JPS6267823A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、低温プラズマを利用し、被加工物表面のエツ
チング、プラズマ酸化などの表面改質を行うためのドラ
イエツチング装置ｅ＝＆４に関するものである。

従来の技術 低温プラズマによるエツチングは、近年、半導体製造プ
ロセスにおいて欠くことのできないものとなった。これ
は通常ドライエツチング法と呼ばれている。

ドライエツチング法は、真空容器内に被加工物を保持し
、ハロゲンガスを導入し、所定の圧力状態にした後、高
周波エネルギによって前記ノ・コゲ／ガスを励起し、被
加工物をその低温プラズマ雰囲気に配置することによっ
て、被加工物の表面をエツチングする方法である。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のドライエツ
チング装置の一例について説明する。

第４図に、従来のドライエツチング装置を示す。

第４図において、１は真空状態の維持が可能な真空容器
、２はレジストマスクでパターニングされた試料、２ａ
はレジストマスク、３は試料２を保持するためのアース
接地された試料台、４は、１０ｋＨｚから数１０ＭＨｚ
の高周波電力が供給され、かつ試料２と相対する面に直
径０．５〜２酎の複数の穴を有し、この穴を通して、真
空容器１内へガスを供給する電極、４ａはガスを真空容
器１内に導入するための複数の穴、４ｂは電極４に流量
制御装置を介してガスを供給するための供給口、５は高
周波電源、６は真空容器１内の圧力を大気圧以下の真空
度に真空排気するための真空ポンプ、７は真空容器１と
真空ポンプ６との間を気密に接続する真空排気用のパイ
プ、８は真空容器１内の圧力を管内抵抗を可変にして調
節するための圧力制御装置である。

以上のように構成されたドライエツチング装置について
、以下その動作について説明する。

まず、真空容器１内を真空ポンプ６により、１００ｍＴ
ｏｒｒ以下の真空度まで真空排気した後、真空容器１内
に所望の低温プラズマを発生させるため、電極４の複数
の穴４ｄから流量を流量制御装置で制御して所望のガス
を導入する。このガスの組成は、例えば試料２の材質が
窒化シリコンの場合は、四フッ化炭素や六フフ化硫黄を
生成分とするものである。さらに、圧力制御装置８を操
作し、ドライエツチング条件である圧力すなわち１００
〜５００　ｍＴｏｒｒに真空容器１内を制御する。

次に、電極４に高周波電力を供給することによって、前
記導入ガスを励起し、試料２表面をその低温プラズマ雰
囲気にさらす。この低温プラズマ中のイオンもしくはラ
ジカル（励起状態にある原子または分子）と試料２のレ
ジストマスク２ａでカバーされていない部分すなわち被
加工面とが接触することによって、所望のドライエツチ
ングを施こす。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、ドライエしくけ間
欠的にスパークが発生し、穴４ａ付近でガスが集中的に
分解し、低温プラズマの状態が不均一となり、試料２を
均一にドライエツチングすることが困難である。また、
レジストパターン２ａを前記スパークは、著しく加熱し
、レジストダメージが大きいため、所望のパターンにド
ライエツチングすることが困難である。さらに、スパー
ク発生の際には、計測機器、制御機器に高周波ノイズが
のり、装置の信頼性を悪化させる。

このように、従来のドライエツチング装置では、電極４
の穴４ａ部分の連続もしくは間欠的なスパークが発生す
るという問題点を有していた。

本発明は、上記問題点に鑑み、高周波電力が供給される
電極４の穴４ａ部分の連続もしくは間欠的なスパークの
発生を防止し、試料２を均一にドライエツチングするこ
とを可能にするドライエツチング装置を提供するもので
ある。

また本発明の他の目的は、レジストダメージの低減およ
び高周波ノイズ発生防止を可能にするドライエツチング
装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のドライエツチング
装置は、高周波電力と共に、負の直流電圧を高周波電力
値、真空容器内の圧力、ガス組成等に応じて制御し、か
つフィルター回路を介して電極に供給する手段を有する
ものである。

作　　用 本発明は上記した構成により、負の直流電圧を制御して
電極に与えることによって、低温プラズマ中の電子が高
周波電力が供給される電極に入るのを抑制し、特にガス
を供給する電極の大部分、すなわち低温プラズマ中の圧
力よりも局部的に圧力が高い部分への電子の流入を抑制
し、その部分で連続的または間欠的にスパークが発生す
るのを防止するために、低温プラズマ状態が安定し、試
料を均一にドライエツチングすることができ、またレジ
スタへのダメージを減少でき、さらにドライエツチング
中のノイズ発生を低減することができる。

実施例 第１図は、本発明の第１の実施例におけるドライエッチ
ング装置の概略断面図を示すものである。

第１図において、１１は真空状態の維持が可能な真空容
器、１２はレジストマスクでバターニングされた試料、
１２ａはレジストマスク、１２ｂは窒化シリコン膜、１
２ｃはシリコン基板、１３は試料１２を保持するための
アース接地された試料台、１４は、３８０　ｋＨｚの高
周波電力が供給され、かつ試料１２と相対する面に直径
０．５〜２−の複数の穴を有し、この穴を通して、真空
容器１１内へガスを供給する電極、１４ａはガスを真空
容器１１内に導入するための複数の穴、１４ｂは電極１
４に流量制御装置を介してガスを供給するための供給口
、１６は高周波電源、１６は真空容器１１内の圧力を大
気圧以下の真空度に真空排気するための真空ポンプ、１
７は真空容器１１と真空ポンプ１６との間を気密に接続
する真空排気用のパイプ、１８は真空容器１１内の圧力
を管内抵抗を可変にして調節するための圧力制御装置、
１９は電極１４の負の直流電圧をフィルター回路を介し
て供給するための直流電源、２０は高周波成分を直流電
源１９方向に通過させないようにするためのフィルター
である。

以上のように構成されたドライエツチング装置について
、以下第１図、第２図および第３図を用いてその動作を
説明する。

まず、真空容器１１内を、真空ポンプ１６により１００
ｍＴｏｒｒ以下の真空度まで真空排気した後、酸素（ｏ
２）を６％の割合で含有したフロｙ　１４　（ＣＦ４）
ガスをガス流量制御装置より電極１４の供給口１４ｂよ
り電極１４に導入し、さらに電標１４の穴１４ａより真
空容器１１内に導入し、かつ、真空容器１１内の圧力を
圧力制御装置１８を操作して、３５０ｍＴｏｒｒに保持
する。次に、電極１４に負の直流電圧−３００Ｖを印加
し、この状態でさらに周波数３８０　ｋＨｚの高周波電
力を１００Ｗで供給することによって、試料１２を含む
空間に低温プラズマを発生させる。以上の動作によって
、穴１４ａにスパークを発生することなく、低温プラズ
マ中の励起状態のフッ素原子（ラジカルＦ”）が主エッ
チントとなり、レジストマスク１２ａを介して窒化シリ
コン膜１４ｂをエツチングすることができた。本実施例
では、直径５インチのシリコン基板１２ｃを用いたが、
この場合のエツチング状態は、窒化シリコン膜のエツチ
ング速度が、４２００人／ｍ　ｉ　ｎエツチングバラツ
キが±２．１％であり、レジストのエツチング速度は、
約３５０　Ｖ′ｒｎｉｎ（ネガ型レジストＯＭＲ−８３
）であった。

第２図は、高周波電力値と負の直流電圧の供給状態によ
るスパークの発生の有無を実験した結果を示すものであ
る。第２図において、○印はスパークが発生しなかった
条件を示し、Ｘ印はスパークが発生した条件である。第
２図から理解できるように、高周波電力値に依存して、
負の直流電圧値を決めてやる必要がある。

また、負の直流電圧値を大きくしすぎた場合には、サー
ジが入り、逆に異常な放電が生じる。その実験結果は、
第２図中Δ印でその条件を示した。

従って、スパークの発生を防止するためには、適切な負
の直流電圧値を決める必要がある。

第３図は、エツチング速度と負の直流電圧値との依存関
係を実験した結果を示す。第３図より、負の直流電圧に
よって、エツチング速度は変化しなかった。

以上のように、本実施例によれば、真空状態の維持が可
能な真空容器１１と、真空容器１１内を減圧雰囲気にす
るための真空ポンプ１６と、真空容器１１と真空ポンプ
１６とを気密に接続するパイプ１了と、圧力制御装置１
８と、試料１２を保持するアース接地された試料台１３
と、被加工物である試料１２と相対する面に少なくとも
１つの穴１４ａを有し、この穴ｆ４ａを通して、ガスを
供給することができ、所定の圧力状態で試料１２を含む
空間に低温プラズマを発生させる電極１４と、電極１４
にマツチング回路を介して高周波電力を供給するための
高周波電源１５と、電極１４に高周波電力と共に、負の
直流電圧を高周波電力値、真空容器１１内の圧力、ガス
組成、ガス流量等に応じて、フィルター２０回路を介し
て制御して供給する直流電源１９とを設けることにより
、電極１４の表面、特に電極１４の穴１４ａ部分に低温
プラズマを発生させる際、連続的もしくは間欠的にスパ
ークが発生するのを防止することができ、低温プラズマ
の状態が安定し、再現性良く試料１２を均一にエツチン
グすることができ、またレジストマスク１２ａの劣化を
防止し、さらに低温プラズマ発生中のノイズ発生を低減
することができた。

なお、本実施例では、窒化シリコン膜１２ｂをエツチン
グするためのドライエツチング装置の適用例を示したが
、例えばガリウム・ヒ素（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）のような
ガリウム合金の表面を酸素の低温プラズマによって酸化
するためのプラズマ酸化装置、すなわち低温プラズマを
利用して被加工物表面を改質するための装置に適用して
も良い０ なお、本実施例において、電極１４は、試料１２を保持
する試料台１３に対抗して配置され、その形状が円板状
のものを用いたが、電極１４の形状を円筒状としてもよ
い。

また、試料台１３の形状は、円板状のものを用いたが、
円筒状とし、その内周面または、外周面に試料１２を配
置してもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、高周波電力と共に、負の直流電
圧を高周波電力値、真空容器内の圧力、ガス組成、ガス
流量等に応じて制御し、フィルター回路を介して電極に
供給する手段を設けることにより、スパークが発生する
のを防止し、低温プラズマの状態を安定させることがで
き、再現良く被加工物を均一にドライエツチングするこ
とができ、また被加工物の局部的な温度上昇並びに高周
波ノイズの発生を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるドライエツチング装
置の概略断面図、第２図は高周波電力値と負の直流電圧
の供給状態によるスパークの発生の有無を調べた実験結
果を表わす図、第３図はエツチング速度と負の直流電圧
値との依存関係を調べた実験結果を表わす図、第４図は
従来のドライエツチング装置の概略断面図である。 １１・・・・・・真空容器、１２・・・・・・試料、１
３・・・・・・試料台、１４・・・・・・電極、１５・
・・・・・高周波電源、１６・・・・・・真空ポンプ、
１９・・・・・・直流電源、２０・・・・・・フィルタ
ー。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名イク
ーーー９　　　　台 Ｉ４−一一電枦１ １Ｓ−一一鳥所１ソ１１［ＭＥ ｆＧ−一一臭空ｊ、・５．・ ｆｑ−−−１５糸−電源 ヘ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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派−〉・トａ’ｃ−＠襲で、擢

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物を保持するアース接地された試料台と、
   高周波電力が供給される電極と、前記電極に高周波電力
   を供給し、試料を含む空間に低温プラズマを発生するた
   めの高周波電源とを、真空を維持することが可能な真空
   容器の内部に備え、前記真空容器の内部にガスを供給す
   る手段を有し、前記被加工物表面をドライエッチングす
   るためのドライエッチング装置において、前記電極に、
   高周波電力と共に負の直流電圧を印加する手段を設けた
   ことを特徴とするドライエッチング装置。
2. （２）負の直流電圧がフィルター回路を介して、高周波
   電力値、真空容器内の圧力、ガス組成、ガス流量等の低
   温プラズマ発生条件に応じて、制御して電極に供給され
   る特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置。