JPH0774465B2 - エツチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空容器内に収納された試料をドライエッ
チングするエッチング装置に関し、特に、イオンビーム
エッチングとイオンエッチングとを切替え可能にしたエ
ッチング装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のエッチング装置の一例を示す概略図で
ある。この装置はイオンビームエッチング装置であり、
真空容器16内に、駆動装置20によって高速回転させられ
るディスク18が設けられており、当該ディスク18上の周
辺部には複数枚の試料22が装着されている。そしてこの
試料22にイオン源２からイオンビーム14を照射してエッ
チングするようにしている。

詳述すると、イオン源２は、この例ではECR形イオン源
であり、プラズマを作るためのプラズマ室４、プラズマ
閉じ込めのための磁場コイル６、プラズマ室４からイオ
ンビーム14を引き出すための引出し電極系８等を備えて
おり、プラズマ室４には、マイクロ波発振器10からマイ
クロ波電力が供給され、図示しないガス源から流量調節
用のマスフローコントローラ12を介してガス（例えば反
応性ガス）が供給され、それによって当該イオン源２か
ら例えば反応性イオンを含むイオンビーム14が引き出さ
れる。

イオン源２からのイオンビーム14の経路上には、当該イ
オンビーム14を断続する可動式のシャッタが設けられて
いる。26はその駆動装置である。また28および30は、シ
ャッタ24あるいはディスク18に照射されるイオンビーム
14のビーム電流計測用のアンプである。尚、ディスク18
およびシャッタ24はアースからそれぞれ絶縁されてい
る。

試料22は、例えば第５図に示すように、例えばシリコン
から成る基板221の表面を例えば酸化シリコンから成る
エッチング層222で覆い、更にその上を所望のパターン
をしたレジスト223で覆ったようなものである。

試料22をエッチングするに際しては、例えば、シャッタ
24等を用いてイオンビーム14のビーム電流を所定値に調
整した後、当該シャッタ24を開いて高速回転しているデ
ィスク18上の試料22にイオンビーム14を照射する。これ
によって各試料22は、例えば第５図中に破線で示すよう
に、そのレジスト223のパターンに従ってエッチング層2
2がエッチングされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようにイオンビーム14を用いて試料22のエッチン
グを行う場合、エッチングの前段階ではイオンビーム14
のエネルギーが高くても試料22のエッチングによる損傷
部分（例えば格子欠陥等の部分）は次の段階のエッチン
グによって削り取られるため問題となりにくいけれど
も、エッチングの終了段階になるとこの損傷部分が試料
22内にある程度残り、これが当該試料22を用いてデバイ
ス等を製作する上で種々の問題を引き起こす。

これに対しては、エッチングの終了段階付近でイオンビ
ーム14のエネルギーを極力低下させて試料22の損傷を極
力抑える考えがあるけれども、そのようにすると、イオ
ン源２の特性からイオンビーム14のビーム電流が必然的
に著しく低下し、そのためエッチングレートが低下して
生産性の面で新たな問題が生じる。

そこでこの発明は、試料の損傷を極力抑えると共にエッ
チングレートの低下を防ぐことができるエッチング装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のエッチング装置は、真空容器内に収納された
試料をドライエッチングする装置において、前記試料に
イオンビームを照射するイオン源と、前記試料の近傍に
プラズマを生成するプラズマ生成手段と、前記イオン源
を動作させることと前記プラズマ生成手段を動作させる
こととを切り替える切替え手段とを備え、前記イオン源
からイオンビームを引き出してそれをディスク上の試料
に照射することと、前記プラズマ生成手段によってディ
スク上の試料の近傍にプラズマを生成することとを切り
替えて行うよう構成したことを特徴とする。

〔作用〕

イオン源を動作させれば、試料に対して大きなエッチン
グレートでしかも異方性に優れたイオンビームエッチン
グが行われる。プラズマ生成手段を動作させれば、試料
の損傷を極力抑えつつ大きなエッチングレートでイオン
エッチングが行われる。そして切替え手段によって、エ
ッチングの前段階ではイオン源を動作させてイオンビー
ムエッチングを、エッチングの後段階ではプラズマ生成
手段を動作させてイオンエッチングを行わせることがで
き、これによって試料の損傷を極力抑えると共にエッチ
ングレートの低下を防ぐことができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るエッチング装置を
示す概略図である。第４図と同一または対応する部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

この実施例においては、イオン源２は従来と同様のもの
であり、プラズマ生成手段は、前記ディスク18およびシ
ャッタ24を電極として兼用し、更にマスフローコントロ
ーラ36、高周波電源38等を備えている。切替え手段は、
スイッチ40a、40b、制御装置48等を備えている。

ディスク18とシャッタ24間には、図示しないガス源から
マスフローコントローラ36を介してプラズマ生成用のガ
ス（例えば反応性ガス）が供給される。高周波電源38
は、スイッチ40a、40b等を介して、ディスク18とシャッ
タ24間に、高周波（マイクロ波を含む。例えば13.56MH
z）の電圧を印加する。これによって試料22を装着して
いるディスク18とシャッタ24間に高密度のプラズマ50を
生成することができる。

スイッチ40aは、ディスク18の電気的接続を前記アンプ3
0と高周波電源38とに切り替える。スイッチ40bは、例え
ばスイッチ40aと連動しており、シャッタ24の電気的接
続を前記アンプ28とアースとに切り替える。制御装置48
は、例えば後述する計数装置46からの信号に応答して、
イオン源２、高周波電源38、スイッチ40a、40等を制御
する。

上記装置の動作の一例を説明する。例えば最初からエッ
チングの所定段階、例えば試料22の損傷が問題になる終
了段階付近まではイオンビーム14を用いて試料22をエッ
チングする。即ち、まず例えば荒引用の真空排気装置32
および高真空引用の真空排気装置34を用いる等して真空
容器16内を所定の真空度（例えば10^-4〜10^-5Torr程度）
に排気しておき、シャッタ24を閉じておいてイオン源２
から所望の大きさのイオンビーム14を引き出し、アンプ
28等を介してビーム電流を計測して所望のものにする。
その際、スイッチ40b（及び40a）は計測側Ａにしてお
く、その後シャッタ24を開いて、高速回転しているディ
スク18上の試料22にイオンビーム14を照射して各試料22
をエッチングする。

その場合、試料22に対する損傷の問題は後のプラズマ50
によるイオンエッチングにより解決することができるの
で、イオンビーム14のエネルギーを高めてエッチングす
ることができ、従って大きなエッチングレートで、しか
もイオンビームエッチングであるから異方性に優れたエ
ッチングを行うことができる。

次にエッチングが所定段階、例えば上述した終了段階付
近に達したら、イオンビーム14を停止させその代わりに
プラズマ50を発生させて試料22をエッチングする。

その場合、エッチングが所定段階に達したことの検出
は、例えばエッチングの時間管理をする等の公知の手段
によっても良いけれども、ここでは、ディスク18上に１
枚の試料22の代わりに装着された検出体42と検出装置44
および計数装置46から成るエッチング量検出装置を用い
ている。検出体42は例えば第２図に示すように、試料22
のエッチングされる領域、即ちエッチング層222と同一
物質から成る層422と、層422とは異物質から成る薄膜層
423とが交互に積層されたものを基板421上に有する。薄
膜層423の積層の間隔Ｔは任意のもので良いけれども、
等間隔とする方が後述する計算等が容易となるので好ま
しい。検出装置44は、例えば発光分析装置あるいは質量
分析装置であり、検出体42中の薄膜層423がエッチング
されたことを、発光分光分析法あるいは質量分析法等に
よって検出してその度に例えばパルス状の検出信号Ｓを
出力する。その一例を第３図に示す。計数装置46は、例
えばカウンタ等を備えており、検出装置44からの検出信
号Ｓの数を数える。

ディスク18上の検出体42は、イオンビーム14によって
（あるいは後述するプラズマ50によって）試料22と共
に、それとほぼ同一のエッチングレートでエッチングさ
れ、上記のような検出信号Ｓが得られる。この場合、薄
膜層423の間隔Ｔは予め定まっているので、上記検出信
号Ｓの数は検出体42のエッチング量（エッチング厚
み）、ひいては試料22のエッチング量に対応している。
従って、試料22の任意の段階におけるエッチング量を、
（検出信号Ｓの数）×（間隔Ｔ）で正確に検出すること
ができる。

従って例えば上記のようなエッチング量検出装置を用い
て、試料22のエッチングが終了段階付近（例えば最終エ
ッチング量の前記間隔Ｔで言えば一つ二つ手前）まで進
行したことを検出し、例えばその信号を制御装置48に与
える。制御装置48はそれに応答して、イオン源２の動作
を停止させ、代わりに高周波電源38等のプラズマ生成手
段の動作を開始させる。

即ち、シャッタ24を閉じ、イオン源２の運転を停止す
る。そしてマスフローコントローラ36を介して前述した
ようなガスを真空容器16内に供給し、スイッチ40a、40b
をプラズマ発生側Ｂに切り替え、高周波電源38からディ
スク18とシャッタ24間に前述したような高周波電圧を印
加する。その場合、真空容器16内の真空度は、例えば高
真空引用の真空排気装置34を停止させる、あるいは荒引
用の空気排気装置32のみを運転する等して、プラズマ50
の生成に都合の良い真空度（例えば10^-1〜10^-2Torr程
度）にする。

これによって、高速回転しているディスク18とシャッタ
24間には常に一定の高密度プラズマ50が生成され、ディ
スク18上に装着されている複数枚の試料22および検出体
42は当該プラズマ50の領域を通過し、その際にプラズマ
50の中のイオンによってエッチングされる。この場合、
エッチングレートは大きく、しかもイオンの持つエネル
ギーは小さい（例えば数十eV程度）ので試料22に与える
損傷は非常に小さい。従って試料22に損傷を与えること
を極力抑えつつ、また見方を変えれば先工程のイオンビ
ームエッチングで発生した損傷部分をイオンエッチング
で削り取りつつ、試料22を所定の最終段階までエッチン
グすることができる。エッチングが当該最終段階に達し
たことは前述したエッチング量検出装置で検出され、そ
れによってプラズマ50の発生を停止してエッチングを停
止する。

従って上記のようなエッチング装置によれば、試料22の
損傷を極力抑えると共にエッチングレートの低下を防ぐ
ことができる。

尚、上記においては、制御装置48を用いて自動的にイオ
ン源２の動作と高周波電源38等のプラズマ生成手段の動
作とを切り替える例を説明したけれども、制御装置48を
設けずに例えばマニュアルスイッチ等によって両動作を
切り替えるようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、同一の試料に対して、
イオンビームエッチングとイオンエッチングとを切り替
えて行うことができ、それによって試料の損傷を極力抑
えると共にエッチングレートの低下を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るエッチング装置を
示す概略図でる。第２図は、第１図の装置に用いられて
いる検出体の一例を拡大して示す部分断面図である。第
３図は、第１図の検出装置から出力される検出信号の一
例を示す概略図である。第４図は、従来のエッチング装
置の一例を示す概略図である。第５図は、試料の一例を
示す部分断面図である。 ２……イオン源、14……イオンビーム、16……真空容
器、18……ディスク、22……試料、24……シャッタ、38
……高周波電源、42……検出体、44……検出装置、46…
…計数装置、48……制御装置、50……プラズマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に収納された試料をドライエッ
   チングする装置において、前記試料にイオンビームを照
   射するイオン源と、前記試料の近傍にプラズマを生成す
   るプラズマ生成手段と、前記イオン源を動作させること
   と前記プラズマ生成手段を動作させることとを切り替え
   る切替え手段とを備え、前記イオン源からイオンビーム
   を引き出してそれをディスク上の試料に照射すること
   と、前記プラズマ生成手段によってディスク上の試料の
   近傍にプラズマを生成することとを切り替えて行うよう
   構成したことを特徴とするエッチング装置。