JPS62254428A - 反応性スパツタエツチング方法と反応性スパツタエツチング装置 - 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、半導体集積回路製造の几めに用いる高融点金
属材料の微細パターン形成技術のうち、アンダーカット
のない矩形の断面形状を有する金属パタンを実現させる
エツチング方法およびその製造装置に関するものである
。

（従来技術お工び発明が解決しょうとする問題点）半導
体集積回路の高集積度化に伴い、サブミクロン領域の微
細パタンを転写する技術としてＸ線露光技術が有望であ
る。そして、この技術に不可欠なＸ線マスクの吸収体材
料としては、Ｘ線阻止能や微細加工性などの観点から高
融点金属材料が注目されている。

一般に、高融点金属材料のパターニングとしては、ＣＦ
４−　Ｃ＊Ｆｓ、　ＣＣｔ２Ｆ２などのフロン系ガスや
塩素系ガスを用いる反応性エツチング法が利用される。

第６図は、従来の反応性エツチング装置の概略図である
。図において、１は真空試料室、２は上部電極、３は下
部電極兼水冷試料テーブル、４はＲＦ電源、５は絶縁材
料、６は試料水冷パイプ、７は覗窓、８は石英エツチン
グテーブル、９に試料（基板）、ｌＯと１２はストップ
パルプ、１１はエツチングガス導入パルプ、１３は真空
試料室内のリークパルプ％１４は真空試料室内の真空度
モニタ、２０は可変主バルブ、２１は荒引バルブ、２２
はエツチングパルプ、２３は補助パルプ、々は排気系の
真空度モニタ、５は液体窒素トラップ、２６ハ水冷バツ
フル、２７は油拡散ポンプ、墓と３１は油回転ポンプ、
２９ハメカニカルブースタポンプ、（支）はストップパ
ルプである。

この装置を動作させる定めには、まず、真空試料室１円
の石英エツチングテーブル８上にエツチング丁べき試料
（基板）９ｔ−セットＬ、７を後。

荒引パルプ２１を開けて油回転ポンプ四で所定の圧力ま
で真空計１４でモニタしながら真空試料室１内を荒引す
る。つぎに、荒引バルブ２１ｔ−閉じてから、補助パル
プ２３を開け、さらに、可変主バルブ２０を開けて、液
体窒素トラップ話および水冷バッフル２６ヲ介して油拡
散ポンプｎで前記真空試料室１円を所定の真空度まで本
引する。

つぎに、可変主パルプ２０１！−閉じてから、ストップ
パルプｌＯを開けてガス導入パルプ１１からＣＦ４−Ｃ
ｌＦ５．　ＣＣ４Ｒなどの化学的に活性なフロン系ある
いは塩素系ガスを前記真空試料室１内に所定の量だけ導
入し、真空計１４で真空試料室内のガス圧をモニタしな
がらストップパルプ３０ヲ開けるとともに、エツチング
パルプ２２ｔ−調節して真空試料室内を所定の圧力にな
るようメカニカルブースタポンプ四と油回転ポンプ３１
とで排気する。つぎに、上部電極２と下部電極３との間
にＲＦＩＥ源４から電力を供給して放電を起丁０前記放
電を所定の電力にセットし、さらに、所定のエツチング
時間を経ることにぶって、下部電極３の上に石英エツチ
ングテーブル８を介して載っている試料９の表面に堆積
している金属製がエツチングされ所望の金属パタンか得
られる。

一般に、化学的に安定なＳＬなどの反応性エツチングで
は、イオン衝撃に工って引起こされるエツチング反応に
工って、パタンの断面形状が矩形であるバタンか容易に
本装置に工り実現できる。しかし、化学的に活性なＴａ
　、　Ｗ　、　Ｍｏなどの高融点金属材料の反応性エツ
チングでは。

プラズマ雰囲気中の不純物ガスの挙響を大きく受ける几
め、イオン衝撃にＬるエツチング反応と方向性がなくア
ンダーカットの原因となるラジカル反応を独立に制御で
きない本製造装置では矩形パタンの製造て難しい。

第７図は、ＣＢｒＦ３ガスを用い几従来の製造装置でＴ
ａ　ｔｉｌｌ　’ｅ反応性エツチングし次後のＳ　ｉ　
Ｏ！／　ＴＪＬパタンの断面図である。図中４２は基板
、４３は被エツチング材、４４はマスクを示す。第８因
はその顕微鏡写真を示す。図からも明らかなように、石
英エツチングテーブルからエツチング雰囲気中に放出す
る０２や５ｉＯ１等の不純物ガスや不純物の影響に工９
、ラジカル反応とスパッタ効果を充分に制御できない几
め、Ｏ，１〜０．２μｍのアンダーカットを有し、マス
クバタン寸法からのバタン変換差が大きい。従って、サ
ブミクロン領域のバタン製造では重大な問題である。以
上説明したように、従来の製造装置にＬるＴａ等の高融
点金属材料のエツチング方法では、以下に要約される問
題点があるため、０．１ｐｖｎ　ＤＡ下のパタン変換差
を得ることは難しい。

（す石英エツチングテーブルからの酸素放出により酸素
がエツチングガス中の炭素や弗化炭素と結合する几め、
プラズマ中のフッ素ラジカル濃度が実効的に増加し、等
方的なエツチング系に変化するため、アンダーカットを
生ずる。

（２）石英エツチングテーブルから放出される５ｉＱ）
（等の試料表面への再付着に工り、エツチング面が荒れ
る。

（問題点を解決する丸めの手段） 本発明は上記の欠点を改善する几めに提案され友もので
、プラズマ中に酸素を放出してフッ素ラジカル濃度を増
加させる作用をもつ石英ガラス等のエツチングテーブル
とＣま友はＣＦｎの放出に工りフッ素ラジカルを吸収し
てプラズマ中のフッ素うジカル濃度金減少させる作用を
もつカーボンま比はフッ化炭素（７２：とえばテフロン
）のいずれかを複合させることに１って、プラズマ中の
フッ素ラジカル濃度を精密に制御し、良好なパタンを形
成することを目的とする。

上記の目的を達成するｔめ、本発明はフロン系あるいは
塩素系ガスを用いる反応性スパッタエツチング方法にお
いて、プラズマ領域内に石英ガラス及び炭素又は弗化炭
素を含む複合材料を配置して、フッ素ラジカルの濃度を
制御してエツチングを行うことを特徴とする反応性スパ
ッタエツチング方ａｔ−発明の要旨とするものである。

さらに本発明はフロン系あるいは塩素系ガスを用いる反
応性スパッタエツチング装置において、石英ガラス及び
炭素あるいは弗化炭素を含むテーブル全備えることｔ−
特徴とする反応性スパッタエツチング装置を発明の要旨
とするものである。

プラズマにさらされる領域で、とくに、エツチング特性
に大きい影響を及は丁ものとして、エツチングテーブル
がある０従米は、単一エツチングテーブルを用いており
、この場合には、プラズマ中のフッ素ラジカルとＣＦｎ
イオンなどのイオン入射エネルギを独立に制御できなか
つた。これに対し、本発明では、プラズマにさらされる
領域として、周囲を石英ガラスが占め、その内側をカー
ボンまｔはテフロン（７ツ化炭素〕のいずれかが複合さ
れ文構造とし几反応性スパッタエツチング装置を用いて
おり、この場合には、石英ガラスに対するカーボンまた
はテフロンのいずれかの占有面積を変化させることによ
り、プラズマ中のラジカル濃度全調節できる之め、ＣＦ
ｎイオンなどのイオン入射エネルギとは独立にラジカル
反応を制御できる点に特徴を有している。

次に本発明の詳細な説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうろことは
言うまでもない。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例におけるエツチングテーブル
の模式図である。菊は石英ガラス。

４１はカーボンあるいはテフロンである。９は試料を示
す。囚はカーボンあるいはテフロンが占める領域が円形
である場合、（Ｂ）はカーボンあるいはテフロンの占め
る領域が四角形である場合である。

エツチングテーブルの周囲に配置されている石英ガラス
（Ｓｔｏｗ）がエツチングされるとプラズマ中にＯｔ＊
　８１　＋　５ＩＯＸ等が放出される。プラズマ中に放
出され几Ｏ！は、Ｃ０Ｆｎなど管生成してフッ素ラジカ
ルの発生を促進させる究め、プラズマ中のフッ素ラジカ
ル濃度を増加させる。プラズマ中のフッ素ラジカルが増
加するとエツチングは等方的に進行するｔめ、アンダー
カットを生ずる。一方、カーボンｔｘｈテフロン（ＣＦ
ｎ）は、プラズマ中の０２やフッ素うジカル七吸収し、
Ｃｏ　、Ｃ０ｔ−ＣＦｎ　”Ｊ　’！ｉ’生成する効果
がある九め、プラズマ中のラジカル成分を調節できる。

一般に、反応性エツチングにおいて、試料９は、エツチ
ングの均−性等を考慮して、エツチングテーブルの中心
付近にセットされる。Ｔａ。

Ｗ、Ｍｏ等の化学的に活性な高融点金属材料の反応性エ
ツチングでは、試料近傍のラジカル濃度や不純物の存在
が重要となる友め、カーボンまたはテフロンのいずれか
が露出している領域は、エツチングテーブルの中心付近
に配置されている必要がある。

第２図は、本発明のエツチングテーブルの効果を説明す
る図でｆ５９、カーボンと石英ガラスの面積重金変化さ
せ几場合におけるＴａのエツチング速度とＴａ１ｌ！の
下地に用いるＳｉｎ、に対するＴａのエツチング選択比
である。第２図からも明らかなように、　Ｓｉｎ、に対
するＴａのエツチング選択比（Ｔａ　／　ＳｉＯり　？
！　、石英ガラスに対するカーボンの面積率が０．７ま
では８〜１０倍程度有するが、カーボン／石英ガラスの
面積率０．７程度ではＴａのエツチング速度が極端に低
下する友め加工能率の観点からは問題となるｏＬ７ｔが
って、カーボン／石英ガラスの面積率は、適当なＴａの
エツチング速度が得られる０、５以下で構成されｔ複合
エツチングテーブルである必要がある。

一方、第３図は、カーボン／石英ガラスの面積率に対す
るアンダーカット量の関係である。

アンダーカット量は、カーボン／石英ガラスの面積率の
増加に伴い急激に減少し、友とえば、カーボン／石英ガ
ラスの面積率０．７でＵ　１／１００μ７以下とはとん
ど矩形状のバタン断面ｔ−ＩＴる金属パタンが得られる
。

第４図に、カーボン／石英ガラスの面積率が０．２のエ
ツチングテーブルを用いてｓ　ＣＢｒＦＨガスによる反
応性エツチングを施したＳ　ｉｏｓ／　Ｔａ　バタンで
ある。囚からも明らかなように、第３図で説明し比重う
にアンダーカットは０．１２μｍで実用上問題がなく、
アンダーカットがほとんどない矩形の断面形状をもつＴ
ａパタンか得られている。カーボン／石英ガラスの面積
は０．２〜０．５が最適である。図中４２に基板、４３
は被エツチング材、４４はマスクを示す。第４図はその
顕微鏡写真を示す。

（発明の効果） 以上説明し比重うに、石英エツチングテーブルから放出
されるＯｌｅ　ｓｔ　＠　５ｉＱｚ等のプラズマ雰囲気
中への影響を軽減し九精密なラジカル成分の制御と適度
なイオン衝撃の相乗効果に１って、アンダーカットｔ−
起さず矩形のバタン断面形状を持つパタンを得る方法と
して、プラズマにさらされる領域で１）最も効果の大き
いエツチングテーブルに、石英ガラスとカーボン″！！
几はテフロンのいずれかの材料とを複合させ土構造のエ
ツチングテーブルを用いる反応性スパッタエツチング装
置による高融点金属材料の反応性エツチングでは、以下
に挙げるような利点がある。

（１）石英ガラスの面積をカーボンあるいはテフロンの
いずれかの面積で制御することができる友め１石英エツ
チングテーブルからの酸素放出量が軽減でき、プラズマ
中のラジカルｌｌＩ［の増加を生ぜず、異方性エツチン
グが安定して行なえる。

（２）石英テーブルの占有面積が制限され、しかも、試
料が石英エツチングテーブル上に配置されない几め、石
英エツチングテーブルから放出される５ｉＯ１等の試料
表面への再付着にするエツチング面の荒れは解消される
。

（３）エツチングテーブルからのＯｌｅ　Ｓｔ　＃　５
ｌＯ１等の放出量が軽減する之め、石英ガラスにカーボ
ンあるいはテア０ンのいずれかが複合され九テーブルを
用いることによるエツチング速度の減少は、ＲＦパワー
などの増加で十分に補償できる０ （４Ｊカーボンあるいはテフロンと石英ガラスとを複合
させたエツチングテーブルを用いるラジカルの濃度調節
にＬす、ラジカル成分全精密に制御できる几め、アンダ
ーカット１ｔｔ−１／ＬＯＯＭ以下に抑えることが十分
可能である。

なお、本発明の実施例では、周囲を石英ガラスが占め、
その内側全カーボンま７ｔニテフロンのいずれかが占め
る２分割の例であるが、分割数全増加させても複合エツ
チングテーブルの効果があることは明らかである。さら
に、効果は小さいが、対向電極やエツチング室の壁に石
英ガラスとカーボンまｔはテフロンのいずれかを複合し
比材料を用いてもよいことがわかる。従ってテーブルに
限定されることはない。ｔＸ石英ガラス上にカーボンま
几はテフロンを置い友エツチングテーブルを用いても工
く、石英ガラス中にカーボンま友ニテフロンが混合され
之エツチングテーブルを用いても工く、石英ガラスの代
りにサファイア等を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するエツチングテーブルの模式図
、第２図は本発明の第一の効果を説明する図であり、Ｔ
ａのエツチング速度お工び５ｉＯ１に対するＴａのエツ
チング選択比を石英エツチングテーブルに対するカーボ
ンの面積率に対して求めたもの、第３図は本発明の第二
の効果を説明するｔめの図であり、アンダーカット量を
石英エツチングテーブルに対するカーボンの面積率につ
いて求め友もの、第４図は本発明の詳細な説明する図で
あり、石英ガラスとカーボンとの複合エツチングテーブ
ルを用い、ＣＢｒＦａガスによる反応性エツチングで得
られた５ｉｆｔ／ＴａパタンのＰＩＪｉ面図、第５図は
その顕微鏡写真を示す。 第６図は従来の高融点金属材料のバタン製造装置、第７
図はＣＢｒＦ３ガスを用いた従来の製造装置でＴａｌｌ
ｔ反応性エツチングし几後のＴａパタンの断面図、第Ｓ
図はその顕微鏡４真を示す。 １・・・・・・真空試料室 ２・・・・・・上部電極 ３・・・・・・下部電極兼水冷試料テーブル４・・・・
・・ＲＦ電源 ５・・・・・・絶縁材料 ６・・・・・・試料水冷パイプ ７・・・・・・覗窓 ８・・・・・・石英エツチングテーブル９・・・・・・
試料（基板） ｉｏ、　１２・・・ストップバルブ １１・・・・・・エツチングガス導入バルブ１３・・・
・・・真空試料室内のリークバルブ１４・・・・・・真
空試料室内の真空度モニタ加・・・・・・可変主バルブ ２１・・・・・・荒引バルブ ｎ・・・・・・エツチングバルブ ｎ・・・・・・補助バルブ ２４・・・・・・排気系の真空度モニタ怒・・・・・・
液体窒素トラップ ２６・・・・・・水冷バッフル ｎ・・・・・・油拡散ポンプ 四、３１・・・油回転ポンプ 器・・・・・・メカニカルブースタポンプ（資）・・・
・・・ストップパルプ ４０・・・・・・石英ガラス ４１・・・・・・カーボン 招・・・・・・基板 砺・・・・・・被エツチング材 偶……マスク 特許出願人　　日本電信電話株式会社 第１図 （Ａ） （Ｂ） ４０−・Ｅｌそ力゛ラス ４１−・η−ホ゛ン 第２図 ０　　０．２　　０．４　　０．６　　０．８ｆ）−、
ｆ”ン／石愛デーデル９厘口食景Ｃ第３図 刀−ホ゛ン／石便カダス１め検出 第４図 〜４２ １）Ｊｍ 第７図 １νｍ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６１年　特許願第９６８５８号 ２、発明の名称 反応性スパッタエツチング方法と反応性スパッタエツチ
ング装置３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　（４２２）日本電信電話株式会社４、代　理
　人　〒１６０ 昭和６１年６月４日　（発送日昭、１１１６１年６月あ
日ン６、補正の対象 １、第５図及び第８図を削除　　　　　　　　ゞ→−Ｈ
←←台吻する。 ２、第６図及び第７図を夫々第５図、第６図と訂正する
。 ３、明細′４第２頁第１５行目の「第６図」を「第５図
」と訂正する０ ４、同第５頁第６行目の「第７図Ｊｔ−ｒ第６図」と訂
正する。 ５、　同第５頁第９及び第１θ行目の「第８図はその顕
微鏡写真を示す０」全削除する。 ６、　同第１１頁第１５及び１６行目の「第４図はその
顕微鏡写真を示す。」を削除する。 ７、同第１４頁第１９行目の「、第５図はその顕微鏡写
真」を削除する。 ８、同第１４頁末行の「第６図」を「第５図」と訂正す
る。 ９、同第１５頁第１行目の「第７図」ｔ「第６図」と訂
正する。 １０、　　同第１５頁第３行目の「の断面図、第８図は
その顕微鏡写真を示す。」を「の断面図を示す。」と訂
正する。 ｊ−Ｉｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フロン系あるいは塩素系ガスを用いる反応性スパ
   ッタエッチング方法において、プラズマ領域内に石英ガ
   ラス及び炭素又は弗化炭素を含む複合材料を配置して、
   フッ素ラジカルの濃度を制御してエッチングを行うこと
   を特徴とする反応性スパッタエッチング方法。
2. （２）フロン系あるいは塩素系ガスを用いる反応性スパ
   ッタエッチング装置において、石英ガラス及び炭素ある
   いは弗化炭素を含むテーブルを備えることを特徴とする
   反応性スパッタエッチング装置。