JPH01306583A - 反応性イオンエッチング装置 - 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ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程にお
いて使用されるエツチング装置に関し、より詳しくは反
応性イオンエツチング装置に関する。

［従来の技術］ 従来、ＩＣ５ＬＳＩなどの半導体素子の製造工程には、
その加工されるべき基板上にポリイソプレン環化物にビ
スアジドを混合したネガ型ホトレジストやノボラック樹
脂にキノンジアジド化合物を混合したポジ型ホトレジス
！・などの感放射線性樹脂を塗布し、水銀灯のｇ線（波
長４３６　ｎｃｎ）やｉ線（３６５ｎｍ）を用いて露光
し、現像液にて現像することによりパターンを形成する
ホトリソグラフィ法が採用されている。

しかし、近年ではＬＳＩがさらに微細化し、基板上に形
成されるべきパターンの最少寸法が１μｍ以下の領域に
入りつつあり、このような寸法領域では、現像液を現像
に用いる従来のホトリソグラフィ法を使用しても、特に
段差構造を有する基板が使用される場合、露光時の光の
反射の影響や露光系における焦点深度の浅さなどの問題
のために十分な解像ができないという問題が発生する。

このような問題を解決する方法として、特開昭６１−１
０７３４６号公報において、ホトリソグラフィ法におい
て現像液を用いて現像する代りに、酸素プラズマなどの
ガスプラズマを発生させる反応性イオンエツチング装置
を用いてエツチングすることにより現像し、レジストパ
ターンを形成する乾式現像プロセスが提案されている。

この反応性イオンエツチング装置の例として、特開昭５
８−１５１０２８号公報および特開昭５９−１４０３７
５号公報には、被エツチング材の支持体であり、かつマ
イクロ波電力が印加される陰極に、被エツチング材の表
面に対して平行な磁界を形成する手段を育する反応性イ
オンエッチンク°装置が記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ これらの反応性イオンエツチング装置においては、発生
されるガスプラズマ中の反応活性種の濃度を高めること
ができるので、これらの装置を用いることによって一般
の平行・］ｉ−板型の反応性イオンエツチング装置に比
較して高速のエツチングを行うことができる。

しかし一方では、これらの装置においてはガスプラズマ
の密度を均一に保つことが困難であり、被エツチング材
の部分によっては、エツチング速度が不均一であるとい
う問題がある。

特に２層レジストや３層レジストを用いる多層レジスト
プロセスおよび前記特開昭６１−１０７３４６号公報に
記載されているような有機シリコン化合物を選択的にレ
ジストパターンとなるべき部分に拡散させ、エツチング
バリアを形成させる乾式現像プロセスにおいて、ごれら
の反応性イオンエツチング装置をガスプラズマによる乾
式現像装置として用いる場合に、被エツチング材の部分
、特に被エツチング材のチャック周辺部のエツチング速
度が異なり、得られるレジストパターンの線幅の制御性
に欠け、歩留りが低いという問題を有している。

本発明は、上述した従来の問題を解消し、エツチング速
度の均一性に優れ、歩留りの高いエツチングを行うこと
ができる反応性イオンエツチング装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の反応性イオ
ンエッング装置は、被エツチング材の表面に対して平行
な磁場を形成する手段を有する反応性イオンエツチング
装置において、被エツチング材を磁場の方向と被エツチ
ング材の表面とを平行に保ちながら相対的に回転させる
手段を具えたことを特徴とする。

以下に図面を参照して本発明を説明する。

第１図は本発明の反応性イオンエツチング装置の陰極の
例の１つの斜視図である。本例の陰極は、陰極１の陰極
下板２に設けられ、被エツチング材を磁場の方向と被エ
ツチング材の表面とを平行に保持しながら相対的に回転
させる回転体４２上の非磁性材料からなるシリコンウェ
ーハなどの被エツチング材のチャック３によって被エツ
チング材（図示せず）を押えて支持する構造の陰極であ
る。

処理されるべき被エツチング材は、被エツチング材受け
４１およびＯ−リング４を介して回転体４２上に置かれ
、被エツチング材のチャック３によって押えられる。ヘ
リウムガス等の不活性ガス人口５から導入された不活性
ガスは、回転フランジ（図示せず）を介してＯ−リング
４の内側にあるガス流出溝６から流出して、被エツチン
グ材底面と回転体４２上面との間の空間に充填され、被
エツチング材−Ｌに発生する熱を冷却された陰極側へ放
熱する。また、陰極１は必要に応じて冷媒人ロアから流
入され、陰極上板２内の冷媒ガス通路（図示せず）を流
れて冷媒出口８から排出される冷媒によって２０°Ｃ以
下、好ましくは０℃以下に冷却することもできる。

回転体４２は、下部陰極１の下部に設置されたモーター
（図示せず）によって回転する。

第２図の１は、第１図に示した陰極の例示と同様の陰極
構造の詳細を示す断面図、２２は補助磁石、第３図はそ
の」−面図である。陰極上板２と陰極下板９との間に永
久磁石１０が設けられ、その両端にはそれぞれ磁性体か
らなるポールピース１１および１２が設けられている。

ポールピース１１および１２に固着された絶縁体１３お
よび１４には、それぞれ接地シールド１５および１６が
取付けられている。陰極上板２内には、通常、冷媒ガス
通路１７が設けられており、冷媒人ロアから、冷媒（例
えばヘリウム、窒素、フッ素系冷媒〔３Ｍ社製のフロリ
ナートなど〕）を導入して回転体４２を介して被エツチ
ング材１８を２０℃以下の温度に冷却することができる
。なお、第２図においては、陰極１の上部には、永久磁
石１９とポールピース２０および２１からなる補助磁界
形成のための補助磁石２２が設けられており、陰極１内
の永久磁石１０と補助磁石２２との相互作用によって、
磁力線２３で示されるように、被エツチング材１８の表
面に平行な磁界が形成される。

また、第２図では、回転体４２が磁場の方向と被エツチ
ング材の表面とを平行に保ちながら回転するが、陰極１
自体や補助磁石２２を磁場の方向と被エツチング材の表
面とが平行になるように保ちながら回転させてもよい。

なお、被エツチング材のチャック３の表面は、被エツチ
ング材のチャック周辺部のエツチング速度を均一にする
ために、絶縁性で、対ドライエツチング性に優れたもの
で形成されていることが好ましく、例えばナトリウムガ
ラス、石英ガラス、雲ｔＪなどのガラス、アルミナなど
のセラミックス、モリブデン、タングステンなどの金属
で形成されていることが好ましい。

また、被エツチング材を支持するには、静電チャックを
用いてもよい。この静電チャックは、電極をポリイミド
、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料やアルミナな
どのセラミックスからなる強誘電体で挟んだものであり
、この静電チャックにより発生させた電荷によって被エ
ツチング材を陰極上板上に支持することができる。

第４図に本発明にかかる反応性イオンエツチング装置の
概要断面図を示す。反応容器２５内に第１図〜第３図に
示した陰極１が設置され、被エツチング材１８がその上
に支持されている。また、陰極１と対向して陽極２６が
設置されている。陰極１と接続されている端子２７は絶
縁体２８によって反応容器２５と絶縁されており、陽極
２６と陰極１との間に高周波電源２９によって高周波電
力が印加されることにより、後記する反応ガスのガスプ
ラズマが発生し、このガスプラズマ中の反応活性種がエ
ツチングに寄与する。本例においては、メカニカルポン
プ３１およびターボポンプ３０によって反応容器２５内
を高真空に排気した後、反応ガス容器３２から反応ガス
、または反応ガスと共に不活性ガス容器３３から不活性
ガスを、陽題２６に設けた孔２６Ａから反応容器２５内
に導入し、陰極１に高周波電力を印加して反応ガスのプ
ラズマを発生し、被エツチング材のエツチングを行う。

なお、この陽極２６に設けた孔２６Ａは、通常、孔径２
０μｍ〜２ｍｍである。ここで反応ガスの流量および反
応容器２５内の圧力は、流量制御バルブ３４および３５
ならびにコントロールバルブ３６によって制御される。

被エツチング材のエツチングの進行状況は、エツチング
検出装置３７によって検出される。また、本例の装置で
は、複数の被エツチング材を納めたウェーハカセット（
図示せず）から被エツチング材の１枚を取り出し準備室
３８内に装填した後、コントロールバルブ３９を開き、
メカニカルポンプ３１で準備室内を排気し、ゲートバル
ブ４０を開閉して、ウェーハを自動的に変換して、複数
の被エツチング材を順次処理することもできる。さらに
、準備室３８には、エツチング後冷却された被エツチン
グ材が大気中に戻った時に大気中の水分が被エツチング
材に露結することを防ぐため、加温窒素によるパージま
たはヒーターによる加熱が行える手段が備えられている
ことが好ましい。

なお、第４図においては、補助磁石は図示を省略しであ
る。

第４図に示した反応性イオンエツチング装置を用いて被
エツチング材をエツチングする際の条件は、通常、以下
に示すとおりである。

陰極１と陽極２６の間の距離　　　３〜２０ｃｍ陰極１
と陽極２６の間の印加電力 １０Ｗ〜４ＫＷ１好ましくは１００Ｗ〜３Ｋｗ陰極１の
温度 ０°Ｃ以下、好ましくは０℃以下 被エツチング材１８の温度　　　　４０９Ｃ以下磁場強
度　　　１００〜４００ガウス 反応ガス流量 ２〜２００８ＣＣＭ、好ましくは２〜１００ＳＣＣＭ エツチング時圧力 １〜１００ｍＴｏｒｒ　、好ましくは５〜８０Ｔｏｒｒ 回転体の回転数 ０．５〜３０ｒｐｍ、好ましくは１〜１０ｐＩＩＩ 反応ガス導入方法 第４図においては、陽極から導入しているが、反応容器
２５（側面または両面）から導入してもよい。

反応ガス　０２、Ｎ２０．　ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ
８など 不活性ガス　Ｎ２、Ｈｅ５Ａｒなど 本発明の反応性イオンエツチング装置によりエツチング
する被エツチング材としては、ガラス、シリコンウェー
ハ、ガリウム、ヒ素などの基板−ヒにレジスト層を設け
たものを挙げることができる。

このレジスト層は、■ノボラック樹脂やヒドロキシスチ
レン樹脂などの水酸基金ａ樹脂の一部がキノンジアジド
スルホニルハライドでエステル化された感放射線性樹脂
に放射線を照射したものの放射線照射部分をヘキサメチ
ルジシランザンやシリルクロライドなどのシラン化合物
で選択的にシリル化したもの、■キノンジアジド系ポジ
型レジスト、環化ゴム系ネガ型レジスト、ビスアジド−
ノボラック樹脂系ネガ型レジストなどのレジスト材料、
ポリメチルメタクリレート、ポリメチルイソプロペニル
ケトン、ポリブテンスルホン、ポリ−２−メチル−１−
ペンチルスルホン／ノボラック樹脂などの電離放射線感
応ポジ型レジスト材料、または塩素化ポリメチルスチレ
ン、クロロメチル化ポリスチレン、シリコンラダーポリ
マーなどの電離放射線感応ネガ型レジスト材料からなる
」−層、Ｓ　ｉ０２、Ｔｉ／Ｗなどの無機膜からなる中
間層（エツチングバリア）およびポリイミド、ポリアミ
ドイミドなどの高耐撥性重縮合ポリマー、ポリメチルメ
タクリレート、ポリフェニルアクリレートなどの（メタ
）アクリル系ポリマー、キノンジアジド系ポジ型レジス
ト、ビスアジド−ノボラック樹脂系ネガ型レジストから
なる下層からなる３層膜に放射線を照射し、上層を現像
したもの、■キノンジアジド系感光剤またはビスアジド
系感光剤と含ケイ素ポリマーよりなるレジスト材料、ハ
ロアルキル基を有する念ケイ素ポリマーなどの電離放射
線感応ネガ型レジスト材料、またはカルゴゲナイドガラ
スなどの無機レジスト材料からなる上層および上記■の
３層膜の下層と同様の下層からなる２層膜に放射線を照
射し、上層を現像したものである。

［実　施　例］ 次に、本発明にかかる反応性イオンエツチング装置を用
いたエツチングの実施例について説明する。

実施例１ 直径６インチのシリコンウェーハトに６−ジアシー５，
６−シヒドロー５−オキソ−１−ナフタレンスルホン酸
クロリドとノボラック樹脂との部分的エステル化物を含
むレジストをスピンコードにより塗布し、乾燥し、レジ
スト層を形成した。

このレジスト層を有するシリコンウェーハをつ工−ハチ
ャックの表面がアルミナで形成されている第１図に示す
陰極を６する第４図の構成の反応性イオンエツチング装
置を用いてウェーハの全面にエツチングを行った。エツ
チング条件は陰極と陽極の距離７ｃｍ、陰極と陽極の間
の印加電力１．５ＫＷ、圧力２　、　３　Ｔｏｒｒ、磁
場強度１７０ガウス、陰極１Ａｉｊ度１８℃であり、反
応ガスとして酸素を用い、流量３０８ＣＣＭを陽極に設
けた孔から導入した。また、回転体の回転数は５ｒｐｍ
とした。この結果、ウェーハチャックに覆われた部分を
除き、レジスト層の減少量のばらつきは２％以内であっ
た。

比較例１ 実施例１において、レジスト層を有するシリコンウェー
ハを回転させない以外は実施例１と同様にして、レジス
ト層を形成したウェーハの全面にエツチングを行った。

レジスト層の減少量のばらつきは５〜７％であった。

比較例２ 実施例１において、レジスト層を有するウェーハを回転
させず、ウェーハチャックが５ＵＳ３１６で形成された
第１図に示す陰極をＨする第４図の構成の反応性イオン
エツチング装置を用いた以外は実施例１と同様にして、
レジスト層を形成したウェーハの全面にエツチングを行
った。レジスト層の減少量のばらつきは５〜７％であり
、さらにウェーハチャックから８ｍｍ以内の部分につい
ては、レジスト層の減少はほとんどなかった。

実施例２ 実施例１と同様にレジスト層を有するシリコンウェーハ
を作製し、開口係数が０．４２のｇ線ステッパーを用い
てレチクルを介して紫外線を照射した。

次にシリコンウェーハを５０μｍの複数の細孔を有する
ステンレス製上部加熱用板とステンレス製下部加熱用板
を有するシリル化装置に設置し、ヘキサメチルジシラザ
ンを用いてシリル化した。

なお、シリル化の条件は、紫外線照射部分の全圧カフ　
６０　ｍｍＨｇ、ヘキサメチルジシラザン濃度６゜６容
量％、温度１４０°Ｃ１時間１分間であった。

続いて、このシリル化したシリコンウェーハを実施例１
と同様にしてエツチングを行い、レジストパターンを形
成した。得られたシリコンウェーハー１−のレジストパ
ターンは０．５μｍの等間隔のライン・アンド・スペー
スパターンであり、線幅ノばらつきは４％以内であった
。

比較例３ 実施例２において、レジスト層を有するシリコンウェー
ハを回転させない以外は実施例２と同様にして、レジス
ト層を形成したシリコンウェーハにエツチングを行った
。得られたレジストパターンの線幅のばらつきは１０〜
１５％であった。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の反応性イオンエツチング
装置によれば、被エツチング材を回転させることができ
、エツチング速度の均一性に優れ、歩留りの高いエツチ
ングを行うことができる。

特に本発明の反応性イオンエツチング装置は、乾式現像
プロセス用レジストの乾式現像装置として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明にかかる反応性イ
オンエツチング装置の陰極の例のそれぞれ斜視図、断面
図および上面図、第４図は本発明の反応性イオンエツチ
ング装置の例の概要を示す図である。 １・・・・・・陰　　　極 ２・・・・・・陰極上板 ３・・・・・・被エツチング制のチャ・ツク４・・・・
・・Ｏ−リング ５・・・・・・不活性ガス人口 ６・・・・・・ガス流出溝 ７・・・・・・冷媒人口 ８・・・・・・冷媒出口 ９・・・・・・陰極下板 １０・・・・・・永久磁石 １１．１２・・・・・・ポールピース １３．１４・・・・・・絶縁体 １５．１６・・・・・・接地シールド １７・・・・・・冷媒通路 １８・・・・・・被エツチング材 １９・・・・・・永久磁石 ２０．２１・・・・・・ポールピース ２２・・・・・・補助磁石 ２３・・・・・・磁力線 ２４・・・・・・静電チャック ２５・・・・・・反応容器 ２６・・・・・・陽　　　極 ２７・・・・・・端　　子 ２８・・・・・・絶縁体 ２９・・・・・・高周波電源 ３０・・・・・・ターボポンプ ３１・・・・・・メカニカルポンプ ３２・・・・・・反応ガス容器 ３３・・・・・・不活性ガス容器 ３４．３５・・・・・・流量制御バルブ３６．３９・・
・・・・コントロールバルブ３７・・・・・・エツチン
グ検出装置 ３８・・・・・・準　備　室 ４０・・・・・・ゲートバルブ ４１・・・・・・被エツチング材受け ４２・・・・・・回転体 特許出願人　　日本合成ゴム株式会社 Ｎ″″′ト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被エッチング材の表面に対して平行な磁場を形成
   する手段を有する反応性イオンエッチング装置において
   、前記被エッチング材を磁場の方向と被エッチング材の
   表面とを平行に保持しながら相対的に回転させる手段を
   具えたことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。