
面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）のマイクロ波オ
フ時間依存性を示した線図である。図６から判るよう
に、マイクロ波オフ時間ｔ4を長くすることにより、ノ
ッチ量は減少し、オフ時間が０.０２ミリ秒以上ではノ
ッチは観察されなくなった。なお、この場合も実施例１
と同様に、マイクロ波オン時間及びマイクロ波オフ時間
の和である繰り返し周期（ｔ3＋ｔ4）は、０.１ミリ秒
であった。また、図２１に示したＲＦバイアスの印加に
よりノッチ量を減少させる従来のプラズマエッチング装
置では、ノッチを無くすために選択比が２０以下になっ
てしまった。しかし、実施例２の場合では、図６に示す
ように、マイクロ波のオフ時間におけるプラズマの減衰
を利用して間欠的にイオンシース電界を弱めてチャージ
アップを抑制しているため、イオンエネルギーが高まら
ず選択比は１００で一定であり、間欠的ではなく連続的
にマイクロ波を供給する場合と同じ選択比であった。
グ装置を用いて図１９及び図２０に示したＳiＯ2膜１０
上のＳi膜１１をエッチングした際に、これらの膜の界
面に発生するノッチ量（図２０中のＡ）のマイクロ波オ
フ時間依存性を示した線図である。図６から判るよう
に、マイクロ波オフ時間ｔ4を長くすることにより、ノ
ッチ量は減少し、オフ時間が０.０２ミリ秒以上ではノ
ッチは観察されなくなった。なお、この場合も実施例１
と同様に、マイクロ波オン時間及びマイクロ波オフ時間
の和である繰り返し周期（ｔ3＋ｔ4）は、０.１ミリ秒
であった。また、図２１に示したＲＦバイアスの印加に
よりノッチ量を減少させる従来のプラズマエッチング装
置では、ノッチを無くすために選択比が２０以下になっ
てしまった。しかし、実施例２の場合では、図６に示す
ように、マイクロ波のオフ時間におけるプラズマの減衰
を利用して間欠的にイオンシース電界を弱めてチャージ
アップを抑制しているため、イオンエネルギーが高まら
ず選択比は１００で一定であり、間欠的ではなく連続的
にマイクロ波を供給する場合と同じ選択比であった。
【００３３】実施例３．図７は、この発明の実施例３に
よるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。
この図に示す装置は、従来のプラズマエッチング装置に
おけるコイル８の代わりに、２０００ガウス（０.２
Ｔ）以上の磁場を発生できる強磁場コイル２０を設けた
ものである。また、図８は、磁場中における電子の運動
を模式的に示す模式図である。図８に示すように、運動
する電子２１は、ローレンツ力を受けて磁力線Ｂに巻き
付くように進行する。この時の電子２１の軌跡の回転半
径はラーマ半径（Larmor radius）と呼ばれ、次の(１)
式で表される。
よるプラズマエッチング装置を示す概略構成図である。
この図に示す装置は、従来のプラズマエッチング装置に
おけるコイル８の代わりに、２０００ガウス（０.２
Ｔ）以上の磁場を発生できる強磁場コイル２０を設けた
ものである。また、図８は、磁場中における電子の運動
を模式的に示す模式図である。図８に示すように、運動
する電子２１は、ローレンツ力を受けて磁力線Ｂに巻き
付くように進行する。この時の電子２１の軌跡の回転半
径はラーマ半径（Larmor radius）と呼ばれ、次の(１)
式で表される。
【００３４】 Ｒ＝ｍeｖv／ｑＢ ・・・・ (１)
【００３５】ここで、Ｒはラーマ半径、ｑは電子の電荷
量、ｍeは電子の質量、Ｂは磁束密度、ｖvは磁力線に垂
直な方向の電子の速度成分である。従って、ｖvが同じ
時には、磁束密度が大きくなる程ラーマ半径が小さくな
る。また、電子温度と熱運動平均速度との関係は、次の
(２)式で表される。
量、ｍeは電子の質量、Ｂは磁束密度、ｖvは磁力線に垂
直な方向の電子の速度成分である。従って、ｖvが同じ
時には、磁束密度が大きくなる程ラーマ半径が小さくな
る。また、電子温度と熱運動平均速度との関係は、次の
(２)式で表される。
【００３６】 ｖ＝（８ｋＴe／πｍe）1/2 ・・・・ (２)
【００３７】ここで、ｖは熱運動平均速度、ｋはボルツ
マン定数、Ｔeは電子温度である。例えば電子温度が５
ｅＶの時、熱運動平均速度は約１.５×１０-6ｍ／ｓと
なるので、共鳴位置でｖ＝ｖvとすると、磁束密度が１
０００ガウス（０.１Ｔ）では、ラーマ半径は８５μｍ
となり、磁束密度が１０万ガウス（１０Ｔ）では、ラー
マ半径は０.８５μｍとなる。ここで、もし図９に示す
ように、ラーマ半径がパターンの間隔に比べて小さい時
には、電子２１がマスク材の側壁へ衝突する確率は減少
し、パターンの疎密によるチャージアップの差は減少す
る。実際には、発散磁界中では、電子の運動量は磁力線
方向に変換され、ｖvは減少するため、ラーマ半径の縮
小の効果はパターンの間隔よりも大きい時にも現れる。
マン定数、Ｔeは電子温度である。例えば電子温度が５
ｅＶの時、熱運動平均速度は約１.５×１０-6ｍ／ｓと
なるので、共鳴位置でｖ＝ｖvとすると、磁束密度が１
０００ガウス（０.１Ｔ）では、ラーマ半径は８５μｍ
となり、磁束密度が１０万ガウス（１０Ｔ）では、ラー
マ半径は０.８５μｍとなる。ここで、もし図９に示す
ように、ラーマ半径がパターンの間隔に比べて小さい時
には、電子２１がマスク材の側壁へ衝突する確率は減少
し、パターンの疎密によるチャージアップの差は減少す
る。実際には、発散磁界中では、電子の運動量は磁力線
方向に変換され、ｖvは減少するため、ラーマ半径の縮
小の効果はパターンの間隔よりも大きい時にも現れる。
【００３８】図１０は、共鳴点でのノッチ量の磁場強度
依存性を示す線図である。この図から判るように、ノッ
チ量を低減する効果は、２０００ガウス程度以上から顕
著に現れる。なお、マイクロ波供給源としては、例えば
クライストロン又はジャイロトロンを用いることによっ
て、２０００ガウス以上の磁場と共鳴する数ＧＨｚ〜数
千ＧＨｚのマイクロ波を発生させることが可能である。
また、強磁場コイル２０としては、常電導マグネット又
は超電導マグネットを用い、数十Ｔまでの磁場を発生さ
せることが可能である。
依存性を示す線図である。この図から判るように、ノッ
チ量を低減する効果は、２０００ガウス程度以上から顕
著に現れる。なお、マイクロ波供給源としては、例えば
クライストロン又はジャイロトロンを用いることによっ
て、２０００ガウス以上の磁場と共鳴する数ＧＨｚ〜数
千ＧＨｚのマイクロ波を発生させることが可能である。
また、強磁場コイル２０としては、常電導マグネット又
は超電導マグネットを用い、数十Ｔまでの磁場を発生さ
せることが可能である。
【００３９】さらに、強磁場コイル２０によって、間欠
的に半導体ウエハ２上の磁場を１０Ｔ以上としても良
い。すなわち、例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
し、電子サイクロトロン共鳴磁場である８７５ガウス
（０.０８７５Ｔ）の磁場を反応室１の内部に発生させ
ておく。この定常状態の磁場に、半導体ウエハ２上での
磁束密度が１０Ｔ（１０万ガウス）以上になるような強
力な磁場を間欠的に印加すると、電子軌道のラーマ半径
が小さくなり、微細パターン底部１５まで電子が到達す
る。これによって、微細パターン底面１５の正のチャー
ジアップを緩和し、異方性の高いエッチングを行うこと
ができる。
的に半導体ウエハ２上の磁場を１０Ｔ以上としても良
い。すなわち、例えば２.４５ＧＨｚのマイクロ波に対
し、電子サイクロトロン共鳴磁場である８７５ガウス
（０.０８７５Ｔ）の磁場を反応室１の内部に発生させ
ておく。この定常状態の磁場に、半導体ウエハ２上での
磁束密度が１０Ｔ（１０万ガウス）以上になるような強
力な磁場を間欠的に印加すると、電子軌道のラーマ半径
が小さくなり、微細パターン底部１５まで電子が到達す
る。これによって、微細パターン底面１５の正のチャー
ジアップを緩和し、異方性の高いエッチングを行うこと
ができる。
【００４０】実施例４．図１１は、この発明の実施例４
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージ３の周囲にリング形
状の強磁性体部材２２を設けたものである。この強磁性
体部材２２は、例えばＳｍＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の強磁性
体材料で造られており、強磁性体部材２２に向けて急激
な発散磁界を形成することができる。従って、図１２に
示すように、コイル８により発生した磁力線Ｂは、強磁
性体部材２２により半導体ウエハ２の表面に形成された
イオンシース領域２３上で半導体ウエハ２の中心から外
側に曲げられる。従って、質量が小さく移動度が大きい
電子は磁力線Ｂに沿って運動するので、半導体ウエハ２
の表面に運ばれる電子の数は、従来装置に比較して少な
くなる。
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージ３の周囲にリング形
状の強磁性体部材２２を設けたものである。この強磁性
体部材２２は、例えばＳｍＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の強磁性
体材料で造られており、強磁性体部材２２に向けて急激
な発散磁界を形成することができる。従って、図１２に
示すように、コイル８により発生した磁力線Ｂは、強磁
性体部材２２により半導体ウエハ２の表面に形成された
イオンシース領域２３上で半導体ウエハ２の中心から外
側に曲げられる。従って、質量が小さく移動度が大きい
電子は磁力線Ｂに沿って運動するので、半導体ウエハ２
の表面に運ばれる電子の数は、従来装置に比較して少な
くなる。
【００４１】その結果、微細パターン側壁１４における
負のチャージアップは従来装置と比べて格段に減少し、
ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の優れたパターン
形成を行うことができる。一方、正電荷を帯びた反応性
イオンは、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいた
め、磁力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界
により加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射す
る。
負のチャージアップは従来装置と比べて格段に減少し、
ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の優れたパターン
形成を行うことができる。一方、正電荷を帯びた反応性
イオンは、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいた
め、磁力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界
により加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射す
る。
【００４２】実施例５．図１３は、この発明の実施例５
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージの少なくとも半導体
ウエハ２を載置する面を、ＮｂＳｎ等の超電導体で構成
した超電導体ステージ２４を備えたものである。この超
電導体ステージ２４は、真空二重配管等の保冷手段２５
により極低温に維持され超電導状態となる。例えば、超
電導体ステージ２４がＮｂＳｎ製の場合、液体Ｈｅポッ
ト（図示しない）からＨｅ蒸気を保冷手段２５内に送
り、１８Ｋ以下の極低温を維持して超電導体ステージ２
４を超電導状態を保つことができる。この時、超電導体
ステージ２４は超電導体特有のマイスナー効果により完
全反磁性体となる。
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージの少なくとも半導体
ウエハ２を載置する面を、ＮｂＳｎ等の超電導体で構成
した超電導体ステージ２４を備えたものである。この超
電導体ステージ２４は、真空二重配管等の保冷手段２５
により極低温に維持され超電導状態となる。例えば、超
電導体ステージ２４がＮｂＳｎ製の場合、液体Ｈｅポッ
ト（図示しない）からＨｅ蒸気を保冷手段２５内に送
り、１８Ｋ以下の極低温を維持して超電導体ステージ２
４を超電導状態を保つことができる。この時、超電導体
ステージ２４は超電導体特有のマイスナー効果により完
全反磁性体となる。
【００４３】従って、図１４に示すように、コイル８で
生じる磁力線Ｂは、半導体ウエハ２の表面で非常に急激
に曲げられる。このため、上述した実施例４と同様に、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動し、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数は従来
装置に比較して少なくなる。その結果、微細パターン側
壁１４における負のチャージアップは従来装置と比べて
格段に減少し、ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の
優れたパターン形成を行うことができる。一方、イオン
は、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいため、磁
力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界により
加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射する。
生じる磁力線Ｂは、半導体ウエハ２の表面で非常に急激
に曲げられる。このため、上述した実施例４と同様に、
質量が小さく移動度が大きい電子は磁力線Ｂに沿って運
動し、半導体ウエハ２の表面に運ばれる電子の数は従来
装置に比較して少なくなる。その結果、微細パターン側
壁１４における負のチャージアップは従来装置と比べて
格段に減少し、ノッチ形成の発生を防止でき、異方性の
優れたパターン形成を行うことができる。一方、イオン
は、電子に比べて質量が大きく移動度が小さいため、磁
力線Ｂの急激な曲がりに対応できず、シース電界により
加速され、半導体ウエハ２に対して垂直に入射する。
【００４４】実施例６．図１５は、この発明の実施例６
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、図１３に示した装置の保冷手
段２５に、ブロッキングコンデンサ２６及びＲＦ電源２
７を設けたものであり、超電導体ステージ２４にＲＦバ
イアス電圧が印加されるようになっている。例えば、Ｒ
Ｆ電源２７により、１３.５６ＭＨｚ、３００Ｗ／ｍ2程
度の下地膜をエッチングせず、しかもシース電界を変化
させないような弱い電力で、かつ間欠的にＲＦバイアス
電圧を印加する。これによって、半導体ウエハ２が負に
なった時に微細パターン側壁１４に正の電荷が供給さ
れ、負のチャージアップを電気的に中和することができ
る。これにより、ノッチの発生をさらに防止し、異方性
の良好なエッチングを行うことができる。
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、図１３に示した装置の保冷手
段２５に、ブロッキングコンデンサ２６及びＲＦ電源２
７を設けたものであり、超電導体ステージ２４にＲＦバ
イアス電圧が印加されるようになっている。例えば、Ｒ
Ｆ電源２７により、１３.５６ＭＨｚ、３００Ｗ／ｍ2程
度の下地膜をエッチングせず、しかもシース電界を変化
させないような弱い電力で、かつ間欠的にＲＦバイアス
電圧を印加する。これによって、半導体ウエハ２が負に
なった時に微細パターン側壁１４に正の電荷が供給さ
れ、負のチャージアップを電気的に中和することができ
る。これにより、ノッチの発生をさらに防止し、異方性
の良好なエッチングを行うことができる。
【００４５】実施例７．図１６は、この発明の実施例７
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージ３を囲む反応室１の
壁部を、反磁性体部材２８で構成したものである。この
反磁性体部材２８は、ビスマス又は超電導体等の反磁性
体を含む部材である。コイル８で発生した磁力線Ｂは、
反応室１の側壁方向に発散するが、反磁性体部材２８の
磁力線を退ける作用（マイスナー効果）により半導体ウ
エハ２の表面で磁力線Ｂを均一に、しかも半導体ウエハ
２に対して垂直な方向に向けることができる。このた
め、イオンの進行方向は、半導体ウエハ２に入射する手
前で垂直方向に修正されるので、充分な異方性エッチン
グを行うことができる。また、磁力線の発散を抑制する
ことにより、プラズマ密度の均一性が向上するため、エ
ッチングの均一性を向上させることができる。
によるプラズマエッチング装置を示す概略構成図であ
る。この図に示す装置は、ステージ３を囲む反応室１の
壁部を、反磁性体部材２８で構成したものである。この
反磁性体部材２８は、ビスマス又は超電導体等の反磁性
体を含む部材である。コイル８で発生した磁力線Ｂは、
反応室１の側壁方向に発散するが、反磁性体部材２８の
磁力線を退ける作用（マイスナー効果）により半導体ウ
エハ２の表面で磁力線Ｂを均一に、しかも半導体ウエハ
２に対して垂直な方向に向けることができる。このた
め、イオンの進行方向は、半導体ウエハ２に入射する手
前で垂直方向に修正されるので、充分な異方性エッチン
グを行うことができる。また、磁力線の発散を抑制する
ことにより、プラズマ密度の均一性が向上するため、エ
ッチングの均一性を向上させることができる。
【００４６】なお、図１７に示すように、図１６に示し
た反磁性体部材２８の代わりに反磁性体フォーカスリン
グ２９をステージ３上の半導体ウエハ２を囲むように設
けても良い。この場合、反磁性体フォーカスリング２９
を上下動できるようにしておけば、磁力線の方向の微調
整を行うことも可能で、異方性エッチングの最適化を図
ることができる。
た反磁性体部材２８の代わりに反磁性体フォーカスリン
グ２９をステージ３上の半導体ウエハ２を囲むように設
けても良い。この場合、反磁性体フォーカスリング２９
を上下動できるようにしておけば、磁力線の方向の微調
整を行うことも可能で、異方性エッチングの最適化を図
ることができる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したとおり、請求項第１項に係
る発明は、試料を載置するステージと、このステージを
内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマイク
ロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生したマ
イクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室内に
磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反応性
ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気する
排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により上記
反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより上
記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装置で
あって、上記試料にパルスバイアス電圧を印加するパル
ス電源を設けたので、微細パターン底面における正のチ
ャージアップを中和してノッチの発生を防止すると共
に、エッチングの選択比の向上を図ることができるとい
う効果を奏する。
る発明は、試料を載置するステージと、このステージを
内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマイク
ロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生したマ
イクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室内に
磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反応性
ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気する
排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により上記
反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより上
記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装置で
あって、上記試料にパルスバイアス電圧を印加するパル
ス電源を設けたので、微細パターン底面における正のチ
ャージアップを中和してノッチの発生を防止すると共
に、エッチングの選択比の向上を図ることができるとい
う効果を奏する。
【００４８】請求項第２項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記マイクロ
波発生手段として、パルス発振マイクロ波電源を使用し
たので、間欠的にイオンシース電界を弱めて微細パター
ン底面における正のチャージアップを抑制し、ノッチの
発生を防止し選択比の高いエッチングを行うことができ
るという効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記マイクロ
波発生手段として、パルス発振マイクロ波電源を使用し
たので、間欠的にイオンシース電界を弱めて微細パター
ン底面における正のチャージアップを抑制し、ノッチの
発生を防止し選択比の高いエッチングを行うことができ
るという効果を奏する。
【００４９】請求項第３項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記磁場発生
手段により２０００ガウス以上の磁場を発生させ、かつ
数ギガヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を発生させ
るので、微細パターン底面における正のチャージアップ
を中和して、ノッチの発生を防止することができるとい
う効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記磁場発生
手段により２０００ガウス以上の磁場を発生させ、かつ
数ギガヘルツ〜数千ギガヘルツのマイクロ波を発生させ
るので、微細パターン底面における正のチャージアップ
を中和して、ノッチの発生を防止することができるとい
う効果を奏する。
【００５０】請求項第４項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の周囲に、強磁性体部材を設けたので、微細パターン側
壁における負のチャージアップが減少し、ノッチの発生
を防止することができるという効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の周囲に、強磁性体部材を設けたので、微細パターン側
壁における負のチャージアップが減少し、ノッチの発生
を防止することができるという効果を奏する。
【００５１】請求項第５項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の少なくとも試料を載置する面を超電導体部材で構成
し、この超電導体部材を所定の温度に冷却して超電導体
状態とする冷却手段を設けたので、微細パターン側壁に
おける負のチャージアップが減少し、ノッチの発生を防
止することができるという効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の少なくとも試料を載置する面を超電導体部材で構成
し、この超電導体部材を所定の温度に冷却して超電導体
状態とする冷却手段を設けたので、微細パターン側壁に
おける負のチャージアップが減少し、ノッチの発生を防
止することができるという効果を奏する。
【００５２】請求項第６項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
を囲む上記反応室の側壁を、反磁性体部材で構成したの
で、プラズマ密度の均一性を向上でき、エッチングの均
一性も向上させることができるという効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
を囲む上記反応室の側壁を、反磁性体部材で構成したの
で、プラズマ密度の均一性を向上でき、エッチングの均
一性も向上させることができるという効果を奏する。
【００５３】請求項第７項に係る発明は、試料を載置す
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の側部に、反磁性体フォーカスリングを設けたので、プ
ラズマ密度の均一性を向上でき、エッチングの均一性も
向上させることができるという効果を奏する。
るステージと、このステージを内部に収容する反応室
と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を上記反応室
に導く導波管と、上記反応室内に磁場を印加する磁場発
生手段と、上記反応室内に反応性ガスを導入するガス導
入管と、上記反応室内を排気する排気手段とを備え、電
子サイクロトロン共鳴により上記反応性ガスのプラズマ
を形成し、このプラズマにより上記試料をエッチング処
理するプラズマエッチング装置であって、上記ステージ
の側部に、反磁性体フォーカスリングを設けたので、プ
ラズマ密度の均一性を向上でき、エッチングの均一性も
向上させることができるという効果を奏する。
【図１】この発明の実施例１によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。
装置を示す概略構成図である。
【図２】半導体ウエハの表面に形成されるイオンシース
電界の電位を説明する線図である。
電界の電位を説明する線図である。
【図３】ノッチ量のパルス電圧オン／オフ時間比に対す
る依存性を示す線図である。
る依存性を示す線図である。
【図４】この発明の実施例２によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。
装置を示す概略構成図である。
【図５】半導体ウエハの表面に形成されるイオンシース
電界の電位を説明する線図である。
電界の電位を説明する線図である。
【図６】ノッチ量のマイクロ波オフ時間に対する依存性
を示す線図である。
を示す線図である。
【図７】この発明の実施例３によるプラズマエッチング
装置を示す概略構成図である。
装置を示す概略構成図である。
【図８】磁場中における電子の運動を示す模式図であ
る。
る。
【図９】ラーマ半径の小さい電子が微細パターン中に入
射する状態を示す模式図である。
射する状態を示す模式図である。
【図１０】微細パターンにおけるノッチ量の磁場強度依
存性を表す線図である。
存性を表す線図である。
【図１１】この発明の実施例４によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図１２】強磁性体部材により磁力線がイオンシース領
域上で曲げられる状態を示す模式図である。
域上で曲げられる状態を示す模式図である。
【図１３】この発明の実施例５によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図１４】半導体ウエハ上で磁力線が急激に曲げられる
状態を示す模式図である。
状態を示す模式図である。
【図１５】この発明の実施例６によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図１６】この発明の実施例７によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図１７】この発明の実施例８によるプラズマエッチン
グ装置を示す概略構成図である。
グ装置を示す概略構成図である。
【図１８】従来のプラズマエッチング装置を示す概略構
成図である。
成図である。
【図１９】半導体ウエハ表面の微細パターンを示す拡大
断面図である。
断面図である。
【図２０】半導体ウエハ表面の微細パターンを示す拡大
断面図である。
断面図である。
【図２１】従来の他のプラズマエッチング装置を示す概
略構成図である。
略構成図である。
１ 反応室 ２ 半導体ウエハ ３ ステージ ４ ガス導入管 ５ マイクロ波電源 ６ 導波管 ７ 石英窓 ８ コイル ９ 排気口 １０ ＳiＯ2膜 １１ Ｓi膜 １２ レジストパターン １３ 微細パターン １４ 微細パターン側壁 １５ 微細パターン底面 １６ インピーダンス整合器 １７ ＲＦ電源 １８ パルス電源 １９ パルス発振マイクロ波電源 ２０ 強磁場コイル ２１ 電子 ２２ 強磁性体部材 ２３ イオンシース領域 ２４ 超電導体ステージ ２５ 保冷手段 ２６ ブロッキングコンデンサ ２７ ＲＦ電源 ２８ 反磁性体部材 ２９ 反磁性体フォーカスリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星子 高広 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式会 社エル・エス・アイ研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記試料にパルスバイアス電圧を印加するパルス電源を
設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項２】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記マイクロ波発生手段は、パルス発振マイクロ波電源
であることを特徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項３】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記磁場発生手段は、２０００ガウス以上の磁場を発生
し、かつ上記マイクロ波発生手段は、数ギガヘルツ〜数
千ギガヘルツのマイクロ波を発生することを特徴とする
プラズマエッチング装置。 - 【請求項４】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記ステージの周囲に、強磁性体部材を設けたことを特
徴とするプラズマエッチング装置。 - 【請求項５】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記ステージの少なくとも試料を載置する面は、超電導
体部材で構成され、この超電導体部材を所定の温度に冷
却して超電導状態とする冷却手段を設けたことを特徴と
するプラズマエッチング装置。 - 【請求項６】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記ステージを囲む上記反応室の側壁は、反磁性体部材
で構成されていることを特徴とするプラズマエッチング
装置。 - 【請求項７】 試料を載置するステージと、このステー
ジを内部に収容する反応室と、マイクロ波を発生するマ
イクロ波発生手段と、このマイクロ波発生手段で発生し
たマイクロ波を上記反応室に導く導波管と、上記反応室
内に磁場を印加する磁場発生手段と、上記反応室内に反
応性ガスを導入するガス導入管と、上記反応室内を排気
する排気手段とを備え、電子サイクロトロン共鳴により
上記反応性ガスのプラズマを形成し、このプラズマによ
り上記試料をエッチング処理するプラズマエッチング装
置であって、 上記ステージの側部には、反磁性体フォーカスリングが
設けられていることを特徴とするプラズマエッチング装
置。
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