JPS5987818A - イオンエツチング装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体素子製造に用いられるドライエツチン
グ装置、特にリアクテイフイオンビームエソチング（Ｒ
ＩＢＥ）装置に関するもので、特定の質量数をイＪする
イオンのみを重点的に照射してエツチング″Ｊる構造を
有するものである。

従来例の構成とその問題点 半導体素子の微細化に伴いトライエツチングが用いられ
ている。このドライエツチングでは、被エツチング物例
えばシリコン、アルミニウム、モリブテン等と反応し、
比較的蒸気圧の高い化合物をつくる元素多くの場合はノ
・ロゲン（塩素、フッ素、臭素）を含むガスを放電して
より活性化し反応させて除去するエッチフグ方法である
。

シリコンの場合には、ＣＦ４＋　ＣＦ２Ｃｌ２＋　ＣＦ
Ｃｌ３．ＳＦ６などが多く用いられている。寸だアルミ
ニウムでは、ｃｃｌ、　ＣＦＣｇｓ、　ＢＧｌｓ＋　５
ｉＧｌａなどが用いられている。

ドライエツグーングでは、被エツチング物とそれ以外の
他の物質とのエツチングレートの差があ捷り大きくでき
ないという欠点はあるが、微細化のだめの異方性エツチ
ング（膜厚方向のみにエツチングできる）が可能なだめ
、１μｍ〜２μｍの加工にはなくてはｋらない加工方法
である。

しかしながらこのエツチング方法では、反応性のガスを
用いるだめ、電子によってイオン化さオしてからの変化
も複雑で、電極刊近にできるシースの様子もなかなか制
御しにくい。その上、単にエツチング反応のみが優先的
に進行するのではなく、逆反応や競合反応例えば重合反
応も並行して起こるため、再現性を維持する事が困難で
ある。

この問題を解決するためにリアクティブイオンビームエ
ツチング（ＲＩＢＥ）装置が開発されつつある。リアク
ティブイオンエツチング（ＲＩＥ）では、反応活性種の
生成とエツチングが同一の場所でなされ、反応種もラジ
カルとイオンの双方であるのに対し、ＲＩＢＫでは、イ
オンのみを選び出して加速して照射する。従ってラジカ
ルの作用をＲＩＥよりは低減できるし、加速電圧も任意
に決める事ができる々と制御用にすぐれている。

ところが、こうした反応性ガスから生成するイオン種は
一種類ではなく主なものでも数種類程度が存在する。こ
れらのイオンの反応性は一様では＋　　　　　＋ なく、例えばＯＦ４とＣ，Ｆ　ｓでは、異なったエツチ
ング特性を与える（　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｓｉ
　ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｒｕｃｈｉｎｇ
　＋　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆＱｍｐＯ８ｉｕｍ
　Ｏｎ　Ｄｒｙ　Ｐｒｏｃｅｓｅｓ　３ｒｄ　１９８７
゜ｐ１７）。

従って電子衝撃によって生成するイオン種の比率が変化
すれば当然エツチング特性は変化するわけで、事実マス
フラグメンテーションによる研究で、電子衝撃電圧によ
り、分解生成したフラグメントイオンの比率が異なる事
が知られており、電子のエネルギー分布、イオンの引き
出し電圧等が、装置内の汚染や附着物によって変化すれ
ば再現性が低下してしまう。

微細加工のだめには、精度、再現性、制御性が重要で、
よりすぐれたエツチング装置が求められているが、充分
要望に答え得る装置は見い出されてい々い。

発明の目的 ング装置を提供する事を目的とする。

発明の構成 従来、複数のイオンの橙かから特定のイオンを選び出す
装置としては、磁場型の質量分析器と、四ｍｌｋマスフ
ィルターが知られている。このうち磁場型の質量分析器
は、磁場を用いてイオンの運動方向を変えるため大型と
在り磁場を形成するだめの電源もかなり太きい。まだ大
型のだめ真空度は平均自由工程の関係から１０　　Ｔｏ
ｒｒより上げる必要があるが、この真空度は、エツチン
グに用いＴｏｒｒ、　ＲＩＢＨでも１０　　Ｔｏｒｒ程
度である。

一方電気四重極を用いたマスフィルターは、非常に簡便
小型でかつ１０　　Ｔｏｒｒ程度で動作させる事ができ
る。

間に、マスフィルターに類似した構造を有する事によっ
て、特定のイオンのみを通過させ、再現性制御性にすぐ
れたエツチングが可能である事を見い出しだ。

通常マスフィルター内部のイオンが通過する断面は、せ
いぜい直径１０酊程度で分解能は６００くらいが普通で
あるが、本発明では、断面を直径２０〜１００πｍ程度
とする必要がある。その結果分解能は、１０〜１００程
度に低下するが、ＲＩ　ＢＥ架装置は、各イオン間の質
量差は、ハロゲン原子１個分に相当するので、高い分解
能は必要ではない。

実施例の説明 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図、第２図は、本発明の一実施例にかかるイオンエ
ツチング装置の構成の機略を示す図である。

第１図、第２図において、１は基板ホルダー、２はウェ
ハー、３は四重極電極、４は引き出し電極、６はイオン
源である。

基板ホルダー１上にウェハー２が設置され、四重電極３
により構成されるマスフィルタ一部を通してイオンが供
給される。イオン源６１−．１：、各科のタイプが可能
であるが、第１図ではＥＣＲ放電タイグを、また第２図
ではマグネトロン放電タイプ〜 を示しである。この他に平板平板間放電によるイオン源
なども可能である。

従来のマスフィルターの用いられ方としては、分析用の
だめイオン密度が低く従って通過しないイオンによる電
極部の汚染やスパックリングは問題とされなかったが、
本発明の様に半導体素子の微イ１１１加工に用いる場合
には、大きな問題となる。

特にエツチング特性の再現性は是非とも確保しなければ
力ら々い。以下電極および排気の仕方について説明する
。

第３図は本発明の装置の電極、ガス導入部および排気の
仕方について説明しへもので、１は基板ホルダー、２は
ウェハー、３は四重極電極、４は引き出し電極、６はイ
オン源、６はガス導入部である。

ガス導入部６からエツチングガスが導入されイオン源５
内でイオンが発生し、引き出し電極４に極電極によって
特定のイオンのみウェハー２寸で到達し、他のイオンお
よび中性ガスは電極のすき間から矢印７のごとく排気さ
れる。

この様な構成により、四重極電極の汚染を少なくして再
現性が向上している。尚必要に応じて四重極電極、引き
出し電極、壁などをセラミックでコーティングする事も
できる。

さらにウェー・−を四重極電極、引き出し電極に対して
バイアス電圧を印加する事もできる。また、四重極電極
とウェハーとの間に第２の加速電極をもうければ、特定
のイオンの運動エネルギーを一層制御できる。

本発明では特定のイオンを一種類妬限定する必要はない
。例えば四重極電極に印加する周波数をスキャニングし
複数のイオンを一定の比率で取り出す事や、エツチング
の進行に対応して取り出す・イオン種を変える事もでき
る。

第４図は、Ｆ　とＣＦ３を一定の割合（２：１）で取り
出しだ例である。時間軸は任意であるが、１０〜１０　
秒程度が適当である。

第６図は、はじめＣＦ３＋を取り出し、エツチングの進
行に伴ってＦ＋に切り換えだ例である。時間ＱｑＩｔは
、秒から分程度である。

置の状態が変化し生成するイオンの構成が変化し７ても
影響を受ける事が少ない。従って再現性、制御性が向上
する。イオン種、イオンエネルギー値、イオン密度、を
おさえる事によりエツチング特性を任意に変化でき、高
精度々工′ノチングヵ汁Ｊ能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例イオンエツチング装置
の概略構成を示す図、第３図は本発明の他の実施例のイ
オンエツチング装置の概略構成図、第４図、第５図は本
発明の装置。の使用方法のイオン取出し状態例を示す図
である。 １・・・・・・基板ホルダー、２・・・・・・ウェハー
、３・・・用四爪極電極、４・・・・・・引き出し電極
、６・・・用イオン源。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 ニニニニーニニー４ 第２図 第３図 畔　閘

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源で生成したイオンを照射してエツチング
   するとともに、前記イオン源と被エツチング物との間に
   電気四重鞠により構成されたマスフィルターを有するこ
   とを特徴とするイオンエツチング装置。
2. （２）被エツチング物に任意のバイアス電位がかけられ
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオ
   ンエツチング装置。
3. （３）マスフィルターの電極に多数の小孔を有Ｌ７、こ
   の電極を経由して排気することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載のイオンエツチング装置。
4. （４）マスフィルターを通過するイオン種を変化させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン
   エツチング装置。