JPH10270423A - エッチング装置 - Google Patents

エッチング装置

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JPH10270423A
JPH10270423A JP9073063A JP7306397A JPH10270423A JP H10270423 A JPH10270423 A JP H10270423A JP 9073063 A JP9073063 A JP 9073063A JP 7306397 A JP7306397 A JP 7306397A JP H10270423 A JPH10270423 A JP H10270423A
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茂 白米
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英士 福本
Makoto Koizumi
真 小泉
Tetsunori Kaji
哲徳 加治
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】バッファ室１００を介して真空処理室１０
１にウェハを投入する所謂ロードロック式の装置におい
て、真空処理室１０１内のステージ電極１０２及び上部
電極１０４の間隙に水平方向成分が支配的な磁場を形成
するために、真空処理室１０１上に設置された第１のコ
イル１０６、該コイルと対向した第２のコイル１０７及
び両コイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を
含む垂下型コア付シールド１０８を具備している。 【効果】本発明を用いると、バッファ室から真空処理室
への搬送系を複雑にすることなく、平行電極の間隙近傍
に置いて水平成分が支配的な磁場を形成できる。該磁場
と高周波電界の相互作用により高速エッチング処理が可
能なエッチング装置を低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波電界による
プラズマを用いたエッチング装置に係わり、特に高周波
電界に対して垂直方向を主とする磁場を印加してエッチ
ング性能の向上が図かれるエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ用材料の微細加工工程にはにはプ
ラズマエッチング技術がよく用いられる。プラズマ放電
の方式としては平行平板に高周波電力を印加する方式が
簡便であるが、さらに高真空で高密度のプラズマを形成
する技術としてに前記平行平板間に磁場を印加する方式
が近年注目されている。例えば、ジャパニーズ・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス、第３４巻（１
９９５年）６２７４頁〜６２７８頁に記載されているよ
うに、永久磁石を用いてウェハに対して平行な磁場を均
一性±５％のレベルで形成しており、磁場強度の増大に
伴うエッチング速度の増大が確認されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例では、
永久磁石を用いてウェハに対して平行な磁場を形成して
いるが、一般に磁気特性を制御して永久磁石は生産する
ことは困難であり、量産用エッチング装置に採用する場
合、各装置毎のエッチング特性のばらつきを引き起こす
要因となる。さらに、上述した従来例ではエッチング室
のウェハ周辺を取り囲むように永久磁石を配置している
ため、隣接したバッファ室を経由してのウェハの搬送が
困難であり、搬送系統が繁雑になり、エッチング装置の
製造コストも高くなるという課題があった。
【０００４】本発明の目的は、真空処理室内に具備され
た高周波印加用の平行平板電極間に該電極面の周辺にコ
イルを設置することなく、該電極面に対して水平成分が
支配的な磁場を形成可能なエッチング装置を提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ウェハに対して垂直方向に高周波電界を印加するプ
ラズマエッチング装置において、該ウェハ設置面及び搬
送経路より上方に対向、設置した一対或いは３〜９個の
コイル及び該コイル内を貫通・垂下した構造を有する磁
性体により前記ウェハ近傍において水平成分が主となる
磁場を形成するユニットを構成したものである。
【０００６】本発明では、対向した一対或いは３〜９個
のコイルを用いて磁場を形成しており、永久磁石のよう
な個体差は無く、各エッチング装置に置いて設計仕様に
忠実な磁場を形成できる。また、前記コイルはウェハ設
置面及び搬送経路より上方に設置されているため、隣接
したバッファ室からのウェハの搬送も容易に行える。ま
た、前記コイル内を貫通・垂下した構造を有する磁性体
を具備することにより前記ウェハ近傍がコイル対向スペ
ースより外側であっても、該領域において形成される磁
場は、ウェハに対して水平方向成分が支配的となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施例１ 本発明の一実施例を図１に示すエッチング装置概略図、
及び図２に示すコイル形状図、並びに図３に示すヨーク
形状図を用いて説明する。
【０００８】本発明によるエッチング装置は、バッファ
室１００を介して真空処理室１０１にウェハを投入する
所謂ロードロック式の装置であり、前記真空処理室１０
１にはウェハを搭載するステージ電極１０２が具備さ
れ、バイアス印加用の第１の高周波電源１０３が接続さ
れている。該ステージ電極１０２と対向して上部電極１
０４が具備され、プラズマ形成用の第２の高周波電源１
０５が接続されている。前記した第１の高周波電源１０
３及び第２の高周波電源１０５からの電力を効率良く投
入するためにマッチングボックス等を用いて入反射電力
の制御を行うことは言うまでもない。
【０００９】上記ステージ電極１０２及び上部電極１０
４の間隙に水平方向成分が支配的な磁場を形成するため
のユニットは、真空処理室１０１上に設置された第１の
コイル１０６、該コイル１０６と対向した第２のコイル
１０７及び両コイル内を貫通し、垂下した構造を有する
磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８からなってい
る。エッチングガスの供給は流量コントローラ１０９を
介して所望の材料ガスボンベ１１０より供給される。
【００１０】上述した第１のコイル１０６、該コイル１
０６と対向した第２のコイル１０７の形状は図２（ａ）
の鳥瞰図で示すように矩型コイル２００が対向してお
り、図２（ｂ）の上面図に示すように両コイルはステー
ジ電極２０１を挟んで平行に対向している。各コイルの
形状を対向方向から見た形状は図２（ｃ）に示すように
矩型の枠に巻つけた形状をしている。各コイルを流れる
電流の向きは矩型の上辺部において同一方向に流れるよ
うに設定すれば、磁場の向きは一方から他方に向かう磁
場が形成できる。
【００１１】また、第１のコイル１０６、該コイル１０
６と対向した第２のコイル１０７内を貫通し、垂下した
構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８
の貫通、垂下部のコア形状は図３（ａ）の鳥瞰図及び図
３（ｂ）コイルの対向方向から見た形状図に示すように
貫通部３００及び垂下部３０１の何れも断面が矩型であ
る。また、垂下型コア付シールド１０８の材質は、比透
磁率が１００〜１００００の範囲にある磁性体が有効で
あり、なかでも鉄を主材料としたものが簡便である。
【００１２】本発明によれば、上記ステージ電極１０２
及び上部電極１０４の間隙において水平方向成分が支配
的な磁場が形成できる。また、磁場の均一性も各々のコ
イルに近づくにつれ磁場強度は大きくなる傾向はある
が、上記ステージ電極１０２上領域に限れば±１０％程
度の均一性に抑えることができる。その結果、磁場を印
加することにより、エッチング速度の均一な増大を図る
ことができる。
【００１３】本一実施例では、ステージ電極１０２及び
上部電極１０４は、第１のコイル１０６と第２のコイル
の対向スペースより下方の真空処理室１０１内に設置さ
れているが、前記コイルの設置方法の工夫或いはステー
ジ電極１０２及び上部電極１０４に上下可動機構を付加
することにより元来水平方向成分が支配的なコイルの対
向スペース内の磁場を有効に利用するとともにバッファ
室１００を介したウェハの搬送を行うことも可能であ
る。しかし、この場合の装置構造は複雑になりコスト高
となる。
【００１４】また、プラズマ形成用の第２の高周波電源
１０５の周波数とステージ電極１０２及び上部電極１０
４の間隙における磁場強度を電子サイクロトン共鳴を満
たす条件に設定し、然る圧力範囲で放電することにより
一層の高密度プラズマを形成できる。その例として、第
２の高周波電源１０５の周波数が商用周波数である６８
ＭＨｚを代表とする５０〜１００ＭＨｚの範囲であり、
磁場強度がそれらの周波数に対応して２４ガウス或いは
１０〜５０ガウスの範囲に設定すれば良い。
【００１５】上述した高周波電界と磁場の相互作用を起
こす領域は、ステージ電極１０２と上部電極１０４の間
隙において、電子サイクロトン共鳴を活かす場合は上部
電極１０４近傍になり、マグネトロン放電を活かす場合
にはステージ電極１０２の近傍になる。
【００１６】上述した一実施例では第１のコイル１０
６、該コイル１０６と対向した第２のコイル１０７の形
状は図２に示したような矩型型のコイルを用いている
が、図４に示すように湾曲型コイル４００の凹部を対向
させてステージ電極４０１を挟むようにしても同様の効
果が得られる。その場合、上記垂下した構造を有する磁
性体を含む垂下型コア付シールド１０８は前記湾曲部を
有する鞍型コイルに適合した形状となる。該湾曲部を有
する鞍型コイルを用いることにより、コイルの占めるス
ペースを小さくできるメリットがある。
【００１７】上述した一実施例で用いたコイル形状は図
２（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように、コイル巻形状の
高さは一定であり、コイル対向スペースにおいて均一な
磁場を形成するのに好適である。しかし、磁場条件及び
エッチング条件によっては、均一な磁場が必ずしも良好
なエッチング特性をもたらさない。該要因として、電場
と磁場の相互作用によるドリフト効果によりプラズマ中
の電子の偏在化が上げられる。この影響を回避する為の
手段として、磁場強度をドリフトの方向に対して変える
ことによりプラズマの均一化を図る方法がある。
【００１８】コイルを用いて磁場強度分布を変える手段
として、図５のコイル形状図に示す巻形状のように高さ
を横方向に対して変えることが挙げられる。
【００１９】また、図６の垂下型コア形状図に示すよう
にコイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含
む垂下型コア付シールド１０８の貫通部６００の高さを
変化させることにより磁場強度分布を変えるが可能とな
る。磁場強度分布に変化を与える他の方法として、図７
のコイル配置図に示すように対向する第１のコイル７０
０と第２のコイル７０１のコイル面が１０〜６０°の範
囲で角度θをなしてステージ電極７０２位置を挟むよう
に設置することにより磁場強度分布を変えるも可能であ
る。
【００２０】実施例２ 本発明の他の実施例を図８に示すエッチング装置概略
図、図２に示すコイル形状図、及び図９に示すヨーク形
状図を用いて説明する。
【００２１】本発明によるエッチング装置は、バッファ
室８００を介して真空処理室８０１にウェハを投入する
所謂ロードロック式の装置であり、前記真空処理室８０
１にはウェハを搭載するステージ電極８０２が具備さ
れ、バイアス印加用の第１の高周波電源８０３が接続さ
れている。該ステージ電極８０２と対向して上部電極８
０４が具備され、プラズマ形成用の第２の高周波電源８
０５が接続されている。
【００２２】前記した第１の高周波電源８０３及び第２
の高周波電源８０５からの電力を効率良く投入するため
にマッチングボックス等を用いて入反射電力の制御を行
うことは言うまでもない。
【００２３】上記ステージ電極８０２と上部電極８０４
の間隙に水平方向成分が支配的な磁場を形成するための
ユニットは、真空処理室８０１上に設置された第１のコ
イル８０６、該コイルと対向した第２のコイル８０７及
び両コイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を
含む垂下型コア付シールド８０８からなっている。該垂
下型コアの先端は真空処理室８０１内にステージ電極８
０２と上部電極８０４と横近傍に至るまで垂下してい
る。
【００２４】エッチングガスの供給は流量コントローラ
８０９を介して所望の材料ガスボンベ８１０より供給さ
れる。上述した第１のコイル８０６、該コイルと対向し
た第２のコイル８０７の形状は図２（ａ）の鳥瞰図で示
すように矩型のコイルが対向しており、図２（ｂ）の上
面図に示すように両コイルはステージ電極８０２を挟ん
で平行に対向している。各コイルの形状を対向方向から
見た形状は図２（ｃ）に示すように矩型の枠に巻つけた
形状をしている。各コイルを流れる電流の向きは矩型の
上辺部において同一方向に流れるように設定すれば、磁
場の向きは一方から他方に向かう磁場が形成できる。
【００２５】また、第１のコイル８０６、該コイルと対
向した第２のコイル内をコイル内を貫通し、垂下した構
造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド８０８を
挟んでバッファ室８００から真空処理室８０１にウェハ
を投入するためには、前記垂下部のバッファ室８００側
のコアには図９（ａ）の鳥瞰図及び図９（ｂ）コイルの
対向方向から見た形状図に示すように垂下部９０１にウ
ェハをやり取りするスリット９０２が設けられている。
【００２６】本一実施例によれば、垂下型コアの先端は
真空処理室８０１内のステージ電極８０２と上部電極８
０４の間隙の横近傍に至るまで垂下しているので、前記
電極間隙において垂直成分の殆ど無い水平磁場を形成で
きる。
【００２７】また、磁場の均一性も各々のコイルに近づ
くにつれ磁場強度は大きくなる傾向はあるが、上記ステ
ージ電極８０２上領域に限れば±５％程度の均一性に抑
えることができる。その結果、磁場を印加することによ
り、エッチング速度の均一な増大を図ることができる。
【００２８】また、プラズマ形成用の第２の高周波電源
８０５の周波数とステージ電極８０２及び上部電極８０
４の間隙における磁場強度を電子サイクロトン共鳴を満
たす条件に設定し、然る圧力範囲で放電することにより
一層の高密度プラズマを形成できる。その例として、第
２の高周波電源８０５の周波数が商用周波数である６８
ＭＨｚを代表とする５０〜１００ＭＨｚの範囲であり、
磁場強度がそれらの周波数に対応して２４ガウス或いは
１０〜５０ガウスの範囲に設定すれば良い。
【００２９】上述した一実施例では第１のコイル８０
６、該コイルと対向した第２のコイル８０７の形状は図
２に示したような矩型型のコイルを用いているが、図４
に示すように湾曲部を有する鞍型コイルの凹部を対向さ
せて用いても同様の効果が得られる。その場合、上記垂
下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド
８０８は前記湾曲部を有する鞍型コイルに適合した形状
となる。該湾曲部を有する鞍型コイルを用いることによ
り、コイルの占めるスペースを小さくできるメリットが
ある。
【００３０】実施例３ 本発明の他の実施例を図１０及び図１１に示すコイル配
置図を用いて説明する。エッチング装置の概略は上述し
た実施例１及び実施例２と同様であるが、コイル及びコ
イル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂
下型コア付シールドの個数及び配置が後述するように異
なる。
【００３１】本一実施例では図１０のコイル配置図に示
したようにステージ電極Ａ０を囲むように６個のコイル
Ａ１〜Ａ６を配置している。各コイル及び前記垂下型コ
ア部Ａ７の形状は上述した実施例１及び実施例２と基本
的には同じである。各コイルを流れる電流の向きを第１
の時間帯ではＡ１、Ａ２、Ａ３に対してＡ４、Ａ５、Ａ
６が逆方向となるように設定し、第２の時間帯ではＡ
２、Ａ３、Ａ４に対してＡ５、Ａ６、Ａ１が逆方向とな
るように設定し、該要領で各コイル電流を時間変調する
ことによりステージ電極Ａ０上の磁場の向きを回転させ
ることが可能である。磁場回転の周波数は５〜５０Ｈｚ
程度が好適であるが、さらに高速回転にしても同様の効
果はある。前記電流の時間変調は位相を変えた電流の供
給或いはスイッチング素子を用いたデジタル制御等でも
実現できる。
【００３２】本一実施例では、ステージ電極Ａ０上の磁
場の向きを回転させることが可能であるため、上述した
実施例１及び実施例２の場合に比べ、磁場の均一性が向
上すると共に、電場と磁場の相互作用によるドリフト効
果によりプラズマ中の電子の偏在化が緩和される。
【００３３】また、本実施例のように６個のコイルを設
置すると、コイル設置間隔の影響により起磁力が僅かな
がら低下し、均一性も変わる。該影響を抑制する為に
は、図１１に示すように、コイルＢ１〜Ｂ６内を貫通、
垂下した垂下型コア部Ｂ７の幅を拡げることが有効であ
り、隣接する垂下型コア部Ｂ７と接触する程度まで幅を
拡げても構わない。
【００３４】本一実施例では６個のコイルを用いて回転
磁場を形成しているが、 ３個以上のコイルを用いて実
現可能であり、コストの面から３〜９個程度のコイルを
用いることが適当である。
【００３５】
【発明の効果】本発明を用いると、真空処理室上に設置
した対向コイルを用いて、真空処理室内の上部電極及び
ステージ電極近傍において、該電極に対して水平方向成
分が支配的な磁場を均一性良く、形成できる。そのた
め、前記電極による電場と水平磁場の相互作用により電
極間のプラズマ密度を高めることが可能であり、エッチ
ング速度の向上を図ることが可能である。また、本発明
では真空処理室内にコイル等を設置していないため、バ
ッファ室を経由したステージ電極上への試料の搬送系が
簡便となり、装置のコストが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のエッチング装置の概略図で
ある。
【図２】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図３】本発明の一実施例の垂下型コア形状図である。
【図４】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図５】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図６】本発明の一実施例の垂下型コア形状図である。
【図７】本発明の一実施例のコイル配置図である。
【図８】本発明の他の実施例のエッチング装置概略図で
ある。
【図９】本発明の他の実施例の垂下型コア形状図であ
る。
【図１０】本発明の他の実施例のコイル配置図である。
【図１１】本発明の他の実施例のコイル配置図である。
【符号の説明】
１００…バッファ室、１０１…真空処理室、１０２…ス
テージ電極、１０３…第１の高周波電源、１０４…上部
電極、１０５…第２の高周波電源、１０６…第１のコイ
ル、１０７…第２のコイル、１０８…垂下型コア付シー
ルド、１０９…流量コントローラ、１１０…材料ガスボ
ンベ、２００…矩型コイル、２０１…ステージ電極、３
００…貫通部、３０１…垂下部、４００…湾曲型コイ
ル、４０１…ステージ電極、６００…貫通部、６０１…
垂下部、７００…第１のコイル、７０１…第２のコイ
ル、７０２…ステージ電極、８００…バッファ室、８０
１…真空処理室、８０２…ステージ電極、、８０３…第
１の高周波電源、８０４…上部電極、８０５…第２の高
周波電源、８０６…第１のコイル、８０７…第２のコイ
ル、８０８…垂下型コア付シールド、８０９…流量コン
トローラ、８１０…材料ガスボンベ、９００…貫通部、
９０１…垂下部、９０２…スリット、Ａ０…ステージ電
極、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６…コイル、、
Ａ７…垂下型コア部、Ｂ０…ステージ電極、Ｂ１、Ｂ
２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６…コイル、Ｂ７…垂下型コ
ア部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 真 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 加治 哲徳 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】真空処理室内にて半導体基板上の所望の材
    料をパターン加工するエッチング装置において、真空処
    理室内に具備された平行平板電極の間隙において該電極
    面に対して平行な成分が支配的な磁場を形成するユニッ
    ト及び前記電極に高周波電界を印加するユニットを具備
    していることを特徴とするエッチング装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記平行平板電極の間
    隙において該電極に対して平行な成分が支配的な磁場を
    形成するユニットが、前記真空処理室の上に対向・設置
    された一対或いは３〜９個のコイル、及び該コイルを覆
    い且つ一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁
    性体により形成されていることを特徴とするエッチング
    装置。
  3. 【請求項３】請求項２において、前記真空処理室の上に
    対向・設置された一対或いは３〜９個のコイルの巻形状
    が、断面が矩型の枠に巻付けた形状を有することを特徴
    とするエッチング装置。
  4. 【請求項４】請求項２において、前記真空処理室の上に
    対向・設置された一対或いは３〜９個のコイルの巻形状
    が、断面の高さが横方向に対して徐々に増加或いは減少
    している枠に巻付けた形状を有することを特徴とするエ
    ッチング装置。
  5. 【請求項５】請求項３又は４において、前記真空処理室
    の上に対向・設置された一対或いは３〜９個のコイル面
    が湾曲しており、凹面を対向させていることを特徴とす
    るエッチング装置。
  6. 【請求項６】請求項２において、前記真空処理室の上に
    対向・設置された一対のコイルの両面が１０〜６０°の
    角度をなして設置されていることを特徴とするエッチン
    グ装置。
  7. 【請求項７】請求項２において、前記コイルを覆い且つ
    一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体の
    コイル内貫通部の断面形状が矩型であることを特徴とす
    るエッチング装置。
  8. 【請求項８】請求項２において、前記コイルを覆い且つ
    一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体の
    コイル内貫通部の断面形状の高さが横方向に対して徐々
    に増加或いは減少していることを特徴とするエッチング
    装置。
  9. 【請求項９】請求項２において、前記コイルを覆い且つ
    一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体の
    垂下部の先端がコイル中心線より下方にあり、且つ真空
    処理室の上にあることを特徴とするエッチング装置。
  10. 【請求項１０】請求項２において、前記コイルを覆い且
    つ一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体
    の垂下部の先端がコイル中心線より下方にあり、且つ真
    空処理室内の平行平板電極の間隙の近傍にあること特徴
    とするエッチング装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、前記上述したコイ
    ルを覆い且つ一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有
    する磁性体の垂下部の先端がコイル中心線より下方にあ
    り、且つ真空処理室内の平行平板電極の間隙の近傍にあ
    り、前記磁性体の垂下部に穿ったスリットを通して半導
    体基板の搬送する機構を有すること特徴とするエッチン
    グ装置。
  12. 【請求項１２】請求項２において、前記コイルを覆い且
    つ一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体
    が比透磁率が１００〜１００００の範囲にあることを特
    徴とするエッチング装置。
  13. 【請求項１３】請求項２において、前記コイルを覆い且
    つ一部がコイル内を貫通、垂下した構造を有する磁性体
    が鉄を主成分としていることを特徴とするエッチング装
    置。
  14. 【請求項１４】請求項２において、前記真空処理室の上
    に対向・設置されたする３〜９個のコイルに時間変調し
    た電流を流すことにより、真空処理室内の平行平板電極
    の間隙の近傍の磁場を回転させる機構を有することを特
    徴とするエッチング装置。
  15. 【請求項１５】請求項１４において、前記位相の異なる
    コイル電流による真空処理室内の平行平板電極の間隙の
    磁場の回転数が１分間に５〜５０回転程度であることを
    特徴とするエッチング装置。
  16. 【請求項１６】請求項１において、前記平行平板電極の
    間隙に該電極面に対して平行な成分が支配的な磁場の磁
    力線密度が１０〜５０ガウスの領域を含み、前記電極に
    印加する高周波の周波数が５０〜１００ＭＨｚ前後の範
    囲にあることを特徴とするエッチング装置。
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