JPS59232420A - ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はドライエツチング装置に係り、特に、高密度プ
ラズマによる高速エツチングを行うに適したように改良
したドライエツチング装置に関するものである〇 〔発明の背景〕 現在、ドライエツチングの主流は反応性イオンエツチン
グ（以下、ＲＩＥと略称する）である。

第１図は従来のＲＩｇ装置の模式図である。

エツチング室１は、図示しない排気系により、０．５〜
５０Ｐａ程度の範囲で一定圧力になるよう真空排気され
、図示しないガス供給系により、一定流量のエツチング
ガスが流入されている。被加工物であるウェハ５７＆：
載せる下部電極２に高周波電源４を接続し、この下部電
極２に対向する上部電極３をアース電位に接続しである
。エツチング中は、上下対向する２つの電極２，３０間
にグロー放電によりプラズマが発生し、各電極、ｆラズ
マの電位は第２図のようになる。第２図においてＶｌは
数十デルトであるのに対し、下部電極２付近の電位Ｖ２
は、−２００〜−５００ボルトという負の電位となる。

この理由は、プラズマにより、エツチングガスはイオン
化されるが、このイオンとプラズマ中の電子の質量差に
より、電子の方が動きやすく、イオンと電子が電界によ
って力を受け、各電極に引っばられると、電子の方がイ
オンより多く電極に流入するためである。これをセルフ
バイアスとよぶが、上部電極３はアース電位（０ボルト
）であるため、セルフバイアスは起きないが、下部電極
２には、セルフバイアスが発生する。従って下部電極２
近くの電位は、プラズマ電位Ｖ１との間に、急激な電位
勾配（電界）が発生し、プラズマ中のエツチングガスの
イオンはこれによって加速されウェハ５の表面に衝突す
る。またプラズマ中のラソカルも作用してウェハ５の表
面の被エツチング材と化学反応を起こす。このようにし
てエツチングが進行する。

以上がＲＩＥの説明であるが、一般にＲＩＥは低圧力（
Ａｌのエツチングの場合ｎ　９　Ｐａ前後）で行われる
ため、プラズマ中のエツチングガスのイオンや電子の密
度が低く、エツチング速度が遅いという欠点があった。

プラズマの密度を上げる方法として、エツチング室の圧
力を上げタリ、印加する高周波電源のパワーを上げるこ
とが考えられろが、被エツチング材と下地材とのエツチ
ングの速度比（選択比）が悪くなったり、ウェハ表面に
ダメージを与えたりする問題が発生するので好ましくな
（１゜ 従来、低圧力低パワーでプラズマ密度を上げろ方法とし
て、マグネトロン放電を応用し７’（ＲＩＥが提案され
ている。第３図はその原理的説明図である。

真空室１１ば、高周波電源４を印加した下部電極２を介
して上下に仕切られている。上の領域はエツチング室１
２であり、マグネット１６が収納され、マグネット１６
は、駆動系１７によって走査されろ。

マグネット走査室１２は、図示しない高真空排気系によ
り、１０　”　Ｐａ以下の高真空に保たれ、この領域で
は、グロー放電が阻止されている。エツチング室１では
第１図に示したＲＩＥと同様に、グロー放電により、プ
ラズマが発生する。このとき、下部電極２のセルフバイ
アス電圧による電界Ｅと、マグネット１６によって生じ
る磁場Ｂとの交叉、すなわちＥＸＢによって電子はドリ
フト運動を生じ、エツチングガスとの衝突確率が高くな
ってイオン化が促進される。これにより、下部電極２付
近眞ルーグ状の島密度プラズマ領域を作る。この現象が
マグネトロン放電とよばれている。従来のＲＩＥに、こ
のマグネトロン放電機能を付加することで、約１ケタは
どエツチング速度が向上することが報告されているが、
エツチング速度を向上させる要求は、これにとどまって
いない。

また局部的な磁場により、プラズマが高密度化している
領域が狭いため、エツチングの均一性が悪く・均一性を
上げるため、マグネット駆動系１７が必要であるなど装
置が複雑になる欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為され、比較的低・やワー
の高周波電源を印加して、被加工物に損傷を与える虞れ
無く、簡単な構成で被加工物表面を均一にかつ高速でエ
ツチング処理し得るドライエツチング装置を提供するこ
と全目的とする。

〔発明の４既要〕 上記の目的を達成するため、本願の第１の発明は、ＲＩ
Ｅ装置において、電、極間に位置せしめた被加工物を覆
う範囲に磁界を発生せしめる手段を設け、かつ、上記の
磁界の方向全電界の方向とほぼ垂直ならしめるように構
成したこと全特徴とする。

また、上記と同じ目的を達成する為第２の発明は、ＲＩ
Ｅ装置において、電極間に位置せしめた被加工物を覆う
範囲に磁界を発生せしめろ手段を設け、かつ、上記の磁
界の方向が、電極面に垂直な中心線に対して線対称をな
すように構成しｌｒことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、前記の第１の発明の一実施例を第４図乃至第６図
について説明する。

第４図は第１の発明一実施例を模式化して描いた原理的
説明図である。本図において２０はエツチング室１を囲
むコイルであり、２Ｊはコイル２０に直流電流を流した
ときに発生する誘導磁界である。

第５図、第６図は第４図のＡ矢視の平面図である。

電位２２ハ、各点の磁界の方向であり１矢印の長さは磁
界２２の強さを示す。また第６図に示した矢印２３は、
′各点での電子に対し、電界と磁界知よって働くローレ
ンツカ全示し、矢印の長さはローレンツカ囚の強さを示
す。

次に、以上のように構成したドライエツチング装置の使
用方法および作用について説明する。エツチング室１内
にガス供給系（図示せず）からエツチングガス全供給′
シ、排気系（図示せず）により一定のガス圧に保つ。高
周波電源４により、下部電極２と上部電極３との間に高
周波電力を印加し、プラズマを発生させてウェハ５の表
面をエツチングする。上記の作用は第１図に示した従来
の反応性イオンエツチングにおける作用と同様である。

コイル加に矢印Ｊ、にの方向にｉＭ流電流を流すと、ア
ンペアの法則によって誘導磁界２１が発生する。この誘
導磁界２ｊは、第５図に示すように、下部電極２及び上
部電極３に対して常に平行である。

プラズマの電位は、第２図に示したように、下部電極２
．上部電極３の付近では変化が大きく、両電極の間では
、直流的にみると一定値ｖｌであるが、高周波電源４の
位相変化に対応して交流的には変化し、それに伴って電
界も絶えず変化している。

下部電極２と上部電極３との間に生じろプラズマの電界
方向は両電極の電極面に対して垂直な方向であり、イオ
ン、電子は、この電界に引かれてプラズマ中を両電極の
電極面に対して畢直に運動しようとする。

電界方向に動くイオン、電子に、誘導磁界２】が加わる
ことによって、電界と磁界の交叉方向（（、第６図に示
すようなローレンツカ矢印２３を受ける。

第６図は電子の運動方向が上部電極３の方向を向いたと
きのローレンツカ矢印２３全示したもので、イオンの運
動方向はこの矢印ｎと反対方向である。

このローレンツ力により、イオン、電子は回転しながら
両電極間の電界に引かれて運動する。これにより、プラ
ズマ中のエツチングガスとの衝突確率が増え、エツチン
グ速度を上げることができる。

このように、ＲＩＥのプラズマ全体に対し、その電界の
方向と垂直に磁界をかけてやれば、プラズマ全体を効率
よく高密度化でき、簡単な構成で均一性のよいエツチン
グが得られる。以上コイルを用いた電流誘導磁界につい
て述べたが永久磁石を用いた磁界であっても同様の効果
が得られろ。しかし、本実施例のようにコイルによる電
流誘導磁界を用いた場合は、コイルに流す電流を変え、
その結果発生磁界が変わり、プラズマ密度を制御するこ
とも可能となる。プラズマ密度と制御することによって
エツチング速度の調節ができるという効果が得られる。

以上説明したように本願の第１の発明のドライエツチン
グ装置の実施例においてはエツチング室内の上中下対向
電極間のプラズマ全体に対し、電界に垂直な方向に電流
誘導磁界をかけ、プラズマ中のイオンや電子の運動方向
を変えてやれば、プラズマ中のイオンや電子とエツチン
グガスとの衝突確率が急激に増加し、エツチングガスの
イオン化が促進され、小電力の高周波電源によって高速
でエツチングを行い得ろ。高周波電源の印加パワーが小
さいので被加工物であるウニへのダメーノが小さい。

第７図および第８図はそれぞれ本願の第２の発明のドラ
イエツチング装置の実施例を模式化して描いた説明図で
ある。

第７図の実施例ではエツチング室１の下部にリング状の
電磁コイル２４全設置しである。

第８図の実施例ではエツチング室１の周囲に電磁コイル
Ｕ′を設置しである。２５は給電線、２７は電磁コイル
カバー、２８は電極の絶縁台である。

両側ともに電磁コイル冴又は同Ｕ′は上、下の電極３，
２と平行に、かつ同心状に設けである。

エツチング処理室１．アース電位（０ボルト）に接続さ
れた上部電極３．高周波電源に接続された下部電極２．
高周波電源４．電磁コイル２４（又は同２４′）で構成
されたドライ・エツチング装置において、エツチング処
理室ｌは、図示しないガス供給系からエツチング・ガス
が連続的に供給され、図示しない排気系によ−り一定の
圧力に保たれろ。

次に、上部電極３と下部電極２との間に高周波電力全印
加すると、グロー放電により発生したプラズマ６中のイ
オン・ラジカルが下部電極２の中央に置いた被エツチン
グ材であるウェハ５の表面全エツチングする。

ここまでは第１図の説明と同じである。ここでエツチン
グ速度を高める一手段として、イオン化効率の向上は、
電子の運動距離を伸ばし、エツチング用反応ガスとの衝
突密度を高めて、活性イオンを生成することである。本
実施例においては磁界を加えて電子の熱運動による拡散
現象を押えると同時に、プラズマ中の飛行距離を伸ばす
ことにより、イオン化全促進させる。

第７図に示したエツチング処理室１の下部に設置さｉ−
したリング形の電磁コイル冴に、直流電源（図省略）を
接続した状態の一例を第９図ないし第１２図について説
明する。

第１０図はウェハ５を上から見た平面図で、ウェハ５の
下に位置するリング形電磁コイル２４に矢印Ｉで示す方
向に電流を流すと、アン被アの法則により、ウェハ５の
上面よυ下へ突き抜ける方向の誘導磁界１４が発生する
。それはウェハ５面の中心で垂直な軸に線対称の磁界で
ある。これをエツチング室１についてみると、プラズマ
空間、で働く磁界の方向は第９図に示すごとく、該エツ
チング室１の垂直中心軸に線対称の磁界１４となる。こ
こで、電界と磁界の中の電子、イオン（荷電粒子）はロ
ーレンツの力により複雑な運動をする。第９図および第
１０図に示した電界、磁界状態における荷電粒子の運動
を第１Ｊ図に示す。

上下に対向する２枚の平板電極間に生じるプラズマ６の
電界方向は、両電極の電極面に対して垂直な方向であり
、荷電粒子は電界方向に加速され、垂直に運動しようと
する。電界方向矢印１５に加速された荷電粒子は、誘導
磁界１４が加わることにより、ローレンツの力　Ｆ　＝
　ｅｖＢｓｉｎθ（ＭＫＳ単位系〕全受けて、第１１図
に示すごとく回転運動矢印２６を起こす。電界Ｊ５と磁
界］４との交叉角θが９００のとき磁界の影響が最も強
く、実施例のプラズマ空間でに、上部電極３から下部電
極２に向って、だんだん交互角θが／Ｊ’−，さくなる
ため、土部はど磁界１４の影響が強く、荷電粒子の密度
は高くなる。ただし磁束密度は上部はど低くなるので、
中央部で平均化される傾向にある。さらに細かくみるな
らば、磁界］４による荷電粒子のドリフト運動が加わる
ため、荷電粒子の運動は複雑でその飛行距離は大幅に伸
びる。

理想形は第１２図に示すごとく、プラズマ空間の中央部
でエネルギーを貯えた電子全閉じ込めること。つｆリプ
ラズマ密度を上げて、イオン化を促進することである。

第１１図および第１２においては電界１５を一定方向（
矢印１５）として考案したが、本実施例は高周波電源４
によるグロー放電で、電界１５は交流的に変化し、荷電
粒子の運動はさらに複雑になるが、いずれも荷電粒子の
飛行距ｒｆｌ　ｋ伸ばすことになる。

以上に説明した第９図ないし第１２図は、リング形電磁
コイル冴に直流電源を接続した場合の一例であるが、電
流全第１０図の矢印工とに逆の方向に流したり、また電
界１５と磁界１４０強度全制御したり、さらに交流電源
を接続してグロー放電用高周波電源との位相関係を制御
するなどしてドライエツチングの速度を任意かつ精密Ｋ
　市＋制御することができる。このように、本願の第２
の発明を適用した本例に於ては、荷電粒子の飛行距離を
伸ばし、グラズマ密度を上げることにより、プラズマ中
のエツチングガスとの衝突確率が増加し、イオン化効率
が向上でれるので、エツチング速度を上げることができ
る、と同時に均一性のよいエツチングが得られる。また
、最大のメリットは低電力、低圧力でエツチングの高速
化が図れるため、デバイス（ウェハ表面）のダメージが
押えられることである。

そして木矢絶倒のように電極面と平行に設けたリング状
のコイルによって磁界を発生させると・簡単な構成で荷
電粒子の飛行距離を伸はすことができ、その上、エツチ
ング進行速度の制御が容易である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本願の第１の発明は、ＲＩＥ装置
において、電極間に位置せしめｆｃ被加工物を覆う範囲
に磁界を発生せしめる手段を設け、かつ、上記の磁界の
方向を電界の方向とほぼ垂直ならしめるように構成する
という簡単な構成で、低パワーの高周波電源を用いて被
加工物に損傷を与える虞れ無く、被加工物表面全均−妊
かっ高速でエツチング処理することができる。

また、本願の第２の発明に、Ｒ［装置において、電極間
に位置せしめた被加工物を覆う範囲に磁界全発生せしめ
る手段を設け、かつ、上記の磁界の方向が、電極面に垂
直な中心線て対して線対称をなすように構成することに
より、前記第１の発明と同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図に反応性イオンエツチングの説明図、第２図はエ
ツチング室内の電位分布を示す図表、第３図はマグネト
ロン放電を付加したイオンエツチングの説明図である。 第４図は第１の発明装置の原理全説明するための模式図
である。第５図及び第６図は第４図のＡ矢視平面図で、
第５図はＧ界を示し、第６図はローレンツ力を示してい
る。第７図及び第８図はそれぞれ第２の発明装置の実施
例の説明図、第９図及び第１０図はそれぞれ上記実施例
における磁界分布の説明図、第１１図及び第１２図ｔま
それぞれエツチング室内における荷電粒子の運動の説明
図である。 １・・エツチング室、２・・・下部電極、３・・・上部
電極、４・・・高周波電源、５・・・ウェハ、６・・・
ｆシズマ、１１・・・真空室、１２・・・マグネット走
査室、１４・・・誘導磁界、１５・・・電界方向、１６
・・・マグネット、１７・・・マグネット駆動系、加・
・・コイル、２Ｊ・・・誘導磁界、ｎ・・・ローレンツ
力、２４　、２４’・・・リング状の電磁コイル。 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実第１図 ム’ｊ　２図 第３図 ＝ 第４図 第５周 ｇ’ｌ’７６図 云１′５７図 痩８図 三、；９図 つ、′；１０１ 第１１図 ２６ 第１２図 ６ ８３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応性イオンエツチング装置において、電極間に位
   置せしめた被加工物金覆う範囲に磁界全発生せしめる手
   段を設け、かつ、上記σ）磁界の方向を電界の方向とほ
   ぼ垂直ならしめろように構成したこと全特徴とするドラ
   イエツチング装置。 ２、前記の磁界を発生せしめろ手段はコイルであること
   全特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のドライエツ
   チング装置。 ３、　反応性イオンエツチング装置において、電極間に
   位置せしめた被加工物全覆う範囲に磁界を発生せしめる
   手段を設け、かつ、上記の磁界の方向が、電極面に垂直
   な中心線に対して線対称をなすように構成したことを特
   徴とするドライエツチング装置。 ４、前記の磁界を発生せしめる手段は、電極面と平行に
   設けたリング状のコイルであることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載のドライエツチング装置。