WO2016182045A1 - ドライエッチング方法 - Google Patents

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WO2016182045A1
WO2016182045A1 PCT/JP2016/064235 JP2016064235W WO2016182045A1 WO 2016182045 A1 WO2016182045 A1 WO 2016182045A1 JP 2016064235 W JP2016064235 W JP 2016064235W WO 2016182045 A1 WO2016182045 A1 WO 2016182045A1
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WO
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plasma
gas
ions
vacuum chamber
dry etching
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Application number
PCT/JP2016/064235
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English (en)
French (fr)
Inventor
大成 本村
悠司 笠嶋
文彦 上杉
和貴 ▲高▼橋
晃 安藤
Original Assignee
国立研究開発法人産業技術総合研究所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Definitions

  • the present invention relates to a dry etching method. Specifically, the present invention relates to a dry etching method capable of realizing an excellent etching rate and capable of processing with a high aspect ratio.
  • a stacked integrated circuit formed by stacking a plurality of chips is attracting attention.
  • chips are connected via through silicon vias (TSVs), and high integration is possible without depending on the miniaturization rules so far.
  • TSVs through silicon vias
  • downsizing, high speed, multi-functionality, and power saving can be realized.
  • TSV is formed by opening a through hole for TSV in a silicon wafer, forming a seed layer in the through hole, and filling copper or the like to be an electrode by electroplating.
  • the seed layer it becomes easy to fill the through holes with copper or the like serving as an electrode.
  • an etching method generally called a Bosch process is advantageous for processing the through hole for TSV.
  • the Bosch process is a dry etching method in which etching of silicon and deposition of a polymer for protecting sidewalls are alternately repeated, and etching with a high aspect ratio is possible.
  • the etching apparatus described in Patent Document 1 has an insulating first chamber provided with a helicon wave type plasma generation unit, and a conductive second chamber.
  • the first chamber and the second chamber communicate with each other through the opening.
  • An inert gas is introduced into the first chamber, and the inert gas is turned into plasma by the action of the helicon wave type plasma generator.
  • a reactive gas is introduced into the second chamber, and the reactive gas is excited by plasma electrons in the first chamber to generate active species.
  • the active species in the second chamber is drawn to the mounting table side having a negative potential due to the self-bias effect, and is adsorbed on the oxide film of the wafer. Furthermore, ion irradiation of an inert gas is performed along the electric field direction toward the mounting table, and the active species react with the oxide film by ion assist, and chemical etching is promoted in a low-pressure atmosphere.
  • Patent Document 1 does not provide an etching rate capable of realizing the production efficiency necessary for industrially manufacturing TSVs.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a dry etching method capable of realizing an excellent etching rate and capable of processing with a high aspect ratio.
  • etching rate ER si of silicon by fluorine radicals is calculated by the following [Equation 1] from the description in Non-Patent Document 1.
  • 10 17 cm -3 is the gas pressure (p), the molecular number density (n), the absolute temperature (T), and the gas represented by the Boltzmann constant (k).
  • p 1 kPa.
  • the gas particle supply rate is 10 18 cm ⁇ 3 per minute.
  • the plasma density necessary to obtain the fluorine radical density is the value of the following [Equation 4].
  • Plasma sources that satisfy the above conditions depending on the type of plasma source include helicon wave excited plasma (HWP: Helicon-Wave-Plasma) system or electron cyclotron resonance plasma (ECR: Electron-Cyclotoron-Resonance) system. These plasma sources can increase the density of plasma in a range where the steady gas pressure is low.
  • HWP Helicon-Wave-Plasma
  • ECR Electron-Cyclotoron-Resonance
  • the gas residence time was calculated by setting the gas particle supply rate to 10 18 cm ⁇ 3 per minute and the steady gas pressure to 0.1 Pa, but the gas supply rate is used to obtain a desired etching rate. It can also be set as a gas equivalent (for example, 10 17 cm -3 per minute). Similarly, a steady gas pressure can also be set (when obtaining 50 ⁇ m / min, the pressure is 1.0 Pa or more). When 10 17 cm ⁇ 3 of gas particles are introduced per minute, the steady gas pressure is 1.0 Pa, and the gas residence time ⁇ is calculated, ⁇ (sec) to 60 msec is obtained.
  • the steady gas pressure p 0.1 Pa and the vacuum vessel volume is V to 0.5 L (cylindrical vacuum vessel having a diameter of about 80 mm and a height of about 100 mm), it is introduced to obtain ⁇ to 0.5 msec.
  • the gas flow rate Q is an amount determined when the vacuum container capacity is assumed, and is a gas supply amount supplied per unit time required for obtaining an etching rate of 50 ⁇ m / min and an etching rate of 50 ⁇ m / min.
  • the gas flow rate is not limited as long as it satisfies the use of the plasma source for obtaining the radical generation rate necessary for obtaining the rate.
  • a vacuum system capable of satisfying a gas particle supply amount of 10 18 cm ⁇ 3 (or 10 17 cm ⁇ 3 per minute) required for one minute and a steady gas pressure of 0.1 to 1.0 Pa is provided. It is important to be realized, and as described above, the volume of the vacuum container having a volume of V to 0.5 L is not limited to a small one. For example, even in a vacuum container having a large volume, an etching rate of 50 ⁇ m / min can be realized by using a vacuum system having an effective exhaust speed that satisfies the above gas supply amount and steady gas pressure. is there.
  • the gas pressure in the vacuum vessel is low as possible, the collision frequency between the ions and the neutral particles of the gas is lowered, and the elastic scattering of the ions is less likely to occur.
  • the pressure is preferably as low as possible, and if the steady gas pressure is within the range of 0.1 to 1.0 Pa, elastic scattering of ions is less likely to occur.
  • a steady gas pressure of about 0.1 Pa is required in order to obtain a high density by the helicon wave excitation plasma (HWP: Helicon-Wave-Plasma) method or the electron cyclotron resonance plasma (ECR: Electron-Cyclotoron-Resonance) method.
  • HWP Helicon-Wave-Plasma
  • ECR Electron-Cyclotoron-Resonance
  • the ion trajectory that enhances the ion assist effect can be controlled, and ions are efficiently guided to the bottom of the through hole. Can do. As a result, high-speed etching of a highly anisotropic through hole is possible.
  • the dry etching method of the present invention uses the mean free path of ions generated by a plasma generating part for generating electromagnetic field excited plasma in a vacuum chamber to the surface of the material to be processed.
  • the steady gas pressure is in the range of 0.1 to 1.0 Pa, and the total amount of gas supplied in 1 minute is 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • a gas supply process in which the mean free path of ions generated by the plasma generation unit that generates electromagnetic field excited plasma in the vacuum chamber is longer than the sheath thickness generated on the surface of the material to be processed.
  • the mean free path of ions is the average value of the distance that ions generated in the plasma can travel without being disturbed by the collision with the scattering source.
  • the sheath thickness is a thickness of a space in which a sheath electric field near the wafer to be processed acts. Since the mean free path of ions is longer than the sheath thickness generated on the surface of the material to be processed, ion scattering does not occur in the sheath, and a sufficient etching reaction can be efficiently obtained in the vicinity of the bottom surface of the through hole. Become.
  • a gas supply process for supplying gas into the vacuum chamber with a steady gas pressure in the range of 0.1 to 1.0 Pa allows the plasma density required for a desired radical generation amount to be determined by a helicon wave excitation plasma method or an electron cyclotron resonance plasma method.
  • the anisotropy of the through hole formed and formed can be increased.
  • the formed through-hole can be made highly anisotropic.
  • the steady gas pressure when the steady gas pressure is less than 0.1 Pa, in the helicon wave excitation plasma method or the electron cyclotron resonance plasma method, the ionization frequency between the electrons and the gas decreases, and the plasma generation amount becomes insufficient.
  • the steady gas pressure exceeds 1.0 Pa, ions and radicals are easily scattered even if the plasma generation amount is sufficient, and the anisotropy of the formed through-holes becomes insufficient.
  • the ions are directly incident on the surface to be processed of the material to be processed by the ion induction process for inducing the ions generated by the plasma generation unit to the material to be processed located on the sample support table disposed in the vacuum chamber.
  • the anisotropy of the through-hole formed can be increased.
  • the incident efficiency of ions to the bottom surface of the through hole can be increased and the etching rate can be improved.
  • the vacuum vessel capacity is V to 0.5 L (cylindrical vacuum vessel having a diameter of about 80 mm and a height of about 100 mm), and the gas residence time in the gas supply process is 0.5 msec.
  • V vacuum vessel capacity
  • 0.5 L cylindrical vacuum vessel having a diameter of about 80 mm and a height of about 100 mm
  • the gas residence time in the gas supply process is 0.5 msec.
  • the output is 1 kW to several kW, and the steady gas pressure is in the range of 0.1 to 1.0 Pa.
  • plasma having a plasma density of 10 18 m ⁇ 3 or more can be generated.
  • the helicon wave excitation plasma system includes one having an inductively coupled plasma system plasma source.
  • the ion induction process draws the magnetic field lines generated in the plasma generation unit and the vacuum chamber into the sample support table via the magnetic field drawing unit provided on the sample support table, so that the ions are substantially perpendicular to the sample support table.
  • the incident direction of ions can be controlled to improve the anisotropy of the formed through hole. More specifically, the plasma density is increased so that ions can enter the bottom of the etching hole, and the anisotropy and etching rate of the formed through hole are increased.
  • the ion induction process controls ions by applying a high-frequency electric field to the sample support, if the steady gas pressure is in a low range, the incident speed of ions toward the sample support is increased and ion sputtering is performed. The etching rate due to the effect can be improved.
  • the dry etching method according to the present invention is a method capable of realizing an excellent etching rate and capable of processing with a high aspect ratio.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a dry etching apparatus capable of performing a dry etching method to which the present invention is applied.
  • the structure shown below is an example of the apparatus which implements the method to which this invention is applied, and the content of this invention is not limited to this.
  • a dry etching apparatus 1 which is an example of a dry etching apparatus capable of performing a dry etching method to which the present invention shown in FIG. 1 is applied, includes a vacuum chamber 2, a high frequency coupling antenna 3, a magnetic coil 4, and a stage 5.
  • the dry etching apparatus 1 also has a gas exhaust section (not shown) connected to the plasma termination plate 6 and a vacuum pump that exhausts the gas in the vacuum chamber 2.
  • a gas exhaust section (not shown) connected to the plasma termination plate 6 and a vacuum pump that exhausts the gas in the vacuum chamber 2.
  • the direction of the gas supplied by the symbol X indicates the direction of the gas exhausted by the symbol Z.
  • the symbol Y indicates the direction of the lines of magnetic force formed by the magnetic coil 4.
  • an inert gas Ar, Kr, Xe, etc.
  • a fluorine-based process gas is introduced into the vacuum chamber 2 through a hollow tube connected to the plasma terminal plate 6. Further, the introduced process gas is evacuated through the gas exhaust part, so that the inside of the vacuum chamber 2 is maintained at a constant steady gas pressure.
  • the high frequency coupling antenna 3 is connected to a matching box 7 and a high frequency power source 8.
  • the high-frequency coupling antenna 3 is supplied with high-frequency power from a high-frequency power supply 8 and adjusts the element values of the circuit elements in the matching box 7 to obtain impedance matching to generate a high-frequency electromagnetic field in the vacuum chamber 2, thereby generating process gas. Is turned into plasma.
  • the magnetic coil 4 generates magnetic lines of force in the vacuum chamber 2.
  • the charged particles in the plasma are transported substantially parallel to the magnetic lines of force toward the sample placed on the stage 5 while spirally moving so as to wrap around the magnetic lines of force, and the sample is etched.
  • the lines of magnetic force generated by the magnetic coil 4 are substantially perpendicular to the stage surface of the stage 5. For this reason, ions fly along the lines of magnetic force and enter the base surface of the stage 5 substantially perpendicularly. As a result, a smooth sidewall of the etching hole is realized, that is, the formed through hole has high anisotropy, and the etching rate is improved.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of the configuration of the dry etching apparatus.
  • FIG. 2 shows an example of the shapes and positional relationships of the high-frequency coupling antenna 3, the magnetic coil 4, and the stage 5.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the vacuum chamber.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic view of a part of the vacuum chamber.
  • a plasma generation chamber 10 and a plasma processing chamber 11 are formed between the plasma termination plate 6 and the stage 5.
  • the plasma termination plate 6 is provided at a position near the plasma generation chamber 10.
  • the stage 5 is connected to the stage shaft 9.
  • the stage 5 is provided at a position near the plasma processing chamber 11. With the above configuration, the process gas flows through the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11.
  • the vacuum chamber 2 has a linear cylindrical shape with a diameter of 70 mm and a height of 1000 mm.
  • the vacuum chamber 2 is made of an insulating material that transmits electromagnetic waves.
  • the vacuum chamber 2 is provided with a plasma generation chamber 10 and a plasma processing chamber 11 at different locations along the axial direction of the cylinder.
  • the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 are formed in the same cylindrical vacuum chamber 10 with the same diameter.
  • the vacuum exhaust system including the vacuum suction pump can be operated in a wide pressure range.
  • the amount of radicals supplied per unit time in the plasma generation chamber 10 by adjusting the vacuum suction of such an evacuation system and the process gas supply from the hollow tube connected to the plasma terminal plate 6, and the plasma generation chamber The refresh rate of the process gas within 10 can be controlled.
  • the high frequency coupling antenna 3 is disposed on the outer peripheral surface of the plasma generation chamber 10 coaxially with the central axis of the plasma generation chamber 10.
  • the high frequency coupling antenna 3 is supplied with high frequency power of a predetermined frequency from a high frequency power supply via a matching circuit.
  • the high frequency coupling antenna 3 is composed of a double loop antenna.
  • the high frequency coupling antenna 3 excites a high frequency electric field in the plasma generation chamber 10 by electromagnetic induction action, and converts the process gas flowing in the plasma generation chamber 10 into plasma.
  • the high frequency coupling antenna 3 applies, for example, an electromagnetic wave up to several kW in a region of several MHz to several hundred MHz.
  • the high frequency coupling antenna 3 is desirably cooled by a water cooling method or the like.
  • a ring-shaped magnetic coil 4 larger than the diameter of the vacuum vessel is disposed outside the plasma generation chamber 10 and on the outer periphery of the high frequency coupling antenna 3 coaxially with the central axis of the plasma generation chamber 10.
  • the magnetic coil 4 is composed of a solenoid coil.
  • the magnetic coil 4 generates lines of magnetic force in the plasma generated in the plasma generation chamber 10. At least a part of the lines of magnetic force generated in the plasma, for example, the line of magnetic force in the vicinity of the central axis of the cylindrical vacuum vessel is a straight line parallel to the central axis of the plasma generation chamber 10.
  • the plasma in the plasma generation chamber 10 is excited with a helicon wave (Whistler wave), which is a kind of electromagnetic wave, by the magnetic field applied by the magnetic coil 4.
  • the mean free path of ions generated in the plasma generation chamber 10 is longer than the sheath thickness.
  • the vacuum chamber 2 is depressurized within a steady gas pressure range of 0.1 to 1.0 Pa, where the probability that the ions collide with gas particles (collision rate) before colliding with the wafer is below a certain level. Yes.
  • the pressure and magnetic field intensity in the vacuum chamber 2 are adjusted so that the hole parameter of ions is sufficiently larger than 1 immediately above the wafer, and the mean free path of ions is between the high frequency coupling antenna 3 and the stage 5. It is secured more than the distance.
  • the hole parameters of ions can be adjusted by controlling the pressure and magnetic field in the vacuum chamber 2.
  • the Hall parameter h is expressed by the following [Equation 7] using the cyclotron frequency ⁇ c / 2 ⁇ and mainly the collision frequency ⁇ of ions and neutral particles.
  • the shape of the vacuum chamber 2 is not limited to a cylindrical shape, and various shapes such as a square shape and a tapered cylindrical structure can be employed.
  • the size of the vacuum chamber 2 is not necessarily limited to a cylindrical shape having a diameter of 70 mm and a height of 1000 mm. That is, the present invention is not limited to a small apparatus having a small vacuum part volume. However, the use of a small device has the following advantages.
  • the electromagnetic field excitation plasma generation source employed in the dry etching method to which the present invention is applied increases the plasma density by using the electromagnetic field excitation plasma generated by the high frequency excitation antenna that has impedance matching even if the apparatus is downsized. Can be kept in density.
  • the steady gas pressure and the pumping speed of the vacuum pump are made constant, the amount of gas that can be introduced into the container per minute increases. By increasing the amount of gas supply that can be introduced into the container per minute, the total amount of radicals necessary for obtaining a high etching rate can be obtained.
  • the gas refresh rate is shortened, a high-speed process with a vacuum pump with a low exhaust speed is possible. Even when a large vacuum vessel is used, the present invention can be implemented if the exhaust speed of the vacuum pump used for exhaust is high.
  • the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 do not necessarily have to be formed in the same cylindrical vacuum chamber 2 with the same diameter.
  • the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11 are the same cylindrical shape because the plasma confinement effect due to the axial magnetic field lines generated by the magnetic coil can reduce the disappearance of the plasma on the side wall surface of the vacuum vessel.
  • the vacuum chamber 2 may be formed with the same diameter.
  • the insulator forming the vacuum chamber 2 is not limited, but a higher volume resistivity is preferable.
  • heat-resistant glass, quartz glass, ceramic tubes, etc. with a reduced coefficient of thermal expansion can be used.
  • the type of the high frequency coupling antenna 3 is not limited to the double loop antenna, and various types of excitation antennas such as single, helical, and boswell can be used.
  • the magnetic coil 4 does not necessarily need to be composed of a solenoid coil, and any magnetic line that generates magnetic lines of force in the plasma generated in the plasma generation chamber 10 is sufficient.
  • a permanent magnet or the like magnetized in the same axial direction as the central axis of the plasma generation chamber 10 can be used instead of the solenoid coil.
  • the magnetic coil 4 converges and diverges in the axial direction if the magnetic field lines B near the central axis of the vacuum cylindrical container that is generated in the plasma generation chamber 10 and transports the plasma do not intersect the inner wall of the vacuum chamber 2.
  • Magnetic field lines B may be generated in a magnetic field configuration.
  • a stage 5 as a sample support is arranged in the plasma processing chamber 11.
  • the stage surface of the stage 5 is disposed so as to intersect perpendicularly with the magnetic field applied by the magnetic coil 4.
  • a wafer 12 to be etched is placed on the upper surface of the stage 5.
  • a bias voltage applying electrode 13 and a permanent magnet 14 as a magnetic line drawing member are arranged on the opposite side of the stage 5 from the mounting surface of the wafer 12. Further, the stage 5 has a temperature adjustment mechanism capable of adjusting the temperature within a predetermined temperature range.
  • the bias voltage application electrode 13 is connected to a high frequency power source via a blocking capacitor outside the vacuum chamber 2 and a matching box, and applies RF bias by applying high frequency power of 13.56 MHz, for example. By adjusting the bias voltage, the incident speed of ions can be adjusted.
  • the magnetic field lines B generated by the magnetic coil 4 are configured to be orthogonal to the stage surface of the stage 5.
  • the magnetic field lines B of the magnetic field generated by the ring-shaped magnetic coil 4 diverge as the distance from the magnetic coil 4, so it is difficult to arrange the stage 5 so that all the magnetic field lines B are orthogonal to the base surface.
  • the magnetic field lines B can be drawn into the stage 5.
  • the formation range of the magnetic field drawn by the permanent magnet 14 is set so as to include the range where the wafer 12 is placed on the stage surface of the stage 5.
  • ions are incident on the stage surface of the stage 5 substantially perpendicularly.
  • ions enter the bottom of the etching hole formed in the wafer 12, and an etching hole having a smooth side wall shape and a size faithful to the mask can be formed.
  • the momentum transport effect between ions and neutral particles contributes to the improvement of the etching rate.
  • the magnetic force line drawing member does not necessarily need to be constituted by the permanent magnet 14, and it is sufficient if the magnetic force lines generated by the magnetic coil 4 can be drawn.
  • a solenoid coil arranged so as to be concentric with the stage 5 may be employed.
  • the stage 5 does not necessarily have a temperature adjustment mechanism.
  • the stage 5 has a temperature adjustment mechanism because the wafer heated by etching can be cooled to reduce the thermal damage of the wafer and the etching reaction rate can be controlled by heating the stage 5. It is preferable.
  • the temperature adjustment range for example, adjustment in the range of ⁇ 100 ° C. to 100 ° C. can be considered.
  • the structure shown in FIG. 5 As the structure in which the magnetic lines of force B are orthogonal to the stage surface of the stage 5, the structure shown in FIG. In the structure shown in FIG. 5, by arranging the stage 5 near the magnetic coil 4, the ratio of the lines of magnetic force B incident perpendicularly to the stage surface of the stage 5 is increased.
  • the stage 5 is disposed at a position closer to the magnetic coil 4 side than the position P1 at which the magnetic field lines B start to diverge.
  • the magnetic lines of force B are incident substantially vertically and uniformly from the center to the periphery of the wafer 12.
  • FIG. 6 the mode of the magnetic force line at the time of arrange
  • the dry etching apparatus 1 described above employs a helicon wave excitation plasma method as a plasma generation source.
  • an electron cyclotron resonance plasma (ECR) method is used as a plasma generation source. Is also possible.
  • the ECR method When the ECR method is used as a plasma generation source, a plasma density equivalent to that of the helicon wave method can be obtained when the steady gas pressure is in the range of 0.1 to 1.0 Pa. Since the ECR system has a divergent magnetic field configuration, it is common to use a diffusion chamber in order to reduce the disappearance of plasma. Similarly to the structure described above, it is also possible to arrange a permanent magnet as a magnetic force line drawing member on the stage so that the magnetic force lines are drawn vertically to the stage.
  • FIG. 7 shows a diagram in which various plasma generation sources are classified by steady gas pressure and plasma density.
  • a helicon wave excitation plasma method denoted by reference numeral 15 as a plasma generation source capable of realizing a plasma density of 10 18 m ⁇ 3 in a steady gas pressure range of 0.1 to 1.0 Pa, or .
  • the electron cyclotron resonance plasma (ECR) system indicated by reference numeral 16 is employed.
  • Reference numeral 17 is an inductively coupled plasma (ICP) system
  • reference numeral 18 is a beamed-ICP system or MSC-ICP (Multi Spiral Coil: MSC) system with improved ICP
  • reference numeral 19 is a Magnetically Enhanced-CCP system
  • reference numeral 20 is a capacity.
  • reference numeral 21 indicates a high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) system or a magnetron system.
  • HIPIMS high power impulse magnetron sputtering
  • the process gas is introduced into the plasma generation chamber 10 from the hollow tube connected to the plasma terminal plate 6 and simultaneously evacuated from the gas exhaust unit (not shown).
  • the steady gas pressure is maintained in the range of 0.1 to 1.0 Pa in the plasma generation chamber 10 and the plasma processing chamber 11.
  • the plasma density in the vicinity of the wafer 12 can be 10 18 m ⁇ 3 .
  • the charged particles in the electromagnetic field excited plasma are transported substantially parallel to the magnetic force lines B toward the wafer 12 placed on the stage 5 of the plasma processing chamber 11 while spirally moving so as to wrap around the magnetic force lines B. Thereby, the wafer 12 is etched.
  • ion acceleration in the sheath can be controlled, and appropriate plasma processing according to the wafer 12 can be realized.
  • Etching of the wafer 12 proceeds in principle by reaction between radicals and the surface to be etched, but when ions are incident on the surface to be etched, the etching is accelerated by an ion assist effect.
  • Etching acceleration due to the ion assist effect also occurs depending on the incidence rate of ions at the sheath end and the voltage drop in the sheath, so that the etching rate can be accelerated as the ion rush rate into the wafer 12 is increased. Since the etching with ion assist proceeds with anisotropy in the ion collision direction, the sidewall shape of the etching hole can be formed smoothly by aligning the ion assisting ion entry direction.
  • radicals in the direction of etching by radicals, if the steady gas pressure is high, radical scattering occurs, and the probability of oblique incidence increases and etching anisotropy decreases. However, by reducing the steady gas pressure, radicals and ions are reduced. The probability of incidence of particles on the side wall surface of the through-hole due to scattering of light is reduced, and favorable anisotropic etching can be realized.
  • the supply of gas particles as a radical source is increased, and the steady gas pressure is lowered to such an extent that the probability of ion scattering due to collision with the gas particles is reduced. Etching can be realized.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Ions move in the direction of travel and rotate clockwise to move parallel to the magnetic field lines B.
  • the ions are spirally moved around the magnetic field lines B around the magnetic flux along the magnetic field direction, and are transported in a direction parallel to the magnetic field if no scattering occurs.
  • the density of the charged particles (here, ions) of the electromagnetic field excitation plasma increases as the magnetic flux density increases, the number of charged particles of the plasma entering the wafer increases. This increases the probability of plasma charged particles entering the wafer and increases the etching rate.
  • ions are initially determined by the potential of the plasma sheath (a few millimeters directly above the wafer) from the plasma generation chamber 10 to the stage 5. Incident with velocity. This improves the wafer etching rate.
  • a bias voltage applying electrode 13 for applying a high frequency RF bias to the stage 5 is provided.
  • This RF bias is also generated in a direction substantially perpendicular to the stage surface of the stage 5, and due to the potential difference between the RF bias and the above-described plasma potential, the ion entry speed is further increased, and the etching speed of the wafer 12 is further improved.
  • the dry etching apparatus 1 Since the dry etching apparatus 1 forms TSV through holes at a high speed of 50 ⁇ m / min or more by etching, the amount of gas supplied per unit time is increased as compared with the conventional case (normally 100 to 100 ⁇ m / min). 1000 times). Specifically, the total amount of gas that is supplied with the process gas in one minute is 1.0 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the steady gas pressure in the vacuum chamber 2 is made lower than before by increasing the gas refresh rate of the vacuum chamber 2. Specifically, the steady gas pressure is maintained in the range of 0.1 to 1.0 Pa.
  • the diameter of the cylindrical vacuum chamber 2 may be shorter than the gas mean free path in the chamber.
  • the dry etching apparatus 1 uses the helicon wave type plasma generation method, and can reduce the probability that the plasma collides with the side wall and disappears by guiding the ions to the wafer with a linear magnetic field. Because. As described above, an ECR method can also be adopted as the plasma generation source.
  • the steady gas pressure in the chamber is such that the above-described Hall parameter h is sufficiently larger than 1 so that the mean free path of ions in the chamber is more than the distance between the high frequency coupling antenna 3 and the stage 5. It is adjusted to the degree.
  • the probability that ions transported to the wafer 12 along the magnetic field lines B will cause ion scattering before reaching the bottom surface of the etching hole of the wafer 12 is reduced as much as possible, and collides with the wall surface of the vacuum chamber. Loss of plasma can be reduced.
  • the excavation force by ion assist is also improved, and the etching rate is further improved.
  • the magnetic field lines B generated between the plasma generation chamber 10 and the stage 5 are substantially orthogonal to the stage surface of the stage 5. For this reason, the ions fly along the magnetic field lines B, and enter the base surface of the stage 5 perpendicularly. As a result, a smooth sidewall of the etching hole can be realized.
  • the magnetic field lines B intersecting the wafer 12 are substantially perpendicular to the plane of the wafer 12, but once the magnetic field is converged in the middle of the plasma generation chamber 10 and the stage 5, the magnetic flux density near the stage 5 is increased. You may raise compared with the plasma generation chamber 10 vicinity. Increasing the magnetic flux density near the stage 5 increases the plasma density near the stage 5 and improves the etching rate.
  • the position of the stage 5 so that the wafer 12 placed on the stage 5 comes to the position of the antinode or node of the electromagnetic wave propagating in the electromagnetic field excited plasma.
  • the axial boundary stage 5 is an electrically insulating material (or an electrically insulating material as a whole)
  • the wafer 12 is adjusted so as to be in the antinode position of the electromagnetic wave, and the axial boundary is a conductor material (or the entire material).
  • the wafer 12 can be adjusted so as to be positioned at the node of the electromagnetic wave.
  • the following points can be adjusted for the application to the etching rate and fine plasma etching of 100 nm or less.
  • the voltage value of the bias voltage can be adjusted to change the speed at which ions are incident on the wafer.
  • the effect of accelerating ions can be increased, and the etching rate can be improved.
  • the amount of gas used can be reduced by adjusting the gas flow rate of the process gas to be supplied in the range of several sccm to 100 sccm.
  • the dry etching method of the present invention is a method capable of realizing an excellent etching rate and capable of processing with a high aspect ratio.

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Abstract

優れたエッチングレートを実現可能であり、かつ、高アスペクト比の加工が可能なドライエッチング方法を提供する。プラズマ発生室に生じるイオンの平均自由行程をシース厚よりも長くして、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲で、かつ、１分間に供給するガス総量が１．０×１０17ｃｍ-3 以上となる様に、真空チャンバ２にガスを供給する。また、イオンを真空チャンバ２内の被処理材に誘導する。更に、被処理材の近傍のプラズマ密度を１０18ｍ-3 以上とし、ガスをラジカル化して被処理材の被処理面をエッチングする。

Description

ドライエッチング方法
　本発明はドライエッチング方法に関する。詳しくは、優れたエッチングレートを実現可能であり、かつ、高アスペクト比の加工が可能なドライエッチング方法に係るものである。
　複数のチップを積層して形成する積層型集積回路（３Ｄ－ＩＣ）の利用が注目を集めている。積層型集積回路では、シリコン貫通電極（TSV:Through Silicon Via）を介してチップ間が接続され、これまでの微細化のルールに依存せず高集積化が可能であるため、従来の集積回路よりも小型化、高速度化、多機能化及び省電力化を実現可能なものとなっている。
　ＴＳＶはシリコンウェハにＴＳＶ用の貫通孔をあけ、貫通孔にシード層を形成し、電気めっきにて電極となる銅等を充填して形成される。シード層を形成することで貫通孔に電極となる銅等が充填しやすくなる。
　ここで、ＴＳＶ用の貫通孔の加工には、一般にボッシュプロセスと呼ばれるエッチング方式が有利であるとされている。ボッシュプロセスは、シリコンのエッチングと、側壁保護用のポリマーの堆積とを交互に繰り返すドライエッチング方式であり、アスペクト比の高いエッチングが可能とされている。
　ボッシュプロセスでは、異なるガスの置換を繰り返すことで、孔の底面エッチング工程とエッチング孔の側壁保護を目的とした保護膜形成工程を、数秒単位で繰り返してアスペクト比の高い貫通孔を形成可能であるが、ガス置換の時間が長くかかる場合に、貫通孔の側壁にスキャロップと呼ばれる凹凸が生じる。スキャロップの領域では、ウェハ表面の法線方向から貫通孔を見た際に影となる部分が生じ、そこではスパッタリングなどの工程で形成されるシード層が貫通孔側壁に形成されず電極材の接着不良が生じることがある。この結果、めっき形成時に電極内にボイドが発生するなどしてＴＳＶの品質の低下を招く恐れがある。
　また、ガス置換の時間間隔を狭め、スキャロップを小さくする手法も存在するが、アスペクト比の高い孔を形成する際に、正味のエッチング工程に長い時間を要するものとなる。そのため、ＴＳＶの生産効率が下がり、産業的に採用することが困難となっている。
　また、ボッシュプロセスに代わるガス置換を行わないドライエッチング方式は、高いエッチングレートを得る際に、アスペクト比の高いエッチング孔を得ることが困難とされていた。
　こうしたなか、高いエッチングレートを得ることと、高いアスペクト比の孔を形成することの両立を試みたエッチング装置が存在し、例えば、特許文献１に記載のエッチング装置が提案されている。
　ここで、特許文献１に記載のエッチング装置は、ヘリコン波型プラズマ生成部を設けた絶縁性の第１のチャンバと、導電性の第２のチャンバを有している。第１のチャンバ及び第２のチャンバは開口を介して連通している。
　第１のチャンバ内には不活性ガスが導入され、ヘリコン波型プラズマ生成部の作用により不活性ガスがプラズマ化される。第２のチャンバ内には、反応性ガスが導入され、第１のチャンバ内のプラズマ電子により反応性ガスが励起されて活性種が生成される。
　第２のチャンバ内の活性種は、セルフバイアス効果により負電位となっている載置台側に引き込まれ、ウェハの酸化膜上に吸着される。更に、載置台側に向かう電界方向に沿って不活性ガスのイオン照射が行われ、イオンアシストにより活性種と酸化膜が反応し、低圧雰囲気にて化学的エッチングが促進される。
特開平６－８９８８０号公報
D. L. Flamm et al.: J. Appl. Phys 52, 3633 (1981)
　しかしながら、特許文献１に記載のエッチング装置は、ＴＳＶを産業的に製造するために必要な生産効率を実現可能なエッチング速度が得られるものとはなっていない。
　また、アスペクト比の高い、異方性に優れた貫通孔を形成する点で改良の余地があるものと考えられる。
　本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、優れたエッチングレートを実現可能であり、かつ、高アスペクト比の加工が可能なドライエッチング方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するための本発明の構成の前提となる、ラジカル総量の見積もり、プラズマ密度を得るためのプラズマ源の仕様、ラジカル総量を得るための真空システムの設計指針及び貫通孔形状の最適化について、以下説明する。
　ここでは、本発明を適用したドライエッチング方法を用いて、５０μｍ／ｍｉｎのシリコンのエッチングレートを実現するためのプラズマプロセスの制御指針について説明する。
　（１）ラジカル総量の見積もり
　積層型集積回路の量産に必要なＴＳＶ用の貫通孔として、直径２０μｍ、深さ５０μｍの貫通孔形状を想定し、それを１分間で形成可能なものと設定する。従来のフッ素ラジカルによるシリコンウェハのドライエッチングの加工速度は、ボッシュプロセスにおいては高々５．０μｍ／ｍｉｎであり、これを５０μｍ／ｍｉｎに向上させるためには、ドライエッチングの反応律速であるラジカルの供給量を増やすことが必要となる。
　フッ素ラジカルによるシリコンのエッチングレートＥＲｓｉは、非特許文献１の記載から、下記の［数１］で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　直径２０μｍ、深さ５０μｍの貫通孔形状を１分間で加工する場合は、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎで表される。また、室温２５℃（～３００Ｋ）、イオンアシスト効果を１０とすると、必要なフッ素ラジカル密度は、下記の［数２］で表される。なお、イオンアシスト効果については、非特許文献１の記載を参考とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ガスからのラジカル生成効率が数十％であることを考慮して、ラジカル生成効率を６５％と仮定すると、上記の［数２］のフッ素ラジカル密度を得るために１分間に必要なガス密度は、下記の［数３］で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、［数３］に記載したように、１０17ｃｍ-3は気体の圧力(ｐ)、分子数密度(ｎ)、絶対温度(Ｔ)、ボルツマン定数(ｋ)で表される気体の状態方程式から算出すると、ｐ＝１ｋＰａとなる。ここでＴ～３００Ｋとした。すなわちＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎを実現するために必要なガス供給量として、１分間当たり１０17ｃｍ-3のガス粒子の供給が必要であることが分かる。また、ラジカル生成効率が６５％に到達しない可能性を踏まえ、余裕のあるガス供給を行うものとして、１０倍量の１０18ｃｍ-3のラジカル相当量を１分間当たりに供給するものとした。即ち、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎを達成可能な装置設計の指針として、１分間当たり１０18ｃｍ13を必要なガス粒子供給量と定めた。
　代表的なプラズマ源である容量結合プラズマ（CCP: Capacitively Coupled Plasma）方式の一般的な電離度が１０-3％であることから、前述したガス粒子供給量が１分間当たり１０18ｃｍ-3の場合を考慮すると、フッ素ラジカル密度を得るために必要なプラズマ密度は、下記の［数４］の値となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　しかしながら、［数４］で示されるプラズマ密度を一般的なＣＣＰ方式で得るためには、１０ｋＷ以上の高出力の電力が必要となり、電源設備などが高価になり、電力効率良くプラズマを生成することが困難である。また、仮にプラズマ生成ができたとしても、定常ガス圧が高くなり、イオンと中性粒子の衝突に伴うイオン散乱現象が起こり、貫通孔側壁にイオンが入射する確率が高くなる。また同様に、定常ガス圧力が高まると、ラジカルが貫通孔側壁に入射する確率も高まる。即ち、エッチングで加工される貫通孔の異方性を高めることが難しいものとなる。
　（２）高プラズマ密度を得るためのプラズマ源の仕様
　上記の点から、数ｋＷの電力でも高密度にプラズマを発生することが可能であり、かつ、定常ガス圧を低く保てるプラズマ生成源が必要となる。より具体的には、プラズマ密度１０18（ｍ-3）を達成できるプラズマ生成方式と、形成される貫通孔の異方性の両方を担保しうる定常ガス圧０．１～１．０Ｐａを満足するプラズマ源を用いる必要がある。定常ガス圧の０．１～１．０Ｐａの範囲は、これまでの検討から得られた、イオン及びラジカル散乱が生じにくく、直径２０μｍ、深さ５０μｍの貫通孔の形状が加工可能なガス圧の範囲である。
　また、ガス供給量を増やすために、定常ガス圧力を高めるとイオン及びラジカルの平均自由行程が短くなり、貫通孔の側壁のエッチングを進行させる散乱現象が生じやすくなり、高アスペクト比の貫通孔の形成が困難となる。そのため、定常ガス圧力を低くすることが求められる。
　プラズマ源の種類から上記の条件を満たすプラズマ源として、ヘリコン波励起プラズマ（HWP:Helicon Wave Plasma）方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ECR:Electron Cyclotoron Resonance）方式が挙げられる。これらのプラズマ源は、定常ガス圧力が低い範囲でプラズマの高密度化が可能である。
　（３）ラジカル総量を得るための真空システムの設計指針
　続いて、前述した１分間に必要なガス粒子供給量である１分間当たり１０18ｃｍ-3を真空容器内に供給するための真空システムについて説明する。まず、真空容器内でのガスの流れやすさを表す量として、ガス滞留時間（τ）がある。１分間に必要なガス粒子供給量である１０18ｃｍ-3（一分間あたり、～１６７Ｐａを充填することに相当する）を、定常ガス圧力０．１Ｐａで得るとすると、条件より、１６７Ｐａ／０．１Ｐａで１秒間に１６７０回の真空容器内のガス置換を行う必要があることが分かる。即ち、ガス滞留時間τ（ｓｅｃ）は、１／１６７０～０．５ｍｓｅｃと算出される。なお、ここでは、ガス粒子供給量を１分間当たり１０18ｃｍ-3、定常ガス圧を０．１Ｐａに設定してガス滞留時間を算出したが、ガス供給量を所望のエッチングレートを得るためのガス相当量（例えば１分間当たり１０17ｃｍ-3）として設定することもできる。また、同様に定常ガス圧を設定することもできる（５０μｍ／ｍｉｎを得る際には、１．０Ｐａ以上となる）。１分間当たり１０17ｃｍ-3のガス粒子を投入し、定常ガス圧力を１．０Ｐａとして、ガス滞留時間τを算出すると、τ（ｓｅｃ）～６０ｍｓｅｃとなる。
　続いて、ガス圧力ｐ（Ｐａ）と、真空容器の容積Ｖ（Ｌ）が与えられたときに、５０μｍ／ｍｉｎのエッチングレートを達成するために必要な導入するガスの流量（Ｑ）を考える。導入するガスの流量に対する定常ガス圧力ｐ（Ｐａ）は、以下の［数５］で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　上記の［数５］において、通常の場合、ｑはＱの１／１０００以下であり、ほとんど無視できるものであるため、ｐ～Ｑ／Ｓとして近似できる。ここで、滞留時間τ（ｓｅｃ）は、τ＝Ｖ／Ｓの式で表されるため、以下の［数６］のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここで、定常ガス圧力ｐ＝０．１Ｐａ、真空容器容量をＶ～０．５Ｌ（直径約８０ｍｍ、高さ約１００ｍｍの円筒真空容器）と仮定した場合、τ～０．５ｍｓｅｃを得るために導入するガス流量Ｑ（Ｐａ・Ｌ／ｓ）は、［数６］の式より、Ｑ～１００（Ｐａ・Ｌ／ｓ）となる。また、１Ｐａ・Ｌ／ｓ＝０．５９２ｓｃｃｍとして換算すると、Ｑ～６０ｓｃｃｍとなる。なお、ガス流量Ｑは、真空容器容量を仮定した際に定まる量であって、５０μｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得る際に必要となる単位時間あたりに供給するガス供給量と、５０μｍ／ｍｉｎのエッチングレートを得る際に必要となるラジカル生成率を得るためのプラズマ源の使用を満たすものであれば、ガス流量は限定されるものではない。
　上記での導入するガスの流量Ｑの値６０ｓｃｃｍは、一般的にエッチング工程において用いられる典型的なガス使用量の目安であるＱ＝１００ｓｃｃｍの値を下回っており、産業的にも採用可能なガス使用量となっている。
　また、本発明では、１分間に必要なガス粒子供給量１０18ｃｍ-3（または１分間当たり１０17ｃｍ-3）と、定常ガス圧力０．１～１．０Ｐａを満足しうる真空システムが実現されることが重要であり、前述したように、容積がＶ～０．５Ｌという真空容器の容積としては小型のものに限定されるものではない。例えば、容積が大きな真空容器であっても、上記のガス供給量と定常ガス圧が満足しうるような実効排気速度を有する真空システムを用いれば、５０μｍ／ｍｉｎのエッチングレートを実現しうるものである。
　容積が小さな小型の真空容器を用いる利点としては、定常ガス圧力を０．１～１．０Ｐａに設定した際でも、排気量の大きな真空ポンプを用いずに、１分間あたりに容器内に投入できるガス総量が増加できる点にある。１分間あたりに容器内に投入できるガス総量を排気量の大きなポンプを用いずに容易に得ることができるため、高いエッチングレートを得るために必要なラジカル総量を容易に得ることができる。
　（４）貫通孔形状の最適化
　前述した内容によって、高いエッチングレートを得ることが可能となるが、本発明においては高いアスペクト比の貫通孔を形成する点も重要となる。直径が小さく、深い貫通孔を効率良く形成するためには、イオンとガスの中性粒子との衝突によるイオンの弾性散乱頻度を低下させ、イオンを貫通孔の底まで真っ直ぐな入射角度で導く必要がある。
　具体的には、真空容器内のガス圧力をできるだけ低くすることで、イオンとガスの中性粒子との衝突頻度を下げて、イオンの弾性散乱が生じにくくする。圧力は低いほど好ましく、定常ガス圧力０．１～１．０Ｐａの範囲内であれば、イオンの弾性散乱は生じにくくなる。ただし、ヘリコン波励起プラズマ（HWP:Helicon Wave Plasma）方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ECR:Electron Cyclotoron Resonance）方式により高密度を得るために、０．１Ｐａ程度の定常ガス圧力は必要となる。
　また、真空容器内に直線の磁場を形成し、ウェハ表面に対して略垂直にイオンを入射させることで、イオンアシスト効果を高めるイオン軌道を制御でき、貫通孔の底面まで効率よくイオンを導くことができる。この結果、異方性の高い貫通孔の高速エッチングが可能となる。
　以上の点を踏まえて、上記の目的を達成するために、本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部が生ずるイオンの平均自由行程を被処理材の表面に生じるシース厚よりも長くして、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲で、かつ、１分間に供給するガス総量が１．０×１０17ｃｍ-3以上となる様に、ガスを前記真空チャンバ内に供給するガス供給工程と、前記プラズマ発生部が生ずるイオンを前記真空チャンバ内に配置される試料支持台に位置する被処理材に誘導するイオン誘導工程と、前記被処理材の近傍のプラズマ密度を１０18ｍ-3以上とし、前記ガスをラジカル化して前記被処理材の被処理面をエッチング処理するエッチング処理工程とを備える。
　ここで、真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部が生ずるイオンの平均自由行程を被処理材の表面に生じるシース厚よりも長くしたガス供給工程によって、高エッチングレートの加工に必要な高いイオンアシスト効果を実現可能なイオン密度を得ることができる。より具体的には、シリコンウェハをフッ素ラジカルで加工する際の１分間のエッチングレートの値である、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎというエッチング速度を実現するためのラジカル密度が得られるものとなる。
　なお、イオンの平均自由行程とは、プラズマ中で生じたイオンが散乱源との衝突で妨害されること無く進むことのできる距離の平均値である。また、シース厚とは、被処理物となるウェハの近傍にあるシース電場が作用する空間の厚みである。イオンの平均自由行程が被処理材の表面に生じるシース厚よりも長いことで、シース中でイオンの散乱が生じず、充分なエッチング反応を貫通孔の底面近傍において効率的に得ることが可能となる。
　定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲でガスを真空チャンバ内に供給するガス供給工程によって、所望のラジカル生成量に必要なプラズマ密度をヘリコン波励起プラズマ方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ方式により生成し、かつ、形成される貫通孔の異方性を高めることができる。容積量が小さな小型の真空容器を有するエッチング装置を用いた際に、一般的には、プラズマが装置壁面等に衝突して消失し、プラズマ密度が低下してしまうとされていたが、上記の定常ガス圧範囲で上記手法によりプラズマを高密度に生成できれば、プラズマの消失分を補うプラズマ生成分を確保することができる。そのため、上記の手法を用いることで小型の装置においてもプラズマの生成量を充分に確保でき、プラズマを高密度化することができる。また、ガスの圧力が低くなり、ガスとイオンの衝突によるイオン散乱が生じにくくなるため、形成される貫通孔が異方性の高いものとすることができる。
　ここで、定常ガス圧が０．１Ｐａ未満の場合には、ヘリコン波励起プラズマ方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ方式において、電子とガスとの電離頻度が下がり、プラズマ生成量が不充分になってしまう。一方、定常ガス圧が１．０Ｐａを超える場合には、プラズマ生成量が充分でもイオン及びラジカルの散乱が生じやすくなり、形成される貫通孔の異方性が不充分となってしまう。
　また、１分間に供給するガス総量が１．０×１０17ｃｍ-3以上となる様に、ガスを真空チャンバ内に供給するガス供給工程によって、より高いエッチングレートを得るために必要なラジカル密度を得ることができる。より具体的には、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎ以上のエッチング速度を実現するためのラジカル密度が得られるものとなる。
　また、プラズマ発生部が生ずるイオンを真空チャンバ内に配置される試料支持台に位置する被処理材に誘導するイオン誘導工程によって、イオンを被処理材の被処理面に対して真っ直ぐ入射させるものとなり、形成される貫通孔の異方性を高めることができる。また、定常ガス圧が低い範囲にある際に、貫通孔底面へのイオンの入射効率を高め、エッチングレートを向上させることができる。
　また、試料支持台に位置する被処理材の近傍のプラズマ密度を１０18ｍ-3以上とし、ガスをラジカル化して被処理材の被処理面をエッチング処理するエッチング処理工程によって、ガスを高効率にラジカル化して、エッチング処理を行うことが可能となる。即ち、高エッチングレートの加工に必要なラジカル密度を得ることができる。より具体的には、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎ以上のエッチング速度を実現するためのラジカル密度が得られるものとなる。
　ここで、試料支持台に位置する被処理材の近傍のプラズマ密度が１０１８ｍ－３未満になると、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎというエッチング速度を実現するために充分なラジカル量が発生せず、高いエッチングレートをもつエッチング処理ができないものとなってしまう。
　また、上記の例にあるように真空容器容量をＶ～０．５Ｌ（直径約８０ｍｍ、高さ約１００ｍｍの円筒真空容器）と想定して、及びガス供給工程でガスの滞留時間が０．５ｍｓｅｃ以下である場合には、高エッチングレートの加工に必要となるよりも多くのラジカル密度を得ることができる。より具体的には、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎというエッチング速度を実現するために求められる、１分間に必要なガス供給総量を充分に供給することが可能となる。
　また、高速排気が可能な真空システムを備え、ガス供給工程で導入するガスの流量が１００ｓｃｃｍ以下となる場合には、ガスの使用量が減り、加工に必要な製造コストを低減することが可能となる。
　また、プラズマ発生部が、ヘリコン波励起プラズマ方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ方式を用いてプラズマを発生する場合には、１ｋＷ～数ｋＷという出力で、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲かつ、プラズマ密度１０18ｍ-3以上のプラズマを発生させることができる。なお、ここでいうヘリコン波励起プラズマ方式は、誘導結合プラズマ方式のプラズマ源を有するものを含むものである。
　また、イオン誘導工程が、試料支持台に設けた磁力線引込部を介して、プラズマ発生部及び真空チャンバ内に生起する磁場の磁力線を試料支持台に引き込み、イオンを試料支持台に対して略垂直に入射させる場合には、イオンの入射方向を制御し、形成される貫通孔の異方性を向上させることができる。より詳細には、プラズマ密度を高めてエッチング孔の底部までイオンが入射可能となり、形成される貫通孔の異方性及びエッチングレートが高まるものとなる。
　また、イオン誘導工程が、試料支持台に高周波電場を印加してイオンを制御する場合には、定常ガス圧が低い範囲にあれば、イオンの試料支持台方向への入射速度を高め、イオンスパッタリング効果によるエッチングレートを向上させることができる。
　本発明に係るドライエッチング方法は、優れたエッチングレートを実現可能であり、かつ、高アスペクト比の加工が可能な方法となっている。
本発明を適用したドライエッチング方法が可能なドライエッチング装置の一例を示す概略図である。 ドライエッチング装置の構成の一部を示す概略図である。 真空チャンバを断面的に示した図である。 真空チャンバの一部を拡大した模式図である。 ステージを磁気コイル近くに配設したときの磁力線の説明図である。 ステージに磁力線引込部材を設けたときの磁力線の説明図である。 定常ガス圧力とプラズマ密度との関係における各種プラズマ生成源の位置づけを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
　図１は、本発明を適用したドライエッチング方法が可能なドライエッチング装置の一例を示す概略図である。なお、以下に示す構造は本発明を適用した方法を実施する装置の一例であり、本発明の内容はこれに限定されるものではない。
　図１に示す本発明を適用したドライエッチング方法が可能なドライエッチング装置の一例であるドライエッチング装置１は、真空チャンバ２、高周波結合用アンテナ３、磁気コイル４、ステージ５を備えている。
　また、ドライエッチング装置１は、プラズマ終端版６や、真空チャンバ２内のガスを排気する真空ポンプに連結されたガス排気部（図示せず）を有している。なお、図１では符号Ｘで供給されるガスの方向を、符号Ｚで排気されるガスの方向を示している。また、符号Ｙは、磁気コイル４によって形成される磁力線の向きを示している。
　本構成ではプラズマ終端版６に接続される中空管を通して、不活性ガス（Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等）やフッ素系等のプロセスガスを真空チャンバ２内に導入する。また、導入されたプロセスガスはガス排気部を介して真空引きすることで、真空チャンバ２内が一定の定常ガス圧力に維持される。
　また、高周波結合用アンテナ３は、マッチングボックス７及び高周波電源８に接続されている。高周波結合用アンテナ３は高周波電源８より高周波電力が供給され、マッチングボックス７内の回路素子の各素子値を調整することによりインピーダンス整合をとって真空チャンバ２内に高周波電磁場を生起し、プロセスガスをプラズマ化する。
　また、磁気コイル４は、真空チャンバ２内に磁力線を発生させる。プラズマ中の荷電粒子は、磁力線に巻き付くように螺旋運動しながらステージ５上に載置された試料に向けて磁力線と略平行に輸送され、試料がエッチング処理される。
　また、磁気コイル４が生じる磁力線がステージ５の台面と略直交するようになっている。このため、イオンが磁力線に沿って飛行し、ステージ５の台面に略垂直に入射する。この結果、平滑なエッチング孔の側壁を実現、即ち、形成される貫通孔の異方性が高いものとなりエッチングレートが向上する。
　図２は、ドライエッチング装置の構成の一部を示す概略図である。図２では、高周波結合用アンテナ３、磁気コイル４及びステージ５の形状と位置関係の一例を示している。また、図３は、真空チャンバを断面的に示した図である。図４は、真空チャンバの一部を拡大した模式図である。
　図２に示すように、真空チャンバ２では、プラズマ終端版６とステージ５の間に、プラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１が形成されている。プラズマ終端版６はプラズマ発生室１０寄りの位置に設けられている。ステージ５はステージシャフト９と接続されている。
　また、ステージ５はプラズマ処理室１１寄りの位置に設けられている。上記の構成により、プロセスガスが、プラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１を通過して流れるものとなる。
　また、真空チャンバ２は、直径７０ｍｍ、高さ１０００ｍｍの直線状の円筒型となっている。また、真空チャンバ２は、電磁波を透過する絶縁材で形成されている。真空チャンバ２は、円筒の軸方向に沿って異なる部位にプラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１とが設けてある。プラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１は、同じ円筒型の真空チャンバ１０内に同一の直径で形成されている。
　更に、真空吸引ポンプを含む真空排気システムは、広い圧力領域で運転可能となっている。こうした真空排気システムの真空吸引とプラズマ終端版６に接続された中空管からのプロセスガス供給とを調整し、プラズマ発生室１０で単位時間あたりに供給されるラジカルの量、及び、プラズマ発生室１０内のプロセスガスのリフレッシュレートを制御することができる。
　プラズマ発生室１０の外周面には、プラズマ発生室１０の中心軸と同軸に高周波結合用アンテナ３が配設される。高周波結合用アンテナ３には、整合回路を介して高周波電源から所定周波数の高周波電力が供給される。高周波結合用アンテナ３はダブルループアンテナから構成されている。
　高周波結合用アンテナ３は、電磁誘導作用でプラズマ発生室１０内に高周波電場を励起し、プラズマ発生室１０内を流れるプロセスガスをプラズマ化する。高周波結合用アンテナ３は、例えば、数ＭＨｚ～数百ＭＨｚの領域の数ｋＷまでの電磁波を印加する。高周波結合用アンテナ３は、水冷方式などで冷却することが望ましい。
　プラズマ発生室１０の外側かつ高周波結合用アンテナ３の外周部には、プラズマ発生室１０の中心軸と同軸に、真空容器径よりも大きなリング状の磁気コイル４が配設される。磁気コイル４は、ソレノイドコイルで構成されている。
　磁気コイル４は、プラズマ発生室１０に生成されるプラズマ中に磁力線を発生する。このプラズマ中に発生する磁力線は、その少なくとも一部、例えば、円筒真空容器の中心軸近傍の磁力線が、プラズマ発生室１０の中心軸と平行な直線状となる。プラズマ発生室１０内のプラズマは、磁気コイル４が印加する磁場により、内部に電磁波の一種であるヘリコン波（ホイッスラー波）が励起される。
　また、ドライエッチング装置１では、プラズマ発生室１０に生じるイオンの平均自由行程はシース厚よりも長いものとなっている。具体的には、真空チャンバ２は、イオンが、ウェハに衝突するまでにガス粒子と衝突する確率（衝突率）が一定以下となる定常ガス圧力０．１～１．０Ｐａ範囲内に減圧されている。
　真空チャンバ２内の圧力及び磁場強度は、ウェハの直上において、イオンのホールパラメータが１より十分に大きくなるように調整されており、イオンの平均自由行程が高周波結合用アンテナ３とステージ５との距離以上に確保されるものとなっている。イオンのホールパラメータは、真空チャンバ２内の圧力と磁場を制御することにより調整することができる。なお、ホールパラメータｈは、サイクロトロン周波数ωｃ／２πと主にはイオンと中性粒子の衝突周波数νを用いて、下記［数７］式にて表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、真空チャンバ２の形状は円筒形に限定されるものではなく、例えば、角形、テーパーのある円筒状の構造等、様々な形状を採用可能である。
　また、必ずしも、真空チャンバ２の大きさが、直径７０ｍｍ、高さ１０００ｍｍの円筒型に限定される必要はない。即ち、真空部分の容積が小さな小型装置に限定されるものではない。但し、小型装置を用いることで、以下の利点が生じる。
　一般的に、装置を小型化すると、プラズマがチャンバ側壁に衝突して消滅するためプラズマ密度が上昇しないと言われてきた。しかしながら、本発明を適用したドライエッチング方法で採用する電磁場励起プラズマ生成源は、装置を小型化してもインピーダンス整合をとった高周波励起アンテナにより生起される電磁場励起プラズマを用いることによって、プラズマ密度を高密度に保つことができる。小型装置の場合は、定常ガス圧力と、真空ポンプの排気速度を一定にした際に、１分間あたりに容器内に投入できるガス量が大きくなる。１分間あたりに容器内に投入できるガス供給量が大きくなることで、高いエッチングレートを得るために必要なラジカル総量を得ることができる。また、ガスのリフレッシュレートが短くなるので、排気速度の小さな真空ポンプでの高速プロセスが可能となる。なお、大型の真空容器を用いた場合にも、排気に用いる真空ポンプの排気速度が高ければ、本発明を実施することが可能である。
　また、必ずしも、プラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１が、同じ円筒型の真空チャンバ２内に同一の直径で形成される必要はない。但し、本発明では、磁気コイルにより生起される軸方向磁力線によるプラズマ閉じ込め効果により、真空容器側壁面へのプラズマの消失を低減できる点から、プラズマ発生室１０とプラズマ処理室１１が、同じ円筒型の真空チャンバ２内に同一の直径で形成されても良い。
　また、真空チャンバ２を形成する絶縁体は限定されるものではないが、体積抵抗率が高い程好ましい。例えば、熱膨張率を下げた耐熱ガラス、石英ガラス、セラミックス管等を用いることができる。
　また、高周波結合用アンテナ３の種類はダブルループアンテナに限定されるものではなく、シングル、ヘリカル、ボズウェル等の各種の励起アンテナを用いることができる。
　また、必ずしも磁気コイル４がソレノイドコイルで構成される必要はなく、プラズマ発生室１０に生成されるプラズマ中に磁力線を発生するものであれば充分である。例えば、ソレノイドコイルの代わりに、プラズマ発生室１０の中心軸と同一の軸方向に磁化された永久磁石等を用いることができる。
　また、磁気コイル４は、プラズマ発生室１０内に発生してプラズマを輸送する真空円筒容器の中心軸近傍の磁力線Ｂが真空チャンバ２の内側壁と交差しないのであれば、軸方向に収束・発散する磁場配位で磁力線Ｂを発生してもよい。
　図３に示すように、プラズマ処理室１１内には、試料支持台としてのステージ５が配置されている。ステージ５の台面は、磁気コイル４が印加する磁場と垂直に交差するように配置されている。ステージ５の上面には、エッチング処理が施されるウェハ１２が載置される。
　また、ステージ５のウェハ１２の載置面の反対側には、バイアス電圧印加用電極１３と、磁力線引込部材としての永久磁石１４が配置されている。また、ステージ５は、所定の温度範囲で温度が調節可能な温度調節機構を有している。
　バイアス電圧印加用電極１３は、真空チャンバ２外のブロッキングコンデンサとマッチングボックスを介して高周波電源に接続され、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加してＲＦバイアスを印加する。バイアス電圧を調整することで、イオンの入射速度を調整することができる。
　図４に示すように、磁気コイル４が発生した磁力線Ｂが、ステージ５の台面と直交するように構成してある。通常、リング状の磁気コイル４が発生した磁場の磁力線Ｂは、磁気コイル４から離れるほど発散するため、磁力線Ｂの全てを台面と直交するようにステージ５を配置することは難しい。ここで、永久磁石１４を設けることで、磁力線Ｂをステージ５に引き込むことが可能となる。
　永久磁石１４による引き込み磁場の形成範囲は、ステージ５の台面上、ウェハ１２が載置される範囲を含むように設定されている。磁力線Ｂをステージ５の台面と直交させることにより、イオンがステージ５の台面に略垂直に入射するようになる。この結果、ウェハ１２に形成されるエッチング孔の底部までイオンが入射し、平滑な側壁形状でありマスクに忠実なサイズのエッチング孔が形成可能となる。また、イオン－中性粒子間の運動量輸送効果によりエッチング速度の向上にも寄与する。
　ここで、必ずしも、磁力線引込部材が永久磁石１４で構成される必要はなく、磁気コイル４が発生する磁力線を引きこみ可能であれば充分である。例えば、ステージ５と同心円状となるように配置したソレノイドコイルを採用することもできる。
　また、必ずしも、ステージ５が温度調節機構を有する必要はない。但し、エッチングで加熱されたウェハを冷却し、ウェハの熱的ダメージを低減できる点や、ステージ５を加熱することによりエッチング反応速度を制御できる場合がある点から、ステージ５が温度調節機構を有することが好ましい。また、温度調節範囲としては、例えば、－１００℃～１００℃の範囲での調節が考えられる。
　磁力線Ｂをステージ５の台面と直交させる構造としては、図５に示すようなものも採用しうる。図５に示す構造では、ステージ５を磁気コイル４の近くに配設することで、ステージ５の台面に垂直に入射する磁力線Ｂの割合を増加させている。
　ステージ５は、磁力線Ｂが発散し始める位置Ｐ１よりも磁気コイル４側寄りの位置に配置されている。これにより、磁力線Ｂは、ウェハ１２の中心から周縁まで略垂直且つ均一に入射することになる。なお、図６には、比較として、前述した磁力線引込部材として永久磁石１４を配置した際の磁力線の様子を示している。
　前述したドライエッチング装置１は、プラズマ生成源としてヘリコン波励起プラズマ方式を採用しているが、本発明を適用したドライエッチング方法では、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）方式をプラズマ生成源として利用することも可能である。
　ＥＣＲ方式をプラズマ生成源として利用する場合には、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲で、ヘリコン波方式と同等のプラズマ密度を得ることができる。ＥＣＲ方式では、発散型の磁場配位となるため、プラズマの消失を減らすために拡散型チャンバを用いることが一般的である。また、前述した構造と同様に、ステージに磁力線引込部材としての永久磁石を配置して、磁力線をステージに垂直に引き込む形状にすることも可能である。
　図７には各種プラズマ生成源を定常ガス圧力とプラズマ密度で分類した図を示している。本発明を適用したドライエッチング方法では、定常ガス圧力０．１～１．０Ｐａの範囲で、プラズマ密度１０１８ｍ－３を実現できるプラズマ生成源として、符号１５で示すヘリコン波励起プラズマ方式、または、符号１６で示す電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）方式が採用される。なお、符号１７は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式、符号１８はＩＣＰを改良したBeamed-ICP方式またはMSC-ICP（Multi Spiral Coil:MSC）方式、符号１９はMagnetically Enhanced-CCP方式、符号２０は容量結合プラズマ（Capacitively Coupled Plasma:CCP）方式、符号２１はHIPIMS（High Power Impulse Magnetron Sputtering）方式またはMagnetron方式を示している。
　以上のように構成されたドライエッチング装置１では、プラズマ終端版６に接続された中空管からプロセスガスがプラズマ発生室１０に導入され、同時にガス排気部（図示せず）から真空引きすることによって、プラズマ発生室１０及びプラズマ処理室１１内で、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲に維持される。
　また、プロセスガスの真空チャンバ２内のガス滞留時間は、０．５～６０ｍｓｅｃであり、ＥＲｓｉ＝５０μｍ／ｍｉｎ以上のエッチング速度を実現すべく、１分間に供給されるプロセスガスのガス総量を１．０×１０17ｃｍ-3以上としている。
　この状態で、高周波結合用アンテナ３によってプラズマ発生室１０に所定の高周波電圧の高周波信号を印加しつつ、磁気コイル４によってプラズマ発生室１０内に所定の磁場を形成すると、プラズマ発生室１０内にヘリコンプラズマの電磁場励起プラズマが励起される。この際、ウェハ１２近傍のプラズマ密度は１０18ｍ-3が可能となる。
　この電磁場励起プラズマ中の荷電粒子は、磁力線Ｂに巻き付くように螺旋運動しながらプラズマ処理室１１のステージ５上に載置されたウェハ１２に向けて磁力線Ｂと略平行に輸送される。これにより、ウェハ１２がエッチング処理される。
　また、ステージ５に印加するＲＦバイアスを、使用する処理ガスや雰囲気に応じて変更することにより、シース中のイオン加速を制御して、ウェハ１２に応じた適切なプラズマ処理を実現することができる。
　ウェハ１２のエッチングは、原則、ラジカルと被エッチング面との反応によって進行するが、被エッチング面にイオンを入射させるとイオンアシスト効果によってエッチングが加速される。
　イオンアシスト効果によるエッチングの加速は、イオンのシース端における入射速度及びシース内の電圧降下が大きくなる場合によっても生じるため、ウェハ１２へのイオン突入速度を高めるほどエッチング速度を加速できる。イオンアシストによるエッチングは、イオンの衝突方向への異方性を持って進行するため、イオンアシスト用イオンの突入方向を揃えることにより、エッチング孔の側壁形状を平滑に形成できる。
　また、ラジカルによるエッチングの進行方向も、定常ガス圧力が高いとラジカルの散乱が生じ、斜め入射の確率が高まりエッチングの異方性が低下するが、定常ガス圧力を低くすることで、ラジカルとイオンの散乱による貫通孔の側壁面への粒子の入射確率が低減されて良好な異方性エッチングを実現できる。
　本発明を適用したドライエッチング方法では、ラジカル発生源としてのガス粒子の供給を増やし、ガス粒子との衝突によるイオン散乱確率が低下する程度に定常ガス圧力を低くすることで、効率的な異方性エッチングを実現できる。
　イオンは、進行方向を向いて右回りに回転して磁力線Ｂに平行に運動する。イオンは磁場方向に沿う磁束を中心に磁力線Ｂに巻き付くように螺旋運動しつつ、散乱が生じなければ磁場に平行な方向に搬送される。
　これにより、イオンがエッチング孔の底部に到達するまでに他のガス粒子と衝突する衝突率が抑制され、エッチングの高速化に寄与するとともに、イオンの真空チャンバ側壁への衝突を低減することができ、プラズマの損失が低減される。
　また、電磁場励起プラズマの荷電粒子（ここではイオン）は、磁束密度が高まるほど密度が上昇するため、ウェハへ突入するプラズマの荷電粒子数が増加する。これによりウェハへのプラズマの荷電粒子の突入確率が上昇し、エッチング速度が高まる特性を有する。
　プラズマ発生室１０からステージ５の間では、直線磁場又は収束磁場となっており、イオンは、プラズマ発生室１０からステージ５に至るまでプラズマシース（ウェハ直上の数ミリの領域）の電位により定まる初期速度を持って入射する。これにより、ウェハのエッチング速度が向上する。
　更に、ステージ５に高周波のＲＦバイアスを加えるバイアス電圧印加用電極１３を設けてある。このＲＦバイアスもステージ５の台面に略垂直方向に生起されるものであり、このＲＦバイアスと前述したプラズマ電位との電位差により、イオンの突入速度が更に高まり、ウェハ１２のエッチング速度が更に向上する。
　ドライエッチング装置１は、ＴＳＶ用の貫通孔をエッチングで５０μｍ／ｍｉｎ以上の高速で形成するため、従来に比して単位時間あたりに供給されるガス供給量を多くしてある（通常の１００～１０００倍）。具体的には、プロセスガスが１分間に供給されるガス総量は１．０×１０17ｃｍ-3以上となる。
　単位時間当たりに供給されるガス供給量が増加すると、プラズマ生成に伴い生成されるラジカル量も増加する。そして、ラジカル量が増加すると、エッチング速度が向上する。
　ただし、ガス供給量を増やしても、定常ガス圧力が高いとイオンの平均自由行程が短くなりエッチング速度が低下してしまう。そこで、ドライエッチング装置１では、真空チャンバ２のガスリフレッシュレートを高めることにより、真空チャンバ２内の定常ガス圧力を従来よりも低くしてある。具体的には、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲に維持される。
　一方で、円筒型の真空チャンバ２の直径は、チャンバ内のガス平均自由行程よりも短くしてもよい。ドライエッチング装置１では、ヘリコン波型プラズマ生成方式を用いており、プラズマ密度が高いこと、直線磁場でウェハまでイオンを導くことにより、側壁にプラズマが衝突して消滅する確率を低減させることができるためである。
　なお、前述したように、プラズマ生成源としては、ＥＣＲ方式も採用しうる。
　また、チャンバ内の定常ガス圧力は、上述したホールパラメータｈを１より充分に大きくすることで、チャンバ内のイオンの平均自由行程が高周波結合用アンテナ３とステージ５との距離以上に確保される程度に調整されている。
　この結果、磁力線Ｂに沿ってウェハ１２まで輸送されるイオンが、ウェハ１２のエッチング孔の底面に到達する前にイオン散乱を生じる確率を可及的に低下し、真空チャンバの壁面に衝突してプラズマが損失する事を低減できる。これにより、エッチングに係るラジカル量の増加に加えて、イオンアシストによる掘削力も向上し、エッチング速度が更に向上する。
　ドライエッチング装置１では、プラズマ発生室１０とステージ５の間に発生する磁力線Ｂがステージ５の台面と略直交するようになっている。このため、イオンが磁力線Ｂに沿って飛行することとなり、ステージ５の台面に垂直に入射する。この結果、平滑なエッチング孔の側壁を実現することができる。
　更に、ウェハ１２と交差する磁力線Ｂは、ウェハ１２の平面に対して略垂直にしてあるが、プラズマ発生室１０とステージ５の途中位置で磁場をいったん収束させて、ステージ５付近の磁束密度をプラズマ発生室１０付近に比べて高めてもよい。ステージ５付近の磁束密度を高めると、ステージ５近傍でのプラズマ密度が高まり、エッチング速度が向上する。
　また、ステージ５上に載置されるウェハ１２が、電磁場励起プラズマ中を伝搬する電磁波の腹又は節の位置に来るようにステージ５の位置を調整することが好ましい。軸方向境界（ステージ５）が電気絶縁性材料（もしくは全体として電気絶縁性材料）である場合は、ウェハ１２が電磁波の腹の位置になるように調整し、軸方向境界が導体材料（もしくは全体として導体材料）である場合は、ウェハ１２が電磁波の節の位置になるように調整することができる。
　また、本発明を適用したドライエッチング方法では、エッチング速度や、１００ｎｍ以下の微精細なプラズマエッチングへの応用に向けて、以下の点を調整することも可能である。
　まず、粒子拡散時間を考慮したパルス長（ｍｓ以下）や、昇温を抑えるために短くしたパルス長（１ｓ以下）を用いて、パルス電力投入を調整することが考えられる。パルス電力のＯＮとＯＦＦを制御してプラズマを断続的に生成し、アンテナの発熱を低減させる。
　また、バイアス電圧の電圧値を調整し、イオンがウェハに入射する速度を変えることができる。特に、バイアス電圧を大きくすることでイオンの加速効果が高まり、エッチング速度を向上させることができる。
　また、アンテナ構成やプラズマ生成源に併せて、高周波電源の周波数を数ＭＨｚ～数ＧＨｚの範囲で調整することが考慮される。
　また、供給するプロセスガスのガス流量を数ｓｃｃｍ～１００ｓｃｃｍの範囲で調節し、ガス使用量を減らすこともできる。
　更に、バッフル板の挿入や、ゲートバルブの開閉構造を設けることで真空コンダクタンスの調整を行い、定常ガス圧を調整することも可能である。
　以上のように、本発明のドライエッチング方法は、優れたエッチングレートを実現可能であり、かつ、高アスペクト比の加工が可能な方法となっている。
　　　１　　　ドライエッチング装置
　　　２　　　真空チャンバ
　　　３　　　高周波結合用アンテナ
　　　４　　　磁気コイル
　　　５　　　ステージ
　　　６　　　プラズマ終端版
　　　７　　　マッチングボックス
　　　８　　　ＲＦ電源
　　　９　　　ステージシャフト
　　１０　　　プラズマ発生室
　　１１　　　プラズマ処理室
　　１２　　　ウェハ
　　１３　　　バイアス電圧印加用電極
　　１４　　　永久磁石
　　１５　　　ヘリコン波励起プラズマ方式
　　１６　　　電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）方式
　　１７　　　誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式
　　１８　　　Beamed-ICP方式またはMSC-ICP（Multi Spiral Coil:MSC）方式
　　１９　　　Magnetically Enhanced-CCP方式
　　２０　　　容量結合プラズマ（Capacitively Coupled Plasma:CCP）方式
　　２１　　　HIPIMS（High Power Impulse Magnetron Sputtering）方式またはMagnetron方式

Claims (6)

  1. 　真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部が生ずるイオンの平均自由行程を被処理材の表面に生じるシース厚よりも長くして、定常ガス圧が０．１～１．０Ｐａの範囲で、かつ、１分間に供給するガス総量が１．０×１０17ｃｍ-3以上となる様に、ガスを前記真空チャンバ内に供給するガス供給工程と、
    　前記プラズマ発生部が生ずるイオンを前記真空チャンバ内に配置される試料支持台に位置する被処理材に誘導するイオン誘導工程と、
    　前記被処理材の近傍のプラズマ密度を１０18ｍ-3以上とし、前記ガスをラジカル化して前記被処理材の被処理面をエッチング処理するエッチング処理工程とを備える
    　ドライエッチング方法。
  2. 　前記ガス供給工程は、前記ガスの滞留時間が０．５ｍｓｅｃ以下となる様に、ガスを前記真空チャンバ内に供給する
    　請求項１に記載のドライエッチング方法。
  3. 　前記ガス供給工程は、導入する前記ガスの流量が１００ｓｃｃｍ以下となる様に、ガスを前記真空チャンバ内に供給する
    　請求項１または請求項２に記載のドライエッチング方法。
  4. 　前記プラズマ発生部は、ヘリコン波励起プラズマ方式または電子サイクロトロン共鳴プラズマ方式を用いてプラズマを発生する
    　請求項１、請求項２または請求項３に記載のドライエッチング方法。
  5. 　前記イオン誘導工程は、前記試料支持台に設けた磁力線引込部を介して、前記プラズマ発生部及び前記真空チャンバ内に生起する磁場の磁力線を同試料支持台に引き込み、イオンを同試料支持台に対して略垂直に入射させる
    　請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載のドライエッチング方法。
  6. 　前記イオン誘導工程は、前記試料支持台に高周波電場を印加してイオンを制御する
    　請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５に記載のドライエッチング方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275376A (ja) * 1992-03-25 1993-10-22 Hitachi Ltd ドライエッチング装置およびドライエッチング方法
JP2006253118A (ja) * 2005-02-10 2006-09-21 Konica Minolta Holdings Inc プラズマ放電処理用ガス、プラズマ放電処理用ガスの生成方法およびプラズマ放電処理方法
JP2010263244A (ja) * 2010-08-11 2010-11-18 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JP2011014679A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁性素子の製造法及び記憶媒体
JP2012146991A (ja) * 2003-07-11 2012-08-02 Infineon Technologies Ag シリコン基板に凹部を異方性エッチングにより形成する方法およびプラズマエッチングシステムの使用方法
JP2015511766A (ja) * 2012-02-29 2015-04-20 オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド 基板に物質を堆積及び／又は基板から物質をエッチング除去する方法及び装置
JP2015135883A (ja) * 2014-01-17 2015-07-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 ドライエッチング装置及びプラズマスパッタリング装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05275376A (ja) * 1992-03-25 1993-10-22 Hitachi Ltd ドライエッチング装置およびドライエッチング方法
JP2012146991A (ja) * 2003-07-11 2012-08-02 Infineon Technologies Ag シリコン基板に凹部を異方性エッチングにより形成する方法およびプラズマエッチングシステムの使用方法
JP2006253118A (ja) * 2005-02-10 2006-09-21 Konica Minolta Holdings Inc プラズマ放電処理用ガス、プラズマ放電処理用ガスの生成方法およびプラズマ放電処理方法
JP2011014679A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Canon Anelva Corp 磁性素子の製造法及び記憶媒体
JP2010263244A (ja) * 2010-08-11 2010-11-18 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理方法
JP2015511766A (ja) * 2012-02-29 2015-04-20 オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド 基板に物質を堆積及び／又は基板から物質をエッチング除去する方法及び装置
JP2015135883A (ja) * 2014-01-17 2015-07-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 ドライエッチング装置及びプラズマスパッタリング装置

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