JPS6063388A - 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、マグネトロン敢電を利用したドライエツチン
グ装置の改良に関づ゛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［μｙｎ　］の超超微毒素も試作されるに至
っている。このような微細加工には、通常平行平板電極
を有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果電圧によって加
速し、このイオンを試料に垂直に入射させて該試料を物
理科学反応によりエツチングするいわゆる反応性イオン
エッチンク法（ＲＩ　Ｅ　：　Ｒｃａｃｔｉｖｅ　ｌ　
ｏｎＥｔｃｌ＋１ｎ（１）が用いられている。しかし、
この平行平板電極によるＲＩＥでは、ガス解離効果の比
較的低いグロー放電を用いているため、例えばＣＦ４　
＋８２ガスを用いたＳｉＯ２のエツチング速度は高々３
００〜５００［人コであり、１「μｍ」膜厚のＳｉＯ２
をエツチングづるのに３０分以上もの時間を要し、量産
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
久磁石からなる磁場発生手段を設け、マグネ１〜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＠）。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に発生ずる磁界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をザ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けて多量の反応性イオンを発生
さけることにある。なお、図中６は被エツヂング試１′
＋１を示している。その結果、多量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、この種の°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ず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τ″Ａ６全体を均一
にエツチングするためには磁極間隙２を試料の長径より
大きく走査する必要がある。第２図は、ＣＦ４ガスによ
り３ｉ０２をエツチングしたときのエツチング速度を試
料エツジからの距離の関数として測定した結果を示す特
性図である。なお、このときｖ１１極Ｉ’、！ｌ隙２は
第３図に示す如く試料６のエツジから３０［ｍｍ］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。前記走査の戻り時間が例え
ば０．０５秒と高速であったとしても、約８０回の走査
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、したがってこの走査回数において第３図に
示す状態でエツチングされる試料エツジの深さは５００
［人］に近い値となる。このような周辺の領域の速いエ
ツチングが試料全体の均一エツ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
やエツ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）への対応が困り「どなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、装置の人形化を招くことなく、試料を
均一に高速エツチングすることができ、かつ試料の大口
径化にも十分対処し得るドライエツチング装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、複数個の磁極を無限軌道に治って一方
向に８勅せしめ、試料上の高密度プラズマ領域を常に一
方向に走査すると共に、高密度プラズマ領域に晒される
間の積分値を試料上で均一にすることにある。これに加
え陰極裏面に対向するマグネットと陰極裏面との間隔を
一定に保持し、安定なエツチングを行うことにある。

すなわち本発明は、マグネトロン放電を利用した平行平
板型のドライエツチング装置において、被エツチング試
料が載置される陰極の表面側に磁場を印加する手段とし
て、所定の磁極間隙を有する複数のマグネッ１〜を、一
部が＠極の裏面に対向づ−るよう無限軌道を有する搬送
体上に配列し、かつこれらのマグネッ１へを無限軌道に
沿った一方向に走査するＪ：うにしたものである。

さらに本発明は、上記搬送体のたわみを防止し、陰極裏
面と対向するマグネッＩ・ど陰極裏面との距離を一定に
保持するようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数のマグネットを常に一方向に走査
しているので、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、ｌｌｉｉｔＵ間隙を往復走査させた
場合のＪ：うに走査幅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形化をはかり
得る。このことは、半導体ウェハ等の試料の大口径化に
も極めて有効であり、半導体装置製造技術分野にお【プ
る有用性は絶大である。

また、陰極裏面に対向するマグネットと陰極裏面との距
離を一定に保持する手段を設けているので、マグネット
の自重により搬送体がたわむ等の不都合がなく、試別中
心部のエツチング速度が異常に速（なったり、マグネッ
トが陰極層面に接触する等の問題を未然に解決すること
ができる。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明の一実施例に係わるドライエツチング装
置を示り°概略構成図である。図中１１は接地された容
器であり、この容器１１内は陰極１２にＪζリエツヂン
グ至１３とマグネット収容室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
の高周波電力が印加される。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る。エツチング室１３には、
反応性ガス、例えばＣＦ４ガスを導入するためのガス導
入口１３ａ及び上記ガスを排気するためのガス排気口１
３ｂがそれぞれ設置ノられている。そして、被エツチン
グ試料１８はエツチング室１３内の陰極１２の下面（表
面）に取付けられるものとなっている。なお、陰極１２
に対向する＠極はエツチング室１３の底壁で形成される
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チェーン（搬送体）２０
に一定間隔で取着され、各磁石１９は回転（幾構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５図に示す如く棒状に形
成されたもので、その長手刀向長さは前記試料１８の長
径よりも長い。そして、磁石１９１よその長手方向が前
記移動方向と直交するよう配置され、下方側に存在づる
磁石１９は陰極１２の上面（裏面）と対向するものとな
っている。また、隘ｔＩＪＡ１２の裏面には第６図（ａ
）（ｂ）に示す如くアルミナ製の軌道案内用ガイド４１
が陰極裏面と平行に設けられ、このガイド４１が下側の
チェーン１９の一部と当接するものとなっている。ここ
で、第６図＜ａ）はチェーン２０及びガイド４１の当接
状態を拡大して示す図、第６図（ｂ）は同図（ａ）のへ
方向矢指図である。

また、前記マグネッ］・収容室１４にはガス排気口１４
ａが設けられており、収容室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　’
　［ｔｏｒｒ］以下の高真空に排気され−Ｃいる。さら
に、マグネット収容室１４と前記エツチング室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
（）られており、この仕切り弁２４によりエツチング時
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からエツチング室内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］に保持したのち陰極１２に高
周波電力（ＩＫＷ、１３゜５６　Ｍ　ｌ−１ｚ　）を印
加ターると、陰極１２と陽極（工ッヂング室１３の底壁
）との間にグロー放電が生じ低密度プラズマ領域３１が
発生ずる。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１−ロ
ン放電が生じ、電子が（Ｅｘａ）方向にザイクロイド運
動を行ないながらＣＦ４分子と多数回衝突を繰返すこと
により高密度のプラズマ領域３２がｔｉｌｌ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１９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５ｉ０２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密度プラズマ領域３２に晒される時
間は略等しいものとなる。

一方、永久磁石１９の自重によるチェーン２０のたわみ
は前記ガイド４１によって除去される。

これにより、下側の永久磁石１９と陰極１２裏面との間
の距離は第７図（ａ）に示す如く一定に保持される。こ
のため、第７図（ｂ）に示す如く永久磁石１９の自重に
よりチェーン２ｏがたわみ試料中心部の磁場が強くなり
試料１８の中心部のエツチング速度が異常に速くなった
り、磁石１９ど陰極１２とが接触する等の不都合を未然
に防止することができる。また、無限軌道の陰極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＠梠成の人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往復走査の場合、
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、本装置では試着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、試料１８が大口径化し
てもエツチング速度の低下は極めて小さい。すなわち、
前記１１極間隙を静止さけ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高速化をはかり得る。

第８図乃至第１０図はそれぞれ他の実施例の要部構成を
示す図である。第８図の例はチェーン２０の軌道案内用
ガイドをチェーン２０の上下に設けだもので、上側のガ
イド４２はバネ４３と力調整用のネジ４４により下方向
に押圧されている。

これにより、チェーン２０の上下方向の動きを除去でき
、より均一な磁場を印加することができる。

第９図はチェーン２０の横に車輪４５を設け、この車輪
４５を陰極１２上に配設したガイド４１上を回転さμて
動かすようにしたものである。これによって、チェーン
２０の動きをよりスムーズにすることができる。第１０
図は上記車輪４５を上下に設【プたもので、永久磁石１
９の上下運動を除去することができ、チェーン２０の動
きがスムーズでかつ磁石１９を陰極１２の下側に配置し
たような場合にも使用づることができる。

なお、本発明は上述した実茄例に限定されるものではな
い。例えば、前記第４図に示した構成は上下関係を逆に
することも可能である。この場合、マグネットは前記陰
極の下側に配置されることになるので、前記第１０図に
示すガイド機構を用いればよい。これにより、チェーン
のたわみにより試料中心部のエツチングが遅くなるのを
防止することが可能である。また、磁極間隙、磁場の強
さ及び磁石の個数等は、使用に応じて適宜定めればよい
。さらに、永久磁石の代りに電磁石を用いることも可能
である。また、前記搬送体としてチェーンの代りにベル
トを用いることも可能である。

また、５ｉｎ２のエツチングに限らず各種被膜の１ツヂ
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するガスの（土類は、被
エツチング試料の拐質に応じて適宜定めればよい。その
他、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づるため
のもので第１図はマグネ］〜ロン放電利用のドライエツ
チング装置の原理を示す斜視図、第２図は試料位置とエ
ツヂング深さどの関係を示す特性図、第３図は磁極間隙
と試料位置との関係を示す模式図、第４図は本発明の一
実施例に係わるタネ１ヘロン放電利用のドライエツチン
グ装置を示５１−概略構成図、第５図は上記装置に使用
したマグネジ１−を示づ゛斜視図、第６図（ａ）（ｂ）
は上記装置に使用したヂ１−ンガイド機構を拡大して示
す図、第７図（ａ）（ｂ）は上記装置の作用を説明する
ための模式図、第８図乃至第１０図はそれぞれ他の実施
例の製部構成を示す図である。 １１・・・真空容器、１２・・・陰極、１３・・・エツ
チング室、１３ａ・・・ガス導入口、１３ｂ、１４ａ・
・・ガス排気口、１４・・・マグネット収容室、１６・
・・高周波電源、１８・・・被エツチング試料、１９・
・・磁石、２０・・・ヘルド、３′１・・・低密度プラ
ズマ領域、３２・・・高密度プラス゛マ領域、４１．４
２・・・軌道案内用カイト、４３・・・バネ、４４・・
・ネジ、４５・・・車輪。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図 ８１０ Ｘ（ｃｍｌ　− 第６図 （ａ） （ｂ） 第７図 ｎ ８ ０ ８ 第８図 第９図 第１０図

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に被エ
   ツチング試料が配置される陰極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、所定の１極間隙
   を有するよう無限軌道を有する搬送体上の全周に配列さ
   れ、かつ上記磁極より発生ず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一方向に移動せしめ、曲記各マグ
   ネツ１〜を前記陰極の裏面に順次対向せしめる手段と、
   前記陰極の裏面に対向するマグネットと陰極裏面との距
   Ｐ１を一定に保持す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）前記搬送体は、閉ループ状のベル１−或いはヂエ
   ーン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。
3. （３）前記陰極裏面とマグネツ１−との距離を一定に保
   持する手段は、上記陰極裏面に該裏面と平行に配設され
   、前記搬送体の一部に当接するガイドからなるものであ
   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）前記陰極裏面とマグネッｌ−どの距離を一定に保
   持する手段は、上記陰極裏面に該裏面と平行に配設され
   たガイド、及びこのガイドに当接するよう前記搬送体に
   取ｆｔ　４ノられた車輪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。
5. （５）前記ガイド及び車輪は、非磁性４オわＩであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のドライエツ
   チング装置。
6. （６）前記ガイド及び単輪の少なくとも一方は、絶縁物
   にＪ：り形成されたものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載のドライエツチング装置。