JPS6046378A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、マグネトロン放電を利用したドライエツチン
グ装置の改良に係わり、特にアルミニウムのエツチング
に好適するドライエツチング装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、集積回路は微細化の一途を辿り、最近では最少寸
法が１〜２［μｍ］の超微細素子も試作されるに至って
いる。このような微細加工には、通常平行平板型（セを
イｉする真空排気された容器内に、ＣＦ４等の反応性ガ
スを導入し、試料載置の電極（陰極）に高周波電力を印
加することによりグロー放電を生じせしめ、プラズマ中
の正イオンを陰極面上に生じる陰極効！Ｊ！電圧によっ
て加速し、このイオンを試料に垂直に入射さゼて該試料
を物理科学反応によりエツチングするいゎゆる反応性イ
オンエンブーングン去（ＲＩ　Ｅ　：　Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅ　ＪｏｎＥ　ｔｃｈｉｎｇ）が用いられている。しか
し、この平行平板？８極によるＲＩＥでは、ガス解餌効
果の比較的低いグロー放電を用いているため、例えばＣ
Ｆ４十Ｈ２ガスを用いたＳｉＯ２のエツチング速度は高
々３００〜５００［人］テアリ、１　［μｍ］股厚の８
１０２をエツチングする°のに３０分以上ものＢ１間を
要し、倒産の点で極めて不都合である・このため、エツ
チング速度の高速化が望まれている。

これに対し本発明者等は、高周波電力印加の陰極下に永
久磁石からなるｔａ場発生手段を設け、マグネトロン放
電により高速エツチングを可能としたドライエツチング
装置を開発したく特願昭５５−１７３８２１号）。この
装置の原理は、第１図に示す如く永久磁石１の閉ループ
を形成する磁極間隙２に発生する磁界３と、この磁界３
に直交するように陰極上に発生する電界４とにより、電
子５をサイクロイド運動させ、導入した反応性ガスとの
衝突頻度を大幅に増加させて多りの反応性イオンを発生
させることにある。なお、図中６は被エツチング試料を
示している。その結果、多色のイオンが試料に垂直に入
射することに、なり、高速の異方性エツチングが達成さ
れる。

しかしながら、この呻の装置にあっては次のような問題
があった。すなわち、前記磁極間隙２を静止したままだ
とトラック状に発生する高密度のマグネトロン放電領域
７のみしかエツチングされず、試Ｆ１６全体を均一にエ
ツチングするため。

は磁極間隙２を試料の長径より太きく操Ｈ−ａｔ、要が
ある。第２図は、ＣＦ４ガスによりＳｉＯ２をエツチン
グしたときのエツチング速度をＦａｌ　ｒＥＩ　Ｉツシ
カらの距離の関数として測定した結果を示ス特性図であ
る。なお、このとき！ｉ磁極間隙は第３図に示す如く試
料６のエツジから３０［ｓ　］離して静止させておいた
。第２図から、試料エツジ付近では１０秒間のエツチン
グで約１０００〜２０００［人］エツチングされ、試料
エツジより内側となる程エツチング速度が遅くなること
が判る。

前記操作の戻り時間が例えば０．０５秒と高速であった
としても、約８０回の操作で２秒間磁極間隙２を試料６
の両側に静止させたことと等価となり、したがってこの
操作回数において、第３図に示す状態でエツチングされ
る試料エッヂの深さは５００［Ａ］に近い値となる。こ
のような周辺の領域の速いエッチングが試料全体の均一
エッチング性を低下させる要因となる。これを防止する
手法として磁極極間隙２の操作幅を広げることが考えら
れるが、この場合装置の大形化や工ッチング速度の低下
等を招き、将来の大口径化（６インチ以上）への対応が
困ガとなる。

この問題を解決すべく本発明者等は、最近第４図に示す
如きドライエッチング装置を提案した（特願５８−４９
１４２号）−この装置では・永久磁石１９を無限軌道の
一方向に操作すること。

により、高密度プラズマ領域３２も一方向に移動するこ
とになり、試料１８上の任意の点において高密度プラズ
マ領域３２に″される時間が等しいものとなる。したが
って、従来問題となっていたエッチングの不均一性を解
決すすことが可能となり、実際ＳｉＯ２膜及びポリＳｉ
膜の均一性は４インチウェハ１数［％］以下と非常に良
好なエッチングが達成され、ＬＳ１製造工程への適用が
可能なものとなった。

しかしながら、アルミニウム膜のエツチングにおいては
、上記の装置用いても次の二つの問題が有り、３ｉ０２
？ポリＳ′等０ようｔ：ＬｓＩ製造装置への適用が困難
となっている。その一つは、アルミニウム膜のエッチン
グ均一性が悪く・例えば４インチウ・ハの均一性は２０
「％Ｊ以上にも達すると言うことである。また、もう一
つは磁場を用いた上記ドライエツチング装置でアルミニ
ラムをエツチングした場合には、第５図に示す如くレジ
ストマスク４１で覆われた通常エラチンフサれない部分
のアルミのパターン４２がレジストと共に一部破壊され
てしまうことである。

そこで本発明者等は、これらの問題について鋭意研究を
行ない、次のような事実を明らかにした。第６図はエツ
チング均一性について調べた結果て第７図に示す如きエ
ツチング至の排気口１３ｂから試料１８までの距離とエ
ツチング速度との関係を示したものである。この図から
明らかなように、エツチング速度は排気口１３ｂに近い
ほど速く、排気口１３ｂから離れるに従って急激に減少
する傾向を示す。この原因は、通常アルミニウムのエツ
チングに使用しているＢＣｌ３　、ＣＣ４、ＣＩ２．８
ｉＣｌ＋等のエツチングカス、また試料のアルミニウム
の反応によって生じる烏化アルミニウム蒸気圧が低いた
め排気されにくく、排気口から遠い所では試料上に付着
し、その後の反応を抑制するためと考えられる。従って
、アルミニウムの均一性を向上させるためには、このエ
ツチング生成物がウェハの中心から均等に排気されるよ
うにすることが必要である。

次ニ、パターンの破ｉｔこついてであるが、この原因に
ついての詳細は未だ明確ではない。しかし、本発明者等
の実験の結果、以下の事実がギリ明した。

（１）パターンの破壊はｔａ場を用いたマグネトロン放
電の場合のみ生じ、通常のＲＩＥでは生じない。

（２１パターンの破壊は、被エツチング１力であるアル
ミニウムがエツチングされ、電気的シニフローティング
の状態になる瞬間に生じるものであり、それ以前には発
生しない。

上記の結束から、磁場を用いず通抜のグロー放電による
エツチングが考えられるか、そうするとエツチング速度
が大幅に低下することになる。

このエツチング速度低下の原因は、第８図に示したエッ
チング時間とエツチング深さとの関係から、次のように
推察される。すなわら、磁場のない場合（図中Ｐで示す
）にｔよアルミニウム躾ノミ面に存在するアルミナ層を
除去づる時間、いわゆるデッドタイムが生じるためであ
り、磁場を用いた場合（図中Ｑで示す）にはデッドタイ
ムは全くみられない。しかし、アルミナ層を除去した後
のエツチング速度は両者共略同様であり、このアルミナ
層を速やかに除去してやれば通常のグロー放電において
も高速化が可能であることが判明した。従って、初めに
、磁場を用いてアルミナ層を除去し、次に通常のグロー
法によってエツチングすることが最良と元えられる。こ
のために１よ、マグネトロン放電及び通常のグロール２
電を同一の装置内で達成できる必要がある。

〔光明の目的） 本光明の目的は、装置の人形化を招くことなく、試料を
均一にエツチング深ることができ、かつパターンの破壊
を未然に防止することがでｄ。

アルミニウム等のエツチングに好適するドライエツチン
グ装置を提供づることにある。

〔琵明の概要） 本発明の母子は、試料に対しエッチング室内のガスを均
一に排気し、かつマグネトロン放電によるエツチングと
グロー放電によるエツチングとを選択可能とすることに
ある。

すなわち本発明は、アルミニウム等をエツチングするド
ライエツチング装置において、高周波電力が印加される
と共にその表面側に被エツチング試料が配ｒａされる陰
極及び該陰（りの表面に対向配置された陽極を備えたエ
ツチング室と、このエツチング室内に反応性ガスを導入
する手段と、前記陰極の表面と対向する位置に設けられ
上記エツチング室内のガスを排気するガスυ１気口と、
所定の【ｎ極間隙を有するよう無限軌道を有するベルト
の全周に配列され、かつ上記【ｌ極より発生する磁場を
上記陰極の表面側に印加する複数のマグネットと、これ
らのマグネットを上記無限軌道に沿って移Ｄ１！ｔ、め
、前記各マグネッ１〜を前記陰極の裏面に順次対向せし
める手段とを設【プるようにしたものである。

また本発明は、上記ドライエツチング装置において、高
周波電力が印加されると共にその表面側に被エツチング
試料が配置される陰極及び該陰（々の表面に対向配置さ
れた陽極を備えたエツチング〒と、このエツチング室内
に反応↑１ガスを導入する手段と、前記陰極の表面ど対
向する載置に設けられ上記エツチング室内のガスをす１
気するガス排気口と、所定の磁極間隙を右するよう無限
軌道を有するベルトの一部に配列され、かつ上記磁極よ
り発生する磁場を上記ＩｌＳ極の表面側に印加する複数
のマグネットと、これらのマグネットを上記無限軌道に
沿って一方向に移動ゼしめ、前記各マグネットを前記陰
極の裏面１．：順次対向せしめる手段とを設けるように
したものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エツチング室内のガスを均に排気する
ことができるので、アルミニウム膜等のエツチングの均
一性向上をはかり得る。また、初めマグネトロン放電で
エツチングを行ない・次にアルミニウムのパターンがフ
ローティングになる直前に通常のグロー放電でエツチン
グすることが可能となり、パターンの破壊を未然に防止
することができる。さらに、磁極間隙を往復走査させた
場合のように試料エツジ近傍のエツチング速度が特に速
くなる等の不都合はなく、試料全体を均一に高速エツチ
ングすることができる。しかも、磁極間隙を往復走査さ
せた場合のように走査を試料幅より大幅に広くする等の
ことが不要となり、このため装置構成の小型化をはかり
得る。このことは、半導体ウェハ等の大口径化にも極め
て有効であり、半導体製造技術分野における有用性は絶
大である。

〔発明の実旅例〕

第９図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示す概略構成図である。図中１１は設置された容器
であり、この容器１１内は陰極１２によりエツチング室
１３とマグネッｌ−収容堅１４とに分離されている。陰
極１２にはマツチング回路１５を介して電源１６からの
高周波電力が電力Ｏされる。また、陰極１２は水冷管１
７により冷却されており、この水冷管１７は上記電力印
加のリードとして用いられている。エツチング室１３に
は、反Ｉ芯性ガス、例えばＣＦ４ガスを導入するための
ガス導入口１３ａ及び上記ガスを排するためのガス排気
口１３ｂがそれぞれ設けられている。そして、被エツチ
ング試料１８はエツチング苗１３内の陰極１２上に載置
されるものとなっている。ここで、ガス排気口１３ｂは
試料１８の表面と対向するエツチング室１３の上面に試
料１８とその中心を同じくし−ｃ設けられている。すな
わち、エツチング室１３の上壁の中央部に試料１８より
僅かに径の小さいガス排気口１３ｂが設けられ、これに
よりエッチング至１３内のガスは試料１８の全周から均
等に排気されることになる。

なお、陰極１３に対向する陽極はエッチング室１３の上
壁で形成されるものとなっている。

一方、前記マグネット収容室１４内にはＮＳの磁極間隙
を有する複数の永久磁石（マグネット）１９が無限軌道
を描くように配列されている。

すなわち、複数の永久磁石１９が無限軌道を形成したベ
ルト２０の外周面に一定間隔で取着され、各磁石１９は
回転機構２１、２２により軌道の一方向に移動せられる
ものとなっている。ここで、永久磁石１９は第１０図に
示す如く棒状に形成されたもので、その長手方向長さは
前記試料１８の長径よりも長い。そして、磁石は１９は
その長手方向が前記移動方向と直交するよう配置され、
上方側に存在する磁石１９は陰極１２と対向するものと
なっている。また、マグネット収容室４にはガス排気口
４ａが設けられており、収容至１４内は前記磁石１９に
よる放電を防止するための排気口１４ａを介して１０−
２［ｔｏｒｒ］以下の高真空に排気されている。さらに
、マグネット収容室１４と前記エッチング室１３との間
には、電磁弁２３により駆動される仕切り弁２４が設け
られており、この仕切り弁が２４によりエッチング時に
各室１３、１４が遮断されるものとなっている。なお、
図中２５は絶縁物を示し、２６はＯリングシールを示し
ている。

このように構成された本装置の作用について説明する。

まずガス導入口１３ａからエッチング室内１３に反応性
ガス、例えばＣＦ４ガスを導入し、エツチング室１３内
を１０−２［ｔｏｒｒ］に保持したのち陰イタ１２に高
周波電力（ＩＫＷ、１３゜５６ＭＨｚ＞を印加すると、
陰性１２と陽極（エツチング室１３の上壁）との間にグ
ロー放電か牛し低密度プラズマ領域３１が発生する。こ
れと同時に、各磁極間隙では互いに直交する電界（Ｅ）
と磁界（Ｂ）との作用によりマグネミルロン８２電が生
じ、電子が（ＥＸＢ）方向にサイクロイド運動を行ない
ながらＣＦ４分子と多数回衝突を操返すことにより高密
度のプラズマ領域３２が磁極間隙に沿って発生する。こ
の高密度プラズマ領域３２は、永久磁石１つを前記無限
軌道の一方向に走査することにより、試料１８上を移動
する。これにより、試料１８、例えば半導体ウェハ表面
に形成されたアルミニウム膜が高速度でエツチングされ
ることになる。このとき、高密度プラズマ領域３２の移
動が一方向であることから、試料１８上の任意の点にお
いて高音度プラスマ領域３２に晒される時間は略等しい
ものとなる。また、ガス排気口１３ｂを試料１８の中心
と同じくして形成しているので、エツチング室１３内の
ガスを試料１８の表面に対し均一に排気することができ
、これにより均一エツチングが可能となる。

かくして本装置によれば、従来問題となっていたエツチ
ング不均一性の問題を解決することができ、試料１８の
均一かつ高速なエツチングを行ない得る。しかも、試料
１８に対しガスを均一に排気できるので、ガス排気の不
均一に伴うエツチング均一性低下の問題もない。また、
無限軌道の陽極１２と対向する部分の長さは試料１８の
長径程度で十分であるので、装置構成の大形化を招くこ
ともない。さらに、従来装置のように磁極間隙の応復走
査の場合、走査幅の増大に伴いエツチング速度の低下を
招くことになるが、本装置では試料１８が常に高密度プ
ラズマ領域３２に晒されることになるので、試ｒ４１８
が大口径化してもエツヂング速度の低下は＊めで小さい
。すなわら、前記磁極間隙を静止させたときのエツチン
グ速度に近い値を得ることができる。したがって、従来
装置に比してエツチング速度の大幅な８速化をはかり得
る。

第１１図は他の実筋例を示ず直路構成図である。なお、
第９図と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説
明は省略する。この実施例が先に説明した実施例と異な
る点は、試ね］８のエツチングをマグネトロン放電とグ
ロー放電との両方を選択して行うことにある。すなわら
、前記マグネット１９はベルト２０の一品に取着されて
おり、マグネット１９はベルト２０の１車止位置により
陰匝１２と対向或いは非対向に選択されるものとなって
いる。

このような構成であれば、最初にマグネトロン放電によ
りエツチングした段、騎いてグロー放電によりエツチン
グすることが可自ヒどなる。従って、先の実施例と同様
な効果は勿論のこと、パターンの破壊を招くことなく高
速エッチングを行ない得る等の利点がある。本発明名等
の実験によれば、熱酸化５ｉＯ２上に堆積したＡｌ膜を
（エッチング条件、ＢＣｌ３　：４０ｓｃｃｎ３　Ｃ１
２：２Ｑｓｃｃｍ、ＲＦパワー：Ｏ、（５４Ｗ／′ｃａ
ｔ、　Ｊ−ッヂング圧力ニ０．１　ｔｏｒｒ）で、まず
マグネットを一方向に走査しながらマグネトロン放電に
よって約２０００　［人］エツヂングし、その後マグネ
ッ１〜を前記ｌが陰（Ｖ上にＲ１しない位％止させて残
りの約９０００　［人］をエツチングした。ぞの結果、
前述したようなアルミニウムのパターン破壊は全く見ら
れず、かつ８速で均一性の高いエツチングが達成された
。

なＪ３、本発明は上述した実流例に限定されるものでは
ない。例えば、前記ガス排気口は一個に限るものではな
く、複数個あってもよいの１１勿論のことである。この
場合、試１４の表面に対しガスを均一排気する必要性か
ら撲数のガス排気口は、第１２図に断面図を第１３図に
第１２図のＡ−Ａｈ向矢視図を示す如く試ねの中心に対
応した点並びにその点を中心とした同一円周上１３対称
配置したものであってもよい。また、磁極間隙、磁場の
強さ及び磁石の個数等は、仕様に応じて適宜定めればよ
い。さらに、永久磁石代りに電磁石を用いることも可能
である。また、アルミニウムのエツチングに限らず各種
被膜のエツチングに適用できるのは勿論のことである。

さらに、エツチング室内に導入プるガスの種類は、被エ
ソヂング試料の材質に応じて適宜定めればよい。その伯
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１乃至第３図はそれぞれ従来の問題点を説明するため
のもので第１図はマグネトロン放電利用のドライエツチ
ング装置の原理を示ず斜視図、第２図は試料位置と エツチング深さとの関係を示す行１１図、第３図は（Ω
極間隙と試第４位置との関係を示τ俣式図、第４図は本
発明省等が先に提案したマグネトロン放電利用のドライ
エツチング装置を示り概略栴成図・第５図はパターン破
壊の状態を示す斜視図、第６図は排気口からの距昭とエ
ツチング深さとの関係を示Ｖ特性図、第７図は排気口か
らの距離を示す模式図、第８図はマグネ１〜ロン敢電と
グロー放電とのエツチング特性の通いを示す特性図、第
９図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装置
を示す置略構成図、第１０図は上記装置に使用したマグ
ネットを示す斜視図、第１１図は他の実施例を示す概略
構成図、第１２図及び第１３図は変形例を説明づるため
の図である。 １１・・・真空容器、１２・・・「３（で、１３・・・
エラチング至、１３ａ・・・カス尋入口、ｉ３ｂ、１／
Ｉａ・・・ガス排気口、１／Ｉ・・・マグネット収容室
、１６・・・高周波弔８．１８・・被エッチング試料，
１９・・磁石、２０・・ヘル：・、３゛１・・低密度ブ
ラスマ領域、３２・・・高密度プラズマ領域。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波電力が印加されると共にその表面側ニ被エ
   ツチング試料が配置される「３ル及び該陰極の表面に対
   向配置された陽極を備えたエツチング室と、このエツチ
   ング室内に反応性ガスを導入する手段と、前記陰（木の
   表面と対向する位置に設けられ上記エツチング室内のガ
   スを排気するガス排気口と、所定の磁極間隙を右づるよ
   う無限軌道を有するベルトの全周に配列され、かつ上記
   磁極より発生する磁場を上記陰（グの表面側に印加する
   複数のマグネットと、これらのマグネットを上記無限軌
   道に）８つて移動せしめ、前記各マグネットを前記陰極
   の裏面に順次対向せしめる手段とを具備してなることを
   特徴とするドライエツチング装置。
2. （２）前記ガス排気口は、前記陰極の表面と対向する位
   置に前記試ｒ４停中心に対応して設けられたものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエ
   ツチング装置。
3. （３）前記ガス排気口は、前記陰極の表面と対向する位
   置に前記試料の中心に対応した点に対称に設けられた複
   数の排気口からなるものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のドライエツチング装置。
4. （４）高周波電力が印加されると共にその表面側に被エ
   ツチング試料が配置される陰極及び該陰（りの表面に対
   向配置された陽（Φを（荀えたエツチング至と、このエ
   ツチング室内に反応性ガスを乃へづる手段と、前記陰極
   の表面とス・ｊ向づる位置に設けられ上記エツチングＴ
   内のカスを排気づるガス排気口と、所定の磁極間隙を有
   するよう無限軌道を有するベルトの一部に配列され、か
   つ上記磁極より発生する磁場を上記陰惨の表面側に印加
   する複数のマグネットと、これらのマグネットを上記無
   限軌道に沿って移動せしめ、前記各マグネットを前記陰
   極の界面に順次対向せしめる手段とを具備してなること
   を特徴とするドライエッチング装置。
5. （５）前記ガス排気口は、前記陰極の？上面と対向する
   位置に前記試料の中心に対応して設置Ｊられたものであ
   ることを特徴とする精工１請求の範囲第４項記載のドラ
   イエツチング装置。
6. （６）前記ガス排気口は、前記陰極の表面と対向する位
   置に前記試料の中心に対応した貞に対称に毅けられた複
   数の排気口からなるしのであることを特徴とする１）工
   ）請求の範囲第４項記載のドライエツチング装置。