JPS6386879A - ドライエツチング装置及びその製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ドライエツチング技術に係わり、特にマグネ
トロン放電を利用したドライエツチング装置及びその製
造方法に関する。

（従来の技術） 近年、高集積デバイス製造のための微細加工には、主と
して反応性イオンエツチング技術が使用されている。反
応性イオンエツチング技術とは、一対の対向する２！穫
を有する真空チャンバ内の片方の電極上に被処理基体を
置き、例えばＣＦ４等のハロゲン原子を含有するガスを
該チャンバ内に導入し、上記一対の電極間に高周波電力
を印加してガスを放電せしめ、発生したイオンやラジカ
ルを用いて被処理基体をエツチングする方法である。

上記方法を利用したエツチング装置では、大型チャンバ
内に例えば１０〜２０枚の被処理基体を一度に入れてエ
ツチングを行うバッチ式装置と、小形チャンバ内に１枚
の被処理基体のみを入れてエツチングを行う枚葉式ｉｌ
ｌとがある。し８１のパターンは今後も益々微細化し、
且つ３ｉウエハ径は８インチや１２インチと拡大する一
途を辿っている。従って、大口径ウェハ表面に上に均一
にＩｆｊ、＠ｇパターンを形成するためには、枚葉式装
置の方が有利であり、この方式が徐々にではあるが主流
になりつつある。当然のことであるが、枚葉式エツチン
グ装置は、もしエツチング速度が等しければ、バッチ式
エツチング装置に比較して処理能力は低い。従って、枚
葉式エツチング装置では、！１＠を利用してマグネトロ
ン放電を起こす、或いはホローカソード放電を起こす等
、放電効率を高める工夫がなされている。

ところで、マグネトロン放電を利用したドライエツチン
グ装置では、まず真空容器内に一定の圧力のエツチング
用ガスを導入し、＾周波放電によって陰極とｒａ極との
間にプラズマを形成する。その時、陰極表面に形成され
るイオンシースと呼ばれる領域に誘起される電界と磁場
発生器の形成する磁界とが直交する領域で電子がドリフ
ト運動を起こし、高密度のプラズマが形成される。そし
て、このプラズマ中のイオンにより被処理基体が高速に
エツチングされる。また、磁場発生器を陽極側に配置し
、これを陽極に沿って移動させることにより、′ｌ＆処
理基体を均一にエツチングすることができる。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、一般にエツチング装置を構成する部品
の材料はステンレス鋼が用いられるが、ステンレス鋼は
切削、溶接等の加工時にその透磁率が変化し、強磁性体
化することが知られている。このような強磁性化した材
料を用いてドライエツチング装置を構成した場合、以下
の■〜■のような問題が生じる。

■　陽極が強磁性体の場合、多くの磁力線が陽極内部を
通るため、磁場発生器から陰極側へ与えられる磁界強度
が著しく低下し、エツチング速度が低下する。

■　真空容器の側面が強磁性体の場合、真空容器の側面
に近い磁極からの磁力線が真空容器側面へ引き込まれ、
磁界が不均一となりエツチングの均一性を乱す。また、
放電電流の集中を起こし、全体的なエツチング速度の低
下を来たす。

■　陰極が強磁性体の場合、１１１８発生器からの磁力
線は陰極へ引寄せられ、多くの磁力線が陰極内部を通過
するようになる。このため、陰極上の陰極と平行な磁界
成分（電界と直交する成分）が低下し、エツチング速度
が低下する。また、陰極上での磁界強度の変化が大きく
なり、被処理基体にプラズマから照射されるイオンの軌
道が曲げられる。このため、エツチング形状の悪化を招
いたり。

或いは場所によってエツチング形状が異なったものとな
る。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のマグネトロン放電利用のドライエツチ
ング装置では、真空容器、第１の電極（陰極）及び第２
の電極（陽極）等の形成材料として非磁性材料を用いた
としても、Ｖｌ装製作時にこれらの材料が＾透磁率化す
るため、磁界の均一性や磁界強度が低下し、エツチング
速度の低下やエツチング形状の悪化等を招くと云う欠点
があった。さらに、この欠点は、磁場発生器を陽極側に
配置するドライエツチング装置において顕著に現れる。

また、最近の半導体素子製造工程では、エツチングパタ
ーンの幅に対する深さの大きい、所謂アスペクト比の大
きな溝を形成する技術が強く要望されているが、上記の
問題がアスペクト比の大きな溝形成を妨げる要因となっ
ている。

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、磁場の不均一化や磁界強度の低下を招
く要因をなくし、被処理基体が載置される第１の電極上
に均一で十分大きな磁場を形成することができ、エツチ
ング速度の高速化及びエツチング形状の向上をはかり得
るドライエツチングを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記エツチング速度の高速
化及びエツチング形状の均一化をはかり得るドライエツ
チング装置の製造方性を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段〉 本発明の骨子は、磁性体化して磁場の均一化を乱す要因
となる、真空容器、第１及び第２の電極を完全に非磁性
体とすることにある。　　゛即ち本発明は、被処理基体
が載置される第１の電極及びこれに対向配置した第２の
電極を備えた真空容器と、この容器内に所定のガスを導
入する手段と、上記容器内のガスを排気する手段と前記
第１及び第２の電極間に高周波電力を印加する手段と、
少なくとも前記第１及び第２の電極の間に磁界を発生せ
しめる手段とを具備したドライエツチング装置において
、前記容器、第１及び第２の電極をそれぞれ非磁性材料
で形成するようにしたものである。

また本発明は、上記構成のドライエツチング装置を製造
する際に、前記容器、第１及び第２の電極の材料として
それぞれ非磁性材料を用い、且つこれらを加工組立てし
た後に、該材料のキュリー点以上の温度で熱処理を施す
ようにした方法である。

（作用） 本発明によれば、容器、第１及び第２の電極を最終的に
非磁性体としているので、第１の電極（陰極）近傍にお
ける磁界強度の低下や磁界の不均一化を防止することが
可能となる。従って、第１の電極近傍で十分大きな磁界
強度を得ることができ、高速エツチングが可能となる。

また、容器内での磁場の偏りがなくなり、均一性の高い
エツチングが実現できる。さらに、エツチング形状が場
所により異なる等の問題を解消することができる。

（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図は本発明の一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は非磁性ステンレ
ス鋼等からなる真空容器であり、この容器１１は接地さ
れている。容器１１内には、ガス導入口１１ａを介して
所定のエツチングガスが導入される。そして、容Ｂ１１
内のガスはガス排気口１１ｂを介して排気されるものと
なっている。

容器１１内の底部には、Ｓｉウェハ等の被処理基体１２
を載置する陰極（第１の電極）１３が設置されている声
この電極１３は、容器１１と同様に非磁性ステンレス鋼
等からなるもので、絶縁体１４を介して容器１１の底部
に固定されている。

陰極１３には水冷管１５が接続され、水冷管１５に冷却
水を流すことにより、陰極１３は冷却されるものとなっ
ている。また、陰極１３には上記水冷管１５をリードと
して、マツチング回路１６を介して高周波型［１７が接
続されている。そして、ｉ極１３と対向する容器１１の
土壁１つが陽極（第２の電極）として作用するものとな
っている。

一方、容器１１の上方部には、ＮＳの磁極間隙を有する
１１数の永久磁石からなる磁場発生器２１が配置されて
いる。この磁場発生器２１は、偏芯軸２２を中心として
駆動ｆｉｌｉ！２３により回転せられる。そして、この
回転により、ｆＩｉ場発生器２１の磁石が陽ｌ１ｉ１９
上で移動するものとなっている。

また、上記容器１１．陰極１３及び陽極１９は、本来非
磁性材料であるが、切削り加工や溶接等により容易に磁
性化する。そこで本実施例では、後述する如く非磁性ス
テンレス鋼のキュリー点以上の熱処理を施す等して、容
器１１．陰極１３及び陽極１９を最終的に非磁性体に保
持している。なお、これらの部分以外、つまり容器１１
付近のガス配管、冷却用配管等も非磁性材料で形成し、
上記と同°様の処理を施すのが望ましい。

このような構成であれば、真空容器１１．陰極１３及び
陽極１９が最終的にも非磁性体であるので、磁界の形成
に同等影響を与えない。このため、これらの材料により
磁場発生器２１からの磁界が乱されることはなく、陰極
１３上に均一で十分大きな磁界を形成することみできる
。

ここで、容器１１．陰極１３或いは陽極１９が透磁率の
＾い材料、つまり磁性体で形成された場合の磁界の変化
を第２図を参照して説明する。なお、第２図において右
半分は本実施例による非磁性体、左半分は従来例による
磁性体であると仮定する。まず、陽極１９が磁性体であ
る場合、第２図（ａ）に示す如く、陽極１９の裏面側に
配置された磁石からの磁力［１１３１は、その多くが陽
極１９内をぬけていき、容器１１内に入り難くなる。

これは、所！Ｗ磁気シールドを施した場合と同様であり
、従って電極１３．１９間でマグネトロンプラズマを形
成するだけの磁界を発生ずることはできない。これに対
し・本実施例では、磁石からの磁力＄１３０は陽極１９
に影響されずに、磁石の設計値通りの磁界強度、磁力線
分布が得られることになる。

また、容器１１の側面が磁性体である場合、第２図（ｂ
）に示す如く、磁石からの磁力線３２は容器１１の側面
に誘起される磁気に引かれ、磁力線の分布が大幅に変化
する。この変化は結果的に陰１１ｉ１３の周辺部分での
磁界強度を強める。従って、その部分での放電を強め、
エツチングの均一性に著しく影響を与えると同時に、エ
ツチング速度の低下を引起こす。これに対し本実施例で
は、陰極１３付近で強くその他で弱くなるような設計通
りの磁力線分布を得ることができるのである。

また、陰極１３が磁性体である場合、第２図（Ｃ）に示
す如く、深刻な問題が発生する。即ち、ｌｉ極１９側か
らの磁力線３３は陰極１３に引き込まれる形となり、陰
極１３上の陰極１３と平行な磁界成分を弱める。同時に
、陰極１３と垂直成分を増長するため、陰極１３上での
磁界強度の変化を急峻なものに変えてしまう。このよう
にして形成された変化の大きい磁界分布はエツチングの
均一性を低下させるのみならず、陰極１３上に形成され
るセルフバイアス電圧（シース内に誘起される電圧であ
り、これによりイオンがウェハ側へ加速されエツチング
を引き起こす）を場所により大きく変化させてしまう。

つまり、場所によってウェハに照射されるイオンのエネ
ルギーが変化する。

さらに、空間電荷の差から、斜めに加速されるイオンが
発生しエツチングパターンの側壁をえぐる現象や、細い
パターンでのエツチング速度の低下等の問題を引起こす
。

これに対し本実施例では、磁界は乱されることなく陰極
１３付近に供給されるため、均一性は極めて高くなり、
また磁界分布も緩やかに供給することが可能となり、斜
めにウェハに照射されるイオンの発生をなくすことがで
きる。従って、ウェハ全面で多くの垂直なイオン照射が
可能となり、所望のエツチング形状を高速に且つ均一性
良く達成することができる。

なお、上記の説明では容器１１．陰極１３及び陽極１９
のいずれか一つが磁性体である場合について説明したが
、これらの複数が磁性体である揚合、磁界分布の変化が
より複雑なものとなり、同様にエツチング速度の低下や
エツチング形状の不均一化を招くことになる。

次に、本発明に係わる非磁性化処理を付加したドライエ
ツチング装置の製造方法、特に容器１１゜陰極１３及び
陽極１９の製造方法について、第３図を参照して説明す
る。第３因はステンレス鋼を用いた場合の加工工程を示
す流れ作業図である。

材料としては、耐蝕性に優れた非磁性ステンレス鋼レス
（ＳＵＳ３１６．５ＵＳ３１０ｓ）を使用した。

本来このステンレス鋼非磁性材料であるが、加工の段階
で磁性体化することが知られている。

まず、素材自体にキュリー点以上（例えば８５０℃）の
熱処理を加える。これは、後の工程で熱処理を与えた時
の歪みを小さくするためである。次いで、切削加工を行
うが、このときステンレス鋼は僅かながら磁性化する。

ここで、磁性化をできるだけ避けるには、旋盤等の強磁
性を持つ刃を用いて加工する道具は使用しない方が望ま
しい。次いで、溶接加工に入るが、ここが最も磁性化を
起こす工程である。特に、溶接棒等が強磁性体であると
、後の工程で非磁性化処理を行っても完全に非磁性体と
はなり難い。従って、溶接棒としては、非磁性のものを
使用する必要がある。

上記切削加工及び溶接加工等により、容器１１゜陰極１
３及び陽極１９等を形成するわけであるが、この段階で
は容器１１．陰極１３及び陽極１９等は磁性化している
。従って、形が出来上がった段階で再び熱処理を加え非
磁性体化さぜる。即ち、先と同様にキュリー点以上の温
度で熱処理し、磁性体化した部分を非磁性体に戻す。最
後に仕上げであるが、この仕上げでは再び磁性体化する
のを避けるために機械工作はしないで、手で軽く研磨す
る程度に止どめる。

以上の工程により、非磁性ステンレス鋼が磁性体化する
ことを防止でき、容器１１．陰極１２及び陽極１９等を
Ｒ柊的にも非磁性体に保持することができる。なお、ス
テンレス鋼としては、耐蝕性の兼合いもあるが、それに
含まれるＦｅの割合いが少ない程近磁率は低くなるため
、素材から選択していく必要がある。

このように本実施例によれば、真空容器１１゜陰極１３
及び陽極１９の形成材料として非磁性ステンレス鋼を用
い、さらにこれらの材料に非磁性化処理を加えることに
より、容器１１．陰極１３及び陽極１９を最終的にも非
磁性体に保持することができる。従って、これらが磁性
体化することに起因する磁界強度の低下や磁界分布の不
均一化を未然に防止することができ、エツチング速度の
高速化及びエツチングの均一性向上をはかり得る。

特に、磁場発生器２１が陽極１９の裏面側に配置された
本実施例においては、陽極１９を介して比較的遠い位置
にある陰極１３上に磁界を印加する必要があるが、この
場合上記磁界強度の低下や磁界分布の不均一化を防止で
きる効果は極めて有効である。

また本実施例では、容器１１．陰極１３及び陽極１９等
によりＶｌ！ｉ界が曲げられるのを防止できることから
、エツチングを起こすイオンの軌道を曲げる等の不都合
はない。従って、高密度・高集積化に要求される、アス
ペクト比の大きい溝のエツチングにも十分適用すること
ができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記容器、第１及び第２の雪掻の材料とし
ては、非磁性ステンレス鋼に限るものではなく、ドライ
エツチングに用いることのできる非磁性材料であればよ
い。また、これらの部品に限らず、容器周辺の配管、測
定器等においても非磁性体を使用することが望ましい。

さらに、第２の電極は容器の壁部で形成されたものに限
らず、容器とは別体として該容器内に配置されたもので
あってもよい。

また、磁場発生器としては永久磁石に限らず電磁石を用
いることも可能である。さらに、磁場発生器の配置位置
は陽極側に限らず、陰極側或いは容器の側部に配置する
ことも可能である。また、非磁性化処理のための熱処理
は必ずしも切削加工及び溶接加工の前段階で行う必要は
なく、少なくとも加工組立てが終了したＲ終段階で行え
ばよい。

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。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、容器。

第１及び第２の電極を非磁性体としているので、磁界強
度の低下や磁界分布の不均一化を未然に防止することが
でき、第１の電極上に設計通りの均一な磁界を形成する
ことができる。従って、効率の良いマグネトロン放電を
実現し、高速、高均一性のエツチングを達成することが
可能となり、各種半導体装置の製造に極めて有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一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図は上記装置の作用を説明す
るための模式図、第３図は非磁性化処理の加工工程を示
す流れ作業図である。 １１・・・真空容器、１１ａ・・・ガス導入口、１１ｂ
・・・ガス排気口、１２・・・被処理基体、１３・・・
陰極（第１の電極）、１４・・・絶縁体、１５・・・水
冷管、１６・・・マツチング回路、１７・・・高周波電
源、１９・・・陽１（第２の電極）、２１・・・磁場発
生器、２２・・・偏芯軸、２２・・・駆動灘構、３０．
〜，３３・・・磁力線。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基体が載置される第１の電極及びこれに対
   向配置した第２の電極を備えた容器と、この容器内に所
   定のガスを導入する手段と、上記容器内のガスを排気す
   る手段と、前記第１及び第２の電極間に高周波電力を印
   加する手段と、少なくとも前記第１及び第２の電極の間
   に磁界を発生せしめる手段とを具備したドライエッチン
   グ装置において、前記容器、第１及び第２の電極をそれ
   ぞれ非磁性材料で形成してなることを特徴とするドライ
   エッチング装置。
2. （２）前記磁界を印加する手段は永久磁石或いは電磁石
   からなるものであり、該磁石は前記第２の電極の前記第
   １の電極に対向する面と反対側に配置されていることを
   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。
3. （３）前記磁石は、前記第２の電極に沿つて移動せられ
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のドライエッチング装置。
4. （４）前記第２の電極は、前記容器の壁部で形成されて
   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。
5. （５）前記容器、第１及び第２の電極の材料として、非
   磁性ステンレス鋼を用いた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. （６）被処理基体が載置される第１の電極及びこれに対
   向配置した第２の電極を備えた容器と、この容器内に所
   定のガスを導入する手段と、上記容器内のガスを排気す
   る手段と、前記前記第１及び第２の電極間に高周波電力
   を印加する手段と、少なくとも前記第１及び第２の電極
   の間に磁界を発生せしめる手段とを具備したドライエッ
   チング装置の製造方法において、前記容器、第１及び第
   ２の電極の材料としてそれぞれ非磁性材料を用い、且つ
   これらを加工して組立てた後に、該材料のキュリー点以
   上の温度で熱処理を施すことを特徴とするドライエッチ
   ング装置の製造方法。
7. （７）前記容器、第１及び第２の電極の材料は、機械加
   工或いは溶接工程前に、該材料のキュリー点温度以上で
   熱処理が施されることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項記載のドライエッチング装置の製造方法。
8. （８）前記容器、第１及び第２の電極として、非磁性ス
   テンレス鋼を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載のドライエッチング装置の製造方法。