JPH0320027A - 表面磁場を用いたプラズマ・エッチング装置 - Google Patents
表面磁場を用いたプラズマ・エッチング装置Info
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- JPH0320027A JPH0320027A JP2117273A JP11727390A JPH0320027A JP H0320027 A JPH0320027 A JP H0320027A JP 2117273 A JP2117273 A JP 2117273A JP 11727390 A JP11727390 A JP 11727390A JP H0320027 A JPH0320027 A JP H0320027A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3266—Magnetic control means
- H01J37/32688—Multi-cusp fields
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
免旦立１遣
本発明は半導体ウエーハを処理するのに多く用いられる
型のプラズマ放電エッチング装置に関する． プラズマ放電装置は集積回路及び他の半導体デイス用の
ウエーハのエッチングを行うのに用いられている．この
プラズマエッチング装置は真空排気されイオン化可能な
ガスが導入されるチャンバを有している．このチャンバ
内の１対の対向する電極がラジオ周波数の信号で励起さ
れて電極の間にグロー放電プラズマを発生させる．ガス
イオンのプラズマはチャンバ内のガスの原子又は分子と
衝突するイオン化電子によって生ずる．イオン化電子は
半導体及びその支持電極にガスイオンが当たることによ
って生じ、それらの物体から電子の二次放出を生ゼしぬ
る．この二次電子はまたチャンバ内のガスの原子または
分子と衝突してさらにイオン及び持続性プラズマを発生
せしめる．帯電したイオンはエッチングされる半導体ウ
エーハが配置されている電極の一方に向かって加速され
る．ウェーハに当るイオンの力と化学的プロセスとの組
合せによりウェーハ材料が腐食する．マスクがウェーハ
の面に蒸着されて腐食がマスクで被覆されていない領域
に限定されるようにしてもよい． エッチング装置内のイオン化可能なガスは典型的にはイ
オン化電子がガスの原子又は分子に当る確率を最大にす
るようにするため比較的高い圧力に維持される．従来の
装置は一定の入力電力及びガス圧力でプラズマ密度を増
大させるように２つの電極の間に非常に近接した間隔を
維持していた．しかしながら，この間隔が電子のイオン
化平均自由行程より大きくなるように最小の電極間隔を
維持しなければならない．それゆえ、プラズマ封入の見
地から近接した間隔が望ましくなるような２つの電極の
間の間隔のトレードオフがあるが、電子がガスの原子又
は分子と衝突するのに十分な距離だけ進む確率を増大さ
せるためにより大きい間隔が必要となる．低い圧力はま
た大きいエネルギーのイオン街突イオン衝突がないため
にエッチングの方向性がより良好になるので望ましい。
型のプラズマ放電エッチング装置に関する． プラズマ放電装置は集積回路及び他の半導体デイス用の
ウエーハのエッチングを行うのに用いられている．この
プラズマエッチング装置は真空排気されイオン化可能な
ガスが導入されるチャンバを有している．このチャンバ
内の１対の対向する電極がラジオ周波数の信号で励起さ
れて電極の間にグロー放電プラズマを発生させる．ガス
イオンのプラズマはチャンバ内のガスの原子又は分子と
衝突するイオン化電子によって生ずる．イオン化電子は
半導体及びその支持電極にガスイオンが当たることによ
って生じ、それらの物体から電子の二次放出を生ゼしぬ
る．この二次電子はまたチャンバ内のガスの原子または
分子と衝突してさらにイオン及び持続性プラズマを発生
せしめる．帯電したイオンはエッチングされる半導体ウ
エーハが配置されている電極の一方に向かって加速され
る．ウェーハに当るイオンの力と化学的プロセスとの組
合せによりウェーハ材料が腐食する．マスクがウェーハ
の面に蒸着されて腐食がマスクで被覆されていない領域
に限定されるようにしてもよい． エッチング装置内のイオン化可能なガスは典型的にはイ
オン化電子がガスの原子又は分子に当る確率を最大にす
るようにするため比較的高い圧力に維持される．従来の
装置は一定の入力電力及びガス圧力でプラズマ密度を増
大させるように２つの電極の間に非常に近接した間隔を
維持していた．しかしながら，この間隔が電子のイオン
化平均自由行程より大きくなるように最小の電極間隔を
維持しなければならない．それゆえ、プラズマ封入の見
地から近接した間隔が望ましくなるような２つの電極の
間の間隔のトレードオフがあるが、電子がガスの原子又
は分子と衝突するのに十分な距離だけ進む確率を増大さ
せるためにより大きい間隔が必要となる．低い圧力はま
た大きいエネルギーのイオン街突イオン衝突がないため
にエッチングの方向性がより良好になるので望ましい。
さらに大きいウェーハのエッチングを行いエッチング操
作毎により多くの半導体デバイスをを形成するためにで
きるだけ大きく一様なプラズマとするのが望ましい． 先吸立且（ プラズマ放出装置は内部でエッチング操作がなされる複
数の壁′部を有するチャンバを含む．この装置はまたイ
オン化可能なガスをチャンバ内に導くための手段を含む
．単一の電極からなるものとすることができる装置内の
電極組立て体がガスイオンによる照射の際に二次電子を
生ぜしぬるようにチャンバの壁部に対し偏倚している．
放出された電子が気体の原子又は分子と衝突することに
よりチャンバ内に持続したグロー放電プラズマが生ずる
．エッチングされる対象物が電極組立て体上に配置され
、またプラズマイオンで照射される．磁石組立て体がチ
ャンバ壁部に近接したチャンバ内側の表面磁場を生ぜし
ぬる．この磁場は本来壁部に当たるはずの電子を反射さ
せ、それによってチャンバの有効寸法を増大させる．こ
の効果により装置がより低いガス圧力で有効電極間隔が
増大するように作動し得るようになり、かくしてより大
きい基板がエッチング可能になる．好ましい実施例にお
いて、表面磁場を形成する磁石組立て体は多極磁石楕遣
体からなる．例えば、この組立て体は典型的には間隔を
おいてチャンバの回りに延びる複数の永久磁石を含む．
これらの磁石の磁極はチャンバに近接した一連の磁極を
形成するようにチャンバの周囲に交互に配置されている
． 本発明の実施例はまたエッチング・チャンバの壁部の１
つに近接して電気的に連結された制御電極を含む．この
制御電極はそのチャンバ壁部からの距離を変化させて間
隔をおくように調節可能である．この距離を変えること
により、制御電極は多極磁石組立て体によって生ずる磁
場の異なる強度の領域に配置できる．例えば、制御電極
がチャンバ壁部に比較的近接しているときに、事実上電
極面全体が比較的強い磁場領域によって覆われる．それ
ゆえ制御電極に向かう経路で進む電子の大半は＃Ｊ＃電
極の置かれている磁場によって反射せしめられよう．制
御電極がチャンバ壁部がらより離れているときに、その
表面の一部は比較的弱い磁場領域にあって、多数の電子
が制御電極に当たりプラズマ内に戻されないようにでき
るであろう．制御電極の間隔を調節するとチャンバ内で
の電子の損失が変化し，プラズマ密度を変化させエッチ
ングがなされるウエーハ上に当たるイオンのエネルギー
を変化させることによりエッチング速度に影響が与えら
れる． の＠ ｔ舌ｌ 第１図および第２図を参照すると、第１の実施例のエッ
チング装置ｌＯはそれぞれ円筒形の側壁３１と２つの平
坦な上下の壁部３０及び３２とによって形成された円筒
形エッチング９チャンバ１２からなる．チャンバの壁部
３０、３ｌ及び３２は磁場を透過させる導電性の材料で
形成されている．チャンバｌ２の壁部は接地され、それ
によって装置の陽極として作用する．エッチング・チャ
ンバはさらにガス人口２４，排気口２６、エッチングが
なされる対象物がエッチング・チャンバ内に挿入され取
出される際の出入口（図示せず》を含む．チャンバｌ２
を取囲む永久磁石組立て体１４，１６．１８．２０及び
２２によって壁部３０−３２に近接して表面磁場が形成
される．詳細には５個の環状の永久磁石１４が円筒形壁
部３ｌの縦方向の軸に沿って間隔をおいてその周囲に延
びている．多極の表面磁場がチャンバに向かって交互に
Ｎ極及びＳ極を示す磁石１４によって形成される．例え
ば磁石１４ａはチャンバの円筒形壁部１３に近接した内
径面に沿ってＮ極を示す，磁石１４ａの外径面近くの文
字Ｓはその外側面にＳ極があることを示している．次の
環状の永久磁石１４ｂは内径面に沿ってＳ極を有してい
る．第３の磁石１４ｃは内径面の回りにＮ磁極を示し、
以下円筒形壁部３１の縦方向の軸に沿って同様に続く．
３個の同軸状の永久磁石１６がチャンバの上聖部３０の
外側にこれに近接して配置されている。
作毎により多くの半導体デバイスをを形成するためにで
きるだけ大きく一様なプラズマとするのが望ましい． 先吸立且（ プラズマ放出装置は内部でエッチング操作がなされる複
数の壁′部を有するチャンバを含む．この装置はまたイ
オン化可能なガスをチャンバ内に導くための手段を含む
．単一の電極からなるものとすることができる装置内の
電極組立て体がガスイオンによる照射の際に二次電子を
生ぜしぬるようにチャンバの壁部に対し偏倚している．
放出された電子が気体の原子又は分子と衝突することに
よりチャンバ内に持続したグロー放電プラズマが生ずる
．エッチングされる対象物が電極組立て体上に配置され
、またプラズマイオンで照射される．磁石組立て体がチ
ャンバ壁部に近接したチャンバ内側の表面磁場を生ぜし
ぬる．この磁場は本来壁部に当たるはずの電子を反射さ
せ、それによってチャンバの有効寸法を増大させる．こ
の効果により装置がより低いガス圧力で有効電極間隔が
増大するように作動し得るようになり、かくしてより大
きい基板がエッチング可能になる．好ましい実施例にお
いて、表面磁場を形成する磁石組立て体は多極磁石楕遣
体からなる．例えば、この組立て体は典型的には間隔を
おいてチャンバの回りに延びる複数の永久磁石を含む．
これらの磁石の磁極はチャンバに近接した一連の磁極を
形成するようにチャンバの周囲に交互に配置されている
． 本発明の実施例はまたエッチング・チャンバの壁部の１
つに近接して電気的に連結された制御電極を含む．この
制御電極はそのチャンバ壁部からの距離を変化させて間
隔をおくように調節可能である．この距離を変えること
により、制御電極は多極磁石組立て体によって生ずる磁
場の異なる強度の領域に配置できる．例えば、制御電極
がチャンバ壁部に比較的近接しているときに、事実上電
極面全体が比較的強い磁場領域によって覆われる．それ
ゆえ制御電極に向かう経路で進む電子の大半は＃Ｊ＃電
極の置かれている磁場によって反射せしめられよう．制
御電極がチャンバ壁部がらより離れているときに、その
表面の一部は比較的弱い磁場領域にあって、多数の電子
が制御電極に当たりプラズマ内に戻されないようにでき
るであろう．制御電極の間隔を調節するとチャンバ内で
の電子の損失が変化し，プラズマ密度を変化させエッチ
ングがなされるウエーハ上に当たるイオンのエネルギー
を変化させることによりエッチング速度に影響が与えら
れる． の＠ ｔ舌ｌ 第１図および第２図を参照すると、第１の実施例のエッ
チング装置ｌＯはそれぞれ円筒形の側壁３１と２つの平
坦な上下の壁部３０及び３２とによって形成された円筒
形エッチング９チャンバ１２からなる．チャンバの壁部
３０、３ｌ及び３２は磁場を透過させる導電性の材料で
形成されている．チャンバｌ２の壁部は接地され、それ
によって装置の陽極として作用する．エッチング・チャ
ンバはさらにガス人口２４，排気口２６、エッチングが
なされる対象物がエッチング・チャンバ内に挿入され取
出される際の出入口（図示せず》を含む．チャンバｌ２
を取囲む永久磁石組立て体１４，１６．１８．２０及び
２２によって壁部３０−３２に近接して表面磁場が形成
される．詳細には５個の環状の永久磁石１４が円筒形壁
部３ｌの縦方向の軸に沿って間隔をおいてその周囲に延
びている．多極の表面磁場がチャンバに向かって交互に
Ｎ極及びＳ極を示す磁石１４によって形成される．例え
ば磁石１４ａはチャンバの円筒形壁部１３に近接した内
径面に沿ってＮ極を示す，磁石１４ａの外径面近くの文
字Ｓはその外側面にＳ極があることを示している．次の
環状の永久磁石１４ｂは内径面に沿ってＳ極を有してい
る．第３の磁石１４ｃは内径面の回りにＮ磁極を示し、
以下円筒形壁部３１の縦方向の軸に沿って同様に続く．
３個の同軸状の永久磁石１６がチャンバの上聖部３０の
外側にこれに近接して配置されている。
土壁部３０及び同軸状の磁石１６の中心に円筒形の永久
磁石ｌ８がある．上側の同軸状の磁石１６及び１８はチ
ャンバの土壁部３ｏの内側に沿って多極の表面磁場を形
成する．すなわち、上側の磁石ｌ６及び１８の下側の面
における磁極はＮ極とＳ極とが交互になる．同様な同軸
状の下側の環状磁石２０の組がチャンバの底壁部３２の
外面に近接して配置されている．円筒形の永久磁石２２
か下側の磁石２０の同軸中心にもある底壁部の中心に配
置されている．上側壁部の磁石輪のように、底（ｌ１１
Ｎ壁部３２に近接する磁石輪の面はＳｆｉとＮ極とが交
互になっている．第２図の断面図から明らかなように、
チャンバ１２に向かって出ている磁極はチャンバの回り
に交互にっている．ここに示す実施例では永久磁石が用
いられているが、表面磁場を生ぜしめるために多極の電
磁石の組立て体を用いることができる． 第１及び２図の実施例では円筒形のチャンバ１２が示さ
れているが、本発明はその形状に限定されない．チャン
バ１２はまた矩形または箱状の形状にしてもよい．この
場合永久磁石は矩形の環状となろう．さらに他の例とし
て、第３図に示されるようなチャンバを取囲む一連の直
線状の棒磁石によって永久磁石を形成することができる
．再び第２図の実施例を参照すると、多極磁石組立て体
によってチャンバ１２内に生ずる組合せた表面磁場が概
略的に曲線３５によって示されている．この磁場は磁石
ｉｔ−２２と対応するチャンバの壁部３０−３２との間
の境界の中間点に合致した複数の尖点３９を有している
．各々の尖点に近接する空所における磁場の強度は実際
上は無視し得るものである．その結果、空所におけるイ
オン化電子の大半は表面磁場によってチャンバ壁部から
反射するけれども、若干の電子が尖点３９において壁に
当たるであろう． 表面磁場はチャンバ壁部３０、３１及び３２にごく近接
した領域に閉込められる．すなわちチャンバ１２内の磁
場は例えばチャンバ壁部からの磁石の間隔にほぼ等しい
距離における実質的にゼロの磁場強度まで減小する．エ
ッチング・チャンバｌ２を取囲む永久磁石の数は理解し
易いように選択してある．チャ〉・バ空所１３内への磁
場の浸透の深さを最適化するために異なる数の磁石を設
けてもよい． ひき続き第２図を参照すると、エッチング・チャンバ内
に土壁部３０に近接して制御板３４が配置されている．
制御板３４は土壁部３０を通抜けて制御板を接地された
チャンバ１２に電気的に連結する２本の制御棒３６に装
着されている。制御板３４は上側の永久磁石１６及び１
８によって生ずる磁場内に延びている．制御板の輪状の
領域３７空所１３内のイオン化電子による照射に当てら
れるように各々の尖点３９に対応する面に平行な無視し
得る程度の磁場強度の領域に配置されている．制御板の
露出した表面領域３７の１つの幅が図で間隔Ｗによって
示されている．矢印４ｌで示されるように制御棒３６を
空所１３内に挿入し空所から引出すことによって，磁場
内での制御棒の位置が変えられよう．制＃［３４とチャ
ンバの土壁部３０との間の距離が変わると、これらの露
出した表面領域３７の幅も変わる．詳細には、露出した
鎖域の幅Ｗが減小して壁．ｖ３０及び制御板の間隔が減
少する．同様に、制御板に対する壁部の間隔が増大する
と、制御板表面の各々の露出した輪状の領域３７の幅Ｗ
も増大する．露出した須域の大きさを変化させることの
意義は陵に明らかとなろう． チャンバ１２内にはまた平板状の電極３ｓが配置されて
いる．リード線４２がこの電極からチャンハの底壁部３
２の絶縁グロメリト４４を通抜ケている．インピーダン
ス・マッチング用の回路網４８及びＤＣ防止用コンデン
サ５ｏによって接地部とリード線との間にラジオ周波数
の信号源４６が連結されている． エソナング装置１０の作動の前に，基板４ｏがエッチン
グのパターンをなすように一面にマスクを施すことによ
る従来の手法を用いて作製される．作製された基板４０
はチャンバｌ２内で電極３８上に配置される．それがち
チャンバがシールされ排気口２６に連結された排気ボン
プ〈図示せず》が作動してチャンバの排気を行う，チャ
ンバが排気された後に，四フッ化炭素等のイオン化可能
なエッチングガスが入口２４を通じてエッチングガスの
圧力がほぼｉ ｉｔｔｏｒｒに達するまでチャンバ内に
導かれる。
磁石ｌ８がある．上側の同軸状の磁石１６及び１８はチ
ャンバの土壁部３ｏの内側に沿って多極の表面磁場を形
成する．すなわち、上側の磁石ｌ６及び１８の下側の面
における磁極はＮ極とＳ極とが交互になる．同様な同軸
状の下側の環状磁石２０の組がチャンバの底壁部３２の
外面に近接して配置されている．円筒形の永久磁石２２
か下側の磁石２０の同軸中心にもある底壁部の中心に配
置されている．上側壁部の磁石輪のように、底（ｌ１１
Ｎ壁部３２に近接する磁石輪の面はＳｆｉとＮ極とが交
互になっている．第２図の断面図から明らかなように、
チャンバ１２に向かって出ている磁極はチャンバの回り
に交互にっている．ここに示す実施例では永久磁石が用
いられているが、表面磁場を生ぜしめるために多極の電
磁石の組立て体を用いることができる． 第１及び２図の実施例では円筒形のチャンバ１２が示さ
れているが、本発明はその形状に限定されない．チャン
バ１２はまた矩形または箱状の形状にしてもよい．この
場合永久磁石は矩形の環状となろう．さらに他の例とし
て、第３図に示されるようなチャンバを取囲む一連の直
線状の棒磁石によって永久磁石を形成することができる
．再び第２図の実施例を参照すると、多極磁石組立て体
によってチャンバ１２内に生ずる組合せた表面磁場が概
略的に曲線３５によって示されている．この磁場は磁石
ｉｔ−２２と対応するチャンバの壁部３０−３２との間
の境界の中間点に合致した複数の尖点３９を有している
．各々の尖点に近接する空所における磁場の強度は実際
上は無視し得るものである．その結果、空所におけるイ
オン化電子の大半は表面磁場によってチャンバ壁部から
反射するけれども、若干の電子が尖点３９において壁に
当たるであろう． 表面磁場はチャンバ壁部３０、３１及び３２にごく近接
した領域に閉込められる．すなわちチャンバ１２内の磁
場は例えばチャンバ壁部からの磁石の間隔にほぼ等しい
距離における実質的にゼロの磁場強度まで減小する．エ
ッチング・チャンバｌ２を取囲む永久磁石の数は理解し
易いように選択してある．チャ〉・バ空所１３内への磁
場の浸透の深さを最適化するために異なる数の磁石を設
けてもよい． ひき続き第２図を参照すると、エッチング・チャンバ内
に土壁部３０に近接して制御板３４が配置されている．
制御板３４は土壁部３０を通抜けて制御板を接地された
チャンバ１２に電気的に連結する２本の制御棒３６に装
着されている。制御板３４は上側の永久磁石１６及び１
８によって生ずる磁場内に延びている．制御板の輪状の
領域３７空所１３内のイオン化電子による照射に当てら
れるように各々の尖点３９に対応する面に平行な無視し
得る程度の磁場強度の領域に配置されている．制御板の
露出した表面領域３７の１つの幅が図で間隔Ｗによって
示されている．矢印４ｌで示されるように制御棒３６を
空所１３内に挿入し空所から引出すことによって，磁場
内での制御棒の位置が変えられよう．制＃［３４とチャ
ンバの土壁部３０との間の距離が変わると、これらの露
出した表面領域３７の幅も変わる．詳細には、露出した
鎖域の幅Ｗが減小して壁．ｖ３０及び制御板の間隔が減
少する．同様に、制御板に対する壁部の間隔が増大する
と、制御板表面の各々の露出した輪状の領域３７の幅Ｗ
も増大する．露出した須域の大きさを変化させることの
意義は陵に明らかとなろう． チャンバ１２内にはまた平板状の電極３ｓが配置されて
いる．リード線４２がこの電極からチャンハの底壁部３
２の絶縁グロメリト４４を通抜ケている．インピーダン
ス・マッチング用の回路網４８及びＤＣ防止用コンデン
サ５ｏによって接地部とリード線との間にラジオ周波数
の信号源４６が連結されている． エソナング装置１０の作動の前に，基板４ｏがエッチン
グのパターンをなすように一面にマスクを施すことによ
る従来の手法を用いて作製される．作製された基板４０
はチャンバｌ２内で電極３８上に配置される．それがち
チャンバがシールされ排気口２６に連結された排気ボン
プ〈図示せず》が作動してチャンバの排気を行う，チャ
ンバが排気された後に，四フッ化炭素等のイオン化可能
なエッチングガスが入口２４を通じてエッチングガスの
圧力がほぼｉ ｉｔｔｏｒｒに達するまでチャンバ内に
導かれる。
そ７ｔからラジオ周波数源４６が付勢されて電極３８と
チャンバｌ２の壁部との間に１３．５６ＨＨＺの信号を
数百ボルトで加える。周知のように、ラジオ周波数の励
起はエッチングガスの原子と衝突してイオンを生せしめ
るイオン化電子をチャンバ内に導き、それによってチャ
ンバ内にプラズマを生ぜしぬる．プラズマが形成される
と、エッチングガスの圧力は０． ０５−０． ０７
１ｔＯｒｒ まで減小する．このようにして持続性の
グロー放電が生じ、それによって電横３８の表面に当た
るプラズマからのガスイオンで二次電子放出が生じ、こ
の電子はまた原子と衝突してさらにプラズマとなるイオ
ンを生ゼしぬる． プラズマからのイオンの一部はマスクから露出している
基板の表面の一部に当たり、それによって露出した基板
の材料のエッチングを行うであろう． チャンバ１２の壁部３０−３２に向かって進む電子は壁
部に近接する表面磁場によってチャンバの空所の内側に
向かって反射されよう．若干の電子が尖点３９において
チャンバの壁部３２，３２に当たるであろう．制御板に
平行な無視し得る程度の磁場ｉ域にある制御板の露出し
た領域３７において・電子の漏れが生ずる．その結果こ
れらの露出した領域３７は小陽極として作用し、これに
向かって電子は土壁部３０に近接した表面磁場によって
反射せずに漏れる． 制御棒３６が完全にチャンバから後退し制御板３４が土
壁部３０に接するときに、制御板の露出した領域３７の
幅Ｗは最小値まで減小し、尖点３９の幅に近づく．この
制ｍ＆３４の方向で電子の漏れが最小になる．あるいは
制御棒３６がエッチング・チャンバ１２内に押込まれる
と制御板が土壁部３０から離れて露出した表面領域３７
の幅Ｗが増大する．この露出した表面領１！！！３７の
大きさの変化によりチャンバ１２の有効な接地された境
界面積が変化して電子の漏れが増大することになる．電
子の漏れの変化はそれに応じたプラズマ密度及びエッチ
ングされるウェーハに当たるイオンのエネルギーへの、
またエッチング効率Ｉ＼の作用を生せしめ、工程の微細
な調整を可能にする．制御板３４の位置の変化の相対的
な効果は電極３８と制御Ｉ！３４との間のバ，ｆアス・
ポテンシャル及び表面＆ｉ場の形状に依存する． その結果、第２図に示される本発明の第１の実施例は使
用する者がチャンバの壁部への電子の漏れを調整するこ
とによってエッチングの工程を制御できるようにする機
構を与えるものとなる．あるいは矩形のエッチング・チ
ャンバを用いるときに，電子の漏れ及び工・ソチング工
程を制御するための他の手段を与えるように（！ｌ壁部
に近接してさらに池の制御板を備えるようにしてもよい
，第４図はエッチング装置６０に適用した本発明の第２
の実施例を示している．第１の実施例と同様な第２の実
施例の部分は同じ引用番号を付してある．例えばエッチ
ング・チャンバｌ２はそれぞれ上側及び下側の壁部３０
及び３３を有する屈曲した側壁部３ｌからなる．チャン
バｌ２はその壁部に近接した多極表面磁場を形成する複
数の永久磁石１４−２２によって取囲まれている．さら
に第２のエッチング装置６０は上壁Ｍ３０においてこれ
を通抜ける２本の制御棒３６によって支持された制御板
３４を有している． しかしながら、第２のエッチング装置６０において電極
組立て体及びＲＦバイアス回路が異なっている．詳細に
は、２つの実質的に同一平面内の電極６１及び６２がチ
ャンバの空所１３内に配置され、エッチングがなされる
別個の２枚の基板６４及び６６を支持している．ラジオ
周波数励起信号がインピーダンス・マッチング用変圧器
７ｏの一次巻線に連結された電源６８によって供給され
る．変圧器７０の二次巻線は２つの電極６ｌと６２との
間に連結されている．また可変コンデンサ７２も電極６
１と６２との間に連結されてチャンバのインピーダンス
をラジオ周波数の電源６８にマ・ソチングさせるのに寄
与している， ＲＦ信号が２つの電ｔ４６１と６２との間に供給される
ので、これらの電極の電位はチャンバ壁部３０−３２の
接地電位に対して高くなるであろう。
チャンバｌ２の壁部との間に１３．５６ＨＨＺの信号を
数百ボルトで加える。周知のように、ラジオ周波数の励
起はエッチングガスの原子と衝突してイオンを生せしめ
るイオン化電子をチャンバ内に導き、それによってチャ
ンバ内にプラズマを生ぜしぬる．プラズマが形成される
と、エッチングガスの圧力は０． ０５−０． ０７
１ｔＯｒｒ まで減小する．このようにして持続性の
グロー放電が生じ、それによって電横３８の表面に当た
るプラズマからのガスイオンで二次電子放出が生じ、こ
の電子はまた原子と衝突してさらにプラズマとなるイオ
ンを生ゼしぬる． プラズマからのイオンの一部はマスクから露出している
基板の表面の一部に当たり、それによって露出した基板
の材料のエッチングを行うであろう． チャンバ１２の壁部３０−３２に向かって進む電子は壁
部に近接する表面磁場によってチャンバの空所の内側に
向かって反射されよう．若干の電子が尖点３９において
チャンバの壁部３２，３２に当たるであろう．制御板に
平行な無視し得る程度の磁場ｉ域にある制御板の露出し
た領域３７において・電子の漏れが生ずる．その結果こ
れらの露出した領域３７は小陽極として作用し、これに
向かって電子は土壁部３０に近接した表面磁場によって
反射せずに漏れる． 制御棒３６が完全にチャンバから後退し制御板３４が土
壁部３０に接するときに、制御板の露出した領域３７の
幅Ｗは最小値まで減小し、尖点３９の幅に近づく．この
制ｍ＆３４の方向で電子の漏れが最小になる．あるいは
制御棒３６がエッチング・チャンバ１２内に押込まれる
と制御板が土壁部３０から離れて露出した表面領域３７
の幅Ｗが増大する．この露出した表面領１！！！３７の
大きさの変化によりチャンバ１２の有効な接地された境
界面積が変化して電子の漏れが増大することになる．電
子の漏れの変化はそれに応じたプラズマ密度及びエッチ
ングされるウェーハに当たるイオンのエネルギーへの、
またエッチング効率Ｉ＼の作用を生せしめ、工程の微細
な調整を可能にする．制御板３４の位置の変化の相対的
な効果は電極３８と制御Ｉ！３４との間のバ，ｆアス・
ポテンシャル及び表面＆ｉ場の形状に依存する． その結果、第２図に示される本発明の第１の実施例は使
用する者がチャンバの壁部への電子の漏れを調整するこ
とによってエッチングの工程を制御できるようにする機
構を与えるものとなる．あるいは矩形のエッチング・チ
ャンバを用いるときに，電子の漏れ及び工・ソチング工
程を制御するための他の手段を与えるように（！ｌ壁部
に近接してさらに池の制御板を備えるようにしてもよい
，第４図はエッチング装置６０に適用した本発明の第２
の実施例を示している．第１の実施例と同様な第２の実
施例の部分は同じ引用番号を付してある．例えばエッチ
ング・チャンバｌ２はそれぞれ上側及び下側の壁部３０
及び３３を有する屈曲した側壁部３ｌからなる．チャン
バｌ２はその壁部に近接した多極表面磁場を形成する複
数の永久磁石１４−２２によって取囲まれている．さら
に第２のエッチング装置６０は上壁Ｍ３０においてこれ
を通抜ける２本の制御棒３６によって支持された制御板
３４を有している． しかしながら、第２のエッチング装置６０において電極
組立て体及びＲＦバイアス回路が異なっている．詳細に
は、２つの実質的に同一平面内の電極６１及び６２がチ
ャンバの空所１３内に配置され、エッチングがなされる
別個の２枚の基板６４及び６６を支持している．ラジオ
周波数励起信号がインピーダンス・マッチング用変圧器
７ｏの一次巻線に連結された電源６８によって供給され
る．変圧器７０の二次巻線は２つの電極６ｌと６２との
間に連結されている．また可変コンデンサ７２も電極６
１と６２との間に連結されてチャンバのインピーダンス
をラジオ周波数の電源６８にマ・ソチングさせるのに寄
与している， ＲＦ信号が２つの電ｔ４６１と６２との間に供給される
ので、これらの電極の電位はチャンバ壁部３０−３２の
接地電位に対して高くなるであろう。
あるいは電極６１及び６２は直流バイアス電源７４によ
って接地部に対してバイアスされる。電源７４は変圧器
７０の二次巻線の引出し線をＲＦ＋＊−ク７６に連結す
るスイッチ７５を含む．直流電源７９及び並列に連結さ
れたＲＦ分路コンデンサー７８がチョーク７６を接地部
に連結している， Ｌ＋（変直流電源７９をバイアスが
変化させられるように用いてもよい．あるいは直流電源
の極性を図示のものとは逆にすることがり能である．電
極６ｌ及び６２がチャンバの壁部に対して高い電位にな
る状態でエッチング装置が作動すれば、スイッチ７５が
開く．他の場合にはスイッチを７５を閉じることにより
チャンバ１２の壁部に対してバイアスされよう． 第２のエッチング装置６０は２枚の基板６４及び６６が
同時にエッチングを行えるように均衡をとった二重電極
形態を与える．この形態は第１図の装置と比較してチャ
ンバ内のプラズマの電位がより小さくなるものと考えら
れる．しかしながらこの第２のエッチング装置６０には
外部ラジオ周波数遮蔽が必要となる． 本発明の第１の実施例に関して前述したように．第２の
装置６０のエッチング速度６よ制御板６４の位置を調整
することによって制御される．第４図に示されるように
，制御板３４は第２Ｕ！Ｕに実施例に示されている制御
板３４より土壁部から離れた位置にあり、それによって
制御板の露出した表面領域の幅Ｗを増大させる． 適切な表面磁場を得るために、エッチング・チャンバの
壁部は適切な磁場の浸透度とすることができる程度に十
分に薄＜シなければならない．ある場合には所望の壁部
の厚さが排気されたチャンバにかかる外部大気圧に十分
に耐えられない程度に薄過ぎることがある．この場合に
は、第５図に示されるように、エッチング・チャンバ８
０を別個の真空チャンバ９０内に配置することができる
．外側の真空チャンバ９０は大気圧に耐え、前述の実施
例のように磁石１４−２２からなる磁石組立て体によっ
て表面磁場が生ずる． さらにこの第２の例における工・ｌチング・チャンバ８
０はシールされた構造である必要がないので、電子がチ
ャンバの境界に当たりそうな箇所，すなわち磁場の尖点
だけ壁部を有するようにできる．それゆえエッチング・
チャンバ８０はその側壁部をなす複数の並んだ円筒形リ
ング８ｉ−８５によって形成されている．各々の円筒形
のリング８１−８５は同軸の環状磁石ｌ４の１つに近接
した位置にある．エッチング・チャンバ８０の底側境界
は下側の磁石２０及び２２に近接した３個の同心状のリ
ング８６−８８及び中心の円ｕｉ８９によって形成され
ている．円筒形のリング８１−８５、同心状のリング８
６−８８、及び中心の円板８９は全て接地部に電気的に
連結されている．上方に進む電子は磁場によって反射す
るか、制御板９２に当たるので，前述の実施例の土壁部
は省略されている．エッチング チャンバ８０の上側境
界は上側の円筒形リング８１の上０１縁部によって形成
されている． 磁場の尖点８８に電子の漏れが生ずるので、エッチング
・チャンバのリング８ １−８８のない真空チャンバ内
に永久磁石だけを配置するのは望ましくない．従来の永
久磁石は電気的に絶縁性であることがあり、陽極として
作用するのには適していない．それゆえこのエッチング
装置においてリング８ １−８８、円板８９、及び制御
板９２が陽極として作用する．
って接地部に対してバイアスされる。電源７４は変圧器
７０の二次巻線の引出し線をＲＦ＋＊−ク７６に連結す
るスイッチ７５を含む．直流電源７９及び並列に連結さ
れたＲＦ分路コンデンサー７８がチョーク７６を接地部
に連結している， Ｌ＋（変直流電源７９をバイアスが
変化させられるように用いてもよい．あるいは直流電源
の極性を図示のものとは逆にすることがり能である．電
極６ｌ及び６２がチャンバの壁部に対して高い電位にな
る状態でエッチング装置が作動すれば、スイッチ７５が
開く．他の場合にはスイッチを７５を閉じることにより
チャンバ１２の壁部に対してバイアスされよう． 第２のエッチング装置６０は２枚の基板６４及び６６が
同時にエッチングを行えるように均衡をとった二重電極
形態を与える．この形態は第１図の装置と比較してチャ
ンバ内のプラズマの電位がより小さくなるものと考えら
れる．しかしながらこの第２のエッチング装置６０には
外部ラジオ周波数遮蔽が必要となる． 本発明の第１の実施例に関して前述したように．第２の
装置６０のエッチング速度６よ制御板６４の位置を調整
することによって制御される．第４図に示されるように
，制御板３４は第２Ｕ！Ｕに実施例に示されている制御
板３４より土壁部から離れた位置にあり、それによって
制御板の露出した表面領域の幅Ｗを増大させる． 適切な表面磁場を得るために、エッチング・チャンバの
壁部は適切な磁場の浸透度とすることができる程度に十
分に薄＜シなければならない．ある場合には所望の壁部
の厚さが排気されたチャンバにかかる外部大気圧に十分
に耐えられない程度に薄過ぎることがある．この場合に
は、第５図に示されるように、エッチング・チャンバ８
０を別個の真空チャンバ９０内に配置することができる
．外側の真空チャンバ９０は大気圧に耐え、前述の実施
例のように磁石１４−２２からなる磁石組立て体によっ
て表面磁場が生ずる． さらにこの第２の例における工・ｌチング・チャンバ８
０はシールされた構造である必要がないので、電子がチ
ャンバの境界に当たりそうな箇所，すなわち磁場の尖点
だけ壁部を有するようにできる．それゆえエッチング・
チャンバ８０はその側壁部をなす複数の並んだ円筒形リ
ング８ｉ−８５によって形成されている．各々の円筒形
のリング８１−８５は同軸の環状磁石ｌ４の１つに近接
した位置にある．エッチング・チャンバ８０の底側境界
は下側の磁石２０及び２２に近接した３個の同心状のリ
ング８６−８８及び中心の円ｕｉ８９によって形成され
ている．円筒形のリング８１−８５、同心状のリング８
６−８８、及び中心の円板８９は全て接地部に電気的に
連結されている．上方に進む電子は磁場によって反射す
るか、制御板９２に当たるので，前述の実施例の土壁部
は省略されている．エッチング チャンバ８０の上側境
界は上側の円筒形リング８１の上０１縁部によって形成
されている． 磁場の尖点８８に電子の漏れが生ずるので、エッチング
・チャンバのリング８ １−８８のない真空チャンバ内
に永久磁石だけを配置するのは望ましくない．従来の永
久磁石は電気的に絶縁性であることがあり、陽極として
作用するのには適していない．それゆえこのエッチング
装置においてリング８ １−８８、円板８９、及び制御
板９２が陽極として作用する．
第１図は本発明によるエッチング装置の一実施例の等角
投影図である． 第２図は第１図の装置の半径方向断面図である．第３図
は本発明を具体化したエッチング装置の他の実施例の等
角投影図である． 第４図は異なる電極組立て体を有するエッチング装置の
第２図と同様な助面図である．第５図４よ本発明による
エッチング装置の他の実施例の断面図である， １０・・・エッチング装置，１２・・・チャンバ、１４
，１６． １８２０．２２・・・磁石組立て体、３０，
３１． ３２・・・壁部、３４・・制御板、３６・・
・制御棒、３８・・・電極、４ｏ・・・基板．図面の浄
書（内容に変更なし） 手 続 補 正 書（方幻 ２。発明の名称 表面磁場を用いたプラズマ・エッチング装置３． 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 ウィスコンシン・アルムニ・リサーチ・ファ
ウンデーション 新大手町ビル ２０６区 ６．補正の対象
投影図である． 第２図は第１図の装置の半径方向断面図である．第３図
は本発明を具体化したエッチング装置の他の実施例の等
角投影図である． 第４図は異なる電極組立て体を有するエッチング装置の
第２図と同様な助面図である．第５図４よ本発明による
エッチング装置の他の実施例の断面図である， １０・・・エッチング装置，１２・・・チャンバ、１４
，１６． １８２０．２２・・・磁石組立て体、３０，
３１． ３２・・・壁部、３４・・制御板、３６・・
・制御棒、３８・・・電極、４ｏ・・・基板．図面の浄
書（内容に変更なし） 手 続 補 正 書（方幻 ２。発明の名称 表面磁場を用いたプラズマ・エッチング装置３． 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 名 称 ウィスコンシン・アルムニ・リサーチ・ファ
ウンデーション 新大手町ビル ２０６区 ６．補正の対象
Claims (18)
- １． 内部でエッチングが行われるチャンバと、二次放
出により電子の供給を行う上記チャンバ内の電極組立て
体と、 イオン化可能なガスを上記チャンバ内に導くための手段
と、 上記電極組立て体に二次電子を放出させ上記チャンバ内
にグロー放電のプラズマを生ぜしめるように上記電極組
立て体にバイアスを与えるための手段と、 上記チャンバ内で電子を反射させるように上記チャンバ
の境界に近接して表面磁場を形成するための手段と、 からなることを特徴とする基板にエッチングを行うため
の装置。 - ２． 請求項１に記載の装置にして、上記チャンバ内の
磁場中に配置された制御電極と、該制御電極の種々の表
面領域に電子の照射を当てるように磁場中における上記
制御電極の位置を変化させるための手段と、をさらに含
むことを特徴とする基板にエッチングを行うための装置
。 - ３． 請求項１に記載の装置にして、 上記第１の電極組立て体が第１及び第２のほぼ同一平面
上の電極を含み、 上記第１の電極組立て体にバイアスを与えるための手段
がラジオ周波数の信号源と、該ラジオ周波数の信号源に
連結された一次巻線と上記第１及び第２の電極の間に連
結された二次巻線とを有す変圧器と、を含む、 ことを特徴とする基板にエッチングを行うための装置。 - ４． 請求項３に記載の装置にして、上記第１の電極組
立て体にバイアスを与えるための手段がさらに上記第１
及び第２の電極にバイアス電位を与えるための手段を含
むことを特徴とする基板にエッチングを行うこための装
置。 - ５． 請求項１に記載の装置にして、 上記チャンバが側壁組立て体及び１対の端側壁部とを有
し、 上記表面磁場を形成するための手段が上記側壁組立て体
の回りに延びる第１の複数の環状の永久磁石と、上記端
側壁部の一方に近接した第２の複数の環状永久磁石と、
上記端側壁部の他方に近接した第３の複数の環状の永久
磁石と、を含む、ことを特徴とする基板にエッチングを
行うための装置。 - ６． 請求項５に記載の装置にして、上記第２の複数の
環状の永久磁石が相互にほぼ同軸状であり上記第３の複
数の環状の磁石が相互にほぼ同軸状であることを特徴と
する基板にエッチングを行うための装置。 - ７． 請求項１に記載の装置にして、上記表面磁場を形
成するための手段がチャンバの回りに延びる複数の環状
の永久磁石を含むことを特徴とする基板にエッチングを
行うための装置。 - ８． チャンバの境界を形成するための手段を有する内
部でエッチングが行われるチャンバと、エッチングが行
われる対象物を支持するための上記チャンバ内の電極組
立て体と、 上記チャンバ内にイオン化可能なガスを導くための手段
と、 上記第１の電極組立て体にバイアスを与え、それによっ
て該電極組立て体に二次電子を放出させて上記チャンバ
内にグロー放電プラズマを生ぜしめるための手段と、 上記チャンバ内で電子を反射させるように上記チャンバ
の境界に近接して表面磁場を形成するための手段と、 上記チャンバの一部から隔れている距離を変化させるた
めの手段を有する上記チャンバの境界に近接した制御電
極と、 からなることを特徴とするエッチング装置。 - ９． 請求項８に記載の装置にして、上記表面磁場を形
成するための手段が上記チャンバの回りに延びる複数の
環状の磁石を含むことを特徴とするエッチング装置。 - １０． 請求項８に記載の装置にして、 上記チャンバの境界を形成するための手段が側壁組立て
体と端側壁部とを有し、 上記表面磁場を形成するための手段が上記側壁組立て体
の回りに延びる第１の複数の環状の永久磁石と、上記端
側壁部に近接した第２の複数の環状の永久磁石と、を含
む、 ことを特徴とするエッチング装置。 - １１． 請求項８に記載の装置にして、 上記第１の電極組立て体が第１及び第２のほぼ同一平面
上の電極を含み、 上記第１の電極組立て体にバイアスを与えるための手段
がラジオ周波数の信号源と、該ラジオ周波数の信号源に
連結された一次巻線と上記第１及び第２の電極に連結さ
れた二次巻線とを有する変圧器と、を含む、 ことを特徴とするエッチング装置。 - １２． 請求項１１に記載の装置にして、上記第１の電
極組立て体にバイアスを与えるための手段がさらに上記
第１及び第２の電極と上記チャンバの壁部との間に直流
バイアス電位を加えるための手段を含むことを特徴とす
るエッチング装置。 - １３． チャンバの境界を形成する導電性の壁部を有す
る内部でエッチングが行われるチャンバと、各々別個の
エッチングが行われる対象物を支持するための上記チャ
ンバ内のほぼ同一平面上の第１及び第２の電極と、 上記チャンバ内にイオン化可能なガスを導くための手段
と、 上記第１及び第２の電極に二次電子を放出させて上記チ
ャンバ内にグロー放電プラズマを生ぜしめるようにバイ
アスを与えるための手段と、上記チャンバ内の電子を境
界から反射させるように上記チャンバの境界に近接して
磁場を形成するための磁石組立て体と、 からなることを特徴とするプラズマ放電エッチング装置
。 - １４． 請求項１３に記載の装置にして、さらに上記チ
ャンバの一部にほぼ平行な制御電極を含み、該制御電極
が上記チャンバの境界の一部から離れている距離を変化
させるための手段を有することを特徴とするプラズマ放
電エッチング装置。 - １５． 請求項１３に記載の装置にして、上記バイアス
を与えるための手段がラジオ周波数の信号源と、該ラジ
オ周波数の信号源に連結された一次巻線と上記第１及び
第２の電極に連結された二次巻線とを有する変圧器と、
を含むことを特徴とするプラズマ放電エッチング装置。 - １６． 請求項１４に記載の装置にして、上記バイアス
を与えるための手段がさらに上記第１及び第２の電極と
上記チャンバの壁部との間に直流バイアス電位を加える
ための手段を含むことを特徴とするプラズマ放電エッチ
ング装置。 - １７． 請求項１３に記載の装置にして上記磁石組立て
体が上記チャンバの回りに延びる複数の環状磁石を含む
ことを特徴とするプラズマ放電エッチング装置。 - １８． 請求項１３に記載の装置にして、上記磁石組立
て体が上記チャンバの側壁部の回りに延びる第１の複数
の環状の永久磁石と、上記チャンバの端壁部に近接した
第２の複数の同軸状で環状の永久磁石と、上記チャンバ
の他の端壁部に近接した第３の複数の同軸状で環状の永
久磁石と、を含むことを特徴とするプラズマ放電エッチ
ング装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/347,844 US5032205A (en) | 1989-05-05 | 1989-05-05 | Plasma etching apparatus with surface magnetic fields |
| US347844 | 1989-05-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0320027A true JPH0320027A (ja) | 1991-01-29 |
Family
ID=23365525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2117273A Pending JPH0320027A (ja) | 1989-05-05 | 1990-05-07 | 表面磁場を用いたプラズマ・エッチング装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5032205A (ja) |
| EP (1) | EP0396398B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0320027A (ja) |
| AT (1) | ATE118924T1 (ja) |
| CA (1) | CA2015976A1 (ja) |
| DE (1) | DE69017071D1 (ja) |
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