JPH03155132A - ドライエッチング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体ウェハー等の試料を微細加工するための
ドライエツチング装置およびドライエツチング方法に関
し、特に不純物イオンによる試料の汚染やダメージのな
いドライエツチング装置およびドライエツチング方法に
関する。

〔従来の技術〕

半導体ウェハーの微細加工方法として、塩素等の反応性
ガスを用いた反応性イオンビームエツチングがある。こ
の方法は、第３図に示すように、プラズマ室１と試料加
工室２を隣接して設け、画室間の境界面にイオン引出電
極７を設けて、エツチングガスをプラズマ室１内で放電
し、イオン４とラジカル５を発生せしめプラズマ中のイ
オン４を引出電極７により加速して試料加工室２中の試
料台６上に置かれた試料３に照射し、かつ中性のラジカ
ル５も引出電極７に設けた開孔部１７から漏洩せしめて
試料３に照射し、イオン４とラジカル５の両作用でエツ
チングを行う方法であり、例えば特願昭５９−１６１５
３１号公報に詳述されている。

この従来のドライエツチング装置では、引出電極７は所
定の間隔を保って平行に配設された二枚の電極板７ａ、
７ｂより構成され、それぞれの電極板には多数の孔が設
けられていて、電極７ｂはアース電位になっていて電極
７ａにバイアス電圧を印加すると、電極７ａから電極７
ｂに向かう電界が生じ、この電極間の電界によりイオン
が加速され、エツチング室２へ突入する。引出電極７に
印加するバイアス電圧を制御することにより、プラズマ
中のイオン４或はラジカル５を選択的に引き出し、半導
体ウェハー等の試料に異方性エツチング、等方性エツチ
ング或いは、微細エツチング等を精密に制御して行うこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した反応性ガスを用いた従来のドライエツチング装
置によるエツチング方法では、反応性エツチングガスの
イオン４やラジカル５が引出電極７やプラズマ室１の内
壁材料をスパッタする。これらスパッタされた好ましか
らざるスパッタ不純物８にはスパッタ不純物原子８０や
スパッタイオン８０が含まれ、エツチングガスのイオン
４とともに試料３に到達してしまう。

スパッタ不純物８は、電極材料のＭＯや、プラズマ室１
．試料加工室２の壁を構成するステンレス鋼の成分（Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等）から成る。そのうち中性のスパッタ
原子８０は試料表面に積もり、これがイオン４により試
料３に叩きこまれて格子欠陥を形成したり、不純物とな
ったりして、試料の電気的、光学的特性に悪影響を与え
る。スパッタイオン８１は、引出電極７で加速されるの
で、試料３に叩き込まれ、やはり格子欠陥を形成したり
不純物となったりする。

一般にスパッタ不純物８中のスパッタイオン８１の割合
は最大でも１０％程度であるから量的には多くないが、
加速されて運動エネルギーが大きいのでその影響は大き
い。

本発明は上述の従来のドライエツチング装置によるドラ
イエツチング方法の欠点を解決し、スパッタイオンによ
る試料の汚染や損傷をなくした新規なドライエツチング
装置およびドライエツチング方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のドライエツチング装置は、真空装置内において
、プラズマ室と試料加工室の境界面にイオン引出電極を
設け、この引出電極７に周期的に変化する電位を印加す
る手段と、試料を保持する試料台が試料加工室内のイオ
ンが飛来する行路部とイオンが飛来しない空間との間を
交互に移動する機械的な手段とを備えている。

また、本発明のドライエツチング方法においては、前記
ドライエツチング装置の引出電極に周期的に変化する電
位を印加することによって前記のエツチングガスのイオ
ンを周期的に試料に向けて引き出し、同時に、前記試料
台をイオンの行路部とイオンが飛来しない空間の間を周
期的に移動せしめ処理ガスのイオン以外のスパッタイオ
ンが試料に到達するのを妨げるようにしてエツチングを
行なうものである。

スパッタイオンが試料に到達するのを有効に妨げるには
、引出電極に印加する周期的電位を交流または脈流とし
、その周期と試料台の移動の周期を同期させると効果的
である。

後述するように、スパッタイオンを選択的に妨害できる
のは、エツチングガスのイオンとスパッタにより生成し
たイオンの運動エネルギーの差が大きく、スパッタによ
るイオンが試料に向って移動する速度がエツチングガス
のイオンの速度よりも相対的に小さいことを利用するも
のであるから、引出電極に印加する電位の周期は、イオ
ンの速度のわずかな差が意味をもつ程度に小さくしなく
てはならない。従ってその周期に同期させる試料台の移
動も充分速く行なう必要がある。

〔作用〕

前述したようにプラズマ室にあるエツチングガスのイオ
ンは、引出電極により加速されて試料加工室に引き出さ
れ、試料に到達する。この際、イオンは、引出電極やプ
ラズマ室の内壁に衝突してスパッタ不純物を生成する。

スパッタ不純物のうちイオン化されたスパッタイオンは
引出電極に正電位が印加されている限りは、エツチング
ガスのイオンと共に試料加工室側へ加速される。しがし
、負電位又は、電位がゼロのときは、プラズマ室側へ加
速されるか、プラズマ室１内にとどまり、試料加工室側
へ出て来ない。

ところでスパッタイオンの速さは一般に一次イオン即ち
、エツチングガスイオンより小さく、数分の１から１０
分の１と言われている。従って引出電極に印加する電位
を交流または脈流とすれば、試料加工室側へ突入するイ
オンの流れは、主としてエツチングガスイオンの集団と
、主としてスパッタイオンの集団とが交互に並んだもの
となる。この周期に同期して試料台を移動すればスパッ
タイオンが試料に達するのを避けられる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例の図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の断面図であり、本発明
をプラズマ発生の手段として電子サイクロトロン共鳴を
用いた反応性イオンビームエツチング方式のドライエツ
チング装置に適用した場合を示している。

真空装置内蚤こおいて、プラズマ室１と試料加工室２を
隣接して設け、画室の境界を形成している壁面には画室
を連通ずる開口部を設け、この開口部には円形のイオン
引き出し用の引出電極７を設ける。このイオンの引出電
極７は、所定の間隔を保って平行に配設された二枚の電
極板７ａ、７ｂから構成され、それぞれの電極板には多
数の開孔部１７か穿設されている。プラズマ室１は図示
の実施例では電子サイクロトロン共鳴型プラズマ室を示
し、プラズマ室の上部にはプラズマ励振用マイクロ波導
波管１４が石英板１５を介して接続され、外周はサイク
ロトロン運動励振用の電磁コイル１６により囲まれてい
る。

上述の如き構成において、マイクロ波導波管１４よりプ
ラズマ室１に注入されたマイクロ波は、プラズマ室１内
で定在波を励起せしめる。−方１、反応ガス供給管１８
よりプラズマ室１へ供給された塩素等のエツチングガス
は、注入マイクロ波電界により放電され、放電により発
生したプラズマ中のイオンは電磁コイル１６の磁場によ
ってサイクロトロン運動を起し、この運動の周波数が注
入されたマイクロ波の周波数と等しいので共鳴的にマイ
クロ波が吸収され、プラズマ室１の中央部分にイオン密
度の高いプラズマが形成されることになる。前述の従来
のドライエツチング装置同様、引出電極７のうち試料加
工室２側の電極板７ｂはアース電位にしである。

プラズマ室１側にある電極板７ｂには、ドライエツチン
グ装置外部に設けた交流電源９から、交流または脈流電
圧が供給、印加される。その周期は、スパッタイオン８
１と塩素ガスのイオン４との速度差を考慮して試料３の
位置でイオン４とスパッタイオン８１が充分空間的に分
離できるだけ短く設定される。一方、試料加工室２内に
は、固定式のシャツタ板１０がイオンの行路部から離れ
た余り多くのイオンが当らない位置に設けられている。

試料台６は、回転運動可能な軸に取り付けられており、
この軸の回転に伴ってイオンの行路部に位置したり、シ
ャツタ板１０の下部に位置したりできる。シャツタ板１
０の下部には、イオン４．８．８１が到達しないので、
試料台６がこの位置にある間は、試料３はスパッタイオ
ン８１に晒されることがない。引出電極への周期的電位
印加によるスパッタイオン８１と塩素イオン４の空間的
分離の大小に対応して試料台６の回転速度を調整すれば
、高度スパッタイオン８１が行路部における試料台６の
位置を通過する時に試料台６をシャツタ板１０の下に退
避させることができるわけである。

本発明のように試料３をスパッタイオン８１が飛来しな
い空間に退避させるドライエツチング装置およびドライ
エツチング方法を用いる方法に対し、例えば、試料台６
を固定した上で試料台６上でシャツタ板１０を動かして
スパッタイオン８１が飛来するのを妨げる方法も考えら
れる。しかし、後者の場合は常にシャツタ板１０がイオ
ンに晒されているのでシャッタ板１０自体がスパッタさ
れて多量のスパッタ不純物の発生源となる問題がある。

本発明の場合は、元々飛来するイオン数の少ない領域に
シャツタ板１０を設けれは良いのでこのような問題は生
じない点、有利である。

第２図は本発明の第２の実施例の断面図である。

ここでは、引出電極７に印加する交流又は脈流の周期と
回転式の試料台６の回転周期を同期信号発生器１３で制
御するように構成しである。回転式の試料台６の回転に
は、パルス駆動モーター１２を用いるのが良い、この他
は第１の実施例と同じ構成なので説明は省略する。

尚、上述の実施例では、引出電極７に印加する電圧は交
流又は脈流としたが、矩形のパルス電圧でも良い、また
エツチングガスとして塩素を用いて説明したが、臭素等
地の反応性ガスでも良い。

更にプラズマ発生手段として電子サイクロトロン共鳴型
を用いるでいるが、カウフマン型、グロー放電型であっ
ても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のドライエツチング装置お
よびドライエツチング方法を用いれば、エツチングガス
イオン以外のスパッタイオンが飛来しない空間に試料退
避させつつエツチングを行うことができるため、試料に
到達するスパッタイオンの量を著しく減少させることが
できる。従って、スパッタイオンによる試料の汚染、損
傷を減少させることができ、品質の良い試料の加工が可
能となる。

ゐ　１　図 面の簡単な説明 第１図は本発明の第１の実施例の断面図、第２図は本発
明の第２の実施例の断面図、第３図は従来のドライエツ
チング装置の一例の断面図である。

１・・・プラズマ室、２・・・試料加工室、３・・・試
料、４・・・イオン、５・・・ラジカル、６・・・試料
台、７・・・引出電極、８・・・スパッタ不純物、９・
・・交流又は脈流電源、１０・・・シャツタ板、１２・
・・パルス駆動モーター　１３・・・同期信号発生器、
１４・・・マイクロ波管、１５・・・石英板、１６・・
・電磁コイル、１７・・・開孔部、１８・・・反応ガス
供給管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．処理ガスをイオン化させるためのプラズマ室と、該
   プラズマ室に接して設けられ試料を保持する試料台を内
   部に有する試料加工室と、前記プラズマ室と試料加工室
   の境界面に設けられたイオンを引出すための引出電極と
   、前記引出電極に周期的に変化する電位を印加するため
   の手段と、前記試料台が前記イオンが飛来する行路部と
   前記試料加工室内に設けられた前記イオンの飛来しない
   空間との間を交互に移動可能とする手段とを少くとも含
   むことを特徴とするドライエッチング装置。
2. ２．処理ガスをイオン化させるためのプラズマ室と、該
   プラズマ室に接して設けられ試料を保持する試料台を内
   部に有する試料加工室と、前記プラズマ室と試料加工室
   の境界面に設けられたイオンを引出すための引出電極と
   、前記引出電極に周期的に変化する電位を印加するため
   の手段と、前記試料台が前記イオンが飛来する行路部と
   前記試料加工室内に設けられた前記イオンの飛来しない
   空間との間を交互に移動可能とする手段とを少くとも含
   むドライエッチング装置を用い、前記引出電極に周期的
   に変化する電位を印加して前記処理ガスのイオンを周期
   的に前記試料側に引き出し、前記処理ガスの成分のイオ
   ン以外の原子やイオン種が前記試料に到達するのを妨げ
   る如く前記試料台の移動周期を調節してエッチングを行
   なうことを特徴とするドライエッチング方法。