JPH0566724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体装置の製造等に用いられるド
ライエツチング装置に係わり、特に永久磁石によ
る磁場を利用したドライエツチング装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、半導体集積回路は微細化の一途を辿り、
最近では最少寸法が１〜２［μｍ］の超LSIも試
行開発されている。この微細加工には、平行平板
型電極を有する真空容器内にCF₄やCCl₄等の反応
性ガスを導入し、試料載置の電極に高周波電力を
印加することによりグロー放電を生じさせ、この
電極に生じる負の直流自己バイアス（陰極降下電
圧）によりプラズマ中の正イオンを加速して試料
に垂直に照射してエツチングを行う反応性イオン
エツチング（RIE：Reactive Ion Etching）が注
目されている。

しかし、このRIEでは、例えばCF₄＋H₂ガスを
用いたSiO₂のエツチングではそのエツチング速
度は高々300〜400［Å／min］に過ぎず、１［μ
ｍ］のSiO₂をエツチングするのに数10分も掛か
る。また、AlやポリSiに対してもエツチング速
度は遅く、量産性が悪いものであつた。エツチン
グ速度を増大させるためには投入電力を大きくす
ると幾分効果があることが知られているが、この
場合陰極降下電圧が大きくなりイオン損傷やエツ
チング選択比がスパツタリング比で決まる危険が
あり、またレジストが高温になり変形する等の欠
点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、各種の半導体製造材料を高速
にエツチングすることができ、かつイオン損傷の
発生をも未然に防止し得るドライエツチング装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、磁石による磁界を通常のRIE
における電界方向と直交する方向に印加し、エツ
チング室内のイオン化効率を高めることにある。

すなわち本発明は、半導体装置の製造材料をエ
ツチングするドライエツチング装置において、被
エツチング試料が配置される真空容器内に反応性
ガスを導入する手段と、上記容器の外部に該容器
を挟んで対向配置され上記試料配置の空間に高周
波プラズマ放電を励起する一対の電極と、上記試
料を挟んで離間対向配置され試料装置の空間に上
記電極による電界方向と直交する方向に磁場を印
加する一対の永久磁石とを設けるようにしたもの
である。

また本発明は、上記構成のドライエツチング装
置において、前記電極（第１の電極）とは別に前
記磁石による磁場印加方向と同方向に電界を印加
する電極（第２の電極）を設けるようにしたもの
である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第１の電極による電界と永久
磁石による磁界との作用により、電子をサイクロ
イド運動させることができ、その運動長の実質的
な延長により反応性ガス分子との衝突頻度が大幅
に増加する。このため、イオン化効率が大幅に向
上することとなり、従つてエツチング速度の高速
化をはかり得る。また、陰極降下電圧を上げる必
要がないので、イオン損傷の発生を未然に防止す
ることができる。従つて、半導体製造技術分野に
おける有用性は絶大である。

〔発明の実施例〕

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１の実
施例に係わるドライエツチング装置の概略構成を
示すもので第１図は縦断面図、第２図は横断面図
である。図中１は石英製のベルジヤで（真空容
器）である。このベルジヤ１内には水冷された試
料台２が配置されており、試料台２上には被エツ
チング試料３が載置されるものとなつている。ベ
ルジヤ１の外側にはベルジヤ１の外周面に沿つて
樋状の電極４ａ，４ｂが対向配置されている。そ
して、これらの電極４ａ，４ｂ間にはマツチング
回路５を介して高周波電源６から高周波電力が印
加されるものとなつている。

ここまでの構成は従来装置と同様であり、本実
施例では新たに永久磁石７ａ，７ｂが前記ベルジ
ヤ１内に対向配置されている。すなわち、前記試
料台２の上方には永久磁石７ａが配設され、試料
台１の下面には永久磁石７ｂが取着されている。
また、磁石７ａ，７ｂの表面には磁石７ａ，７ｂ
からの金属汚染を避けるため石英や弗素樹脂等の
絶縁膜８ａ，８ｂが被着されている。なお、図中
９は水冷管を示している。また、図には示さない
が真空容器１内にはガス導入口から反応性ガスが
導入され、真空容器１内のガスはガス排気口から
排気されるものとなつている。

このような構成であれば、電極４ａ，４ｂによ
る電界Ｅとこれに直交する磁石７ａ，７ｂによる
磁界Ｂとの作用により、試料３上の空間で電子ｅ
はドリフト運動（サイクロイド運動）することに
なり、その運動長が実質的に延長する。このた
め、電子と反応性ガスとの衝突頻度が大幅に増大
し、その結果イオン化効率が大幅に向上する。こ
の時発生する高度プラズマ領域１０は磁石４ａ，
４ｂ間に閉込められる。従つて、被エツチング試
料３のエツチング速度の高速化をはかり得る。し
かも、陰極降下電圧を高める必要もないので、イ
オン損傷の問題も生じない。逆に言えば、従来と
同一エツチング速度を得るにはイオンの加速電圧
を低くすることができる。実際、従来装置に比し
てラジエーシヨンダメージを1/10に低減できるこ
とが確認された。

また、本発明者等の実験によれば、反応性ガス
としてCF₄を用いSiO₂をエツチングしたところ、
約1.0［μｍ／min］のエツチング速度が達成さ
れ、エツチング均一性も試料３側の磁石８ｂの径
を大きくすることによつて±１〜２［％］と言う
極めて良好な値が得られた。

第３図は第２の実施例の概略構成を示す横断面
図である。なお、第１図と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。この実施
例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、前
記電極４ａ，４ｂ以外の電子反射のための電極
（電子反射板）を設けたことにある。すなわち、
前記ベルジヤ１の外周には電極４ａ，４ｂと直交
する関係で電式反射板２１ａ，２１ｂが対向配置
されている。そして、これらの電子反射板には直
流電源２２ａ，２２ｂから負の電圧が印加されて
いる。

このような構成であつても、先の実施例と同様
の効果があるのは勿論のことである。また、反射
板２１ａ，２１ｂを設けたことにより、イオン化
効率をより向上させることができ、先の実施例以
上にエツチング速度の高速化をはかり得る。すな
わち、電子反射板２１ａ，２１ｂがない場合に
は、ドリフト軌道中の電子はベルジヤ１の壁面と
の衝突によりプラズマから消失するが、反射板２
１ａ，２１ｂの存在により図中に示す如くその軌
道長は著しく延長され、その結果イオン化効率の
大幅な増加がもたらされることになる。

第４図は第３の実施例の概略構成を示す縦断面
図である。なお、第１図と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。この実施
例が先に説明した第１の実施例と異なる点は、前
記電極４ａ，４ｂ以外に該電極４ａ，４ｂによる
電界方向と直交する方向（磁石７ａ，７ｂによる
磁場印加方向）に電界を印加する電極（第２の電
極）を設けたことにある。すなわち、前記磁石７
ａの下面には電極３１ａが配置され、磁石７ｂの
上面には電極３１ｂが配置され、これらの電極３
１ａ，３１ｂは試料３を挟んで離間対向配置され
ている。ここで、電極３１ｂは前記試料台２の代
りを果たすものとなつており、その上に試料３が
配置される。そして、電極３１ａ，３１ｂ間には
コイル３２を介して直流電源３３により直流電圧
が印加されるものとなつている。また、図には示
さないが水冷管等により冷却されるものとなつて
いる。

一方、ベルジヤ１の内壁面には電極４ａ，４ｂ
とそれぞれ対向するよう一対の補助電極３４ａ，
３４ｂが取着されている。そして、高周波電力印
加の電極４ｂに対向する補助電極３４ｂは試料載
置の電極３１ｂに電気的に接続されている。

このような構成であれば、先の第１の実施例と
同様に電極４ａ，４ｂによる電界とこれに直交す
る磁石７ａ，７ｂによる磁界との作用によりイオ
ン化効率を高めることができるので、第１の実施
例と同様な効果は勿論のこと、電極３１ａ，３１
ｂの作用により次のような効果が得られる。すな
わち、補助電極３４ｂ上にはベルジヤ１の壁容量
（Cw）を介して高周波電圧が誘起されることにな
り、可変な直流電源３３の電圧を適当に選ぶこと
により電極３１ｂ及び試料３表面には交流電圧に
相乗した直流電圧が印加されることになる。ここ
で、コイル３２のインピーダンスは容量インピー
ダンスより十分大きい必要がある。従つて、帯電
電荷と反対符号の電荷が交流電圧の特定の位相角
の時に試料３表面へと流れ込むことになり、帯電
現象によると考えられる異常なエツチングプロフ
アイルは発生しない。その結果、アンダーカツト
のないエツチングが達成される。

なお、ここで示したエツチング特性は、電極３
１ｂがプラズマ中に入つていても或いはプラズマ
から離れたアフターグローの所においても得ら
れ、また該電極３１ｂに対向電極３１ａを設け、
これを浮遊状態若しくは接地状態にしても略同じ
結果が得られる。また、直流電圧を交流電圧に相
乗する方法としては、第５図に示す如く交流電源
発生源３７を新たに設け、基本的にはコンデンサ
３６及びコイル３２により直流電圧を相乗するよ
うにしてもよい。さらに、試料３と電極３１ｂと
の間に誘電体物質、例えば弗素樹脂等を敷いても
この直流電圧が交流電圧に相乗されている故に、
前記作用効果としては同じである。

なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記永久磁石の配置位置
は必ずしもベルジヤ内に限るものではなくベルジ
ヤの外側に配置されたものであつてもよい。但
し、前記試料の配置空間において前記第１の電極
による電界と直交する方向に磁場を印加する必要
がある。また、試料配置の空間に印加する電界及
び磁界の強さ等の条件は、仕様に応じて適宜定め
ればよい。さらに、真空容器の大きさや形状等も
適宜変更可能である。また、SiO₂のエツチング
に限らず、各種の半導体装置製造材料のエツチン
グに適用できるのは勿論のことである。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例に係
わるドライエツチング装置の概略構成を示すもの
で第１図は縦断面図、第２図は横断面図、第３図
は第２の実施例の概略構成を示す横断面図、第４
図及び第５図はそれぞれ第３の実施例の概略構成
を示す縦断面図である。 １……ベルジヤ、２……試料台、３……被エツ
チング試料、４ａ，４ｂ……第１の電極、５……
マツチング回路、６……高周波電源、７ａ，７ｂ
……永久磁石、１０……高密度プラズマ、２１
ａ，２１ｂ……電子反射板、２２ａ，２２ｂ……
直流電源、３１ａ，３１ｂ……第２の電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被エツチング試料が配置される真空容器内に
   反応性ガスを導入する手段と、上記容器の外部に
   該容器を挟んで対向配置され上記試料配置の空間
   に高周波プラズマ放電を励起する一対の電極と、
   上記試料を挟んで離間対向配置され試料載置の空
   間に上記電極による電界方向と直交する方向に磁
   場を印加する一対の永久磁石とを具備してなるこ
   とを特徴とするドライエツチング装置。 ２ 前記試料は、前記真空容器内に配設された試
   料台上に載置されたもので、この試料台は水冷さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエツチング装置。 ３ 前記真空容器は、その外側に前記電極と共に
   電子反射板が設けられているものであることを特
   許請求の範囲第１項記載のドライエツチング装
   置。 ４ 被エツチング試料が配置される真空容器内に
   反応性ガスを導入する手段と、上記容器の外部に
   該容器を挟んで対向配置され上記試料配置の空間
   に高周波プラズマ放電を励起する一対の第１の電
   極と、上記試料を挟んで離間対向配置され試料載
   置の空間に上記電極による電界方向と直交する方
   向に電界を印加する一対の第２の電極と、前記試
   料を挟んで離間対向配置され試料載置の空間に上
   記第２の電極による電界方向と平行な方向に磁場
   を印加する一対の永久磁石とを具備してなること
   を特徴とするドライエツチング装置。 ５ 前記第２の電極、は前記真空容器内に配置さ
   れ、その一方に前記試料が配設されるものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のド
   ライエツチング装置。 ６ 前記真空容器は、その外側に前記電極と共に
   電子反射板が設けられているものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のドライエツ
   チング装置。 ７ 前記第２の電極は、交流電圧に直流電圧を重
   畳して印加され、エツチング条件に応じてそのバ
   イアスが調整されるものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載のドライエツチング装
   置。 ８ 前記バイアスを調整する手段は、直流電圧を
   変えて行うものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第７項記載のドライエツチング装置。