JPH07142445A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来、外部から制御された量を供給すること
が困難であったエッチング用反応種を、導入量を制御し
つつ、容易にエッチング処理真空容器内へ供給して所望
のドライエッチングを行えるドライエッチング装置を提
供する。 【構成】 真空容器１内にエッチング用ガスを導入し、
このガスを所定真空状態下で電力印加によりプラズマ化
させ、このプラズマの下で被処理物Ｓ１表面をドライエ
ッチングするエッチング装置において、真空容器１に、
２以上の物質を反応させることによりガス状のエッチン
グ用反応種を所定量生成し供給する反応種供給部８を連
設したことを特徴とするドライエッチング装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング用ガスを電
力印加によりプラズマ化させ、該プラズマの下で被処理
物をドライエッチングするドライエッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エッチング用ガスを電力印加によりプラ
ズマ化させ、該プラズマの下で被処理物をエッチングす
るドライエッチング処理は、例えば半導体を利用した薄
膜トランジスタ、ＬＳＩ、太陽電池等の各種デバイスを
製造するにあたり、基体上に形成された金属膜を配線パ
ターン、電極パターン等を残してエッチングしたり、基
体上に形成された半導体膜を所定パターンを残してエッ
チングしたりすること等に広く利用されている。

【０００３】前記のドライエッチング処理は、例えば図
３に示す反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に用いる平
行平板型のエッチング装置を用いて行われる。このエッ
チング装置は、真空容器１を備え、その中には、エッチ
ング対象膜を形成した基体Ｓ３を設置する基体ホルダを
兼ねる電極２及び電極２に対向配置された電極３を備え
ている。

【０００４】電極２は、電極３との間に導入されるエッ
チング用ガスに高周波電力や直流電力を印加してプラズ
マ化させるための電力印加電極として使用され、図示の
例ではマッチングボックス２１を介して高周波電源２２
に接続されている。電極３は接地電極であり、電極の一
部を構成するガスノズル３１の開口部に多孔電極板３２
を設けたもので、電極板３２には直径０．５ｍｍ程度の
ガス供給孔を多数形成してあり、ガスノズル３１から供
給されるガスが該孔から両電極間に全体的に放出される
ようになっている。

【０００５】真空容器１には、さらに、開閉弁７１を介
して排気ポンプ７２を配管接続した排気装置７が接続さ
れているとともに、前記ガスノズル３１にはガス供給部
６を配管接続してある。ガス供給部６には、１又は２以
上のマスフローコントローラ６１１、６１２・・・・及
び開閉弁６２１、６２２・・・・を介して所要量のエッ
チング用ガスを供給するガス源６３１、６３２・・・・
が含まれている。

【０００６】このエッチング装置によると、エッチング
対象基体Ｓ３が容器１内の高周波電極２上に設置され、
該容器１内が排気装置７の運転にて所定エッチング真空
度とされ、ガス供給部６からエッチング用ガスがノズル
３１及び電極板３２のガス供給孔を介して導入される。
また、電極２に高周波電源２２から高周波電圧が印加さ
れ、それによって導入されたガスがプラズマ化され、こ
のプラズマの下に基体Ｓ３上の膜がエッチングされる。
なお、電極２は、必要に応じ、水冷装置２０等の温度制
御装置で温度制御されることもある。

【０００７】また前記のエッチング装置を用いたＲＩＥ
において、エッチング用ガスとして、例えば、配線、電
極等を形成するためにアルミニウム（Ａｌ）又はＡｌ合
金膜を所定のパターンに従いドライエッチングする場
合、代表的には四塩化炭素（ＣＣｌ₄ ）、三塩化ホウ素
（ＢＣｌ₃ ）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ₄ ）、塩素
（Ｃｌ₂ ）等の塩素（Ｃｌ）元素含有ガス又はこれらの
ガスに窒素（Ｎ₂ ）ガス等を混合したガスが用いられて
いる。

【０００８】配線や電極を形成するためのＡｌ合金には
一般にシリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）が含まれているこ
とが多いが、前記のＣｌ元素含有ガスをエッチング用ガ
スとして用いた場合、Ｃｕは該ガスに含まれるＣｌと反
応して銅塩化物を生成し、この銅塩化物の蒸気圧が低い
ためにエッチング残渣として残ることが多い。特に、Ｃ
ｕ含有率が高いＡｌ合金膜や高温で成膜されてＣｕが下
方に偏析したＡｌ合金膜では前記の残渣が多く、精度の
よいドライエッチングが困難であった。

【０００９】特開平４−２０８５２６号公報によると、
エッチング用ガスとして、Ａｌ合金中に含まれるＡｌと
反応して塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃ ）を生成させる
ようなガス、又は該ガスに加えてＡｌＣｌ₃ ガスを用い
る場合、前記銅塩化物はＡｌＣｌ₃ と反応して銅・アル
ミニウム塩化物を生成し、該化合物の蒸気圧が高いため
に残渣が容易に蒸発することが開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ング用ガスとしてＡｌと反応してＡｌＣｌ₃ を生成させ
るようなＣｌ元素含有ガスを用いる場合、ＡｌＣｌ₃ 生
成量を制御することは困難である。また、ＡｌＣｌ₃ ガ
スを恒温槽等で固体状のＡｌＣｌ₃ を予め加熱蒸発させ
ることにより生成してエッチング処理室へ供給する場合
でも、ＡｌＣｌ₃ガス生成量を制御することは容易では
ない。その他、エッチング処理室内に被処理物以外のＡ
ｌ含有物質を設置しておき、エッチング用ガスとしてＣ
ｌ元素含有ガスを導入することによりＡｌＣｌ₃ ガスを
発生させることも考えられるが、被処理物に含まれるＡ
ｌやＡｌ含有物質に含まれるＡｌに消費されるＣｌ量を
制御し、ひいてはＡｌＣｌ₃ 生成量を制御することは困
難である。

【００１１】このような問題は銅含有アルミニウム合金
のエッチングにおいて、ＡｌＣｌ₃ガスを用いる場合に
限らず、広く一般に、外部から制御された量を供給する
ことが困難であるエッチング用反応種を採用するときに
つきまとう問題である。そこで本発明は、従来、外部か
ら制御された量を供給することが困難であったエッチン
グ用反応種を、導入量を制御しつつ、容易にエッチング
処理真空容器内へ供給して所望のドライエッチングを行
えるドライエッチング装置を提供することを課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明のドライエッチング装置は、真空容器内にエッチング
用ガスを導入し、該ガスを所定真空状態下で電力印加に
よりプラズマ化させ、該プラズマの下で被処理物表面を
ドライエッチングするドライエッチング装置において、
該真空容器に、２以上の物質を反応させることによりエ
ッチング用反応種を所定量生成し供給する反応種供給部
を連設したことを特徴とする。

【００１３】本発明ドライエッチング装置において、２
以上の物質を反応させてエッチング用反応種を生成し供
給する反応種供給部としては、固体状物質と気体状物質
とを反応させるもの、固体状物質とプラズマとを反応さ
せるもの等が考えられる。この場合、反応生成物の蒸発
を促進するため、固体状物質又はその周辺を加熱するヒ
ータを、前記固体状物質に接して、又はその近傍に設け
ておくことができる。

【００１４】前記の反応種供給部は、他のエッチング用
ガスのガス供給部とは別に前記真空容器に直接配管接続
されていても、又、他のエッチング用ガスと同一の配管
を介して前記真空容器に接続されていてもよい。前記の
固体状物質と気体状物質の反応によりエッチング用反応
種を生成し供給する反応種供給部としては、反応種生成
室内に固体状物質を予め配置するとともに気体状物質を
導入するもの等が考えられる。また、固体状物質とプラ
ズマとの反応によりエッチング用反応種を生成し供給す
る反応種供給部としては、固体状物質を設置した反応種
生成室にプラズマ生成室を連設し、該プラズマ室で生成
したプラズマを反応種生成室へ導入し、該プラズマと該
固体状物質との反応によりエッチング用反応種を生成す
るようにしたものや、固体状物質を設置した反応種生成
室にプラズマ原料ガスを導入し、該反応種生成室内での
電力印加によりプラズマを発生させ、該プラズマの下で
該固体状物質表面をエッチングして得られるエッチング
生成物を、目的とするエッチング用反応種として用いる
ようにしたもの等が考えられる。

【００１５】

【作用】本発明装置によると、ドライエッチング処理に
おいて、エッチング用ガスのうちエッチング処理真空容
器内に制御された量を容易に供給することができないエ
ッチング用反応種を、該エッチング処理真空容器に連設
された反応種供給部において２以上の物質を反応させる
ことにより所定量生成し供給する。

【００１６】ここで、主に反応種供給部における反応種
生成室内の反応系への物質供給量を制御することによ
り、該エッチング処理真空容器内に導入されるエッチン
グ用反応種の量を制御できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の１実施例であるＲＩＥに用いるエ
ッチング装置であって、固体状物質と気体状物質との反
応によりエッチング用反応種を生成する反応種供給部８
をエッチング処理真空容器１に連設したものを示してい
る。

【００１８】この装置は図３に示す従来のエッチング装
置において、ガス供給部６に加えてエッチング用反応種
供給部８をガスノズル３１を介さず容器１に直接配管接
続したものである。反応種供給部８はガスノズル３１に
配管接続されていてもよい。反応種供給部８は反応種生
成室８１を備え、反応種生成室８１には反応種生成のた
めの固体状原料８２が所定の位置に設置されており、該
原料８２を加熱するヒータ８４が配置されている。また
反応種生成室８１には反応種生成のための気体状原料供
給部８３が接続されているが、該気体状原料供給部８３
はマスフローコントローラ８３１及び開閉弁８３２を介
してガス源８３３が、この例では、各１つずつ接続され
たものである。その他の構成は図３に示す装置と同様で
ある。

【００１９】以上説明したエッチング装置によると、図
示しない基体搬送装置によりエッチング対象基体Ｓ１が
真空容器１内に搬入されて、基体ホルダを兼ねる高周波
電極２上に載置された後、容器１内が排気装置７の運転
にて所定のエッチング真空度とされるとともにガス供給
部６からエッチング用ガスがノズル３１及び電極板３２
のガス供給孔を介して真空容器１内に導入されると同時
に、反応種生成室８１内に気体状原料供給部８３から、
エッチング用反応種を生成するための気体状原料が導入
され、該気体状原料は反応種生成室８１内に予め設置さ
れ、加熱された固体状原料８２と反応してガス状のエッ
チング用反応種が生成する。該反応種は、容器１内が真
空引きされているため真空容器１内に導入される。ま
た、電極２にマッチングボックス２１を介して高周波電
源２２から高周波電圧が印加され、それよってガス供給
部６から導入されたエッチング用ガス及び反応種供給部
８から導入された気体状のエッチング用反応種がプラズ
マ化され、このプラズマの下に基体Ｓ１上の膜がエッチ
ングされる。

【００２０】真空容器１内への反応種の供給量の制御
は、反応種生成室８１への該反応種の気体状原料の供給
量を、マスフローコントローラ８３１及び開閉弁８３２
にて制御することにより行う。次に、図１に示すエッチ
ング装置を用いて、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜が被覆
されたシリコン（Ｓｉ）基体上に形成されたＡｌ合金膜
をドライエッチングした具体例について説明する。

【００２１】予め固体状原料８２として純度５Ｎ（９
９．９９９％）％のＡｌを４００ｇ反応種生成室内に設
置し、ヒータ８４により２５０℃に保った。表面に厚さ
１μｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、さらにその外側に厚さ１
μｍのＡｌ合金（Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕの重量比が１９５：
１：４）膜を形成し、さらにその上にレジストにて配線
パターンを描いた直径１５０ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍの
Ｓｉ基体Ｓ１を容器１内に搬入し、電極２上に載置し
た。次いで真空容器１内を０．２Ｔｏｒｒの真空度とし
た後、容器１内へガス供給部６からエッチング用ガスと
して塩素（Ｃｌ₂ ）ガスを流量３０ｓｃｃｍで導入し
た。同時に、反応種生成室８２内へ気体状原料供給部８
３からＣｌ₂ ガスを流量１５ｓｃｃｍで導入し、ＡｌＣ
ｌ₃ ガスを生成させ、容器１内へ流入させた。また、周
波数１３．５６ＭＨｚ、電力２００Ｗの高周波電力を電
極２に印加して、前記のＣｌ₂ ガス及び反応種供給部８
から容器１内に導入されたＡｌＣｌ₃ ガスをプラズマ化
させ、基体Ｓ１のＡｌ合金膜をエッチングした。

【００２２】この結果、必要量のＡｌＣｌ₃ ガスが一定
流量で容器１内に供給されてプラズマ化されたため、基
体Ｓ１上のＡｌ合金膜に含有されていたＣｕがエッチン
グ残渣として残らず、配線パターンに従い精度の良いエ
ッチングが行えた。また、この例ではエッチング用ガス
と別途生成したエッチング用反応種とを同時に真空容器
１内へ導入し、プラズマ化させたが、高温で成膜するこ
とによりＣｕが下方に偏析したＡｌ合金膜で被覆された
基体Ｓ１をエッチングする場合には、始めはエッチング
用ガスのＣｌ₂ のみをプラズマ化させてＣｕを殆ど含有
しない層のエッチングを行い、次いで、反応種生成室８
１でＡｌＣｌ₃ ガスを生成させプラズマ化させて、Ｃｕ
を多く含有する層のエッチングを行うこともできる。こ
れにより、ＡｌＣｌ₃ の容器１内壁への付着量を低減す
ることができる。

【００２３】次に、図２は本発明の他の実施例であるＲ
ＩＥに用いるエッチング装置であって、固体状物質とプ
ラズマとの反応によりエッチング用反応種を生成する反
応種供給部９をエッチング処理真空容器１に連設したも
のを示している。この装置は図１に示すエッチング装置
において、エッチング用反応種供給部８に代えて反応種
供給部９を備えたものである。反応種供給部９は平行平
板型のドライエッチング装置であり、真空容器である反
応種生成室９１を有し、その中には、反応種生成のため
の固体状原料９２を載置した原料ホルダ兼電極９３及び
電極９３に対向配置された接地電極９４を備えている。

【００２４】電極９４は電極９３との間に導入される気
体に高周波電圧や直流電圧を印加してプラズマ化させる
ための電力印加電極として使用され、図示の例ではマッ
チングボックス９３１を介して高周波電源９３２に接続
されている。接地電極９４はその一部を構成するガスノ
ズル９４１の開口部に多孔電極板９４２を設けたもの
で、電極板９４２には直径０．５ｍｍ程度のガス供給孔
を多数形成してあり、ガスノズル９４１から供給される
ガスが該孔から両電極間に全体的に放出されるようにな
っている。

【００２５】容器９１には、マスフローコントローラ９
５１及び開閉弁９５２を介して排気ポンプ９５３を配管
接続した排気装置９５が接続されているとともに、前記
ガスノズル９４１にはプラズマ原料ガスのガス供給部９
６が配管接続してある。ガス供給部９６には、この例で
は、マスフローコントローラ９６１、及び開閉弁９６２
を介して接続されたガス源９６３が各１つずつ含まれて
いる。

【００２６】このエッチング装置によると、図示しない
基体搬送装置によりエッチング対象基体Ｓ２が容器１内
に搬入されて、基体ホルダを兼ねる高周波電極２上に載
置された後、容器１内が排気装置７の運転にて所定のエ
ッチング真空度とされる。また、予め固体状原料９２が
電極９３上に載置された反応種生成室９１内が排気装置
９５の運転にて所定のエッチング真空度とされる。

【００２７】次いで、ガス供給部６からエッチング用ガ
スがノズル３１及び電極板３２のガス供給孔を介して容
器１内に導入される。一方、ガス供給部９６からノズル
９４１及び多孔電極板９４２のガス供給孔を介して反応
種生成室９１内へプラズマ原料ガスが導入されると同時
に、電極９４にマッチングボックス９３１を介して高周
波電源９３２から高周波電圧が印加され、それによって
プラズマ原料ガスがプラズマ化され、このプラズマの下
に固体状原料表面がエッチングされる。これにより、基
体Ｓ１のエッチングに供される目的とするエッチング用
反応種がエッチング生成物として生成する。該エッチン
グ生成物は容器１内が容器９１内より高い真空度に維持
されていることにより、容器１内へ導入される。

【００２８】また、電極２にマッチングボックス２１を
介して高周波電源２２から高周波電圧が印加され、それ
によってガス供給部６から導入されたエッチング用ガス
及び反応種供給部９から導入された気体状のエッチング
用反応種がプラズマ化され、このプラズマの下に基体Ｓ
２上の膜がエッチングされる。真空容器１内への反応種
の供給量の制御は、反応種生成室９１へのプラズマ原料
ガスの供給量、電極９３の高周波電力印加に際しての電
力の大きさや電力印加時間長さ、容器１及び容器９１の
真空度の差を制御することにより行う。

【００２９】次に図２に示すエッチング装置を用いて、
ＳｉＯ₂ が被覆されたＳｉ基体上に形成されたＡｌ合金
膜をドライエッチングした具体例について説明する。表
面に厚さ１μｍのＳｉＯ₂ 膜を形成し、さらにその外側
に厚さ１μｍのＡｌ合金（Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕの重量比が
１９５：１：４）膜を形成し、さらにその上にレジスト
にて配線パターンを描いた直径１５０ｍｍ、厚さ０．６
５ｍｍのＳｉ基体Ｓ２を容器１内に搬入し、電極２上に
載置した後、容器１内を０．２Ｔｏｒｒの真空度とし
た。一方、純度５Ｎ（９９．９９９％）のＡｌペレット
９２を電極９３上に載置した後、反応種生成室９１内を
０．２Ｔｏｒｒの真空度とした。

【００３０】次いで容器１内へガス供給部６からＣｌ₂
ガスを流量３０ｓｃｃｍで導入した。一方、反応種生成
室９１内へガス供給部９６からＣｌ₂ ガスを流量１５ｓ
ｃｃｍで導入すると同時に、周波数１３．５６ＭＨｚ、
電力１５０Ｗの高周波電力を電極９３に印加して、前記
の反応種生成室９１内へ導入したＣｌ₂ ガスをプラズマ
化させ、Ａｌペレット９２表面をエッチングした。エッ
チング生成物であるＡｌＣｌ₃ ガスは、容器１内と容器
９１内との圧力差により容器１内に導入された。

【００３１】次いで電極２に周波数１３．５６ＭＨｚ、
電力２００Ｗの高周波電力を印加して、前記のＣｌ₂ ガ
ス及びＡｌＣｌ₃ ガスをプラズマ化させ、基体Ｓ２表面
のＡｌ合金膜をエッチングした。この結果、必要量のＡ
ｌＣｌ₃ ガスが一定流量で容器１内に供給されてプラズ
マ化されたため、基体Ｓ２上のＡｌ合金膜に含有されて
いたＣｕがエッチング残渣として残らず、配線パターン
に従い精度の良いエッチングが行えた。

【００３２】また、この例ではエッチング用ガスと別途
生成したエッチング用反応種とを同時に真空容器１内へ
導入し、プラズマ化させたが、高温で成膜することによ
りＣｕが下方に偏析したＡｌ合金膜で被覆された基体Ｓ
１をエッチングする場合には、始めはエッチング用ガス
のＣｌ₂ のみをプラズマ化させてＣｕを殆ど含有しない
層のエッチングを行い、次いで、反応種生成室９１でＡ
ｌＣｌ₃ ガスを生成させプラズマ化させて、Ｃｕを多く
含有する層のエッチングを行うこともできる。これによ
り、ＡｌＣｌ₃ の容器１内壁への付着量を低減すること
ができる。

【００３３】なお、以上二つの実施例装置を示し、これ
ら実施例ではエッチング用反応種供給部８、９は真空容
器１に配管接続されているが、気体状態のＡｌＣｌ₃ が
冷却して固体となり配管に付着することがないように、
該配管はできるだけ短くすることが考えられ、又は該配
管を加熱ヒータ等で加熱することによりＡｌＣｌ₃ を気
体状態に維持することも考えられる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、従
来、外部から制御された量を供給することが困難であっ
たエッチング用反応種を、導入量を制御しつつ、容易に
エッチング処理真空容器内へ供給できるドライエッチン
グ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例であるドライエッチング装置
の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の他の実施例であるドライエッチング装
置の概略構成を示す図である。

【図３】従来のドライエッチング装置例の概略構成を示
す図である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ 基体ホルダ兼高周波電極 ２０ 水冷装置 ２１、９３１ マッチングボックス ２２、９３２ 高周波電源 ３、９４ 接地電極 ３１、９４１ ガスノズル ３２、９４２ 多孔電極板 ６ エッチング用ガス供給部 ７、９５ 排気装置 ８、９ 反応種供給部 ８１、９１ 反応種生成室 ８２、９２ 固体状原料 ８３ 気体状原料供給部 ８４ ヒータ ９３ 原料ホルダ兼高周波電極 ９６ プラズマ原料ガス供給部 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 基体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内にエッチング用ガスを導入
   し、該ガスを所定真空状態下で電力印加によりプラズマ
   化させ、該プラズマの下で被処理物表面をドライエッチ
   ングするドライエッチング装置において、該真空容器
   に、２以上の物質を反応させることによりガス状エッチ
   ング用反応種を所定量生成し供給する反応種供給部を連
   設したことを特徴とするドライエッチング装置。
2. 【請求項２】 前記反応種供給部が、固体状物質と気体
   状物質との反応によりエッチング用反応種を生成するも
   のである請求項１記載のドライエッチング装置。
3. 【請求項３】 前記反応種供給部が、固体状物質とプラ
   ズマとの反応によりエッチング用反応種を生成するもの
   である請求項１記載のドライエッチング装置。