JPS6369231A - 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】 〔概要〕 強力な磁場を形成し得るマグネット・コイル内のプラズ
マ生成室内で、マイクロ波によって発生させた発散磁界
型のＥ　ＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマによって、基板を処理す
るドライエツチング装置。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造工程に用いるドライエツチン
グ装置に関するものである。

半導体装置の製造工程においてドライエツチングやエピ
タキシャル成長は広く行われているが、特に大口径のウ
ェーハに使用可能な、サブミクロン領域でのダメージの
小さい、選択比が大きくて異方性エツチングが可能なド
ライエツチング装置が要望されている。

〔従来の技術〕

従来のドライエツチング工程には第３図に示すような装
置を使用するＲＩＥ　（リアクティブ・イオン・エツチ
ング）が広く行われている。

これはチャンバ１６の室内圧を真空にし、流ｆｆｉ　１
１整弁２０を通してエツチングガスを導入して室内圧を
０．１〜１．０Ｔｏｒｒにし、上部電極１７と下部電極
１８の間に１３．５６ＭＨｚの高周波発振器１９（出力
１００〜１０００−）　により高周波電圧を印加して４
人ガスをイオン化し、イオンの作用でウェーハ５のドラ
イエツチングを行うものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明の従来のドライエツチング装置で問題となるの
は、このドライエツチング装置ではチャンバ室内圧が高
い（０，ＩＴｏｒｒ）ために、高出力の高周波発振器（
１００ｏｗ）を使用してエレクトロン速度を大きくすれ
ばエツチングレートは満たすものの、ウェーハ５に与え
るダメージが非常に大きく、サブミクロン領域でダメー
ジの小さいエツチングを行なうことが難しい。

また、高真空のためプラズマが不安定となり、プラズマ
密度の分布をとることが困難になる。

さらに、室内圧が高いために、平均自由行程が小さく　
　（０，０５ｃｍ）且つイオン・シース（イオンの飛翔
方向に垂直なイオンの移動が許される量）が太きく（０
，１ｃｎ）なる。そのために活性粒が表面に到達するま
でに相互に衝突する確率が増大し、エツチングすべき物
を完全に反応性エツチングする割合が少ないことである
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、第１図に示すような基板を設置し、真空
に排気された反応室と、反応室とプラズマシャッタで仕
切られた着脱可能なプラズマ生成室と、このプラズマ生
成室にマイクロ波を導入するマイクロ波発生手段と、プ
ラズマ生成室に磁場を印加する、プラズマ生成室と共に
着脱及び移動可能な磁場発生手段とからなり、プラズマ
生成室内に発生させた高密度の発散磁界型のＥＣＲプラ
ズマ中で化学反応を用いたケミカルエツチングにより反
応室内の基板を処理する本発明のドライエツチング装置
により解決する。

〔作用〕

即ち本発明においては、強力な磁場の中のプラズマ生成
室において、マイクロ波により発生させた高密度の発散
磁界型のＥＣＲプラズマを室内圧が低圧（１０−’Ｔｏ
ｒｒ）の反応室内に導入し、その反応室において発散磁
界にそって引き出されたＥＣＲプラズマ中で化学反応を
用いたケミカルエツチングを行うので、ウェーハに与え
るダメージが非常に小さく、サブミクロン領域でダメー
ジの小さいエツチングを行なうことが可能となる。

又、室内圧がＩ　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒと低圧のために
、平均自由行程が大きくイオン・シースが小さくなり、
ダメージの無い完全な反応性イオンエツチングが促進さ
れ、アンダーカットが少ない異方性エツチングが行える
。それゆえ、この技術は微細化した半導体装置の製造工
程に使用することが可能となる。

〔実施例〕

以下第１図について本発明の一実施例をドライエツチン
グ工程の場合につき説明する。

図において、強力なマグネット・コイル８の磁場内に設
けられた、直径１９（ｉｎで長さ１９２龍のプラズマ生
成室４は、反応室１とは着脱可能な構造となっており、
マイクロ波を遮断する反磁性体例えば、モリブデンから
なるプラズマシャッタ７で仕切られている。

プラズマ生成室４は第２図に示すような構造であり、マ
イクロ波導入側にはアルミニウムよりなる室壁と一体構
造の水冷部４１が設けられている。

窒化硼素（ＢＮ）よりなる輪状の伝熱シート４２が水冷
部４１に密着しており、その外側には透光性アルミナ板
（Ｍ）１０３）４４、伝熱シート４２、アルミニウムよ
りなる電流を逃がす損失防止板４３、伝熱シート４２、
透光性アルミナ板４４の順に取りつけ、アルミニウム製
の押さえリング４５で固定している。

押さえリング４５の外側にはＪＩＳ規格の変換アダプタ
４６が設けられてマイクロ波導波管１０と接続している
。

ガス４人管４７は下部の三個所に設けられておりここか
ら反応ガス例えば六弗化硫黄（ＳＦ４）が導入される。

また、冷却水導入管４８ａと冷却水排出管４８ｂが水冷
部４１に設けられて冷却水の導入及び排出が行われる。

変換アダプタ４６には左右に冷却用窒素導入管４９ａと
冷却用窒素排出管４９ｂが設けられており、マイクロ波
の導入に伴い発生する熱を冷却している。

第１図に示す反応室１内の空気はターボ分子複合ポンプ
１３と二段のメカニカル・ブースタ・ポンプ１４をシリ
ーズに接続した排気系統により排出される。

予備室３はウェーハ５を反応室１に持ち込む前に保管す
る室で、ロータリー・ポンプ１５で排気されている。

高周波発振器１２により高周波バイアス（１３，５６Ｍ
Ｈｚ）がかけられているウェーハステージ６に載置した
ウェーハ５は反応室１内に設置され、ウェーハ５のエツ
チングすべき面はプラズマシャッタ７と対向している。

マイクロ波発振器９で発生させたマイクロ波は、マイク
ロ波導波管１０内を伝わってマイクロ波導入部１１に達
し、プラズマ生成室４にマイクロ波が導入される。

反応室１の側壁に設けられたエツチングガス導入口２か
らは、反応ガス例えば六弗化硫黄（ＳＦ４）が導入され
る。

本発明においては下記の式に示すように、強力な磁束密
度（８７５ガウス）の磁場を発生させるマグネット・コ
イル８の中に設けたプラズマ生成室４において、マイク
ロ波（２，４５ＧＨｚ）によって電子サイクロトロン共
鳴を起こす。反応室に導入されたエツチングガスは低圧
のため平均自由行程が太きく（１０ｃｍ）イオン・シー
スが小さい（０，０１ｃｍ）活性粒になる。

Ｂ：磁束密度（ガウス） ｍ：電子の質量 ｆ：マイクロ波の周波数（Ｈｚ） ｅ：電子の電荷 ４回エツチングを繰り返した実験では、従来技術のＲＩ
Ｅ（リアクティブ・イオン・エツチング）の場合には、
チャージアップによるゲートブレークダウンの使用可能
と使用不可能とが略同数なに対して、発散磁界型のＥＣ
Ｒプラズマの場合には、チャージアップによるゲートブ
レークダウンの使用不可能が使用可能の十二分の−と非
常に少なくなり、ダメージレスエツチングが可能である
。

更に高周波発振器でウェーハステージに高周波電力をか
けることによりウェーハステージ上のサブミクロン領域
を持つウェーハに選択比の大きい、異方性エツチングを
施すことが可能となる。

代表的な実施例としては、 チャンバ内室圧−・−・・・・・・−・・・−・・−・
・・・・・−・・−−−＝　Ｉ　Ｘ　１０−　’Ｔｏｒ
ｒエツチングガスー・・−・−・−・・・・・・〜・・
−・−・・・−六弗化硫黄（ＳＦ４）エツチングガス流
量・・−・−・−・・・・・・・・・・・・−・・・・
・８．０ｃｃ／ｍｉｎマイクロ波の波長・・・・・・・
・・・−・・・・・−・・・・・−・・・・−・・・−
・・・−２，４５ＧＨｚプラズマ生成室の磁束密度−・
・−・−−−一−−−・・−・・８７５ガウスの場合に
、 平均自由行程・・・・・−・−・・−・・・−・−・〜
・−ｍ−−−・−・・・・−ｍ−−−・・・・−・−・
−一一一−・−１０ｃｍイオン・シース−・・−・−・
−・・・・・・・・・・−・−・−・−・−・・・・・
−０，０１ｃｍとなる。

このようなドライエツチング装置によりウェーハ５の処
理を行うと、着脱可能なプラズマ生成室４内で、マイク
ロ波発生手段９．１０．１１と着脱及び移動可能なマグ
ネット・コイル８により発生させた発散磁界型のＥＣＲ
プラズマを反応室ｌに導入し、直径１０インチまでの大
口径ウェーハのドライエツチングを、１０〜２０ｅＶ　
（電子ボルト）の非常に効率の良いイオンエネルギをも
った活性なイオン粒子が基板表面に到達するために、化
学反応を用いたケミカルエツチングにより行うことが可
能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば大口径のつ工−ハの
サブミクロン領域でのドライエッチングに際して４．ダ
メージの小さい、選択比の大きい、異方性エツチングが
可能となるから、集積度の高い高品質の半導体装置を製
造できるので工業的に極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の側断面図、第２図は本
発明によるプラズマ生成室の側断面図、 第３図は従来技術のドライエツチング装置の側断面図、 である。 図において、 １は反応室、　　　２はエツチングガス導入口、３は予
備室、　　　４はプラズマ生成室、５はウェーハ、　　
　６はウェーハステージ、７はプラズマシャッタ、 ８はマグネット・コイル、 ９はマイクロ波発振器、 １０はマイクロ波導波管、 １１はマイクロ波導入窓、 １２は高周波発振器、 １３はターボ分子複合ポンプ、 １４はメカニカル・ブースタ・ポンプ、１５はロータリ
ー・ポンプ、 ４１は水冷部、　　　　　４２は伝熱シート、４３は損
失防止板、　　４４は透光性アルミナ板、４５は押さえ
リング、　４６は変換アダプタ、４７はガス導入管、　
　４８ａは冷却水導入管、４８ｂは冷却水排出管、４９
ａは冷却用窒素導入管、４９ｂは冷却用窒素排出管、 を示す。 第１図 第２図 従来技術のドライエツチング装置の側断面図第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板（５）を設置し、真空に排気された反応室（１）と
   、 該反応室（１）とプラズマシャッタ（７）で仕切られ、
   該反応室（１）に対して着脱可能なプラズマ生成室（４
   ）と、 該プラズマ生成室（４）にマイクロ波を導入するマイク
   ロ波発生手段（９、１０、１１）と、該プラズマ生成室
   （４）に磁場を印加する、該プラズマ生成室（４）に対
   して着脱及び移動可能な磁場発生手段（８）と、からな
   り、 該プラズマ生成室（４）内に発生させた発散磁界型のＥ
   ＣＲプラズマを用いて該反応室（１）内の該基板（５）
   を処理するドライエッチング装置。