JPS6342707B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、真空容器内に設けた陰極に高周波電
力を印加してプラズマを発生させ、上記陰極上に
装着した被エツチング物をエツチングするように
したドライエツチング装置に関するものである。

従来の技術 ドライエツチング装置の代表的な例としては、
筒形反応室とそれを囲んで設けられた電極とを備
えた円筒型プラズマエツチング装置、反応室内に
平行平板電極を備え、陽極上でエツチングを行な
う平行電極形プラズマエツチング装置、また平行
平板の陰極上に被エツチング物を置き、プラズマ
のセルフバイアスによる正イオンの加速を利用し
エツチングを行なう反応性イオンエツチング
（RIE）装置などがある。近年LSIの集積化に伴い
微細加工の必要性が高まつており、その点でマス
クパターンに沿つた異方性エツチングが可能な
RIEが主流になりつつある。また、これらのエツ
チング装置の処理方式としては、電極上に複数の
被エツチング物を並べて一度にエツチングを行な
うバツチ処理方式が主流を成している。

発明が解決しようとする問題点 最近ウエハ（被エツチング物）の大口径化に伴
い、エツチングの均一性や装置の大型化の観点か
ら、現在主流のバツチ処理方式に代つて、小型で
エツチングの均一性に優れ、自動化の容易な枚葉
処理方式の装置の必要性が高まつている。しか
し、枚葉処理方式ではウエハを一枚ずつ処理する
ためにバツチ処理方式にに比較して処理時間がか
かり生産性に劣るという欠点がある。そこで、枚
葉処理方式でバツチ処理方式と同等の生産性を得
るためにはエツチング速度を向上させることが必
要となる。通常のドライエツチング装置では、高
周波印加電力を増加すれば、エツチング速度を向
上させることができるが、その反面、ウエハの装
着される電極である陰極にかかるプラズマからの
自己バイアス（Vdc）も増加し、その結果イオン
照射による結晶欠陥等の損傷が大きくなる。従つ
て、損傷を低く抑えしかもエツチング速度を高め
るためには印加電圧を増加することなく、エツチ
ングガスのイオン化率を増加させることが要求さ
れる。

そこで、本発明の目的は、このような要求を満
たして、高密度プラズマによる高速エツチングを
可能にしたドライエツチング装置を提供すること
にある。

問題点を解決するための手段 本発明によるドライエツチング装置において
は、真空容器内に設けた対向した２つの陰極のそ
れぞれに高周波電力を印加する手段とともに、対
向した電極間に、各電極に対して垂直な磁界を発
生する手段を有することを特徴としている。また
対向した陰極にそれぞれ印加する高周波の位相は
約180゜とすることができる。

作 用 このように構成した本発明のドライエツチング
装置では、対向した電極間に垂直に形成される磁
界により電子がサイクロトロン運動をするため高
密度のプラズマを発生させることができる。通常
の陰極（高周波電極）と陽極（接地電極）とから
成る平行平板電極に、電極と垂直に磁界をかけた
場合は、電子はサイクロ運動をするが、陽極に多
量に流れ込んでしまうために充分に高密度なプラ
ズマは得られないが、本発明では、対向した電極
のそれぞれが陰極であるために、電子がサイクロ
トロン運動をしながらそれぞれの電極で反発され
螺旋往復運動を行ないながら電極間に閉じ込めら
れる。また、対向したそれぞれの陰極に印加され
る高周波の位相差を約180゜とすれば、往復運動の
振巾が大きくなりさらに高密度のプラズマを形成
できる。さらに、それぞれの陰極に印加する高周
波電力の出力が等しく位相差が180°であれば、電
極間に形成される高周波電界のピーク・ピーク
は、一方の電極に印加される高周波電界の約２倍
となる。一方、それぞれの陰極の平均電位である
Vdcは、高周波印加電力、プラズマ中でのイオン
化率および正イオンと電子の密度、陰極での正の
イオン電流（プラズマ中の正イオン濃度と陰極面
積で決定する）、ブロツキングコンデンサおよび
陰極の浮遊容量等に大きく依存する。本発明によ
るドライエツチング装置では、上記のような電子
の運動によりプラズマ中でのイオン化率および陰
極でのイオン電流が大きいため、Vdcを小さくす
ることができる。また、陰極付近での実際のイオ
ンの加速電圧はＶ＝Vdc＋Vp（Vp：プラズマ電
位）で表わされるが、本発明によるドライエツチ
ング装置では、上記のような電子の閉じ込めによ
り、イオン化率が高い割にはVpを低く抑えるこ
とができる。従つて、本発明によるドライエツチ
ング装置では、低損傷かつ高速エツチングが可能
であり、枚葉処理方式の装置でも高い生産性を達
成できる。さらに、被エツチング物であるウエハ
を対向した陰極の両方に装着することにより、枚
葉処理方式の長所を生かしながら一度に二枚ずつ
処理することができる。また対向陰極を縦型にす
ることにより、二枚処理の場合も、双方を同じ条
件でエツチング処理でき、かつゴミの心配が少な
い。

実施例 以下、添附図面を参照しながら本発明の実施例
について説明する。

第１図には本発明によるドライエツチング装置
の一実施例を示し、１は真空容器で接地されてい
る。この中に対向した陰極２，３が配置され、各
陰極の裏側には永久磁石４，５が設けられ、そし
て電極２と磁石４、および電極３と磁石５の各組
立体は、表面材料のスパツタリングによるウエハ
への汚染を防ぐために、Al、Al₂O₃またはSiO₂等
の非磁性体６，７で覆われている。また電極の側
面や裏面はアースシールド１２，１３により囲ま
れている。陰極２，３には電源８からの高周波電
力が分割・位相反転回路９およびブロツキングコ
ンデンサーを介して180゜の位相差でそれぞれ印加
される。磁石４，５はそれぞれ電極２，３に垂直
な均一磁界を上記電極間に発生するようにされ
る。磁石４，５がそれぞれ分割した複数の磁石か
ら成る場合は、磁界を均一にするために磁石と電
極の間に軟鉄板等のポールピースを備える。また
図面には示してないが、真空容器１はエツチング
ガス導入手段および排気手段を備えている。なお
図面においてエツチング処理すべきウエハー１
０，１１は対向した陰極の表側にそれぞれ装着さ
れている。図示実施例では、各電極に組込まれた
磁石４，５によつて、電極２，３間に各電極に垂
直で均一な磁界をかけることにより、電子がサイ
クロトロン運動する。さらに、電極２，３が高周
波電極であり、プラズマからの自己バイアスによ
りそれぞれが陰極となるため、電子はサイクロト
ロン運動をしながら電極間を往復運動し、よつて
高密度のプラズマが得られる。ここで、対向した
陰極のそれぞれに印加する高周波の位相が等しけ
れば、両電極の電位が負となつたとき、プラズマ
中の電子は両電極から反発され、真空容器の壁
（陽極）方向に拡散してしまう。しかし、本発明
では各電極に印加する高周波の位相差が約180で
あるため、電極間に形成される電界は各電極に対
してほぼ垂直となり、電子は電界に沿つて、磁界
に巻きつきながら往復運動をするので、電子の真
空容器１の壁方向への拡散を小さくでき、電極間
のプラズマ中に電子を閉じ込めることができるた
め、より高密度でVdcの低いプラズマを得ること
ができる。次に対向する陰極に、位相差180゜の高
周波電力を印加したときの他の効果を、第２図を
参照して説明する。

第２図のグラフにおいて、Ａは電極２における
電位、Ｂは電極３における電位、Ｃは電極２，３
間の電位差を表わしている。電極２，３にそれぞ
れ、第２図のＡ，Ｂに示すように位相差180゜の高
周波を印加することにより、電極２，３間の位相
差（第２図Ｃ）は電極２，３に印加される高周波
電力の一方の２倍となり、従つてプラズマ密度も
位相差0゜のときと比較して大きくなる。ところ
で、発生されたプラズマによる自己バイアスVdc
は各電極に大きく依存するため、180゜の位相差を
もつ高周波電力を電極２，３の両方に印加して
も、同じ出力で一方の電極のみに印加した場合と
比較して、自己バイアスはほとんど変わらない。
むしろ、一方の電極のみに印加した場合よりもプ
ラズマ密度および陰極でのイオン電流が増加する
ため、Vdcは小さくなる。このようにして、180゜
の位相差をもつ高周波電力を対向した陰極２，３
のそれぞれに印加することによつて、比較的低電
圧で高密度のプラズマが形成される。

以上の相乗効果の結果、本発明によるドライエ
ツチング装置では、低い高周波投入電力でも低電
圧大電流の高密度プラズマを発生でき、高速で損
傷の少ないエツチング処理ができる。

発明の効果 以上説明してきたように、本発明によれば、対
向した陰極間にそれぞれの電極に垂直な均一磁界
をかけること、および、各電極に印加する高周波
の位相差を約180゜とすることにより、電子のサイ
クロトロン運動、電子の対向した陰極間での往復
運動、さらに電極間のプラズマ中への電子の閉じ
込め等の相乗効果によりプラズマ密度およびイオ
ン電流が大きく、それによりプラズマの自己バイ
アスを低く抑え、損傷や汚染の少ないエツチング
処理を高速で行なうことができ、生産性を向上さ
せることができる。

さらに本発明によるドライエツチング装置は、
同じ形状の対向した高周波電極を用いるため、両
方の電極に被エツチング物を装着して処理するこ
とができ、エツチングが均一で装置が小型ですむ
という枚葉処理方式の特徴を生かして、二枚の被
エツチング物を同時に処理できる。また、対向陰
極を縦型にすることにより、被エツチング物への
ゴミの心配も少なくなり、被エツチング物を両電
極へ装着した場合も、双方を同じ条件でエツチン
グ処理できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略線図、第
２図は第１図の装置の各部の電圧波を示すグラフ
である。 図中、１：真空容器、２，３：対向陰極、４，
５：永久磁石、６，７：電極表面材、８：高周波
電源、９：分割・位相反転回路、１０，１１：被
エツチング物（ウエハ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アースに接続された真空容器内に、対向した
   ２つの陰極を設け、それぞれに同じ出力の高周波
   電力を印加すると共に、上記の対向した電極間
   に、それぞれの電極に対して垂直な磁界を発生さ
   せ対向陰極間に発生する高密度プラズマにより両
   陰極上に装着された被エツチング物をエツチング
   するようにしたドライエツチング装置。 ２ 対向したそれぞれの陰極に印加する高周波電
   力の位相差が約180゜である特許請求の範囲第１項
   に記載のドライエツチング装置。 ３ 被エツチング物を対向した陰極の少なくとも
   一方に装着した特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のドライエツチング装置。 ４ 磁界の発生は対向したそれぞれの陰極の内部
   に設置した永久磁石でなされるとする特許請求の
   範囲第１項に記載のドライエツチング装置。