JPH0752730B2 - 電極組立物及びプラズマ装置 - Google Patents
電極組立物及びプラズマ装置Info
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- JPH0752730B2 JPH0752730B2 JP62238579A JP23857987A JPH0752730B2 JP H0752730 B2 JPH0752730 B2 JP H0752730B2 JP 62238579 A JP62238579 A JP 62238579A JP 23857987 A JP23857987 A JP 23857987A JP H0752730 B2 JPH0752730 B2 JP H0752730B2
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Description
もので、特にリアクティブドライエッチング装置または
プラズマディポジション装置のようなプラズマ方法の装
置に用いられる電極組立に関するものである。
の選択された区域上に付着または成長される段階,また
はウエハの選択された区域がイオン注入法のような技術
によって変成され、異なる組成の層間に所要の結合を生
ずるようにした段階が含まれる。
ぐためホトレジスト層を与える工程を含む。多くの場
合、ホトレジスト層は、ウエハの表面に二酸化シリコン
の層を作るためウエハの表面を適当な酸化雰囲気,例え
ば酸素中で加熱した後に行われる。その後、ホトレジス
ト層で保護されなかった区域から二酸化シリコンの層を
取除くため、ウエハをエッチングする必要があり、それ
により、その後の処理,例えばスパッタリングまたはイ
オン注入法のため、下層のシリコン基板を露出させる。
そのようなエッチングの目的は、異方性エッチングの効
果を上げる,即ちホトレジスト層によって保護されなか
った表面にのみエッチングを行い、シリコン下層の表面
に垂直な方向にのみエッチングを行い、またホトレジス
ト層の縁のアンダーカットを行う横方向エッチングを避
けることにある。
なくともホトレジスト層のなかった区域にウエットエッ
チングが行われる。そのようなエッチングに用いられる
バスは、かなり健康上及び安全上危険なフッ化水素酸の
ような有毒化学物質を含む。更にエッチング溶液の使用
は製造工程を複雑にする。また、エッチングは、二酸化
シリコン層の全域において等方的に行われ、ホトレジス
ト層の縁に不可避的にアンダーカットを生じ、ホトレジ
ストによって保護された区域を正確に区画できなくす
る。
し、例えば二酸化シリコン層の除去に用いられる。この
場合、エッチングされるウエハは、ヘキサフルオロエタ
ンまたはヘキサフルオロエタンとトリフルオロメタンの
混合物のようなエッチングガスの雰囲気にさらされ、同
時にプラズマ抜取状態におかれる。プラズマ抜取はF+イ
オンとCF3 +イオン,同時にCF3基を生ずるものと考えら
れ、これらのリアクティブ類は二酸化シリコンと反応し
て取除き、下のシリコン基板を露出させる。
ラズマディポジションのための装置を発表したが、そこ
では、無線周波数(13.56MHz)が多数のフェライトマグ
ネットを有する接地円筒状真空室内に設けられた多管状
銅カソードに与えられるもので、そのマグネットは間隔
をおいて室の周縁に配列され、各マグネットは室に関し
て半径方向の磁軸を有し、室の周縁に交互の磁性をもっ
て配置されている。
を有する室に入れることもできる。更に詳細なことは、
1985年11月26〜29日Cachanにおける3me Symposium I
nternational sur le Gravure Seche et le Dpt P
lasma en Microelectronique,に提出された文書の145頁
〜153頁「Triode HF confinement multipolaire pou
r racteur de gravure ou de dpt」で明らかで
ある。
ラズマを生ずるマイクロウエーブの用法は、C.Pomot他
による1986年1/2月J.Vac.Sci.Technol.,B4(1)の1〜
5頁に記載されている。この装置は、円筒形真空室を有
し、安全上の理由から、永久磁石に接続された接地電位
で作動するようになっている。
Mantei他による1983年6月のAppl.Phys.Lett.43(1)
の84〜86頁に、Extended Abstracts of the Electroche
mical Society Meeting,Vol.86−2(1986)418頁のア
ブストラクトNo.279に、そして、1985年4月Solid Stat
e Technology 263〜265頁に記載されている。それ等の
マグネットは、接地されたと見られる真空室の壁の周囲
に設けられている。ホットタングステンフィラメントが
プラズマを生ずるのに用いられる。しかし、ホットタン
グステンは、それが比較的短時間の作動で焼失してしま
うので不都合であり、またフィラメントから飛散した物
質が、ウエハまたは基板を汚すおそれがある。
いで済み、「クリーンルーム」の使用と両立できる状態
でエッチングを行うことができるが、大部分の場合、ま
だ従来の方法では中庸のエッチング率,即ち1分あたり
50ナノメータまたはそれ以下で、IC製造の全工程中最も
遅い段階の一つとなっている。結局、使用できる何れの
エッチングもIC製造工程のネックとなっている。
された方法及びそのための装置で、高度の異方性エッチ
ング率,即ち毎分500ナノメータまたはそれ以上のオー
ダ,例えば毎分700ナノメータを達成するようなものが
望ましい。また、高度の異方性エッチングが達成でき、
飛散するフィラメント物質による汚染のないリアクティ
ブドライエッチング方法及び装置が望ましい。
ディポジションが利用できる。この方法は、またはグロ
ウ(glow)ディスチャージ ディポジションまたはプラ
ズマ エンハンスド ケミカル ブエイパ ディポジシ
ョンとして知られている。例えば、シリコンの層はプラ
ズマ発生状態中にシランの雰囲気にウエハをさらすこと
により与えることができる。しかし、従来の方法は比較
的進行が遅く、ICの製造に用いるとネックとなってい
た。
を用いた円筒多極電磁壁の用法は、B.Drevillon他によ
る1980年10月1日のAppl.Phys.Lett.37(7).646〜648
頁に記載されている。この方法はホットフィラメントを
使用するが、それは使用中に焼失し、シリコン層を汚染
する。
ラズマディポジション方法及び装置が望まれる。
良された電極組立を提供しようとするものである。本発
明は更に、ドライアクティブエッチング及びプラズマデ
ィポジションの率を高めることができる電極組立及びそ
れと協働する装置を提供せんとするものである。更に、
公知の方法に比較して高度の処理率を有するプラズマ発
生状態中の反応ガスによる基板処理方法を提供する。ま
た更に本発明は、飛散する物質による汚染のない電極組
立及びそのためのプラズマ装置を提供せんとするもので
ある。
取付手段と、孔を有する主電極と、該主電極を真空室の
本体から絶縁する手段と、主電極を無線周波数または直
流電源に接続する手段と、前記孔内または孔に近接して
取付けられ主電極から電気的に絶縁された補助電極と、
孔内に磁力線を生ずることにより孔の壁に接近して電子
をとらえる磁石手段とを有し、その磁力線は孔の壁から
曲線をなして伸びて壁に戻り、孔の壁のほぼ長手方向に
伸びる多数の区域の各一つを越える円弧をなすようにし
たことを特徴とするプラズマ方法の装置に用いられる電
極組立が提供される。主電極は直流電源または無線周波
数源に接続される。
される基板を支持する基板テーブルと、基板テーブルを
電源に接続する手段と、孔を有する主電極と、該主電極
を真空室の本体から絶縁する手段と、主電極を無線周波
数または直流電源に接続する手段と、前記孔内または孔
に近接して取付けられ主電極から電気的に絶縁された補
助電極と、孔内に磁力線を生ずることにより孔の壁に接
近して電子をとらえる磁石手段で、その磁力線は孔の壁
から曲線をなして伸びて壁に戻り、孔の壁のほぼ長手方
向に伸びる多数の区域の各一つを越える磁石手段と、真
空室を空にする真空ポンプ手段と、真空室内に反応ガス
を導入して基板を処理する手段とよりなる,反応ガス雰
囲気中のプラズマ形成状態で基板を処理するためのプラ
ズマ装置を提供する。
の端部に適当に配置される。しかし、好ましい構造にお
いては、主電極はその中に形成された空洞を有し、その
中に補助電極が空洞の底の少なくとも一部を形成してい
る。補助電極は主電極より絶縁され、好ましくは絶縁リ
ングが両者を分けている。
スイッチが補助電極を浮動電位にするよう、または接地
するように設けられる。
から開口への深さを変えることができる。好ましい形状
では円筒形壁を有し、孔は円形断面を有する。しかし、
孔は楕円形または多角形断面でもよい。
樽形にしてもよい。
に結合された多数の細長い磁石とよりなり、各磁石は孔
に対しほぼ長手方向に配列され、かつその磁軸が孔に対
し半径方向に配置され、極性が極板周囲に交互になって
いる。好ましくは永久磁石が用いられるが、電磁石でも
よい。
を有するものが用いられ、例えば1Kガウスから2Kガウス
の間のものが用いられる。そのような磁界は、サマリウ
ム−コバルト磁石によって得られる。
め、磁力線が一つの磁石の北極から隣接する磁石の各南
極へ孔の壁の長手方向区域を越えて円弧を形成する。こ
の場合、一連の多数の開放端磁石トンネルを形成し、各
トンネルは主電極の孔の長手方向に伸びる。この磁界は
プラズマ生成物内の電子をとらえ、またプラズマ密度を
上げる。主電極が線周波数源に接続されると、一部の電
子は補助電極または隣接のアース面に逃げ、それにより
主電極上に適当な負電圧,例えば−10ボルトから−50ボ
ルトの間の負電圧を誘導する。しかし、そのような自己
バイアス電圧は、あまり高くするとスパッタリングされ
る物質が基板を汚すので上げるべきではない。
れの無線周波数源として用いられる。また、単一の無線
周波数源が用いられ、その出力が主電極と基板テーブル
とに分けられる。
として公式に認められている13.56MHzである。
状態は低圧,好ましくは10-4ミリバール以下の作動を含
む。代表的には5×10-4ミリバールから10-2ミリバー
ル,例えば2×10-3ミリバールである。
ドライエッチング方法では、例えばSiF4またはSiCl4の
ようなシリコンハロゲン化物またはフルオロカーボン,
ヘキサフルオロエタンまたはヘキサフルオロエタンとト
リフルオロメタンの混合物のような反応ガスがよい。塩
素とフッ素を含む物質,例えばCF2Cl2でもよい。代表的
なプラズマディポジション方法では、反応ガスはシラン
(SiH4)である。
ボルト,一方、基板テーブルの電圧は、−100ボルトか
ら−200ボルトの間である。
は、円形断面を有する真空室1を有し、その壁全体は符
号2によって示されており、底板は符号3で示される。
シール(図示せず)が底板に設けられており、壁2との
間の真空気密シールをもたらしている。真空室の上部
は、壁2と後述する電極組立物を含むのであるが、便利
にも油圧ラムにより底板3より持ち上げることができ、
よって、真空室1の内部へ接近できるようになってい
る。
5が取付けられる円形開口4を形成している。一個また
はそれ以上の孔6が従来の方法で壁2に設けられてお
り、真空室1内の圧力を適切な低圧,例えば約10-4ミリ
バールに下げることのできる真空ポンプ(図示せず)と
の連結を形成している。
られ、図示されれた装置内においてリアクティブドライ
エッチングにさらされるシリコンウエハ9を支持してい
る。ウエハ9を基板台7に保持するために留めリング
(図示せず)が設けられている。基板台7は真空ポンプ
(図示せず)との連結部を備えており、真空ポンプによ
り、シリコンウエハ9と基板台7との間に真空をもたら
すことができる。その後ヘリウムを例えば2から15ミリ
バールの圧力でウエハ9と基板台7との間に導入し、こ
れら二個の物体間に良好な温度伝導性をもたらす。従来
の冷却装置(図示せず)が、使用中の台7を例えば水の
冷却液の手段によって冷却するように用いられる。この
台7にウエハ9を支持し、冷却する装置は従来のもの
で、これ以上説明の必要はない。台7は更に、10で示す
無線周波数電源に容量的に接続されている。
開口4に支持される環状内側ハウジング11よりなる。内
側ハウジング11の上端には、絶縁リング14によって右内
側ハウジングとは電気的に隔離されたガスヘッド本体13
が支持されている。
ハウジング11に支持されている。複数の永久棒磁石16が
極板15の円筒形内側面に縦方向に固定されている。入手
可能な最も強力な磁石,例えばサマリウム−コバルト磁
石を用いるのが好ましい。標準的にこのような磁石は、
約1から2キロガウスの場の強を呈する。第2図に示す
ように、32個の磁石16がある。しかし、磁石16の数が偶
数でさえあれば、より多くのあるいは少ない数,例えば
30またはそれ以下(例えば24)あるいは40またはそれ以
上(例えば48)の磁石を用いてもよい。これらは、極板
15の内周縁に等間隔に、これらの最長面が極板15の軸と
略平行に配置されて設けられている。しかしながら、第
3図に示すように、それらの磁軸が極板15に対して半径
方向に配置されているので、それぞれの北及び南極(第
3図ではNとSで図示)は磁石の最短寸法の方向に分れ
ており、磁石16は極板15の内周縁に交互の極性をもって
配置されている。
ジング17がある。ガスヘッド本体13はその下面に、標準
的にはアルミ合金製の補助電極18を支持しており、これ
もまた便利にもアルミ合金製の遮断リング19に囲まれて
いる。
状溝21がある。溝20,21は、隣接する磁石16の間の空間2
2を介して相互に連絡している。溝20,21及び空間22は、
これによって使用中に磁石16と極板15を冷却することの
できる冷却液(例えば水)の通路を形成する。符号23,2
4は冷却液供給及び排出管を示す。隔壁25,26が第4図に
示すように溝20,21に設けられ、冷却水が規定の通路を
たどるようになっている。
れている。壁2は接地されている。補助電極18は、もし
スイッチ28が閉じられているならば接地,スイッチ28が
開いたままならば浮動電圧を採用可能のどちらかになっ
ている。
混合気を導入するための補助電極13を通るガス通路を示
す。明快にするため、第1図には少しのガス路29しか図
示されていない。しかし、当該技術に熟知した者には、
エッチングガスの最適な分配は、電極18上に適切な形状
で比較的多くの通路29を配置することによって得られる
ことが理解されよう。あるいはエッチングガスは、補助
電極18の周縁から、即ちガス路31を介して、この電極と
絶縁リング14との間の小さな間隙30によって導入しても
よい。
5の孔33に伸び、孔33の縦方向に伸びてその軸線に平行
な領域34を円弧状に越えて孔の壁に戻る磁力線32を示
す。これらの磁力線は、孔33の無線周波数供給電圧の影
響下で形成されたプラズマより電子をとらえ、孔33の中
心部におけるガスが電子を奪われ、F+及びCF3 +イオン等
の自由陽イオンを含む状態にする。領域34を越える磁力
線によって形成される円弧の端はあいているので、電子
のいくつかは補助電極18に逃れることができる。これ
は、無線周波数電極の内側ハウジング11の表面の負バイ
アスの上昇を招くことになり、その結果、基板台7は、
陽イオン(例えばF+及びCF3 +)を引付ける負電圧に偏向
し、従って、基板のこのようなイオンによるボンバード
メントを促進し、よってエッチング率を高める。
体13への冷却液(例えば水)の供給のための注入及び排
出連結を示す。エッチングガスは、ガス通路29に孔38を
介して供給される。
を底板3から離して上げることによってあけられる。次
に、所定のパターンにホトレジスト層が印刷された二酸
化シリコンの被覆層を有するシリコンウエハ9が基板台
7に置かれ、所定の場所に留められる。真空室1の上部
を下して底板3に戻した後、ウエハ9の背後にとらえら
れていた少量の空気は、次に真空下で吸引され、ウエハ
9と台7との間の空間に約10ミリバールの圧力のヘリウ
ムが充満される。台7のための注入口23,35への冷却液
(例えば水)の供給も作動される。次に真空室を10-5ミ
リバールまたはそれ以下の圧力に、通路6を介して真空
化する。これは、二またはそれ以上の段階にポンプを作
用させることによって達成できる。即ちポンプ作用の始
めの段階ではロータリーオイルシールポンプを用い、後
の段階では高真空ポンプを用いる。次に反応ガス,例え
ばC2F6または20:1のC2F6:CHF3のモル混合気が室1に孔3
8及びガス路29を介して、あるいはガス路31及び間隙30
を介して、制御された速度で導入される。反応ガスの導
入速度は、予め決められられた圧力,例えば約2×10-3
ミリバールを真空室1内が主に受けるように制御され
る。そして無線周波数電源10,27を作動し、スイッチ28
を閉じる。標準的に、無線周波数電源10によって送られ
る電力は75ワットである一方、無線周波数電源27によっ
て送られる電力は約1キロワットである。これによっ
て、真空室1内でのライラックグロウの発達によって示
される反応プラズマが形成される。磁石16によって形成
された磁界パターンによって、プラズマの密度が高めら
れる。極板15の電圧の測定により、極板15はおよそ−30
ボルトの電圧に偏向されている一方、基板台7はおよそ
−200ボルトの誘導電圧を得ることが示される。このよ
うな条件下で認められた二酸化シリコンのエッチング率
は約毎分500ナノメータあるいはそれ以上で、有利な条
件では毎秒700ナノメータにもなるエッチング率が達成
できた。更に、ウエハのエッチングの均一性は大変良
い。また、下に敷かれたシリコン層が露出するまでは、
ホトレジストによって保護されないウエハ9の部分から
は高度な異方性エッチングが認められた。従って、残っ
ている唯一の二酸化シリコンはホトレジストの下の層で
あるので、次に横方エッチングが起こり、それによりホ
トレジスト層のアンダーカットを誘導することとなる。
従って、ホトレジストによって保護されなかった区域が
二酸化シリコン層を露出した後、顕著な量の横方向エッ
チングがいくらかでも行われる前に、エッチングを停止
することが重要である。
ラズマ分解によるシリコンの付着といったシリコンウエ
ハ等の基板上の物質のプラズマディポジションに使用す
ることも可能である。
が、当該技術を熟知したものには、必要な無線周波数電
力を単一の電源より引出し、必要に応じて分配し、電極
及び基板台に必須電圧を生ずるようにできることが理解
されよう。このような電圧は、特に上部電極18の場合に
は、内側ハウジング11上の酸化アルミ層の顕著なスパッ
タリングが起こる値よりも小さな値に制御すべきであ
る。
アス電圧を生じさせるように説明したが、代わりに、こ
の電極に供給された直流電位によって装置を操作するこ
とも可能である。
導入は負荷ロックが設けられている。この方法によれ
ば、室1をその上部を持ち上げることによって開ける段
階を省略できる。
に確立し維持するには、実施するにあたって固定ボル
ト,そのための絶縁スリーブ,留め金,Oリング,ガスケ
ット等の他の部品が必要なことは当該技術に熟知した者
には理解されよう。このような装備の部品は、従来の慣
例に従って必要に応じて設けられる。
ライエッチング装置の垂直断面図、第2図は第1図のA
−A線における水平断面図、第3図は第2図の部分拡大
図、第4図は電極組立物の磁石組立物の垂直断面図であ
る。
Claims (14)
- 【請求項1】電極組立物を真空室内に取付けるための取
付手段と、孔を有する主電極と、該主電極を真空室の本
体から絶縁する手段と、主電極を無線周波数または直流
電源に接続する手段と、前記孔内または孔に近接して取
付けられ主電極から電気的に絶縁された補助電極と、孔
内に磁力線を生ずることにより孔の壁に接近して電子を
とらえる磁石手段とを有し、その磁力線は孔の壁から曲
線をなして伸びて壁に戻り、孔の壁のほぼ長手方向に伸
びる多数の区域の各一つを越える円弧をなすようにした
ことを特徴とするプラズマ装置用の電極組立物。 - 【請求項2】孔が空洞であり、その中に補助電極が空洞
の底の少なくとも一部を形成していることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の電極組立物。 - 【請求項3】補助電極が接地されるように配設されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
に記載の電極組立物。 - 【請求項4】孔がほぼ円筒形壁を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1項に
記載の電極組立物。 - 【請求項5】磁石手段が環状の極板と、該極板に磁気的
に結合された多数の細長い磁石とよりなり、各磁石には
孔に対しほぼ長手方向に配列され、かつその磁軸が孔に
対し半径方向に配置され、磁性が極板周囲に交互になっ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
4項のいずれか1項に記載の電極組立物。 - 【請求項6】磁石が極板の内側に位置していることを特
徴とする特許請求の範囲第第5項に記載の電極組立物。 - 【請求項7】極板が円筒状の内外面を有することを特徴
とする特許請求の範囲第5項または第6項に記載の電極
組立物。 - 【請求項8】主電極がアルミニウムまたはアルミニウム
合金被覆を有することを特徴とする特許請求の範囲第1
項ないし第7項のいずれか1項に記載の電極組立物。 - 【請求項9】被覆が孔への円筒状ライニングを含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第8項に記載の電極組立
物。 - 【請求項10】真空室と該真空室内で処理される基板を
支持する基板テーブルと、基板テーブルを電源に接続す
る手段と、プラズマ形成用の電極組立物と、真空室を空
にする真空ポンプ手段と、真空室内に反応ガスを導入し
て基板を処理する手段とよりなる、反応ガス雰囲気中の
プラズマ形成状態で基板を処理するためのプラズマ装置
であって、該電極組立物は電極組立物を真空室内に取付
けるための取付手段と、孔を有する主電極と、該主電極
を真空室の本体から絶縁する手段と、主電極を無線周波
数または直流電源に接続する手段と、前記孔内または孔
に近接して取付けられ主電極から電気的に絶縁された補
助電極と、孔内に磁力線を生ずることにより孔の壁に接
近して電子をとらえる磁石手段とを有し、その磁力線は
孔の壁から曲線をなして伸びて壁に戻り、孔の壁のほぼ
長手方向に伸びる多数の区域の各一つを越える円弧をな
すようにした、プラズマ装置。 - 【請求項11】主電極が無線周波数源に接続されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の装置。 - 【請求項12】分割した無線周波数源が主電極と基板テ
ーブルのそれぞれの無線周波数源として用いられること
を特徴とする特許請求の範囲第10項または第11項に記載
の装置。 - 【請求項13】単一の無線周波数源が用いられ、その出
力が主電極と基板テーブルとに分けられていることを特
徴とする特許請求の範囲第10項または第11項に記載の装
置。 - 【請求項14】主電極が直流電源に接続されていること
を特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の装置。
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