JPH07233487A

JPH07233487A - Ｅｃｒエッチング装置

Info

Publication number: JPH07233487A
Application number: JP2667094A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Umeki; 和博梅木; Masaaki Sato; 正明佐藤; Masanori Satou; 昌仙佐藤; Shoichi Akiyama; 省一秋山
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP3545797B2

Abstract

(57)【要約】【目的】選択比等のエッチング条件の制御が容易な、Ｅ
ＣＲエッチング装置を実現する。【構成】反応室１０内において、エッチング対象物０
を保持する保持部２４を通じて、エッチング対象物０を
冷却する冷却手段２８と、保持部２４に保持されたエッ
チング対象物０の温度を検出する温度検出手段２６と、
温度検出手段２６による検出温度に応じて、冷却手段２
８をプログラム制御する制御手段５０を有することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は「ＥＣＲエッチング装
置」に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩの微細回路のパターニング等に
用いられるＥＣＲエッチング装置は、所謂「ドライエッ
チング」を行うための装置の１種であり、「反応室」内
に「エッチング対象物」を保持させ、反応のための「反
応ガス」を導入し、マイクロ波放電や高周波電磁界を利
用して、エッチングを行うものであり、反応ガス種の選
択により、広範なエッチング対象物への適用が可能であ
る。。

【０００３】エッチング対象物は、通常、基板と呼ばれ
る被エッチング物の表面に、エッチングすべきパターン
を持ったパターン物質が形成され、パターン物質と基板
が選択的に、又は共にエッチングされることにより、パ
ターン物質の有する平面形状あるいは表面形状が基板の
表面に「彫り写さ」れる。

【０００４】パターン物質と基板が共にエッチングされ
る場合には、パターン物質に対するエッチング速度と基
板のエッチング速度の比である「選択比」は、エッチン
グの品質を決める重要な因子である。選択比が狂うと、
エッチングにより基板に彫り写された形状が意図したも
のとならない。逆に、エッチング中に選択比を意図的に
変化させることにより、パターン物質の表面形状を変形
させた状態で、基板に彫り写すことができる。

【０００５】基板材料とパターン物質のエッチング速度
の比である選択比：Ｓは、基板の材料、パターン物質、
反応ガスが決まった状態では、選択比：Ｓは、反応ガス
の導入量：Ａ、エッチング対象物の温度：Ｂ、反応室内
の圧力：Ｃ、マイクロ波実効電力（マイクロ波放電電流
のパワー）：Ｄ、高周波実効電力（高周波電磁界のパワ
ー）：Ｅの関数として、Ｓ＝ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）として与えられ、この関数形は実験的に知ることができ
る。

【０００６】従来、選択比の設定は、パラメータ：Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを、上記の関数：Ｓ＝ｆ（Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ）により決定し、決定されたパラメータ：Ａ＝
ａ，Ｂ＝ｂ，Ｃ＝ｃ，Ｄ＝ｄ，Ｅ＝ｅが、実現するよう
に、反応ガスの導入量、エッチング対象物の温度、反応
室内の圧力、マイクロ波実効電力、高周波実効電力を、
手動で設定し、時間ごとに調整しつつエッチングを行っ
ていた。

【０００７】このため、何らかの事情で、エッチング中
に反応室内で上記条件が変化し、その結果、選択比が変
動した場合、その事実はエッチングの結果を検査するま
で分からず、このためエッチング結果に対する制御が難
しく、「歩留まり」が低いという問題があった。

【０００８】また、エッチング対象物の温度の影響の重
大さにも拘らず、エッチング対象物の温度変動に対する
有効な対策は、従来、全く講じられていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述の事情
に鑑みてなされたものであって、エッチング対象物の温
度を容易に制御できるＥＣＲエッチング装置の提供を目
的とする（請求項１）。

【００１０】この発明の別の目的は、反応ガスの量、エ
ッチング対象物の温度、反応室内の圧力、マイクロ波実
効電力、高周波実効電力を容易に制御でき、選択比等の
エッチング条件を容易に制御可能なＥＣＲエッチング装
置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の「ＥＣＲエッ
チング装置」は、ＥＣＲエッチングを行うための装置で
ある。請求項１記載のＥＣＲエッチング装置は、冷却手
段と、温度検出手段と、制御手段とを有する。

【００１２】「冷却手段」は、反応室内において、エッ
チング対象物を保持する保持部を通じて、エッチング対
象物を冷却する装置である。「温度検出手段」は、保持
部に保持されたエッチング対象物の温度を検出する手段
である。「制御手段」は、温度検出手段による検出温度
に応じて、冷却手段をプログラム制御する手段である。

【００１３】請求項２記載のＥＣＲエッチング装置は、
上記請求項１記載のＥＣＲエッチング装置の構成におい
て、反応室内に導入する反応ガスの流入量を検出・調整
するマスフローコントローラと、マイクロ波発生装置
と、高周波発生装置と、コンダクタンスバルブとを、制
御手段がプログラム制御することを特徴とする。

【００１４】「マイクロ波発生装置」は、周知の如く、
ＥＣＲエッチング装置に無極放電であるマイクロ波放電
（プラズマ放電）を発生させるため装置である。「高周
波発生装置」は、周知の如く、エッチング対象物の表面
にイオンシース（電解）を発生させ、マイクロ波放電で
発生されたイオンを加速・活性化し、エッチング対象物
に垂直に衝突させるための高周波電磁界を発生する装置
である。

【００１５】「コンダクタンスバルブ」は反応室からの
排気流量を調整することにより、反応室内の圧力を調整
するバルブである。

【００１６】従って請求項２記載のＥＣＲエッチング装
置は、上記パラメータ：Ａ〜Ｅをプログラム制御するも
のであり、このため、マスフローコントローラは「検出
量」を、マイクロ波発生装置と高周波発生装置は、それ
ぞれの「実効電力」を、それぞれ、制御手段に入力する
ようになっており、反応室内の圧力を検出する圧力計
も、その「検出値」を制御手段に入力するようになって
いる。

【００１７】「制御手段」は、コンピュータもしくは専
用のＣＰＵで構成され、入力される情報（パラメータ：
Ａ〜Ｅ）を、予めプログラムされた制御内容に従って処
理し、これらパラメータを調整することにより所望のエ
ッチング条件を実現する。

【００１８】

【作用】例えば、超ＬＳＩの微細回路のパターニングに
は、エッチングパラメータの正確な制御が必要である。
中でも、ウエハー即ちエッチング対象物の温度は、アン
ダーカットやテーパーのエッチング等、エッチング形状
や選択比の制御に重要な因子であることが分かってい
る。即ち、エッチングは「表面現象」であるため、エッ
チング対象物の表面温度が吸着物等、表面の状態を大き
く変え、エッチングに極めて広範且つ重大な影響を及ぼ
すのである。

【００１９】前記パラメータ：Ａ〜Ｅのうち、エッチン
グ対象物の温度：Ｂ以外の、Ａ（反応ガスの導入量）、
Ｃ（反応室内の圧力）、Ｄ（マイクロ波実効電力）、Ｅ
（高周波実効電力）は、一旦設定すれば比較的安定して
いるが、エッチング対象物の温度：Ｂは、エッチングの
進行に伴い変動し易い。ＥＣＲエッチングにおいて、エ
ッチング対象物の温度は、主として、エネルギー粒子の
衝突による「プラズマ加熱」により、一般に、エッチン
グ時間の経過とともに上昇する傾向がある。

【００２０】そこで、請求項１，２記載の発明とも、エ
ッチング対象物の温度を検出し、検出温度に応じて、冷
却手段を制御し、エッチング対象物の温度変動を補正し
て、温度変動にともなうエッチング条件の変動を補正す
るのである。

【００２１】選択比等のエッチング条件は、前述の通
り、パラメータ：Ａ〜Ｅの関数として定まるから、例え
ば、エッチング対象物の温度：Ｂが初期の設定値：Ｂ₀
から変動したとき、エッチング条件を当初の設定条件に
戻すには、前術の如く、温度：Ｂ自体を、当初の設定温
度に戻してもよいが、請求項２記載の発明のように、温
度：Ｂ以外の、パラメータＡ，Ｃ，Ｄ，Ｅのうちの１以
上を変化させることによっても、当初のエッチング条件
へ戻すことが可能である。勿論、パラメータ：Ａ，Ｃ，
Ｄ，Ｅの一つ以上の制御とともに、温度：Ｂの制御も行
う。

【００２２】温度：Ｂを制御するために、冷却手段を制
御しても、制御の結果が温度：Ｂに現れるのには、少な
くとも１０秒オーダーの時間がかかるが、Ａ（反応ガス
の導入量）、Ｃ（反応室内の圧力）、Ｄ（マイクロ波実
効電力）、Ｅ（高周波実効電力）は、何れも、極めて短
時間で調整することができるので、これらパラメータに
よる制御を併用することにより、エッチング条件を「き
め細」かく制御することができるのである。

【００２３】また、パラメータ：Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅを一定
に制御したままで、温度：Ｂのみの調整でエッチング条
件を変化させる場合、変化できる領域が制限されるが、
温度：Ｂと、他のパラメータとの組合せでエッチング条
件を変化させることにより、広い領域でエッチング条件
を変化させることが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図１は、
この発明の１実施例を説明するための図である。図１
（ａ）において、符号１０は「反応室」を示し、符号１
２は、反応室１０内に導入する反応ガスを封入したガス
ボンベを示す。ガスボンベ１２は、レギュレータ１４
と、符号１６で示す「マスフローコントローラ」を介し
て反応室１０に連結されている。マスフローコントロー
ラ１６は、反応ガスの流量を検出・調整する機能を持
ち、コントローラー内に記された「ニ」は、反応ガスの
流量の検出値を表す。

【００２５】また、符号１８で示す「マイクロ波発生装
置」は、マグネトロンで２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
発生し、発生したマイクロ波を矩形，円形の導波管を介
して図示されない放電管（通常は石英製）に真空封止さ
れている放電室に導入して、「マイクロ波放電」を発生
させるようになっている。

【００２６】マイクロ波放電で発生した荷電粒子（イオ
ン）は、符号２０で示す「高周波発生装置」と、符号６
０で示す「永久磁石」とにより反応室内へ導かれ、エッ
チング対象物１０に対し垂直方向に、プラズマを作用さ
せることができるようになっている。

【００２７】マイクロ波発生装置１８内に記された
「イ」及び、高周波発生装置２０内に記された「ロ」
は、これらの装置１８，２０の「パワー」、即ち、「実
効電力」を表している。反応室１０内の圧力は、圧力計
２２により検出され、圧力計２２内に記された「リ」は
検出された「圧力」を表している。

【００２８】符号０で示す「エッチング対象物」は、反
応室１０内において、符号２４で示す「保持部」により
保持される。保持部２４は箱状であって、内部に冷却媒
体である「エタノールまたは液体窒素」を循環させるパ
イプを有している。このパイプは、「冷却手段」である
冷却装置２８に繋がり、冷却装置２８により、冷却媒体
がパイプ内に循環させられる。なお、保持部２４の箱体
の内部には、エッチング対象物と上記パイプとの間の熱
伝導率を高めて冷却効果を上げるために、ヘリウム等の
ガスが導入されている。

【００２９】冷却装置２８内に記された「ヘ」は、冷却
装置２８の「パワー」である。符号２６で示す「温度検
出手段」は、保持部２４に保持されたエッチング対象物
０の温度を検出するようになっており、「ト」は、検出
された「温度」を示している。符号３０で示す「コンダ
クタンスバルブ」は、排気ポンプ３２による反応室１０
内からの排気流量を調整するバルブで、「ハ」は、調整
された「排気流量」を表している。

【００３０】図１（ｂ）は、コンピュータにより具体化
された制御手段５０と、その入・出力関係を示してい
る。制御手段５０には、マスフローコントローラ１６が
検出する反応ガスの流量の検出値「ニ」、マイクロ波発
生装置１８のマイクロ波実効電力「イ」、高周波発生装
置２０の高周波実効電力「ロ」、圧力計２２の検出した
圧力「リ」、温度検出手段２６が検出したエッチング対
象物０の温度「ト」の、各出力「ＯＵＴ」が入力され
る。

【００３１】制御手段５０は設定されているプログラム
に従い、上記各入力の入力量に応じて、目的とする形状
を実現するために設定された各設定値に、各パラメータ
を近付けるための制御用の出力値「イ」、「ロ」、
「ハ」、「ニ」、「ヘ」の各出力「ＩＮ」を出力する。

【００３２】出力「イ」、「ロ」は、それぞれマイクロ
波発生装置１８、高周波発生装置２０の実効電力を、制
御手段５０が演算した最適値に、自動的に調整・設定す
る。出力「ハ」、「ニ」は、それぞれコンダクタンスバ
ルブ３０の排気量と、マスフローコントローラ１６にお
ける反応ガスの流量を調整・設定し、これにより反応室
１０内の圧力が最適値に調整される。出力「ヘ」は、冷
却装置２８のパワーを調整する。このようにして、前記
パラメータ：Ａ〜Ｅが調整され、所望のエッチング条件
が実現される。

【００３３】最後に、具体的な例を挙げる。エッチング
対象物として、図２（ａ）に示す如きものを用意した。
エッチング対象物は、石英の基板１００を被エッチング
物とし、その表面にフォトレジスト２００をパターン物
質としてパターンを形成したものである。

【００３４】即ち、石英の基板１００の平滑な表面に、
東京応化工業製のポジ型フォトレジスト：ＯＦＰＲ８０
０（商品名）をスピンコートし、プリベークして、所定
の厚さのフォトレジスト層とし、次いで、直径：０．２
５ｍｍの黒円形状をアレイ配列したマスクをフォトレジ
スト層の表面に密着させて露光を行い、現像により上記
黒円形状に対応する円柱状のフォトレジストのアレイを
基板１００上に得、その後、フォトレジストを加熱し
て、フォトレジストの熱流動によりフォトレジスト表面
を球面化させた。

【００３５】このようにして、図２（ａ）に示すよう
な、凸球面形状を持ったフォトレジストのアレイとし
て、パターン物質２００が得られた。この、パターン物
質２００の表面形状をＥＣＲエッチングにより、基板１
００に彫り写すのであるが。ＥＣＲエッチングプロセス
における選択比を、図３に示すように制御した。即ち、
エッチング開始から、時間：Ｔ₁までは、選択比：１で
エッチングを行い、その後、エッチングが終了する時
間：Ｔ₂までは、選択比：０．５でエッチングを行うの
である。

【００３６】反応ガスとしては、Ｏ₂，ＣＨＦ₃、Ａｒを
用いた。図４に、エッチングプロセスのフロー図を示
す。先ず、選択比が１となるようにパラメータ：Ａ〜Ｅ
を設定し、時間：ｔを０に設定してＥＣＲエッチングを
行う。このエッチングを時間：ｔがＴ₁になるまで実行
し、その間、選択比：１を維持するようにパラメータ：
Ａ〜Ｅを制御する。

【００３７】時間：ｔがＴ₁になったら、選択比が０．
５となるように、パラメータ：Ａ〜Ｅの設定し直しを行
う。その後、選択比：０．５を維持するように制御を行
いつつエッチングを行い、時間：ｔ＝Ｔ₂でエッチング
を終了する。

【００３８】図５には、パラメータ：Ａ〜Ｅの設定と、
パラメータ：Ａ〜Ｅの維持に関するフロー図を示す。ス
タート後の、「パラメータ：Ａ〜Ｅの設定」は、選択
比：１または０．５に応じて実行する。図に示すフロー
は、最後の時間が「Ｔ₁」となっているところから明ら
かなように、選択比を１として、時間ｔ＝０からＴ₁ま
でエッチングを行う工程における制御フローを示すもの
である。

【００３９】パラメータ：Ａ〜Ｅが設定されたら、エッ
チングが行われるが、パラメータのうち、温度：Ｂを除
く、他のパラメータ：Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、設定された設
定値を維持するように制御される。

【００４０】温度：Ｂは、選択比：１を維持出来る温度
範囲「ｂ₁≧Ｂ≧ｂ₂」の範囲内に制御され、検出された
温度：Ｂが上限値：ｂ₁以上となったら、冷却装置２８
のパワーを増大させて冷却を強め、下限値：ｂ₂以下に
なったら、冷却装置２８のパワーを弱めて、冷却を弱め
る。

【００４１】図２に於ける（ｂ）は、選択比：１で、時
間：ｔ＝Ｔ₁までエッチングを行った状態である。基板
１００とフォトレジストのパターン物質２００のエッチ
ング速度が等しいので、図のように、パターン物質２０
０の凸球面形状の裾野近傍の部分が正確に基板１００に
彫り写されている。

【００４２】エッチング後半（時間：Ｔ₁〜Ｔ₂）の制御
フローは、図５における、スタート後の第２ステップに
おける時刻設定：「ｔ＝０」を「ｔ＝Ｔ₁」に代え、終
了前の判断ステップの時間判断「ｔ＝Ｔ₁」を、「ｔ≧
Ｔ₂」に代えたものとなる。勿論、温度範囲「ｂ₁≧Ｂ≧
ｂ₂」の上・下限値：ｂ₁，ｂ₂は、制御手段により、選
択比：０．５を維持できる範囲に決定される。

【００４３】図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から選択
比を０．５に落し、時間：ｔ＝Ｔ₂までエッチングを行
った状態を示している。パターン物質２００のエッチン
グ速度：１に対して、基板１００のエッチング速度が１
／２に落ちるため、パターン物質２００がエッチングさ
れるのが相対的に速くなり、エッチング終了後に基板１
００に彫り写された形状は、当初（図２（ａ））におけ
るパターン物質２００の表面形状である「凸球面形状」
の、頂部近傍を「ひしゃげさせた」ような形状になって
いる。このような「非球面形状」は、屈折面として用い
た場合に、空間周波数の高い部分をカットする光学的性
質を持つので、図２（ｃ）に示す光学デバイスは「ロウ
パスフィルタ」の性質を持ったマイクロレンズアレイと
して使用できる。

【００４４】なお、上記実施例において、選択比を終始
一定に保つような場合、一端設定したパラメータ：Ａ，
Ｃ，Ｄ，Ｅを固定し、温度：Ｂのみを制御することによ
っても良好なエッチングを実現できる。これが請求項１
記載の発明に他ならない。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、新規なＥＣＲエッチング装置を提供できる。この発
明のＥＣＲエッチング装置は、上記の如き構成となって
いるので、エッチング条件を所望の条件に制御しつつ、
良好なＥＣＲエッチングを実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を説明するための図であ
る。

【図２】上記実施例装置によるエッチングの１例を説明
するための図である。

【図３】上記エッチングにおける選択比の制御を説明す
るための図である。

【図４】図３のエッチングの手順を示すフロー図であ
る。

【図５】図３のエッチングの制御を示すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１０反応室１６マスフローコントローラ１８マイクロ波発生装置２０高周波発生装置２２圧力計２４保持部２６温度検出手段２８冷却装置（冷却手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山省一東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＥＣＲエッチングを行うための装置であっ
て、反応室内において、エッチング対象物を保持する保持部
を通じて、上記エッチング対象物を冷却する冷却手段
と、上記保持部に保持されたエッチング対象物の温度を検出
する温度検出手段と、この温度検出手段による検出温度に応じて、上記冷却手
段をプログラム制御する制御手段を有することを特徴と
するＥＣＲエッチング装置。
【請求項２】請求項１記載のＥＣＲエッチング装置にお
いて、反応室内に導入する反応ガスの流入量を検出・調整する
マスフローコントローラと、マイクロ波発生装置と、高周波発生装置と、コンダクタンスバルブとを、制御手段がプログラム制御
することを特徴とするＥＣＲエッチング装置。