JPS6094724A - 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】 〔技術分野〕 本発明は、半導体集積回路等の・母ターンを形成する際
に用いるドライエツチング装置に関する。

〔従来技術〕

近年、半導体集積回路の微細化に伴い最小・やターン寸
法が１μｍ以下の大規模集積回路も試作、開発され、量
産化され始めている。従来のウェットエツチングでは、
この微細パターンは加工することが出来ず、ドライエツ
チングによる異方性エツチングがこれらの集積回路の加
工に欠くことの出来ない技術とがっている。ドライエツ
チング装置にはいくつかの方式がある。その中の一つは
、平行平板型電極を備えた反応容器内の高周波印加電極
に試料を載置して、　ＣＦ４やＣＣ１４等の弗素や塩素
等のハロゲン化物を含む反応性ガスの高周波プラズマに
より、試料をエツチングする反応性イオンエツチング装
置である。この反応性イオンエツチング装置は、アルミ
ニウム、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜などを、フオ
トレジストや下地材料に対するエツチング速度比を大き
く保ち々がら。

異方性エツチングを行うことが出来るため、最近の超Ｌ
ＳＩ製造工程のドライエツチングではその主流を占める
に至っている。

しかし、この反応性イオンエツチング装置においても、
量産規模で微細加工を行おうとすると。

種々の問題が生じることが明らかとなった。例えば、シ
リコン酸化膜をＣＨＦ３と０２　の混合ガスでエツチン
グする場合、エツチング速度がたかだか５００Ｘ／ｍｉ
ｎ　と低いため、５０００Ｘのシリコン酸化膜をエツチ
ングする場合には追加エツチングを含めて約１２〜１５
分のエツチング時間が必要である。エツチング速度を上
昇させようとして高周波電力を増加すると、プラズマ電
位が上昇してしまって反応容器壁面がス・やツタされる
割合が大きくカリ、基板表面が反応容器の構成材料であ
る重金絹等で汚染されたり、高エネルギーのイオン衝撃
によりデバイス特性に悪影響を与えたりする。

また、アルミニウムのエツチングやポリシリコンのエツ
チングの場合においても、エツチング速度が実用レベル
でたかだか１００ＯＸ／ｍｉｎと低い。

このため、このドライエツチング装置を量産装置として
用いる場合には、６〜１０枚程度を同時に処理するいわ
ゆるパッチ式処理装置がコストノや−フォーマンス士優
れていた。ところが、最近のように、ウェハーの直径が
１２５腸とか１５０ｍなど大口径化して来ると、これら
を前記パッチ式処理装置で処理しようとすると、電極面
積を大きく取らざるを得ない。このため、装置は大型化
せざるを得なくなる。その上、ウェハー面内のエツチン
グ速度の均一性は悪化の傾向を示す。このように通常の
パッチ式処理装置では大口径ウェハーの微細加工処理は
極めて困難である。

これに対して、ウェハー一枚一枚を逐次処理する枚葉処
理装置では、１μ？ＦＬ／ｍｉｎ程度のエツチング速度
を実現する平行平板型高速エツチング装置が提案されて
いる。しかしながら、この装置を使って高速でエツチン
グする場合には、エツチング加工特性が悪く、殊にイオ
ン衝撃によるデバイスの損傷が大きい欠点があって、微
細加工では必ずしも満足する特性は得られていない。

これらに対し、損傷を少くシ、尚かつ高速エツチングを
実現する装置として、最近、磁場を用いて前記方式より
も１〜２桁圧力の低い領域で高速エツチングする高速マ
グネトロンエツチング方式が提案された（例えば特開昭
５７−９８６７８号公報参照）。しかし、この方式の装
置では、電場と磁場が丁度直交している部分のみにプラ
ズマが集中する性質があるため、ウェハー面内のエツチ
ング速度分布の均一性が悪い。このため、特開昭５８−
５３８３２号公報に開示されている如く、マグネットを
駆動してこれを頻繁に移動させることによって、磁界を
変化させて、ウェハー内のエツチング（５） 速度分布の均一化を計る必要があシ、マグネットの駆動
機構に多大な費用を要するばかりか、エツチングを高速
に行えないという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来の高速マグネトロンエツ
チング装置の欠点を除去し、試料面内のエツチング速度
の均一性の悪さを簡単に改善することかで゛き、かつ、
高速に試料をエツチングすることができるドライエツチ
ング装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明によれば９反応容器内に設けられ、柱状部とその
両端のフランジ部とを含む第１の電極と。

該第１の電極の少なくとも前記柱状部の周囲を間隔を置
いて、囲む第２の電極と、前記第１の電極の前記柱状部
お軸に平行な磁界を前記第１及び第２の電極間の空間に
発生する磁界発生手段とを備え、前記第１の電極に前記
第２の電極に対する負電圧を連続的又は間欠的に印加し
て、前記第１の電極の前記柱状部表面上の試料を前記反
応容器中（６） に導入した活性ガスのプラズマによりエツチングするこ
とを特徴とするドライエツチング装置が得られる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例によるドライエツチング装置
である。第１図において、１０１は角柱状電極である。

この角柱状電極１０１の各柱面に試料１０２が支持され
ている。１０３及び１０４は角柱状電極１０１と同電位
に保たれるように角柱状電極１０１に接続される金属製
端板である。

角柱状電極１０１と、その両端のフランジ部となる端板
１０３及び１０４とが、陰極を構成している。両端板１
０３，１０４はそれぞれ、絶縁体１０５及び１０６を介
して、シールド１０７及び１０８で被われており、不要
の放電が端板１０３及び１０４の裏面等で生じないよう
にしている。

柱状電極１０１と両端板１０３及び１０４で構成された
陰極は、高周波電源１０９に接続されている。また、陽
極を構成する導電性の反応容器１１０はアースされる。

反応容器１１０は、排気導管１１１と排気バルブ１１２
を介し、真空ポンプ（図示せず）に接続されている。反
応性ガスはガスコントローラ１１３を通し１反応容器１
１０中に導入される。１１４及び１１５は、柱状電極１
０１と、該柱状電極１０１に対向する真空容器１１０の
側板との間の空間に、柱状電極１０１の軸にほぼ平行な
磁界Ｂを発生させるための電磁コイルである。

さて、上記のような本実施例の装置を動作させるには、
まず１反応容器ｉ、　１０を排気導管１１１を通して、
Ｉ　Ｏ−３〜１０−”　Ｔｏｒｒ程度の真空に排気した
後、がスコントローラ１１３を通し、　ＣＦ４やＢＣＣ
５０のハロゲン化活性ガスを導入し、真空度を１０〜１
０−３Ｔｏｒｒに保つ。この状態でＲＦ電源１０９によ
り、高周波電力を、柱状電極１０１と端板１０３及び１
０４とで構成される陰極と９反応容器（即ち陽極）１１
０との間に印加すると、柱状電極１０１の周辺にはプラ
ズマが発生する。柱状電極１０１とプラズマの間に生じ
るイオンシース中に生じる電位勾配即ち電気力線は、コ
イル１１４と１１５により発生される矢印Ｂによって示
される磁界と直交するために、電子はサイクロイドやト
ロコイド状のらせん運動をしながら柱状電極１０１の周
辺を回転する。この際、電°子が１１７及び１１８に示
すように、柱状電極１０１の端方向へ拡散していくと、
柱状電極１０１の両端には。

柱状電極１０’ｌと同様に負にバイアスされるフランジ
部即ち端板１０３及び１０４があるため、電子は図示の
如く、端板１０３及び１０４によりはね返され、再び柱
状電極１０１の中央方向に戻される。この状態が繰り返
されるため、柱状電極１０１の近傍には非常にプラズマ
密度の高い領域が生じる。このような高い密度のプラズ
マが生じると、プラズマのインピーダンスが低下するた
め。

低電圧で多大彦イオン電流を陰極に流すことが出来る。

このため、柱状電極１０１の柱面に支持された試料１０
２のエツチング速度は従来のエツチング方式に比べて飛
躍的に改善出来る。そればか（９） りでなく、試料１０２に入射するイオンの入射エネルギ
ーを従来の反応性イオンエツチング装置等に比較してと
ることができる。しかも、フランジ部即ち端板１０３及
び１０４によってプラズマを柱状電極１０１の周辺に集
中させることができるため、試料１０２面内のエツチン
グ速度の均一性を良好にすることができ、しかもイオン
入射や不純物汚染による損傷の少ないエツチングを行う
ことが出来る。

第２図は第１図のＡ−Ａ’断面図である。図で、柱状電
極１０１は四角柱であり、端板１０３は四角形である。

もう一つの端板１０４も同様に四角形である。試料１０
２は、柱状電極１０１の４つの柱面にそれぞれ支持され
ている。又、柱状電極１０１の試料１０２以外の部分は
９石英、テフロン等で作られたカバープレート２０１に
よって被われている。壕だ、端板１０３及び１０４の互
いの対向面も同様のカバープレートで被われている。

柱状電極１０１の内部は水冷・母イゾ２０２に水を流す
ことによって水冷されている。

（１０） 第２図では試料１０２を同時に４枚エツチング出来る構
成になっているが、柱状電極１０１の形状を、平板状の
角柱とすれば、同時に２枚の試料１０２のエツチングが
可能である。また、柱状電極１０１を、三角柱、六角柱
、八角柱等の多角柱とすれば、同時に他数枚のエツチン
グが可能である。即ち、柱状電極１０１はＮ角柱（ただ
し、Ｎは３以上の整数）であればよい。さらに、柱状電
極１０１の一つの柱面に多数の試料を支持させるように
すれば、より多数の枚数のエツチングが同時に可能であ
る。また、端板１０３及び１０４の形状は、柱状電極１
０１の断面の外形と相似形のものであるか、又は円形あ
るいは楕円形のものであってもよい。

第３図は本発明を一枚処理のエツチング装置に適用した
実施例における陰極の構造を示す図である。本実施例で
は柱状電極１０１は内部が水冷出来る構造の扁平な角柱
であり、試料１０２はこの柱状電極１０１の一往面に保
持されている。また本例では端板１０３及び１０４は長
方形の形状をとっている。柱状電極１０１は水冷・ぐイ
ゾ２０３及び２０４に水を流すことによって、水冷され
ている。電磁コイル１１４及び１１５（第１図参照）に
よって矢印Ｂに示す方向に磁界を印加し、柱状電極１．
　Ｏ］にＲＦ電圧を印加すると、柱状電極１０１は負に
バイアスされ、電子は柱状電極１０１の周囲を回転する
。この際、端板１０３及び１０４が柱状電極１０】の近
傍から、電子が飛散するのを防ぐため、高密度フ０ラズ
マが均一に柱状電極１０１０周辺に生じ高速エツチング
がエツチング速度の不均一性を伴わずに実現可能である
。本方式では、試料１０２の自動装置による反応容器に
対する出入れが容易であるため、試料の搬送が自動化さ
れた自動装置ｈ′に適用することが可能である。

もちろん、試料１０２の置かれていない柱状電極面や端
板１０３及び１０４の互いの対向面等は。

前述したカバープレートで被った方が不純物の汚染防止
や、エツチング速度の改善に効果がある。

尚、上述した本発明の実施例では、磁界発生手段として
電磁コイル１１４及び１１５を用いたが永久磁石を用い
ても良いことは言うまでもない。

また、電源１０９として、直流電源を用いてもよい。

また９反応容器１０１中に導入される活性ガスは、弗素
、塩素等のノ・ログン化物を含むガス、あるいは該ハロ
ゲン化物を含むガスに不活性ガス。

酸素、水素、窒素等の少なくとも一つを混合したガスで
あれば効果が著しい。

また、カバープレート２０１の材料としては。

有機物ポリマー、弗素を含んだ有機物ポリマー。

石英、カーボン、シリコン等の物質のうち、適当な材料
を選択して使用する。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明のドライエツチング装置は
、７ランノ部等を設けることにより、簡単に高密度プラ
ズマを均一に試料面上に生じさせることができるため、
均一なエツチング速度での試料の高速エツチングを、試
料に大きい損傷を与えることなく、簡単に、実現するこ
とができる。

以下余白 （１３）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図である。第２図は第
１図のＡ−Ａ’断面図である。第３図は本発明を枚葉処
理装置に適用した実施例における陰極の構造を示す図で
ある。 １０１・・・柱状電極、１０２・・・試料、　１０３，
１０４・・・端板（７ランノ部）、１０５，１０６・・
絶縁体。 １０７　、１０８・・・シールド、１０９・・・高周波
電源。 １１０・・・反応容器、１１１・・・排気導管、１１２
・・・排気バルブ、１１３・・ガスコン）　ｏ−７、］
、　１４゜１１５・・・コイル、２０１・・・カバーフ
レート。 （１４） 第１図 形２図 １１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　反応容器内に設けられ、柱状部とその両端のフラン
   ジ部とを含む第１の電極と、該第１の電極の少なくとも
   前記柱状部の周囲を１間隔を置いて、囲む第２の電極と
   、前記第１の電極の前記柱状部の軸に平行な磁界を前記
   第１及び第２の電極間の空間に発生する磁界発生手段と
   を備え、前記第１の電極に前記第２の電極に対する負電
   圧を連続的又は間欠的に電源により印加して、前記第１
   の電極の前記柱状部表面上の試料を前記反応容器中に導
   入した活性ガスのプラズマによりエツチングすることを
   特徴とするドライエツチング装置。 ２　電源が高周波又は直流電圧を供給するものである特
   許請求の範囲第１項記載のドライエツチング装置。 ３　第１の電極の柱状部が、Ｎ角柱（ただし。 Ｎは３以上の整数）である特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載のドライエツチング装置。 ４、磁界発生手段が反応容器外部に設けられた電磁コイ
   ルである特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記
   載のドライエツチング装置。