JPS6136589B2 - - Google Patents
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- JPS6136589B2 JPS6136589B2 JP58003623A JP362383A JPS6136589B2 JP S6136589 B2 JPS6136589 B2 JP S6136589B2 JP 58003623 A JP58003623 A JP 58003623A JP 362383 A JP362383 A JP 362383A JP S6136589 B2 JPS6136589 B2 JP S6136589B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
- H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
- H10P72/0402—Apparatus for fluid treatment
- H10P72/0418—Apparatus for fluid treatment for etching
- H10P72/0421—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
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Description
本発明の技術分野
本発明は、少くとも１つのガス導入口及び１つ
のガス排出口を有する接地されたケースにより包
囲され、上記ケースは水平方向に配置されたプレ
ート状陰極を含み、上記陰極の上には基板が配置
され、上記陰極の上方にはプラズマを維持するた
めの空間が設けられている反応室を有する反応性
イオン食刻装置に係る。上記反応性イオン食刻装
置に於て、基板は反応性ガスから形成されたプラ
ズマ中に生じたイオン化された粒子にさらされ
る。 従来技術 その様な装置については、例えば米国特許第
3994793号の明細書に記載されており、反応性イ
オン食刻の運動学的理論については、Journal of
Vac.Sci.Technol.16(2)、1979年３月〜４月、第
404頁以降に於けるJ.L.Mauer及びJ.S.Loganによ
る“Reactant Supply in ReactiveIon
Etching”と題する文献に記載されている。 上述の如き反応性イオン食刻装置は、例えば半
〓〓〓〓〓
導体ウエハの如き平坦な基板を食刻するために適
している。上記装置に於ては、ケースが陽極とし
て働き、装置中に導入された反応性ガスから形成
されたプラズマが上記陽極との間に維持される。
上記陰極に平行に配置されそして上記ケースに導
電接続されたプレートも陽極として用いられ得る
が、ケーースが陽極として用いられた場合には、
陽極表面が陰極表面よりも大きくなる。これは１
つの利点であり、陽極と陰極との表面の比が大き
い程、陰極に於ける電圧降下が大きく、陰極に於
ける大きな電圧降下は、陰極又は該陰極上の基板
に衝突するイオン化された粒子の運動エネルギが
高いことを意味する。厳密に垂直な壁を有する開
孔が食刻されるべき場合に用いられることが好ま
しい反応性イオン食刻に於ては、反応室に於ける
対応する低い圧力によつて達成される、イオン化
された粒子の大きな平均自由行程以外に、イオン
化された粒子が大きな運動エネルギを有している
ことが望ましい。反応性イオン食刻に於ては、除
去が、一方では物理的に、即ち衝突するイオン化
された粒子の運動エネルギによつて、他方では化
学的に、即ちプラズマ中のイオン化された粒子と
食刻されるべき材料との反応（イオンによる化学
的食刻）によつて、達成される。それら２つのプ
ロセスのどちらが所定の材料の除去に於ける速度
を決定するかに応じて、その用いられている材料
を“主として物理的に食刻可能な材料”又は“主
として化学的に食刻可能な材料”と称する。例え
ば、シリコンは、塩素及びヘリウムを含む雰囲気
中で、主として化学的に食刻可能な材料である。
シリコン、例えばシリコン・ウエハが反応性イオ
ン食刻装置中で塩素及びヘリウムを含む雰囲気に
さらされ、それらの反応性ガスからプラズマが発
生されて、シリコン表面上にSiCl2の被膜が形成
される。SiCl2ラジカルが、衝突するイオン化さ
れた粒子のスパツタリング効果により、物理的に
除去される。SiCl2ラジカルは、プラズマ中で反
応してSiCl4を形成し、ポンプで排出される。食
刻は、厳密に異方的に行なわれ、即ち食刻される
べき表面に正確に垂直に行なわれる。これとは反
対に、SiCl2は、これらの条件の下で、主として
物理的に食刻（陰極スパツタリング食刻）され
る。 反応性イオン食刻は、厳密に異方的な食刻を可
能にするという利点だけでなく、又特に湿式の化
学的食刻の場合と比べて、食刻されるべき部分の
不純物の程度が極めて僅かであるという利点を有
する。反応性イオン食刻に関連する問題は、除去
処理の速度が比較的遅いこと（強い放射による露
光及び長い処理速度）であり、その点の改良が望
まれる。 本発明の概要 本発明の目的は、食刻の質に影響を与えずに、
従来技術の場合よりも速い食刻速度を達成する、
反応性イオン食刻装置を提供することである。 本発明による装置を用いることによつて、従来
技術の場合よりも速い食刻速度が達成される。食
刻の均一性は、周知の装置を用いた場合と同質で
ある。本発明による装置に於て、基板上に働く磁
力線は、基板表面に垂直及び／若しくは平行であ
り得る。５×10-2T程度の磁気誘導を有する磁界
は、主として化学的に食刻可能な材料の食刻速度
を、略1.2倍増加させる。主として物理的に食刻
可能な材料の食刻速度は、上記磁界によつて、そ
の磁力線が基板表面に水平に延びる場合には、略
1.2倍増加され、その磁力線が基板表面に垂直に
延びる場合には、２倍増加される。基板表面に平
行な磁力線を有する磁界は、プラズマのイオン及
び電子の入射角及び軌道を変化させる（サイクロ
トロン効果）。これは、粒子がイオン化される確
率及びそれらの運動エネルギを増す。磁界を変化
させることにより、実際の食刻効果が局部的に制
御され得る。基板表面に垂直に延びる磁力線を有
する磁界は、基板の位置に於ける入射荷電粒子の
密度を増加させ得る（プラズマ・ピンチ効果）。 本発明による装置を用いることによつて、前述
の如く、圧力、ガス流量及びプラズマのHFレー
トによつて決定される巨視的燃焼の振舞と、基板
の位置に於ける局部的な食刻の振舞との間の相互
作用を断つことが可能である。換言すれば、プラ
ズマは主として反応性粒子の源として働くが、本
発明による反応炉によれば、食刻処理が基板の位
置に於て直接制御される。 本発明による装置は、１実施例に於て、陰極か
ら電気的に絶縁されている各基板ホルダ上に各基
板が配置され、上記各基板ホルダは陰極中の各々
１つの貫通孔内に配置されて陰極表面に垂直に昇
降することが出来、そして磁界を生ぜしめるため
〓〓〓〓〓
の手段が上記各基板ホルダ中に設けられる様に、
有利に設計されている。本発明による装置の上記
実施例は、主として化学的に食刻可能な材料が、
主として物理的に食刻可能な財料の存在の下で、
主として物理的に食刻可能な材料よりも相当に速
く食刻されるべき場合に、特に有利に用いられ
る。その実施例に於ては、食刻されるべき基板が
陰極表面の平面よりも上方に上昇される。この様
に基板を上昇させることによつて、基板上に到達
するイオン及び電子の運動エネルギに影響を与え
ることが出来る。例えば基板が陰極表面上の暗部
よりも上方に配置されるようなレベルに上昇さ
れ、そして従来の反応性イオン食刻の場合と同一
の条件が用いられ、即ち何ら磁界が加えられなか
つた場合には、粒子は基板上に衝突する前に極め
て低い電圧差しか移動せず、従つてそれに対応す
る小さな運動エネルギを有するので、食刻速度が
著しく低下する。しかしながら、本発明に従つて
それらの基板に更に局部的磁界が加えられた場合
には、上述の如く上昇されることによつて生じた
食刻速度の低下は、主として化学的に食刻可能な
材料については、実際に於て充分に補償され得る
が、主として物理的に食刻可能な材料について
は、基板が上述の如く上昇されなかつた場合の食
刻速度の３乃至４分の１の低いレベル迄しか食刻
速度が増加され得ない。基板の上昇と磁界の印加
との相互作用によつて達成されるこの効果は、正
確に所望の結果を与え、即ち主として化学的に食
刻可能な材料が主として物理的に食刻可能な材料
よりもずつと速く食刻される。従つて、本発明に
よる装置の上記実施例は、反応性イオン食刻のス
パツタリングと化学的効果とがプラズマの振舞に
よつて相互に関連づけられている従来の反応性イ
オン食刻装置の特徴を除く。従来の装置に於て
は、一方又は他方の効果はいずれも、それらの効
果が同時に変更されなければ、影響され得ない。 本発明の実施例 従来の反応性イオン食刻装置とは異なり、本発
明による反応性イオン食刻装置は、各基板の領域
に限定されそして陰極と陽極との間の電界の電気
力線に垂直及び／若しくは平行に延びる磁力線を
有する磁界に、食刻されるべき各基板がさらされ
る様にする手段を含む。それらの手段は、基板表
面領域に於ける磁界のすべての磁力線が基板表面
に平行又は垂直のいずれかの方向に延びる様な寸
法を有する。電界に垂直に延びる磁界は例えば永
久磁石又はコイルによつて発生され、電界に平行
に延びる磁界は例えばコイルによつて発生され
る。磁界を発生させるための上記手段は、基板の
下方に配置される。 次に、図面を参照して、本発明による反応性イ
オン食刻装置をその１実施例について更に詳細に
述べる。 第１図は、反応性イオン食刻装置の反応室１の
断面を示している。反応室１は、接地されたケー
ス２より包囲されている。反応室１は、高周波交
流電圧を印加される、水平方向に配置されたプラ
ズマ状陰極３を含む。ケース２は、反応性イオン
食刻装置の陽極として働く。しかしながら、反応
室１内に陰極３に平行に配置されている、接地さ
れた又は設定可能な或る電位を印加されるプレー
トを対向電極として用いることも可能である。反
応室１は、少くとも、１つのガス導入口４と、反
応室１内のガスを真空ポンプ（図示せず）によつ
て排気し得る１つのガス排出口５とを有する。装
置の動作中にプラズマ６が生ぜしめられる空間
が、陰極３と、ケース２又は陽極プレートの水平
な上部との間に設けられる。昇降素子７及び基板
ホルダ８は本発明による装置の或る特定の実施例
の特徴的部分である。昇降素子７は、陰極３中の
貫通孔中に配置された基板ホルダ８を昇降させ
る。基板ホルダ８上に基板９が配置され、基板９
は昇降素子７によつて陰極表面から陽極に向かつ
て上昇され得る。基板ホルダ８は浮動電位にあ
る。 第２図は、第１図の円で囲まれた部分を拡大し
て示している。第２図は、昇降素子７上に配置さ
れた基板ホルダ８を含む開孔を有する陰極３の領
域を示している。陰極３の表面は、好ましくは石
英より成る、好ましくは厚さ数ミリメートルの誘
電体材料層１１で被覆されている。基板ホルダ８
の上部１２も、好ましくは石英である誘電体材料
より成る。基板ホルダ８の上部１２中には、少く
とも１つの磁界を生ぜしめるための手段が設けら
れている。第２図においては、上記手段の１例と
して、永久磁石１３が上部１２中に設けられ、永
久磁石１３は、上部１２上の配置された基板９の
領域に於て、陰極表面に平行に延びる磁力線を有
〓〓〓〓〓
する磁界を生ぜしめる。永久磁石１３の代りに、
上部１２は、陰極表面に平行に延びる軸を有する
コイルを含んでもよい。本発明による装置の他の
実施例に於ては、陰極表面に垂直に延びる磁力線
を有する磁界を生ぜしめるために、陰極表面に垂
直な軸を有する１つのコイル、又は一方が陰極表
面に平行な磁力線を有する磁界を発生しそして他
方が陰極表面に垂直な磁力線を有する磁界を発生
する２つのコイルが上部１２中に設けられる様に
設計され得る。上記２つのコイルの一方を永久磁
石と置換えることも可能である。 本発明による装置は、食刻されるべき基板の位
置に局部的磁界を用いている点で、従来の反応性
イオン食刻装置と異なつている。５×10-2T程度
の磁気誘導及び他は従来の場合と同一のパラメー
タ（ガス流量、電気力線、反応室内の圧力、基板
温度及び食刻期間）を用いて、陰極表面に平行に
延びる磁力線を有する磁界が加えられた場合に
は、食刻速度の増加は、主として物理的に食刻さ
れた材料及び主として化学的に食刻された材料の
両方に於て、略同一である。５×10-2T程度の磁
気誘導及び他は従来の場合と同一のパラメータを
用いて、電界の電気力線に平行に延びる磁力線を
有する磁界が加えられた場合には、食刻速度は従
来の場合よりも増加するが、食刻速度の相対的増
加は、主として化学的に食刻可能な材料の場合の
方が、主として物理的に食刻可能な材料の場合よ
りも少ない。各々５×10-2T程度の磁気誘導を有
しそして電界に水平及び垂直に延びる磁力線を有
する２つの磁界が基板に加えられた場合にも、食
刻速度が従来の場合よりも増加し得る。従つて、
本発明による装置の本実施例を用いた場合には、
主として物理的に食刻可能な材料及び主として化
学的に食刻可能な材料の食刻速度が増加する。 第１図及び第２図に示されている本発明による
装置は、主として化学的に食刻される材料が、主
として物理的に食刻されるべき材料の存在の下
で、優先的に食刻されるべき場合に、特に用いら
れる。これは、主として化学的に食刻可能な材料
を選択的に食刻するために主として物理的に食刻
可能な材料より成るマスクが用いられる場合、又
は主として物理的に食刻可能な材料より成る極め
て薄い層が食刻されずに、その上に重ねられた主
として化学的に食刻可能な材料が食刻されるべき
場合に極めて重要である。後者の場合の１例は、
二酸化シリコンのゲート酸化物層及び多結晶シリ
コンのゲートを有する電界効果型トランジスタの
製造に於て、主として化学的に食刻可能なシリコ
ンより成るゲートが、主として物理的に食刻可能
な二酸化シリコンより成るゲート酸化物に殆ど影
響を与えずに、塩素及びヘリウムを含む雰囲気中
で反応性イオン食刻されるべき場合である。従つ
て、本発明に於ける重要な特徴の１つは、化学的
に食刻されるべき材料と物理的に食刻されるべき
材料との食刻速度比が大きいことである。本発明
に於けるもう１つの重要な特徴は、主として化学
的に食刻可能な材料が連続的製造を行うに充分な
速度で食刻され、且つその食刻が均一に行われる
ことである。本発明による装置を用いた食刻につ
いて更に詳細に説明するために、以下にシリコン
と二酸化シリコンとを組合わせた材料を塩素及び
ヘリウムを含む雰囲気中で食刻する場合について
述べる。しかしながら、本発明による装置は、他
の材料の組合せ又は他の適切な食刻ガスの選択に
よつても、有利に用いられ得る。従来の装置が用
いられた場合には、シリコンと二酸化シリコンと
の反応性イオン食刻速度比は、10乃至15である。
他の条件を変えずに、本発明に従つて、各基板に
少くとも１つの局部的磁界を加えた場合には、前
述の如く、主として化学的に食刻可能な材料であ
るシリコン及び主として物理的に食刻可能な材料
である二酸化シリコンの食刻速度が10乃至20％程
度増加する。基板が、従来の場合と同一の条件の
下で、即ち何ら局部的磁界を加えずに、陽極との
間に略８cmの距離を有する陰極の表面の上方に約
20mmだけ昇降素子７によつて上昇された場合に
は、シリコン及び二酸化シリコンの食刻速度が著
しく低下する。しかしながら、磁界の磁力線が電
界の電気力線に垂直に、平行に、又は平行及び水
平の両方に延びるかのいずれに係らず、局部的磁
界が更に加えられた場合には、シリコンの食刻速
度は５×10-2T程度の磁気誘導を有する磁界によ
つて、局部的磁界を加えられずそして基板が陰極
表面よりも上方に上昇されない従来の場合に得ら
れた値よりもほんの僅かしか低くない値迄補償さ
れ得る。二酸化シリコンの場合には、この様には
ならず、その食刻速度は、上昇され且つ局部的磁
界を加えられたとき、何ら磁界を加えずに上昇さ
〓〓〓〓〓
れた位置で測定された極めて低い値から、何ら磁
界を加えずそして陰極表面よりも上昇されない従
来の場合の３乃至４分の１の低い値迄しか、増加
され得ない。この結果は、シリコンの食刻速度を
低下させず又は均質性に損失を与えずに、シリコ
ンと二酸化シリコンとの間に40乃至50の食刻速度
比を与えるので、極めて有利である。従つて、シ
リコンを食刻するための二酸化シリコンのマスク
層をずつと薄く形成することが出来、その結果、
試料素子をより忠実に二酸化シリコン・マスクに
転写し得る。更に、多結晶シリコン・ゲートの形
成中にゲート酸化物層が著しく影響される危険が
最小限に減少され得る。 次に、第１図及び第２図の本発明による装置を
用いて、二酸化シリコン層で選択的にマスクされ
たシリコン・ウエハに行われた食刻の９つの例の
結果について、説明する。９つのすべての例に於
て、次に示す同一のパラメータが用いられた。 ヘリウム−塩素混合物：毎分50mlのヘリウム及び
５mlの塩素* 電力：1000ワツト 圧力：略1.3μbar 時間：100分間 基板温度：略室温 電極間隔：約８cm （＊標準的条件の下で） ９つの例に於て異なるパラメータ、得られた食
刻速度及び食刻速度比を次の表に示す。
のガス排出口を有する接地されたケースにより包
囲され、上記ケースは水平方向に配置されたプレ
ート状陰極を含み、上記陰極の上には基板が配置
され、上記陰極の上方にはプラズマを維持するた
めの空間が設けられている反応室を有する反応性
イオン食刻装置に係る。上記反応性イオン食刻装
置に於て、基板は反応性ガスから形成されたプラ
ズマ中に生じたイオン化された粒子にさらされ
る。 従来技術 その様な装置については、例えば米国特許第
3994793号の明細書に記載されており、反応性イ
オン食刻の運動学的理論については、Journal of
Vac.Sci.Technol.16(2)、1979年３月〜４月、第
404頁以降に於けるJ.L.Mauer及びJ.S.Loganによ
る“Reactant Supply in ReactiveIon
Etching”と題する文献に記載されている。 上述の如き反応性イオン食刻装置は、例えば半
〓〓〓〓〓
導体ウエハの如き平坦な基板を食刻するために適
している。上記装置に於ては、ケースが陽極とし
て働き、装置中に導入された反応性ガスから形成
されたプラズマが上記陽極との間に維持される。
上記陰極に平行に配置されそして上記ケースに導
電接続されたプレートも陽極として用いられ得る
が、ケーースが陽極として用いられた場合には、
陽極表面が陰極表面よりも大きくなる。これは１
つの利点であり、陽極と陰極との表面の比が大き
い程、陰極に於ける電圧降下が大きく、陰極に於
ける大きな電圧降下は、陰極又は該陰極上の基板
に衝突するイオン化された粒子の運動エネルギが
高いことを意味する。厳密に垂直な壁を有する開
孔が食刻されるべき場合に用いられることが好ま
しい反応性イオン食刻に於ては、反応室に於ける
対応する低い圧力によつて達成される、イオン化
された粒子の大きな平均自由行程以外に、イオン
化された粒子が大きな運動エネルギを有している
ことが望ましい。反応性イオン食刻に於ては、除
去が、一方では物理的に、即ち衝突するイオン化
された粒子の運動エネルギによつて、他方では化
学的に、即ちプラズマ中のイオン化された粒子と
食刻されるべき材料との反応（イオンによる化学
的食刻）によつて、達成される。それら２つのプ
ロセスのどちらが所定の材料の除去に於ける速度
を決定するかに応じて、その用いられている材料
を“主として物理的に食刻可能な材料”又は“主
として化学的に食刻可能な材料”と称する。例え
ば、シリコンは、塩素及びヘリウムを含む雰囲気
中で、主として化学的に食刻可能な材料である。
シリコン、例えばシリコン・ウエハが反応性イオ
ン食刻装置中で塩素及びヘリウムを含む雰囲気に
さらされ、それらの反応性ガスからプラズマが発
生されて、シリコン表面上にSiCl2の被膜が形成
される。SiCl2ラジカルが、衝突するイオン化さ
れた粒子のスパツタリング効果により、物理的に
除去される。SiCl2ラジカルは、プラズマ中で反
応してSiCl4を形成し、ポンプで排出される。食
刻は、厳密に異方的に行なわれ、即ち食刻される
べき表面に正確に垂直に行なわれる。これとは反
対に、SiCl2は、これらの条件の下で、主として
物理的に食刻（陰極スパツタリング食刻）され
る。 反応性イオン食刻は、厳密に異方的な食刻を可
能にするという利点だけでなく、又特に湿式の化
学的食刻の場合と比べて、食刻されるべき部分の
不純物の程度が極めて僅かであるという利点を有
する。反応性イオン食刻に関連する問題は、除去
処理の速度が比較的遅いこと（強い放射による露
光及び長い処理速度）であり、その点の改良が望
まれる。 本発明の概要 本発明の目的は、食刻の質に影響を与えずに、
従来技術の場合よりも速い食刻速度を達成する、
反応性イオン食刻装置を提供することである。 本発明による装置を用いることによつて、従来
技術の場合よりも速い食刻速度が達成される。食
刻の均一性は、周知の装置を用いた場合と同質で
ある。本発明による装置に於て、基板上に働く磁
力線は、基板表面に垂直及び／若しくは平行であ
り得る。５×10-2T程度の磁気誘導を有する磁界
は、主として化学的に食刻可能な材料の食刻速度
を、略1.2倍増加させる。主として物理的に食刻
可能な材料の食刻速度は、上記磁界によつて、そ
の磁力線が基板表面に水平に延びる場合には、略
1.2倍増加され、その磁力線が基板表面に垂直に
延びる場合には、２倍増加される。基板表面に平
行な磁力線を有する磁界は、プラズマのイオン及
び電子の入射角及び軌道を変化させる（サイクロ
トロン効果）。これは、粒子がイオン化される確
率及びそれらの運動エネルギを増す。磁界を変化
させることにより、実際の食刻効果が局部的に制
御され得る。基板表面に垂直に延びる磁力線を有
する磁界は、基板の位置に於ける入射荷電粒子の
密度を増加させ得る（プラズマ・ピンチ効果）。 本発明による装置を用いることによつて、前述
の如く、圧力、ガス流量及びプラズマのHFレー
トによつて決定される巨視的燃焼の振舞と、基板
の位置に於ける局部的な食刻の振舞との間の相互
作用を断つことが可能である。換言すれば、プラ
ズマは主として反応性粒子の源として働くが、本
発明による反応炉によれば、食刻処理が基板の位
置に於て直接制御される。 本発明による装置は、１実施例に於て、陰極か
ら電気的に絶縁されている各基板ホルダ上に各基
板が配置され、上記各基板ホルダは陰極中の各々
１つの貫通孔内に配置されて陰極表面に垂直に昇
降することが出来、そして磁界を生ぜしめるため
〓〓〓〓〓
の手段が上記各基板ホルダ中に設けられる様に、
有利に設計されている。本発明による装置の上記
実施例は、主として化学的に食刻可能な材料が、
主として物理的に食刻可能な財料の存在の下で、
主として物理的に食刻可能な材料よりも相当に速
く食刻されるべき場合に、特に有利に用いられ
る。その実施例に於ては、食刻されるべき基板が
陰極表面の平面よりも上方に上昇される。この様
に基板を上昇させることによつて、基板上に到達
するイオン及び電子の運動エネルギに影響を与え
ることが出来る。例えば基板が陰極表面上の暗部
よりも上方に配置されるようなレベルに上昇さ
れ、そして従来の反応性イオン食刻の場合と同一
の条件が用いられ、即ち何ら磁界が加えられなか
つた場合には、粒子は基板上に衝突する前に極め
て低い電圧差しか移動せず、従つてそれに対応す
る小さな運動エネルギを有するので、食刻速度が
著しく低下する。しかしながら、本発明に従つて
それらの基板に更に局部的磁界が加えられた場合
には、上述の如く上昇されることによつて生じた
食刻速度の低下は、主として化学的に食刻可能な
材料については、実際に於て充分に補償され得る
が、主として物理的に食刻可能な材料について
は、基板が上述の如く上昇されなかつた場合の食
刻速度の３乃至４分の１の低いレベル迄しか食刻
速度が増加され得ない。基板の上昇と磁界の印加
との相互作用によつて達成されるこの効果は、正
確に所望の結果を与え、即ち主として化学的に食
刻可能な材料が主として物理的に食刻可能な材料
よりもずつと速く食刻される。従つて、本発明に
よる装置の上記実施例は、反応性イオン食刻のス
パツタリングと化学的効果とがプラズマの振舞に
よつて相互に関連づけられている従来の反応性イ
オン食刻装置の特徴を除く。従来の装置に於て
は、一方又は他方の効果はいずれも、それらの効
果が同時に変更されなければ、影響され得ない。 本発明の実施例 従来の反応性イオン食刻装置とは異なり、本発
明による反応性イオン食刻装置は、各基板の領域
に限定されそして陰極と陽極との間の電界の電気
力線に垂直及び／若しくは平行に延びる磁力線を
有する磁界に、食刻されるべき各基板がさらされ
る様にする手段を含む。それらの手段は、基板表
面領域に於ける磁界のすべての磁力線が基板表面
に平行又は垂直のいずれかの方向に延びる様な寸
法を有する。電界に垂直に延びる磁界は例えば永
久磁石又はコイルによつて発生され、電界に平行
に延びる磁界は例えばコイルによつて発生され
る。磁界を発生させるための上記手段は、基板の
下方に配置される。 次に、図面を参照して、本発明による反応性イ
オン食刻装置をその１実施例について更に詳細に
述べる。 第１図は、反応性イオン食刻装置の反応室１の
断面を示している。反応室１は、接地されたケー
ス２より包囲されている。反応室１は、高周波交
流電圧を印加される、水平方向に配置されたプラ
ズマ状陰極３を含む。ケース２は、反応性イオン
食刻装置の陽極として働く。しかしながら、反応
室１内に陰極３に平行に配置されている、接地さ
れた又は設定可能な或る電位を印加されるプレー
トを対向電極として用いることも可能である。反
応室１は、少くとも、１つのガス導入口４と、反
応室１内のガスを真空ポンプ（図示せず）によつ
て排気し得る１つのガス排出口５とを有する。装
置の動作中にプラズマ６が生ぜしめられる空間
が、陰極３と、ケース２又は陽極プレートの水平
な上部との間に設けられる。昇降素子７及び基板
ホルダ８は本発明による装置の或る特定の実施例
の特徴的部分である。昇降素子７は、陰極３中の
貫通孔中に配置された基板ホルダ８を昇降させ
る。基板ホルダ８上に基板９が配置され、基板９
は昇降素子７によつて陰極表面から陽極に向かつ
て上昇され得る。基板ホルダ８は浮動電位にあ
る。 第２図は、第１図の円で囲まれた部分を拡大し
て示している。第２図は、昇降素子７上に配置さ
れた基板ホルダ８を含む開孔を有する陰極３の領
域を示している。陰極３の表面は、好ましくは石
英より成る、好ましくは厚さ数ミリメートルの誘
電体材料層１１で被覆されている。基板ホルダ８
の上部１２も、好ましくは石英である誘電体材料
より成る。基板ホルダ８の上部１２中には、少く
とも１つの磁界を生ぜしめるための手段が設けら
れている。第２図においては、上記手段の１例と
して、永久磁石１３が上部１２中に設けられ、永
久磁石１３は、上部１２上の配置された基板９の
領域に於て、陰極表面に平行に延びる磁力線を有
〓〓〓〓〓
する磁界を生ぜしめる。永久磁石１３の代りに、
上部１２は、陰極表面に平行に延びる軸を有する
コイルを含んでもよい。本発明による装置の他の
実施例に於ては、陰極表面に垂直に延びる磁力線
を有する磁界を生ぜしめるために、陰極表面に垂
直な軸を有する１つのコイル、又は一方が陰極表
面に平行な磁力線を有する磁界を発生しそして他
方が陰極表面に垂直な磁力線を有する磁界を発生
する２つのコイルが上部１２中に設けられる様に
設計され得る。上記２つのコイルの一方を永久磁
石と置換えることも可能である。 本発明による装置は、食刻されるべき基板の位
置に局部的磁界を用いている点で、従来の反応性
イオン食刻装置と異なつている。５×10-2T程度
の磁気誘導及び他は従来の場合と同一のパラメー
タ（ガス流量、電気力線、反応室内の圧力、基板
温度及び食刻期間）を用いて、陰極表面に平行に
延びる磁力線を有する磁界が加えられた場合に
は、食刻速度の増加は、主として物理的に食刻さ
れた材料及び主として化学的に食刻された材料の
両方に於て、略同一である。５×10-2T程度の磁
気誘導及び他は従来の場合と同一のパラメータを
用いて、電界の電気力線に平行に延びる磁力線を
有する磁界が加えられた場合には、食刻速度は従
来の場合よりも増加するが、食刻速度の相対的増
加は、主として化学的に食刻可能な材料の場合の
方が、主として物理的に食刻可能な材料の場合よ
りも少ない。各々５×10-2T程度の磁気誘導を有
しそして電界に水平及び垂直に延びる磁力線を有
する２つの磁界が基板に加えられた場合にも、食
刻速度が従来の場合よりも増加し得る。従つて、
本発明による装置の本実施例を用いた場合には、
主として物理的に食刻可能な材料及び主として化
学的に食刻可能な材料の食刻速度が増加する。 第１図及び第２図に示されている本発明による
装置は、主として化学的に食刻される材料が、主
として物理的に食刻されるべき材料の存在の下
で、優先的に食刻されるべき場合に、特に用いら
れる。これは、主として化学的に食刻可能な材料
を選択的に食刻するために主として物理的に食刻
可能な材料より成るマスクが用いられる場合、又
は主として物理的に食刻可能な材料より成る極め
て薄い層が食刻されずに、その上に重ねられた主
として化学的に食刻可能な材料が食刻されるべき
場合に極めて重要である。後者の場合の１例は、
二酸化シリコンのゲート酸化物層及び多結晶シリ
コンのゲートを有する電界効果型トランジスタの
製造に於て、主として化学的に食刻可能なシリコ
ンより成るゲートが、主として物理的に食刻可能
な二酸化シリコンより成るゲート酸化物に殆ど影
響を与えずに、塩素及びヘリウムを含む雰囲気中
で反応性イオン食刻されるべき場合である。従つ
て、本発明に於ける重要な特徴の１つは、化学的
に食刻されるべき材料と物理的に食刻されるべき
材料との食刻速度比が大きいことである。本発明
に於けるもう１つの重要な特徴は、主として化学
的に食刻可能な材料が連続的製造を行うに充分な
速度で食刻され、且つその食刻が均一に行われる
ことである。本発明による装置を用いた食刻につ
いて更に詳細に説明するために、以下にシリコン
と二酸化シリコンとを組合わせた材料を塩素及び
ヘリウムを含む雰囲気中で食刻する場合について
述べる。しかしながら、本発明による装置は、他
の材料の組合せ又は他の適切な食刻ガスの選択に
よつても、有利に用いられ得る。従来の装置が用
いられた場合には、シリコンと二酸化シリコンと
の反応性イオン食刻速度比は、10乃至15である。
他の条件を変えずに、本発明に従つて、各基板に
少くとも１つの局部的磁界を加えた場合には、前
述の如く、主として化学的に食刻可能な材料であ
るシリコン及び主として物理的に食刻可能な材料
である二酸化シリコンの食刻速度が10乃至20％程
度増加する。基板が、従来の場合と同一の条件の
下で、即ち何ら局部的磁界を加えずに、陽極との
間に略８cmの距離を有する陰極の表面の上方に約
20mmだけ昇降素子７によつて上昇された場合に
は、シリコン及び二酸化シリコンの食刻速度が著
しく低下する。しかしながら、磁界の磁力線が電
界の電気力線に垂直に、平行に、又は平行及び水
平の両方に延びるかのいずれに係らず、局部的磁
界が更に加えられた場合には、シリコンの食刻速
度は５×10-2T程度の磁気誘導を有する磁界によ
つて、局部的磁界を加えられずそして基板が陰極
表面よりも上方に上昇されない従来の場合に得ら
れた値よりもほんの僅かしか低くない値迄補償さ
れ得る。二酸化シリコンの場合には、この様には
ならず、その食刻速度は、上昇され且つ局部的磁
界を加えられたとき、何ら磁界を加えずに上昇さ
〓〓〓〓〓
れた位置で測定された極めて低い値から、何ら磁
界を加えずそして陰極表面よりも上昇されない従
来の場合の３乃至４分の１の低い値迄しか、増加
され得ない。この結果は、シリコンの食刻速度を
低下させず又は均質性に損失を与えずに、シリコ
ンと二酸化シリコンとの間に40乃至50の食刻速度
比を与えるので、極めて有利である。従つて、シ
リコンを食刻するための二酸化シリコンのマスク
層をずつと薄く形成することが出来、その結果、
試料素子をより忠実に二酸化シリコン・マスクに
転写し得る。更に、多結晶シリコン・ゲートの形
成中にゲート酸化物層が著しく影響される危険が
最小限に減少され得る。 次に、第１図及び第２図の本発明による装置を
用いて、二酸化シリコン層で選択的にマスクされ
たシリコン・ウエハに行われた食刻の９つの例の
結果について、説明する。９つのすべての例に於
て、次に示す同一のパラメータが用いられた。 ヘリウム−塩素混合物：毎分50mlのヘリウム及び
５mlの塩素* 電力：1000ワツト 圧力：略1.3μbar 時間：100分間 基板温度：略室温 電極間隔：約８cm （＊標準的条件の下で） ９つの例に於て異なるパラメータ、得られた食
刻速度及び食刻速度比を次の表に示す。
【表】
【表】
除去されたシリコン層及び二酸化シリコン層の
厚さが干渉計を用いて又は機械的に動作するステ
ツプ・ゲージによつて決定され、それから食刻速
度が推断された。更に食刻の均一性が従来の反応
性イオン食刻装置の場合と同一の質を有している
ことが解つた。上記表に示されている結果は、基
板を略８mm上昇させても効果は小さいが、20mm上
昇させると効果が極めて大きいことを示してい
る。これは、20mm上昇させることによつて基板が
既に暗部よりも上方に配置されたことによるもの
と考えられる。暗部に於ては、陰極に向かつてイ
オン化された粒子に大きな運動エネルギを与える
大きな電圧降下が生じる。従つて、暗部よりも上
方に配置された基板は、陰極上に直接配置された
基板又は陰極表面の平面から数ミリメートルしか
上昇されていない基板よりもずつと小さな運動エ
ネルギを有する粒子にさらされる。イオン化され
た粒子の小さな運動エネルギ及び暗部の上方の低
い電子密度は、上記表の例３に於て、シリコンの
遅い食刻速度及び二酸化シリコンの既に除去され
た粒子の再付着による食刻の過度の補償を生ぜし
める。しかしながら、上記表は、例６及び９に於
て、５×10-2T程度の磁気誘導を有しそして電界
の電気力線に平行又は垂直に延びる磁力線を有す
る局部的磁界が、シリコンの食刻速度を、何ら磁
界を加えられずに陰極表面上に直接配置された基
板の場合よりも僅かしか低くない値迄、再び増加
させることを示している。しかしながら、例６及
び９に於て示されている如く、その様な磁界は、
主として物理的に食刻可能な二酸化シリコンの食
刻速度に対しては強く作用せず、従つてシリコン
の食刻速度が二酸化シリコンの食刻速度よりも40
乃至50倍速いという望ましい結果が得られる。上
記表の例４、５、７及び８に於ける他の結果は、
陰極の平面から全く又は僅かしか上昇されていな
い基板に対する局部的磁界の前述の効果を証明し
ている。
厚さが干渉計を用いて又は機械的に動作するステ
ツプ・ゲージによつて決定され、それから食刻速
度が推断された。更に食刻の均一性が従来の反応
性イオン食刻装置の場合と同一の質を有している
ことが解つた。上記表に示されている結果は、基
板を略８mm上昇させても効果は小さいが、20mm上
昇させると効果が極めて大きいことを示してい
る。これは、20mm上昇させることによつて基板が
既に暗部よりも上方に配置されたことによるもの
と考えられる。暗部に於ては、陰極に向かつてイ
オン化された粒子に大きな運動エネルギを与える
大きな電圧降下が生じる。従つて、暗部よりも上
方に配置された基板は、陰極上に直接配置された
基板又は陰極表面の平面から数ミリメートルしか
上昇されていない基板よりもずつと小さな運動エ
ネルギを有する粒子にさらされる。イオン化され
た粒子の小さな運動エネルギ及び暗部の上方の低
い電子密度は、上記表の例３に於て、シリコンの
遅い食刻速度及び二酸化シリコンの既に除去され
た粒子の再付着による食刻の過度の補償を生ぜし
める。しかしながら、上記表は、例６及び９に於
て、５×10-2T程度の磁気誘導を有しそして電界
の電気力線に平行又は垂直に延びる磁力線を有す
る局部的磁界が、シリコンの食刻速度を、何ら磁
界を加えられずに陰極表面上に直接配置された基
板の場合よりも僅かしか低くない値迄、再び増加
させることを示している。しかしながら、例６及
び９に於て示されている如く、その様な磁界は、
主として物理的に食刻可能な二酸化シリコンの食
刻速度に対しては強く作用せず、従つてシリコン
の食刻速度が二酸化シリコンの食刻速度よりも40
乃至50倍速いという望ましい結果が得られる。上
記表の例４、５、７及び８に於ける他の結果は、
陰極の平面から全く又は僅かしか上昇されていな
い基板に対する局部的磁界の前述の効果を証明し
ている。
第１図は本発明による反応性イオン食刻炉の１
実施例を示す図、第２図は第１図の円で囲まれた
部分を拡大して示す図である。 １……反応室、２……ケース（陽極）、３……
〓〓〓〓〓
プレート状陰極、４……ガス導入口、５……ガス
排出口、６……プラズマ、７……昇降素子、８…
…基板ホルダ、９……基板、１１……誘電体材料
層、１２……基板ホルダの上部（誘電体材料）、
１３……永久磁石。 〓〓〓〓〓
実施例を示す図、第２図は第１図の円で囲まれた
部分を拡大して示す図である。 １……反応室、２……ケース（陽極）、３……
〓〓〓〓〓
プレート状陰極、４……ガス導入口、５……ガス
排出口、６……プラズマ、７……昇降素子、８…
…基板ホルダ、９……基板、１１……誘電体材料
層、１２……基板ホルダの上部（誘電体材料）、
１３……永久磁石。 〓〓〓〓〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (イ) 接地したケースにより包囲された、少く
とも１つのガス導入口及び１つのガス排出口を
有する反応室と、 (ロ) 上記反応室内に設けられ、複数の基板ホルダ
をもつ基板配置領域を有し、上記ケースとの間
で高周波交流電圧が印加されるプレート状電極
と、 (ハ) 上記電極上のプラズマ維持空間部と、 (ニ) 上記複数の基板ホルダの各々に個別に設けら
れ、上記基板ホルダに配置された基板の表面
に、該基板の表面付近にのみ局在化され他の基
板の表面には実質的には及ばない磁界を与える
ための手段、 とを具備する反応性イオン食刻装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP82102719A EP0090067B2 (de) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | Reaktor für das reaktive Ionenätzen und Ätzverfahren |
| EP82102719.0 | 1982-03-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58177472A JPS58177472A (ja) | 1983-10-18 |
| JPS6136589B2 true JPS6136589B2 (ja) | 1986-08-19 |
Family
ID=8188963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58003623A Granted JPS58177472A (ja) | 1982-03-31 | 1983-01-14 | 反応性イオン食刻装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4424102A (ja) |
| EP (1) | EP0090067B2 (ja) |
| JP (1) | JPS58177472A (ja) |
| DE (1) | DE3272083D1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2550044B1 (fr) * | 1983-07-05 | 1986-11-21 | Parrens Pierre | Appareil de traitement par plasma de substrats en forme de plaquettes |
| FR2555362B1 (fr) * | 1983-11-17 | 1990-04-20 | France Etat | Procede et dispositif de traitement d'un materiau semi-conducteur, par plasma |
| US4778562A (en) * | 1984-08-13 | 1988-10-18 | General Motors Corporation | Reactive ion etching of tin oxide films using neutral reactant gas containing hydrogen |
| US4544444A (en) * | 1984-08-15 | 1985-10-01 | General Motors Corporation | Reactive ion etching of tin oxide films using silicon tetrachloride reactant gas |
| CA1281439C (en) * | 1985-02-05 | 1991-03-12 | James F. Battey | Plasma reactor and method for removing photoresist |
| US5201993A (en) * | 1989-07-20 | 1993-04-13 | Micron Technology, Inc. | Anisotropic etch method |
| JP2673380B2 (ja) * | 1990-02-20 | 1997-11-05 | 三菱電機株式会社 | プラズマエッチングの方法 |
| US5089707A (en) * | 1990-11-14 | 1992-02-18 | Ism Technologies, Inc. | Ion beam generating apparatus with electronic switching between multiple cathodes |
| DE19713352A1 (de) * | 1997-03-29 | 1998-10-01 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Plasmabrennersystem |
| US6132632A (en) * | 1997-09-11 | 2000-10-17 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for achieving etch rate uniformity in a reactive ion etcher |
| US6445134B1 (en) | 1999-11-30 | 2002-09-03 | Environmental Surface Technologies | Inner/outer coaxial tube arrangement for a plasma pinch chamber |
| US20030041970A1 (en) * | 2001-08-29 | 2003-03-06 | Tokyo Electron Limited | Wafer processing machine |
| JP4890942B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2012-03-07 | 文化シヤッター株式会社 | 開閉扉装置 |
| US8557093B2 (en) * | 2007-03-22 | 2013-10-15 | Sunpower Corporation | Deposition system with electrically isolated pallet and anode assemblies |
| JP6951548B2 (ja) * | 2017-08-01 | 2021-10-20 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 金属酸化物の後処理の方法 |
| US12572067B2 (en) | 2023-03-23 | 2026-03-10 | International Business Machines Corporation | Guiding structures for fabrication of angled features in a semiconductor device |
| US12558835B1 (en) | 2023-03-23 | 2026-02-24 | International Business Machines Corporation | Fabrication of asymmetric mandrel structures in semiconductor device |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3369991A (en) | 1965-01-28 | 1968-02-20 | Ibm | Apparatus for cathode sputtering including a shielded rf electrode |
| CH551498A (de) * | 1972-05-09 | 1974-07-15 | Balzers Patent Beteilig Ag | Anordnung zur aufstaeubung von stoffen auf unterlagen mittels einer elektrischen niederspannungsentladung. |
| FR2237311B1 (ja) | 1973-07-12 | 1977-05-13 | Ibm France | |
| JPS5176819U (ja) * | 1974-12-14 | 1976-06-17 | ||
| CH611938A5 (ja) * | 1976-05-19 | 1979-06-29 | Battelle Memorial Institute | |
| US4131533A (en) * | 1977-12-30 | 1978-12-26 | International Business Machines Corporation | RF sputtering apparatus having floating anode shield |
| US4158589A (en) | 1977-12-30 | 1979-06-19 | International Business Machines Corporation | Negative ion extractor for a plasma etching apparatus |
| JPS54137642A (en) | 1978-04-12 | 1979-10-25 | Battelle Memorial Institute | Electrode for reversible fuel cell* and method of and apparatus for producing same |
| JPS5613480A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-09 | Hitachi Ltd | Dry etching apparatus |
| US4309266A (en) | 1980-07-18 | 1982-01-05 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Magnetron sputtering apparatus |
| US4381453A (en) | 1980-12-31 | 1983-04-26 | International Business Machines Corporation | System and method for deflecting and focusing a broad ion beam |
| US4381965A (en) | 1982-01-06 | 1983-05-03 | Drytek, Inc. | Multi-planar electrode plasma etching |
| CH682754A5 (de) * | 1991-01-24 | 1993-11-15 | Gegauf Fritz Ag | Verfahren zum Nähen eines Stichmusters auf einer Nähmaschine. |
-
1982
- 1982-03-31 DE DE8282102719T patent/DE3272083D1/de not_active Expired
- 1982-03-31 EP EP82102719A patent/EP0090067B2/de not_active Expired - Lifetime
-
1983
- 1983-01-14 JP JP58003623A patent/JPS58177472A/ja active Granted
- 1983-03-28 US US06/479,405 patent/US4424102A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4424102A (en) | 1984-01-03 |
| JPS58177472A (ja) | 1983-10-18 |
| EP0090067A1 (de) | 1983-10-05 |
| EP0090067B2 (de) | 1991-03-20 |
| EP0090067B1 (de) | 1986-07-23 |
| DE3272083D1 (en) | 1986-08-28 |
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