JPS6276627A

JPS6276627A - ドライエツチング装置

Info

Publication number: JPS6276627A
Application number: JP21648885A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-08

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、ドライエツチング装置に係わり、特にプラズ
マを利用したドライエツチング装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、ＶＬＳＩに要求される線幅１［μ７７Ｌ］程度の
精密エツチングにおいて、反応性イオンエツチング（Ｒ
ＩＥ）は欠くことのできない技術となっている。しかし
、今後ますます微細化が進む中で、引続きＲＩＥを使用
していくことには、疑問が持たれている。例えば、今後
のダイナミックメモリセルでは、キャパシタ容器の低下
を防止するために、トレンチキャパシタの例にあるよう
に、例えば口径０．３　［μ７１１１　、深さ５［μｒ
ｒＬ］程度の垂直な溝をＳｉ基板に形成することが必要
になると予想される。しかし、このような微細な溝を現
在のＲＩＥシステム、例えば平行平板型のドライエツチ
ング装置で形成するのは極めて困難である。

ＲＩＥでは、イオンが被エツチング材料に衝突して生じ
るエツチング反応と、プラズマ中で解離した中性な活性
種（原子、ラジカル）による被エツチング材料のエツチ
ング反応とによってエツチングが進む。そして、アンダ
ーカットやパターン変換差の原因となるパターン側壁で
の後者の反応は、プラズマによって生じた重合膜（クロ
ロカーボン膜）等の付着により抑えられている。一方、
溝の底では、イオン衝撃によって重合膜が除去されエツ
チングが進む。従って、溝幅が極めて細くなった場合、 ■　深い溝の奥まで重合膜を均一に形成するのは極めて
困難である。

■　溝の深さに対しイオンの平均自由工程が十分長くな
いと垂直方向のエツチング速度が低下し、またエツチン
グ形状が垂直とならない。

等の問題が生じ、その結果エツチング形状が第５図に示
す如く蛇行したものとなる。なお、第５図中５１は３ｉ
基板、５２は５ｉ０２膜、５３はエツチングにより形成
された溝を示している。

従って、口径が狭く深い溝を形成する将来のエツチング
手段としては、比較的低圧力下でイオンを真直ぐに試料
に照射し、垂直なエツチング形状を得る方向にあると考
えられる。しかし、圧力を下げると、エツチング種が減
少し、エツチング速度は低下する。このため、ガスのイ
オン化効率を上げ、高密度プラズマを形成する必要があ
る。ところが、現在の平行平板型ドライエツチング装置
を用いた場合、低ガス圧力下で高密度プラズマを形成す
ることは殆ど不可能である。また、現在の低圧力型エツ
チングとしては、反応性ビームエツチング（ＲＩＳＥ）
や電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を利用したプラズ
マエツチング等があるが、いずれもエツチング速度が低
く最産には向かない。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、低ガス圧力下であっても高密度プラズ
マを形成することができ、微細な溝を高速且つ垂直にエ
ツチングすることのできるドライエツチング装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、平行平板電極間に形成されるプラズマ
中に電子を供給することにより、プラズマ密度を高める
ことにある。

即ら本発明は、真空容器と、この容器内に反応性ガスを
導入する手段と、前記容器内を排気する手段と、前記容
器内に配置された平行平板電極と、これらの′Ｒ電極間
放電を生起するための電力（例えば高周波電力）を印加
する電源とを具備したドライエツチング装置装置におい
て、前記電極間に形成されるプラズマ中に電子ビームを
供給する電子銃を設けるようにしたものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低ガス圧力下においても、高密度プラ
ズマを形成することが可能となる。このため、被エツチ
ング試料に垂直に入射する大儀の反応性ガスのイオンが
得られ、超微細な溝を高速、且つ垂直にエツチングする
ことができる。従って、今後のＶＬＳＩの超微細化に伴
う微細溝の形成にも十分に対処することができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わるドライエツチン
グ装置を示す概略構成図である。図中１１は真空容器で
あり、この容器１１内には平行平板電ｉ１２．１３が配
置されている。上部電極１２は接地されており、下部電
極１３にはマツチング回路１４を介して高周波電源１５
が接続されている。そして、被エツチング試料１６は下
部電極１３上に載置されるものとなっている。また、容
器１１内には、ガス導入口１７を介して所定の反応性ガ
スが導入される。そして、容器１１内のガスは、ガス排
気口１８を介して排気されるものとなっている。

ここまでの基本構成は従来装置と同様であり、本装置が
これと異なる点は、電子銃を新たに付加したことにある
。即ち、前記平行平板゛電極１２゜１３の周辺部には、
複数の電子銃２０が配置されている。これらの電子銃２
ｏは、カソード２１゜グリッド２２及び７ノード２３か
らなるもので、電ｆｆ１１２．１３間に電子ビームを供
給するものとなっている。

なお、電子銃２０の配置個数は、平行平板電極１２．１
３の周囲に均等に、例えば４個とした。

また、図中２４は放電により形成されるプラズマ領域、
２５は電子ビーム、２６は絶縁物をそれぞれ示している
。

次に、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、容器１１内に導入する反応性ガスとしては、通常
のプラズマエツチング装置に用いられるガスと同様に、
ハロゲン元素を含むガス或いは酸素、水素原子を含むガ
スであればよい。試料としては、半導体装置に用いられ
る半導体、金属或いは絶縁膜が用いられる。

一例として、ＣＢｒ　Ｆ３ガスを用いてＳ　＋　Ｗ　叛
に垂直な溝を形成した例を示す。試料には、面方位（１
００）、比抵抗６［Ωｃｔｔｔ　］のＰ型Ｓ１ウェハを
用い、エツチングマスクとしては厚さ０．８［μｍ］の
熱酸化膜を用いた。ＣＢ　ｒＦ３ガスは流ｆｆ１５［ｃ
ｃ／分］とし、０．０１　［ｔｏｒｒコ真空容器１１内
に導入した。排気装置としては、油拡散ポンプを用いた
。ウェハを載置した側の電極１３は、その内部に冷却水
が通流されており、これによりウェハ温度が一定（２０
℃）に保たれるようにした。

この状態で、電極１３に１３．５６　［Ｍｔ−１ｚ］の
高周波電力を印加し、プラズマを発生してエツチングを
行った。導入された電力は１［Ｗ／υ２］である。その
結果、２５００　［人／分］の速度でエツチングが進み
、略垂直な溝が形成された。一方、電極周辺に配置した
電子銃２０を１つだけ用いて電子ビームをプラズマ中に
供給し、同様にエツチングを行った結果、エツチング速
度は約５０００　［人／分］以上となり、倍増した。ま
た、エツチング形状はやはり垂直であった。

ここで、プラズマ中の電子密度を測定した結果。

電子を供給しない場合の約１０Ｆｃｍ′３］に対し、電
子銃を使用したときは１０［ｃｍ”］以上に増加してい
ることが判った。この電子密度の増加によりプラズマ中
での反応性ガスのイオン化が促進され、その結果エツチ
ング種が増加し、高いエツチング速度が得られたと考え
られる。

また、電子銃２０の全てを駆動しプラズマ中に電子を供
給したところ、エツチング速度がより高速化されること
も判明している。さらに、電子銃２０のアノード２３に
も高周波電力を印加することにより、ガスの解離効率が
増し、より−胃の効果が得られるのも判明している。

このように本実施例によれば、電子銃２０を設けたこと
により、低ガス圧力下においても、十分高い高密度プラ
ズマを形成することができ、微細な溝を高速且つ垂直に
エツチングすることができる。しかも、低ガス圧力であ
ることから、中性な活性種によるエツチング反応が極め
て小さくなるので、重合膜等の付着を行わなくとも垂直
エツチングが可能となる。このため、口径が狭く深い溝
であっても、その底部まで確実に垂直エツチングするこ
とができる。また、従来装置に電子銃２０を付加するの
みの、比較的簡易な構成で実現し得る等の利点がある。

第２図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、電子銃
を電極の周辺にドーナツ状に設けたことにある。即ち、
平行平板電極１２．１３の周囲を囲むように、リング状
のカソード３１及びアノード３２．３３からなる電子銃
３０ＩｆｉＨＲけられている。

この電子銃３０では、カソード３１に数［ＫＶ］の高電
圧を印加する。カソード３１は放電のため高温となるの
で、通常高融点金属で形成されている。そして、電子銃
３０からは、平行平板電極１２．１３間のプラズマ領域
２４中に、その周囲全面から電子ビームが供給されるも
のとなっている。

このような構成であれば、プラズマ領Ｒ２４に電子が供
給されることになり、先の実施例と同様の効果が得られ
る。しかもこの場合、プラズマ領域２４の周囲から均一
に大量の電子ビームが供給されるため、プラズマは均一
にその電子密度が上昇し、より低いガス圧力においても
高密度プラズマを形成できる。従って、より高いエツチ
ング速度で垂直な側壁を持つ溝を形成することができる
。

第３図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図である
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。

この実施例が先の第１の実施例と異なる点は、導入する
電子ビームをウェハの直径より幅の広いシート状にした
ことにある。即ち、前記平行平板Ｎ極１２，１３の周辺
の一部には、ウェハ１６の直径より幅の広いカソード２
１．グリッド２２及びアノード２３からなる電子銃２０
が設けられている。平行平板型４１１２．１３の周囲の
上記電子＠２ｏと対向する位置には、接地電極３５が設
けられている。そして、カソード２１と接地？［３５と
の間のグロー放電により、電子銃２０からシート状の電
子ビームがプラズマ領域２４を通り接地電極３５側に進
行するものとなっている。

このような構成であっても、先の第１の実施例と同様な
効果が得られるのは、勿論のことである。

第４図は本発明の第４の実施例を示す概略構成図である
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して、その
詳しい説明は省略する。

この実施例は、本発明を電子サイクロトロン共ｌ１ｌ（
ＥＣＲ）を用いたプラズマエツチング装置に適用した例
である。図中４１は電子銃が収容される第２の真空容器
であり、前記第１の真空容器１１とは真空的に連結され
ている。４２は試料台、４３はＥＣＲを駆動するための
マグネットコイル、４４はマイクロ波の導波管、４５は
石英製の放電管をそれぞれ示している。

ＥＣＲはマイクロ波４６等によって得た放電部分（プラ
ズマ領域）２４にマイクロ波の周波数に合わせ、適当に
磁界を形成し、電子をサイクロトロン運動させてガスの
解離を増し、高密度プラズマを得るものである。

このような構成であっても、放電部分２４に更に電子ビ
ームが供給されることになるので、先の第１の実施例と
同様に低ガス圧力下で高密度プラズマを形成することが
できる。また、ここでは、電子銃が収容される第２の真
空容器４１と真空容器１１とが真空的に連結され、それ
ぞれ異なる真空排気装置によって作動排気される。ここ
で、第２の容器４１側にはＡｒ等の不活性ガスを導入す
れば、反応性ガスによる電子銃の劣化を未然に防止する
ことができる等の利点がある。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記電子銃の個数や配置位置は実施例に
同等限定されるものではなく、要は平行平板電極間のプ
ラズマ領域に電子ビームを供給できる構成であればよい
。さらに、第１乃至第３の実施例において、電子銃を真
空容器とは別の真空容器内に収容するようにしてもよい
。また、平行平板電極に印加する高周波電力の周波数は
、数１００［ＫＨ７］〜数１０［ＭＨｚ］（７）範囲で
、使用ガス及びエツチング材料等の条件により適宜変更
可能である。さらに、平行平板に印加する電力として、
数１００　［Ｖ］程度の直流を印加してもよい。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図は本発明の第１の実施例に係わるドライエツチン
グ装置を示す概略構成図、第２図は本発明の第２の実施
例を示す概略構成図、第３図は本発明の第３の実施例を
示す概略構成図、第４図は本発明の第４の実施例を示す
概略構成図、第５図は従来の問題点を説明するための断
面図である。１１・・・真空容器、１２．１３・・・平行平板電極、
１５・・・高周波電源、１６・・・ウェハ（試料）、１
７・・・ガス導入口、１８・・・ガス排気口、２０．３
０・・・電子銃、２１．３１・・・カソード、２２・・
・グリッド、２３．３２．３３・・・アノード、２４・
・・プラズマ領域、２５・・・電子ビーム、３５・・・
接地電極。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）容器と、この容器内に反応性ガスを導入する手段
と、前記容器内を排気する手段と、前記容器内に対向し
て配置された陽極及び試料が載置される陰極と、これら
の電極間に放電を生起するための電力を印加する電源と
、前記電極間に形成される放電プラズマ中に電子ビーム
を供給する電子銃とを具備してなることを特徴とするド
ライエッチング装置。
（２）前記電子銃は、前記電極の周辺に複数個配置され
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のドライエッチング装置。
（３）前記電子銃は、前記電極の周囲を取巻くカソード
電極と、その内側に配置されたアノード電極から構成さ
れたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のドライエッチング装置。
（４）前記電子銃のアノード電極には、高周波電力が印
加されることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
ドライエッチング装置。
（５）前記電子銃は、前記容器の一側面に配置され、前
記電極間にシート状の電子ビームを供給するものである
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
ッチング装置。
（６）前記電子銃は、前記真空容器と真空的に接続され
、該容器とは異なる圧力或いは異なるガスが供給される
真空容器内に配置されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置。
（７）前記電極の一方には、被エッチング試料を固定す
る治具が形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のドライエッチング装置。
（８）前記電極のうち被エッチング試料が載置される電
極には、該試料の温度を一定に保持する温度制御機構が
設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のドライエッチング装置。