JPH01100921A - プラズマエッチング装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴（
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａ
ｎｃｅ、　ＥＣＲ）励起により発生させたプラズマを利
用するプラズマエツチング装置に関する。

〔従来技術〕

マイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴励起により
プラズマを発生させる方法は低ガス圧で活性度の高いプ
ラズマを生成でき、イオンエネルギの広範囲な選択が可
能であり、また大きなイオン電流がとれ、イオン流の指
向性、均一性に優れるなどの利点があり、高集積半導体
素子等の製造に欠かせないものとしてその研究、開発が
進められている。

第３図は従来におけるマイクロ波を用いた電子サイクロ
トロン共鳴を利用するプラズマエツチング装置の縦断面
図であり、３１はプラズマ生成室を示している。プラズ
マ生成室３１は一側壁中央に石英ガラス板３１ｂにて封
止したマイクロ波導入窓３１ｃを、また他側壁中央には
前記マイクロ波導入窓３１ｃと対向する位置にプラズマ
引出窓３１ｄを夫々備えている。前記マイクロ波導入窓
３１ｃには他端を図示しない高周波発振器に接続した導
波管３２の一端が接続され、またプラズマ引出窓３１ｄ
に望ませてエツチング室３３を配設し、更にプラズマ生
成室、３１の周囲にはプラズマ生成室３１及びこれに接
続した導波管３２の一端部にわたってこれらを囲繞する
態様でこれらと同心状に励磁コイル３４を配設しである
。

エツチング室３３内にはウェーハ等の試料Ｓを装着する
試料台３５が前記プラズマ引出窓３１ｄと対向させて配
設され、その前面には試料Ｓが静電吸着等の手段にて着
脱可能に装着されるようにしである。試料台３５内には
冷却水通流路が、また試料Ｓの装着位置には試料Ｓを静
電吸着するための電極３５ｂが埋設され、前記冷却水通
流路には冷却水供給管３５ａが、また電極３５ｂには直
流電源３７が接続せしめられている。またエツチング室
３３の後壁には図示しない排気装置に連なる排気口３３
ａが開口されている。３１ｇはエツチングガスの供給系
、３１ｈ。

３１ｉは冷却水の給水系、排水系である。

而してこのようなエツチング装置にあってはプラズマ生
成室３１．エツチング室３３内を所要の真空度に設定し
た後、プラズマ生成室３１内にガス供給系３１ｇからエ
ツチング用の１又は複数種の反応性ガスを供給し、励磁
コイル３４にて磁界を形成しつつ、プラズマ生成室３１
内にマイクロ波を導入し、プラズマ生成室３１を空洞共
振器としてエツチングガスを共鳴励起してプラズマを生
成させ、生成させたプラズマを励磁コイル３４にて形成
されるエツチング室３３側に向かうに従い磁束密度が低
下する発散磁界によってエツチング室３３へ引出し、イ
オンを試料台３５上の試料Ｓ周辺に投射せしめ、エツチ
ングを行うようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

通常、電子サイクロトロン共鳴励起により発生されたプ
ラズマは、上記した如く発散磁界の磁力線に即した方向
性を持って引き出され、イオンの流れによって生じるバ
イアスによる影響を受け、略２０〜３０ｅＶの低いエネ
ルギーで試料表面に到達する。

このため数百ｅνのエネルギーのイオンを利用する従来
の反応性イオンエツチング、イオンミーリングに比べて
イオン衝撃に起因する試料へのダメージが低減され、し
かも低エネルギーイオンの照射によるエツチングである
ため、エツチングの性能指標の一つである選択比（エツ
チング対象物と他の対象物とのエツチング速度比）が向
上するとされている。

しかしながら、プラズマ生成室３１からエツチング室３
３に引き出されたプラズマ中には、化学的に活性な励起
された状態の原子・ラジカルが発生しており、このラジ
カルとエツチング対象物との化学反応もエツチングに寄
与する。このようなラジカルによるエツチングはイオン
によるエツチングが方向性＝異方性を持つのと対照的に
等方向であり、アンダーカット量と密接に関係すること
が知られている。

通常の電子サイクロトロン共鳴励起プラズマによるエツ
チングのガス圧は１０−”〜１０−　’Ｔｏｒｒであり
、この範囲では電子サイクロトロン共鳴励起プラズマに
よるエツチングはイオン性異方エツチングとラジカル性
等方エツチングの混在したものとなるのが普通である。

その結果、エツチングによる加工形状は第４図に示すよ
うに保護マスク１１の寸法よりエツチング対象物１２が
縮小する、所謂アンダーカッｌ−，（０，３μ−程度）
を生ずることとなり、１μｍ以下の微細加工を要する超
ＬＳＩ製造技術に対応するためには加工精度の点で問題
を残している。

また、プラズマ生成室３１からエツチング室３３に引き
出されたイオン電流の密度分布は試料（５インチウェー
ハ）表面上では中心に比べ周縁部では３０〜４０％低く
なる。これはプラズマ生成室３１内で発生され、プラズ
マ引出窓を通じてエツチング室に導入されるプラズマ中
のイオン流は半径方向における密度分布にばらつきがあ
り、これが試料台３５上、換言すれば試料Ｓ表面にその
まま拡大された状態で投影され、同様の密度分布が生じ
てしまうことによるものであり、イオン流の密度分布の
ばらつきを解消するのが難しいという問題があった。

一般にエツチング速度分布は、イオン流密度分布に太き
（依存しており、エツチング速度の均一性を改善するに
は、イオン流密度分布自体を均、−化することが最も効
果的な手段である。

本発明はかかる点に着目してなされたものであって、そ
の目的とするところはアンダーカットを抑制すると共に
試料の周縁部と中心部とにおけるエツチング速度のばら
つきをも同時に解消し得、均一なエツチングを施し得る
ようにしたプラズマエツチング装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマエツチング装置は電子サイクロト
ロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプラズマ生成
室と、発生したプラズマを導入して試料にエツチングを
施すエツチング室とを備えたプラズマエツチング装置に
おいて、前記プラズマ生成室には不活性ガスのみを導入
し、また前記エツチング室内の試料周辺部には反応性ガ
スを導入することを特徴とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマエツチング装置は、電子サイクロ
トロン共鳴励起によりプラズマを発生させるプラズマ生
成室と、発生したプラズマを導入して試料にエツチング
を施すエツチング室とを備えたプラズマエツチング装置
において、前記プラズマ生成室には不活性ガスのみを導
入し、また前記エツチング室内の試料周辺部には反応性
ガスを導入する。

〔作用〕

本発明にあっては、これによってエツチング室インビー
ムとして引出されるプラズマは不活性ガスの原子からな
るため、ここに混在するラジカルはエツチング反応には
寄与せず、アンダーカットが本質的に生じない。また環
状ノズルから反応性ガスを試料台又は試料の周縁部に対
しその中央部より高濃度に供給され、試料全体のエツチ
ング速度の均一化が可能となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例につき図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係るプラズマエツチング装置
（以下本発明装置という）の縦断面図であり、図中１は
プラズマ生成室、２は導波管、３は試料Ｓに対しエツチ
ングを施すエツチング室、４は励磁コイルを示している
。

プラズマ生成室１はステンレス鋼製であって、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するよう形成されており、
−側壁中央には石英ガラス板１ｂで閉鎖されたマイクロ
波導入窓ＩＣを備え、また他側壁中央には前記マイクロ
波導入窓ＩＣと対向する位置にプラズマの引出窓１ｄを
備えている。前記マイクロ波導入窓）ｃには導波管２の
一端部が接続され、またプラズマ引出窓１ｄにはこれに
臨ませてエツチング室３が配設され、更に周囲にはプラ
ズマ生成室１及びこれに連結された導波管２の一端部に
わたってこれらと同心状に励磁コイル４が周設せしめら
れている。

導波管２はその他端部は図示しない高周波発振器に接続
され、高周波発振器で発せられたマイクロ波をマイクロ
波導入窓ＩＣを経てプラズマ生成室ｌ内に導入するよう
にしである。

励磁コイル４は図示しない直流電源に接続されており、
直流電流の通流によって、プラズマ生成室１内にマイク
ロ波の導入によりプラズマを生成し得るよう磁界を形成
すると共に、エツチング室３側に向けて磁束密度が低く
なる発散磁界を形成し、プラズマ生成室１内に生成され
たプラズマをエツチング室３内に導入せしめるようにな
っている。

エツチング室３はプラズマ引出窓１ｄと対向する側壁に
図示しない排気装置に連なる排気口３ａを開口してあり
、またエツチング室３の内部には前記プラズマ引出窓１
ｄと対向させて試料台５が配設され、この試料台５の前
面に前記プラズマ引出窓１ｄと対向させて試料Ｓが静電
吸着等の手段で着脱可能に装着されている。試料台５内
には冷却用の冷却水通流路及び試料Ｓを静電吸着するた
めの電極５ｂが埋設されており、通流路には冷却水供給
管５ａが、また電極５ｂには直流電源７が夫々接続せし
められている。

そして本発明装置にあってはプラズマ生成室１の上部壁
であって、マイクロ波導入窓１ｃの周縁部に不活性ガス
の供給系１ｇが、また前記試料台５とプラズマ引出窓１
ｄとの間であって、プラズマ引、出窓１ｄを通して試料
台５に導かれるプラズマ流Ｐの周囲にこれと略同心状に
反応性ガス吹出し用の環状ノズル８が配設され、これに
はエツチング室３を通してガス供給系３ａが接続されて
いる。

環状ノズル８の周壁であって、試料台５の周縁部又は試
料Ｓの周縁部と対向する位置には、試料台５の周縁部又
は試料Ｓの周縁部に向けて反応性ガスを供給する多数の
吹出口が開口されており、ガス供給系３ｇから供給され
た反応性ガスは環状ノズル８を通じて試料Ｓの周縁部に
中心部に比較してガス濃度が高くなるよう吹き出される
。

環状ノズル８の設置高さ、或いはそれにおけるガス吹出
口の数、開口面積、開口形状、吹出し速度、ガス吹出し
角度等については特に限定するものではなく、試料Ｓに
対するエツチング速度が試料Ｓ全体で均一化し得るよう
設定すればよい。

その他１ｈ、ｌｉは夫々冷却水の給水系、排水系を示し
ている。

而してこのような本発明装置にあってはエツチング室３
内の試料台５に試料Ｓを装着し、プラズマ生成室１．エ
ツチング室３内を所要の真空度に設定した後、ガス供給
系１ｇからＡｒ等の不活性ガスをプラズマ生成室１内に
、またガス供給系３ｇ、環状ノズル８を通じてエツチン
グ室３内に反応性ガスを夫々独立に供給し、励磁コイル
４に直流電流を通流すると共に、導波管２．マイクロ波
導入窓１ｃを通じてマイクロ波をプラズマ生成室１に導
入する。プラズマ生成室ｌ内に導入されたマイクロ波は
プラズマ空洞共振器として機能するプラズマ生成室１内
で共振状態となり、不活性ガスを分解し、共鳴励起して
、プラズマを生成せしめる。生成されたプラズマ中のイ
オンは励磁コイル４にて形成される発散磁界に沿った方
向性を持つイオンビームとして試料台５に照射される。

試料Ｓ表面はイオンビームを照射された部分のみが励起
され、この励起された部分にエツチング室３内に供給さ
れた反応性ガスが吸着し、化学反応によって異方性エツ
チングが進行してゆくこととなる。

しかも環状ノズル８によって試料台５．試料Ｓの周縁部
に対して均一であって、且つ中央部よりも高濃度にガス
の供給が行われるためにガス圧力が均一化されエツチン
グ速度の一様化が図れる。

〔数値例〕

第１図に示す如き装置でガス供給系１ｇから不活性ガス
としてＡｒガスをｌ０５ＣＣＨの割合でプラズマ生成室
１に、またガス供給系３ｇ、環状ノズル８から反応性ガ
スとしてＣ１２ガスを８３ＣＣＨの割合でエツチング室
３に夫々供給し、プラズマ生成室１゜エツチング室３内
の真空度をＱ、７Ｔｏｒｒ　、マイクロ波パワーを９０
０−とし、多結晶シリコン膜１２をフォトレジストを保
護マスク１１として約３０００人／分の速度で２分間エ
ツチングした。このときの加工形状は第２図に示す如く
保護マスク１１の寸法より多結晶シリコン膜１２が縮小
する、所謂アンダーカット１は０．０３μｍ以下であっ
た。また加工後の多結晶シリコンの側面の傾斜角は約８
５°であった。なお試料Ｓのエツチング速度のばらつき
（均一性）は±５％であった。

ちなみにエツチングガスをガス供給系１ｇから２０ＳＣ
ＣＭのＣＩ、ガスを導入して上記と同一の試料に対し同
一条件でエツチングした場合はエツチング速度は３８０
０人／分であってアンダーカット量は０．２μ饋であっ
た。

なおエツチング速度の均一性は試料表面でのエツチング
速度の最大値を＋ｗａｘ　、最小値をｗｉｎとしたとき で算出した。

〔効果〕

以上の如く本発明にあっては、プラズマ生成室に不活性
ガスを導入し、またエツチング室にはエツチング反応に
寄与する反応性ガスを導入することとしているから、プ
ラズマ生成室内で生成され、エツチング室にイオンビー
ムとして引出されるプラズマは不活性ガス原子のプラズ
マであって混在するラジカルはエツチング反応に関与し
ないためアンダーカットが防止される。またエツチング
は不活性ガスのイオンビームに照射されて、励起された
試料表面に反応性ガスの原子が吸着して生、しる化学反
応によって進行するから、横方向のエツチングが生ぜず
加工精度が格段に向上し、また選択比も著しく改善され
る。

更に本発明装置にあっては反応性ガスをエツチング室内
の試料周縁部から導入するから試料周辺における反応ガ
スの均一化が改善されエツチング速度の均一性が向上す
るなど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の縦断面図、第２図は本発明装置に
よるエツチング形状を断面で示す模式図、第３図は従来
装置の縦断面図、第４図は従来装置によるエツチング形
状を断面で示す模式図である。 １・・・プラズマ生成室　２・・・導波管３・・・エツ
チング室　４・・・励磁コイル　５・・・試料台７・・
・直流電源　８・・・環状ノズル　１１・・・保護マス
ク１２・・・多結晶シリコン膜　１３・・・Ｓｉ基板特
　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　　河　　野　　登　　夫第　３　図 ０，３．ｕｍ ｌノ 第　　４　　１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを発生
   させるプラズマ生成室と、発生したプラズマを導入して
   試料にエッチングを施すエッチング室とを備えたプラズ
   マエッチング装置において、前記プラズマ生成室には不
   活性ガスのみを導入し、また前記エッチング室内の試料
   周辺部には反応性ガスを導入することを特徴とするプラ
   ズマエッチング装置。 ２、前記反応性ガスは試料周縁部に沿わせて配設した環
   状のノズルから試料周縁部にその中心部よりも高濃度に
   導入する特許請求の範囲第１項記載のプラズマエッチン
   グ装置。