JPS63109181A

JPS63109181A - テ−パ−エツチング方法とその装置

Info

Publication number: JPS63109181A
Application number: JP25276286A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Asamaki; 麻蒔　立男; Katsuzo Ukai; 鵜飼　勝三; Kiyoushiyoku Kin; 金　京植; Tsutomu Tsukada; 勉塚田
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1988-05-13

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）この発明はエツチング方法とその装置に間し、特にリア
クチブイオンエツチング（以下単にＲＩＥ）等の異方性
エツチングを行ないながらテーパーエツチングを行ない
たい場合に適用して効果の著しいものである。

（従来の技術） μｍといった狭いパターンのエツチングを行なう場合、
２極放電あるいはマグネトロン放電を用いたＲＩＥ法が
、秀れた方法として従来広く用いられている。

（発明が解決しようとする問題点）被処理物の表面に異方性エツチングを行なう方法として
は種々のものがあるが、例えば、ＲＩＥ法は秀れた異方
性エツチング特性を示すので定評がある。

例えば、第３図に破線ｒ１及びｒ２に示すように、表面
ｒ３に直角に（厳密にはイオンの入射方向に、である）
正確にエツチングすることが出来る。

しかし、パターンが微細になるにつれて、こうしてエツ
チングを施した凹部や穴部に対して、次の工程で例えば
配線用の金属を、その内部に至るまで全面的にコーティ
ングしたい場合があり、このときは、破線ｒｌ　、ｒ２
の部分を第３図の実線４．５に示すように、テーパー角
度θを付けて傾け、テーパーエツチングを行なう必要が
ある。

こうした加工にはＲＩＥ法をはじめとして従来の異方性
エツチング方法はすべて落第である。

この種のテーパーエツチングは、今日のマイクロエレク
トロニクスの分野では極めて重要な技術となって来てお
り、各所で研究に研究が重ねられているものである。

（発明の目的）本発明は、上記問題を解決する秀れたテーパーエツチン
グの方法とその装置の提供を目的とする。

（問題を解決するための手段）本発明においては、上記問題の解決のために、被処理物
（以下、基板）の近傍にラジカルを大量に作り、このラ
ジカルで前記のテーパーエツチングを行なうもので、そ
れを目的として、放電空間の電位を調節し、電子のエネ
ルギーを調整するものである。

一般に、放電空間にある電子のエネルギーと衝突断面積
との間には第１図に示すような関係（衝突断面積の最大
値を１００として示しである）がある。即ち、曲線ｉは
、気体のイオン化断面積を示すものであって一般に電子
のエネルギー１００ｅＶ近辺に最大値があり、一方、活
性種の断面積は第１図の曲線ｒに示すように電子のエネ
ルギーの数ｅＶから十数ｅＶのあたりに最大値がある。

従って、イオンは電子の高エネルギ一部分で多く生成し
、逆に活性種は電子の低エネルギ一部分で多く発生する
傾向を持つ。

さて、放電を利用して前記のテーパーエツチングを行な
おうとする場合には、基板の近くに大量の活性種（ラジ
カル）を集中させる必要があるが、従来の一般の二極放
電における放電空間の電位分布を測定して見ると、例え
ば、第２図の曲線ｄ１に示すようになっている。ここで
Ｖｒは陰極Ｋから距離ｒの位置における電位、Ｖａは陽
極電圧である。曲線の傾斜がその点の電界強度を示し、
平均値で云うとき、陰極近傍の電界強度は他の部分の電
界強度よりも必ず相当程度強くなっている。

即ち、この電位分布曲線ｄ１においては、陰極表面近く
に強い電界があって電子のエネルギーはそこで大きくな
り、従って、この位置では主としてイオンが生成してい
る。従来基板はこの陰極上に載置されているため、この
イオンによって異方性エツチングが強力に行なわれ、前
述のテーパーエツチングを不可能としている。

本願の発明者はこの点に着目した。

本発明では、後記するさまざまな工夫により、電位分布
を第２図の曲線ｄ２あるいはｄ３のように、基板（基板
は、陰極上に載置されている場合を代表的に示す）の表
面近傍において平均的電界強度を小さくし電子のエネル
ギーを小さく抑制することにより、基板の表面近くに活
性種を大量に作るようにするものである。

一般に、放電空間の電位分布をしめした第２図のｄｉ、
ｄ２．ｄ３の曲線は、例えば次の数式で近似的に表すこ
とが出来る。

即ち、陽極電圧をＶａ、陰極からの距離ｒにおける電位
をＶｒ、電極間の距離なａとし、ｎを常数として、Ｖｒ＝Ｖａ　（ｒ／ａ）’ である。この表現方法を採用する場合は、ｄｉ！、ｔｎ
＜１の場合であって従来の方法を示し、ｄ２はｎ＝１、
ｄ３は１１〉１の場合であって本発明の方法を示すこと
になる。

さて、この本発明の方法を利用するときは、ＲＩＥ法に
よっても　ｒｌ　、　ｒ２　　（第３図参照）の方向異
方性エツチングを可成り強力に行なうと同時に、大量の
活性種により、曲線４，５のように角度θだけテーパー
をつけてテーパーエツチングを行なわせることが出来る
。第３図において、２は彼エツチング体、１はフォトレ
ジストである。

良いテーパーエツチングの為には、基板表面に大量の活
性種が存在し、そこへイオンが入射する態様が理想的で
ある。

その実現のためには、上式のｎをなるべく大きくし従っ
て陰極の基板表面部が弱電界で、活性種が多く発生し、
他の部分例えば陽極の近くが強電界でイオンが多く生成
し、そのイオンが基板に向かって入射する、というのが
望ましい。

さらに望ましい態様として、放電空間の電極構造や磁場
を（後述のように）工夫することによって、プラズマが
、基板の近くに巧みに収束されるようにする構成がある
。

（実施例）次にこの発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第４図（正面断面図）、第５図（平面断面図）、および
第６図（概要図）の本発明の実施例において、ｌＯは真
が容器、１１は処理室、１２は排気管、１３は排気の方
向を示す矢印である。２０は処理系、２１は陰極、２２
は陽極、２３および２４は陽・陰画電極間に放電を起こ
させたりそれを制御したりするための陰極電源および陽
極電源である。２５は基板であって、これは目的により
２６（仮線）の位置、２８（仮線）の位置あるいはその
他容器と電極の間など任意の位置に置くことが出来る（
・・・・・・但し、それらのときは電界強度分布は本発
明の趣旨に沿って、各調整されなければならない）。

また、筒状突起２７（仮線）はプラズマを陽極２２の近
くに閉じ込めるため設置されることのある補助電極であ
って、図では陽極２２に接続されているが、これは陰極
２１側に設けてもよい。または陽極、陰極の何れとも接
続せず、浮遊電位にし若しくは別に設けた電源に接続し
てもよい。

３０は磁場設定手段で、３１はポールピース、３２はコ
イル、３３はヨークである。３４は発生する磁力線の１
例を示す。　　３５及び３６は電磁コイル用交流電源で
、この実施例においては電源３５と３６の位相を９０度
ずらし、作られる磁場３８が、陽極２２の表面に沿った
方向の面内で回転磁場を発生するようにしている。３７
は必要により磁場の方向や分布を制御するため設けられ
ている補助ヨークである。

４０は間欠的に電力を供給する必要のある場合、そのた
めの電源である。これは、第６図に見るように、４１は
直流電源、４２は安定抵抗であり、コイル４３と、コン
デンサー４４は、高周波電源２３、マツチングボックス
２３１、ストップコンデンサ２３２から送られる高周波
電力＜１３．５６ＭＨｚ）のストッパーである。４５は
主コンデンサであって主放電の（直流）電力がいったん
ここに蓄えられるもの、４６はスイッチ（電子式、電気
式、あるいは機械式何れでも良い）であって、これの０
Ｎ−ＯＦＦで直流パルス電力による主放電を間欠的に行
う仕組みになっている。この主放電は、陰極、陽極間の
電場と磁場が直交するいわゆるマグネトロン放電である
ので、放電インピーダンスは低く、大電力による特殊な
プラズマ状態を発生させるのに有効である。

この実施例の、真空容器ｌＯに（従って、電極２１．２
２に）密着して設けられたポールピースを用いる磁場設
定手段３０は、ヘルムホルツコイルを用いる方式の従来
の装置に比較して全体の装置を小型化出来る長所がある
。５０はガス導入系で５１が導入弁、５２はガスボンベ
とガス流量計である。

この装置は通常のプラズマ処理装置と同様に運転する。

例えば、ＲＩＥ装置の場合では、基板を２６の位置に置
いて、処理室１１の圧力を所定の圧力にまで排気した後
、ガス導入系５０により所定の気体（例えば、アルミニ
ウムのエツチングを行いたい場合には塩素系のガス）を
導入、ついでコイル電源２３を動作させ、例えばｌＸｌ
０−２Ｔｏｒｒでエツチングを行う。

さてこの装置を使って、基板２５上の５ｉ０２膜を導入
ガスＣＨＦ３の圧力ｌＸｌ０−２Ｔｏｒｒてエツチング
し、従来の方法との比較実験を行った。その結果を紺介
すると、スイッチ４６を解放し、基板２５上の電力密度
を０．２５Ｗ／ａｍ２にしたときのエツチング速度は５
００Ａ、／ｍｉｎであった。またスイッチ４６を断続的
に閉路し直流パルス入力電力密度をピーク値では５　Ｗ
　／　ｃ　ｍ”、平均値では０．２５Ｗ／ｃｍ２　（従
って、デユーティはほぼ１／２０）とした場合には、３
０００人／ｍｉｎのエツチング速度を得ることができた
。

さらに溝、穴のエツチングを行なったところ、第３図に
示すようなテーパーエツチングが正確に行なわれていた
。これはマグネトロン放電における電位分布が第２図の
ｄ３で示されるような曲線形状になっている為であり、
基板の表面近くの低エネルギーの電子が大量の活性種を
作っていることによる。

電源の動作にも種々な動作方法がある。望ましいのは、
陰極電源２３を動作し、比較的弱いプラズマ状態をまず
作っておいて、ついで主放電を行なわせる方法である。

さらに別の方法は、基板の温度上昇を低下させるのを目
的として、陰極電源２３の出力を極めて小さく、場合に
よっては零にすることである。即ち、陰極電源２３をス
イッチ４６と同期させて動作させ、主放電の発生直前に
弱い従放電（プラズマ処理に注目するとき、極めて弱い
副次的放電）を発生させる方法も望ましい態様の一つで
ある。

第７図にはさらに別の実施例を示しである。この実施例
においては、主コンデンサ−４５やスイッチ４６を用い
ることなく、パルス電源４７（直流でも交流＜＜　ＲＦ
あるいはマイクロウェーブも含めて交流と呼んでいる）
でも良い）を用いている。

第８図及び第９図にはさらに別、の実施例を示しである
。この実施例は同軸状の電極配置の場合で、多数の基板
を同時に処理する場合に適用して効果が著しい。その他
は第４図から第５図の実施例の場合と同様に理解される
。

第１０図及び第１１図には平板マグネトロン型エツチン
グ装置の場合の実施例を示しである。

第１２図及び第１３図にはさらに別の実施例を示しであ
る。この実施例においては、陽極Ａと陰極にの間に多数
のグリッド０１〜Ｇ４を設け、これにそれぞれ適切な電
位を与え、第１３図に示すように、概略の空間電位Ｖｒ
が電極間距離ｒにほぼ比例して変化する曲線ｄ２を実現
するようにした場合である。厳密な意味での比例関係に
することは出来ないが、基板表面近傍での平均的電界強
度を、他の部分の平均的電界強度に等しいか、や−小さ
いものにして、基板表面近傍に多量の活性種を作ってい
る。

勿論グリッドの電位を陰極に近くなる程低下させてゆく
ことで、電界強度に大差のある第３図の曲＆％　ｄ　３
を実現することも可能である。

第１４図に示す別の実施例においては陽極２２と陰極２
１の間に出来る電界と、電磁コイル３２で作られる磁界
が、はν平行になるように配慮しである。

この実施例においても、電位分布は先のｎ＞１であり、
やはり基板の表面に大量の活性種を作りテーパーエツチ
ングを行なうことが出来る。

第１５図には、別の実施例を示しである。この実施例は
、は〈第１４図の実施例と同じであるが、強磁性体のポ
ールピース３７を配置することにより磁場の集中のＢ様
を前記より良好にしている。

なお、以上の実施例は何ら限定的な意味を持つものでは
なく、多数の変形が可能である。

例えば、電位分布はｎ＞１であることが勿論大切である
が、電位分布には常に多少の凹凸があり、ｎ＝１の線を
越えて電位の一部がｎ＜１の部分を持つことがあっても
支障はない。　平均しては嘴ｎ＞１が成立しておれば目
的は達成される。

また、磁場の設定方法にも各種の方法がある。

例えば、第６図の３１に゛示すように、最も一般的な形
状の馬蹄形磁石を用いてその両脚で真空容器を挟んでも
よいし、また永久磁石による靜磁界の代わりに電磁石に
よる交番磁場を用いてもよい。

（発明の効果）本発明は以上説明し・たような構成と作用を有している
ので、特に微細パターンにおいて前述のテーパーエツチ
ングを確実に行なうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電子のエネルギーと衝突断面積の関係を示す
グラフ。第２図は、電位分布の例を示す図。第３図は、本発明の目的のテーパーエツチングのエツチ
ング形状を示す断面図。第４図、第５図および第６，７図は本発明の実施例の正
面断面図、平面断面図および概略図。第８．９．１０．　１１．　１２．　１３．　１４゜１
５図は、本発明の他の実施例の同様の図。１１は真空容器、２１は陰極、２２は陽極、２５．２６
．２８は基板、４６は主放電を間欠的に行なわせるスイ
ッチ、４堂はパルス電源、５０はガス導入系である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の圧力に排気する排気系と所定の圧力に所定
の気体を導入するガス導入系を備えた真空容器内に陽極
と陰極を配し、陽極と陰極間における放電を利用してこ
の放電空間内に置かれた被処理物のエッチングを行なう
方法において、被処理物表面部近傍の平均的電界の強度が、その他の部
分の平均的電界強度よりも強くない状態でエッチングを
行なうことを特徴とするテーパーエッチング方法。
（２）所定の圧力に排気する排気系と所定の圧力に所定
の気体を導入するガス導入系を備えた真空容器内に陽極
と陰極を配し、陽極と陰極間における放電を利用してこ
の放電空間内に置かれた被処理物のエッチングを行なう
装置において、被処理物表面部近傍の平均的電界強度が、その他の部分
の平均的電界強度よりも強くないよう構成したことを特
徴とするテーパーエッチング装置。