JPH09184082A

JPH09184082A - 選択エッチング方法

Info

Publication number: JPH09184082A
Application number: JP8253319A
Authority: JP
Inventors: Donnie K Reinhard; ケイ．レインハードドニイ; Rabindra N Chakraborty; エヌ．チャクラボーティラビンドラ; Asmussen Jes; アスムッセンジェス; Paul D Goldman; ディー．ゴールドマンポール
Original assignee: Michigan State University MSU; Saint Gobain Norton Industrial Ceramics Corp
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc; Michigan State University MSU
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1997-07-15
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: CA2182342A1; US6077787A; DE69617350D1; CA2182342C; EP0764968A3; EP0764968B1; EP0764968A2; JP3375832B2; DE69617350T2

Abstract

(57)【要約】【課題】材料の予選択された最終厚さ、所定エッチン
グ深さ、及び均一又は所定のエッチングプロフィールを
比較的容易にかつ経済的に達成する。【解決手段】既存の適当なプラズマ発生装置を使用し
て、材料のエッチングを２つ以上の高周波モード間の逐
次スイッチングによって及び（又は）マイクロ波源から
のエッチングされる材料の表面の距離によって制御し、
図の曲線で示されたような所定又は均一エッチングプロ
フィールを達成する。これらの高周波モード及び（又
は）距離は、エッチングされる材料の表面の寸法、形状
に依存して選択される。プラズマ発生チャンバ内の６７
ｍＰａから１．３３３ｋＰａまでの圧力のガス媒体中で
発生したプラズマで材料をエッチングすることによって
エッチング速度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波、特にマイ
クロ波プラズマ反応器を使用して材料又は被加工物の表
面をエッチングする改善された方法に関する。特に、本
発明は、高いエッチング速度及びエッチングの改善され
た均一性を提供するためにダイヤモンドウェーハの表面
を約１．３３３ｋＰａより低い圧力で電子サイクロトロ
ン共振（以下、ＥＣＲと称する）プラズマエッチングす
ることを含むプラズマエッチングの改善された方法に関
する。このような成果は、特定ウェーハの表面幾何学形
に従ってプラズマ反応器内の共振高周波モードを時間的
に変化させることによって特に達成される。

【０００２】

【従来の技術】成長させたままの、すなわち、生の（ａ
ｓ−ｇｒｏｗｎ）自立ダイヤモンドウェーハは、種々の
程度の表面粗さ、反り、及びウェーハからウェーハへと
変動する厚さ変動を伴う。したがって、均一厚さかつ平
坦な表面を達成するには、事後処理が必要である。現在
のところ、ダイヤモンドウェーハは、機械的手段を使用
して均一厚さに研磨される。機械的方法は、良い結果を
達成するが、遅い。ダイヤモンド事後処理に対する種々
の代替方法がいままで調査されており、これらには次が
ある。すなわち、プラズマエッチング［Ｓ・Ｊ・ピーア
トン、Ａ・カッツ、Ｆ・レン、及びＪ・Ｒ・ローシャ
ン、エレクトロニックス・レターズ、２８、８２２、１
９２２年（Ｓ．Ｊ．Ｐｅａｒｔｏｎ，Ａ．Ｋａｔｚ，
Ｆ．Ｒｅｎ，ａｎｄＪ．Ｒ．Ｌｏｔｈｉａｎ，Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２８，８２２，
（１９９２））］、イオンビーム照射［Ｎ・Ｎ・エフル
モウ、Ｍ・Ｗ・ガイス、Ｄ・Ｃ・フレンダーズ、Ｇ・Ａ
・リンコルン、及びＮ・Ｐ・エコノムー、ジャーナル・
オフ・バキュム・サイアンス・テクノロジー、Ｂ、３、
４１６、１９８５年（Ｎ．Ｎ．Ｅｆｒｅｍｏｗ，Ｍ．
Ｗ．Ｇｅｉｓ，Ｄ．Ｃ．Ｆｌａｎｄｅｒｓ，Ｇ．Ａ．Ｌ
ｉｎｃｏｌｎ，ａｎｄＮ．Ｐ．Ｅｃｏｎｏｍｏｕ，
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，３，４１６
（１９８５））］、レーザプラニング［Ｍ・ヨシカワ、
ＳＰＩＥダイヤモンド・オプチックス、ＩＩＩ、１３２
５、２１０−２１７、１９９０年（Ｍ．Ｙｏｓｈｉｋａ
ｗａ，ＳＰＩＥＤｉａｍｏｎｄＯｐｔｉｃｓ，ＩＩ
Ｉ，１３２５，２１０−２１７（１９９０））］、及び
溶融金属を用いる拡散反応［Ｓ・ジン、Ｊ・Ｅ・グレー
ブナー、Ｔ・Ｈ・ティーフェル、及びＪＧＷ・カムロ
ット、ダイヤモンド及び関連材料、２、１０３８、１９
９３年（Ｓ．Ｊｉｎ，Ｊ．Ｅ．Ｇｒａｅｂｎｅｒ，Ｔ．
Ｈ．ＴｉｅｆｅｌａｎｄＪＧＷ．Ｋａｍｍｌｏｔ
ｔ，ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅ
ｒｉａｌｓ，２，１０３８（１９９３））］。ピーアト
ン他は、プラズマエッチングを使用する高い除去速度を
報告したが、均一性の問題には取り組まなかった。

【０００３】生のダイヤモンドウェーハは半径方向の厚
さ変動を有するがしかし角対称性を有し、これらはウェ
ーハからウェーハへと変動する。或るウェーハは中心で
最も厚く、或るものは縁で最も厚く、また或るものは縁
と中心との間の或る半径方向上の点で最も厚い。したが
って、所与のウェーハに関しての表面不規則性かつまた
ウェーハからウェーハへの表面不規則性と云うように均
一性が欠如している広い領域にわたって高いダイヤモン
ド除去速度又は高いエッチング速度を均一に達成するこ
とは、有意義な試みである。高速であり、大きな半径に
わたる均一なエッチングを施し、かつエッチングプロフ
ィールをエッチングされる各材料毎にカスタム化するこ
とを可能にする材料の研磨又はエッチング方法に対する
要求が依然存在する。

【０００４】アスムッセン（Ａｓｍｕｓｓｅｎ）他に発
行された米国特許第５，０８１，３９８号は、本発明の
方法に使用することのできる装置を記載している。関連
特許は、アスムッセン他に発行された米国特許第５，３
１１，１０３号、第４，５０７，５８８号、及び第４，
７２７，２９３号である。また、ロッペル（Ｒｏｐｐｅ
ｌ）他に発行された米国特許第４，６９１，６６２号
も、このような装置を記載している。本発明の方法は、
これらの特許に記載されたプラズマ技術を使用する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
ズマエッチングによって取り扱われつつある材料を横断
するエッチング速度プロフィールを制御する方法を提供
することにある。更に、本発明の目的は、特に高周波共
振空洞内の動作モードの適当な選択及び組合わせによっ
て、プラズマエッチングによる材料の予選択された最終
厚さ、及び（又は）集積回路に関するようなパターン化
構造の所定エッチング深さ及び均一又は所定エッチング
プロフィールを達成する方法を提供することにある。な
お更に、本発明の目的は、遂行するのが比較的容易でり
かつ経済的である方法を提供することにある。これら及
び他の目的は、次の説明及び添付図面を参照することに
よって一段と明白になる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、選択エッチン
グ方法に関し、この方法は次を含む。すなわち、材料の
表面をいかに選択エッチングするべきか決定するステッ
プ、閉込め空間内で高周波によって発生されるプラズマ
内にエッチングされる材料を供給するステップであっ
て、プラズマからのイオンと遊離基（ｆｒｅｅｒａｄ
ｉｃａｌｓ）とが材料の表面をエッチングすることがで
きるように表面をイオンと遊離基とに露出させることを
伴うステップ、イオンと遊離基とが表面をエッチングす
るように閉じ込め空間内にプラズマを発生するステッ
プ、及び材料の表面を選択エッチングするように表面に
おけるプラズマの特性を時間的に逐次変化させるステッ
プ。

【０００７】本発明は、また、次を含むエッチング方法
に関する。すなわち、材料の不規則表面上の異なる位置
をいかにエッチングするべきか決定するステップ、高周
波で活性化されるプラズマがガス媒体中に発生されるこ
とになっている閉込め空間内にエッチングされる材料を
供給するステップであって、プラズマからのイオンと遊
離基とが材料の表面をエッチングすることができるよう
に表面をイオンと遊離基とに露出させることを伴うステ
ップ、ガス媒体中にプラズマを発生しかつイオンと遊離
基とが表面をエッチングするようにイオンと遊離基とを
指向させるステップ、及びイオンと遊離基とが材料の表
面の決定された異なる位置をエッチングするように材料
の表面の位置に従ってチャンバ内の高周波の少なくとも
２つのモードを時間的に逐次選択するステップ。

【０００８】更に、本発明は、材料の表面の中心の回り
に同心隆起部分と同心くぼみ部分を有する材料の不規則
表面をより平坦にするために材料の不規則表面をプラズ
マエッチングする方法に関し、この方法は次を含む。す
なわち、高周波で活性化されるプラズマが発生されるこ
とになっている閉込め空間内にエッチングされる材料を
供給するステップ、材料をエッチングするイオンと遊離
基とをプラズマ内に発生するためにチャンバ内の約６７
ｍＰａ（０．５ｍｔｏｒｒ即ち５×１０^-3ｔｏｒｒ）か
ら１．３３３ｋＰａ（１０ｔｏｒｒ）までの圧力のガス
媒体中にプラズマを発生させるステップ、及び材料の不
規則表面をより平坦にするためにイオンと遊離基とが材
料の表面の中心の回りの材料の同心くぼみ部分よりも材
料の同心隆起部分をより速くエッチングするように材料
の同心隆起部分に従ってチャンバ内の高周波の少なくも
２つのモードを時間的に逐次選択するステップ。

【０００９】

【発明の実施例の形態】図２（２Ａ、２Ｂ）に示された
モードに対する電磁界パターンを考えると、電磁界の様
々の領域が励起モードと共に可なり変動することが判
る。その結果、放電ゾーンの上流領域において、プラズ
マ密度の空間的変動がモードと共に可なり変動する。低
圧ではプラズマ種（ｓｐｅｃｉｅｓ）の平均自由行程が
大きく、かつプラズマ内の不均一性が下流位置では大い
に改善される。しかしながら、約６７ｍＰａ（０．５ｍ
ｔｏｒｒ）より高い圧力をダイヤモンドのエッチングに
使用すると、プラズマ内の不均一性が部分的にエッチン
グ不均一性に寄与する。エッチングに対するモード選択
は、生ウェーハの厚さ不均一性を補償するように選択さ
れる。モードは、異なる速度でウェーハの異なる部分を
計画的にエッチングするように選択される。プラズマを
発生するチャンバから下流で、プラズマ均一性は、拡散
によってもまた制御される。

【００１０】本発明の１実施例において、可動短絡器を
用いて共振空洞の高さを変動させることによってモード
を変化させる。代替実施例においては、可変励起周波数
を使用してモードを選択する。更に、角度方向の非対称
性を除去するように励起電磁界を不規則位置決めするた
めに多重入力プローブを使用することができる。１つの
動作モードしか使用しないとき、ダイヤモンドの除去速
度は１００ｍｍ直径ウェーハ上で５μｍ／ｈより高く、
１００ｍｍ直径ウェーハを横断して標準偏差２９．７％
と云う均一性を持たらす。３つの動作モードを使用する
とき、６μｍ／ｈの速度で以て、均一性は６％標準偏差
に改善される。

【００１１】図１ａ及び１ｂは、本発明の方法に使用さ
れる好適プラズマ発生装置を示す。この装置の基本的構
造は、米国特許第４，５０７，５８８号、第４，７２
７，２９３号、第５，０８１，３９８号、及び第５，３
１１，１０３号に記載されている。この装置は、好適に
は、銅又は青銅製シリンダ１０を含みこのシリンダが形
成するマイクロ波共振空洞１１はこの空洞の長さを調節
する銅又は青銅製可動短絡器１２を備える。銅、青銅、
アルミニウム、銀、金、プラチナ、非磁製ステンレス鋼
等のような種々の非磁性材料をこの装置の構造に使用す
ることができる。銀めっき銅ブラシ１３がシリンダ１０
と電気的に接触を取る。ブラシ１３は、可動短絡器１２
の周に一帯に取り付けられている。しかしながら、図１
ａには２つのブラシだけしか示されていない。自己の軸
方向に移動可能の励起プローブ又はアンテナ１４は、空
洞１１内のマイクロ波エネルギーのインピーダンス同調
を施す。プローブ１４を、青銅又は銅導管２１によって
空洞１１の側壁内に取り付けるか又は上掲の米国特許第
４，５０７，５８８号他に示されたように端面取付け
（ｅｎｄｍｏｕｎｔ）することができる。プローブ１
４をその軸を空洞１１の半径方向に平行にしてこれに挿
入して、空洞１１内のプラズマ内への高周波結合を変動
させる。可動短絡器１２を空洞１１内で前進後退運動さ
せて、米国特許第４，５０７，５８８号に記載されたよ
うな従来の調節手段（図示されていない）を使用するロ
ッド２２によってマイクロ波を同調させるのを助援す
る。

【００１２】好適には丸い底を有する鉢に似た形をした
水晶皿すなわちチャンバ１５は、ステンレス鋼台板３０
と共にプラズマ領域１６を区画する。ガスは管１９によ
って円形リング１８内の吸入口２０へ供給され、次いで
これからプラズマ領域１６内へ流入する。オプショナル
に、冷却線路４２が配設され、これが台板３０を冷却す
る。真空チャンバ３５は、台板３０に接続されて、真空
システム（図示されていない）を使用してプラズマ領域
１６内に真空を生じる。チャンバ１５及びプラズマ領域
１６は、米国特許第５，０８１，３９８号に記載された
ような板３４Ａ上に取り付けられた磁石３４によって囲
まれる。磁石３４は、多重尖端ＥＣＲゾーンを発生す
る。材料４４（ダイヤモンドウェーハ）を支持する好適
には陽極酸化アルミニウムのウェーハ保持器４３は、真
空チャンバ３５内でプラズマ源より下の可変距離に配置
される。保持器４３は、プラズマ及び冷却線路５１、５
２に相対して負自己バイアスを発生するために高周波バ
イアス源５０を備える。負荷ポートカバー５３が真空チ
ャンバ３５に備わる。真空システム（図示されていな
い）は、ポート５４に接続される。

【００１３】好適実施例の方法において、エッチング
は、２．４５ＧＨｚの固定励起周波数及び３０．４８ｃ
ｍ（１２ｉｎｃｈｅｓ）の固定空洞１１直径を用いて動
作する市販のプラズマ発生装置（米国、ミシガン、プリ
マウス、ウェーブマット社のモデルＭＰＤＲ３２５ｉ
ＥＣＲプラズマ装置ソース（ＭｏｄｅｌＭＰＤＲ３
２５ｉＥＣＲＰｌａｓｍａＡｐｐａｒａｔｕｓ
Ｓｏｕｒｃｅ，ＷａｖｅｍａｔＩｎｃ，．Ｐｌｙｍｏ
ｕｔｈ，ＭＩ）を使用して遂行される。この装置の共振
モードは、可動短絡器１２を使用して空洞１１の高さを
同調させることによって選択される。強プラズマ発生領
域は、空洞１１を動作させている特定共振モードと磁石
３４の位置との相互作用によって決定される。プラズマ
は、好適には直径２５ｃｍの水晶皿すなわちチャンバ１
５内に生じる。プラズマを形成するガス媒体は、Ｓ
Ｆ₆、Ｏ₂、及びＡｒを種々の比で含む。マイクロ波電
力、ウェーハバイアス、圧力、及び３つの処理ガスのガ
ス組成流量は、エッチングされるウェーハの不規則性及
び寸法に従って変動させられる。好適実施例において
は、マイクロ波入力電力は５００から１１００Ｗ、ウェ
ーハ高周波バイアスは８５から１２０Ｖ、及び圧力は
０．４から１．３３Ｐａ（３〜１０ｍｔｏｒｒ）であ
る。約６７ｍＰａ（０．５ｍｔｏｒｒ）から1 ．３３３
ｋＰａ（１０ｔｏｒｒ）までの圧力及び直流約８５から
３００Ｖまでのバイアス電圧を使用することができる。
好適には、Ａｒ、ＳＦ₆及びＯ₂のガス流量を、それぞ
れ、６〜２４標準ｃｍ³／ｍｉｎ、１〜６標準ｃｍ³／
ｍｉｎ及び２〜４５標準ｃｍ³／ｍｉｎの範囲にわたっ
て変動させる。

【００１４】エッチング速度はウェーハバイアスに強く
依存し、これはエナージェテックイオンがエッチングプ
ロセス内で主要な役割を演じることを示す。アルゴンだ
けを使用するとき、非常に低いエッチング速度になり、
これは反応イオンエッチングがダイアモンド除去に主と
して当ることを示す。好適実施例においては、エッチン
グ速度は、Ｏ₂濃度を高めかつＳＦ₆濃度を低めるのに
伴って上昇し、これは主要なエッチング活動が酸素に起
因することを示す。しかしながら、ＳＦ₆がなければ、
部分酸化したダイヤモンドについて報告したもの［Ｋ・
タナカ、Ｔ・ディブロイ、及びＭ・アラム、ジャーナル
・オブ・マティリアルズ・リサーチ、５、２４８３、１
９９０年（Ｋ．Ｔａｎａｋａ，Ｔ．ＤｅｂＲｏｙ，ａｎ
ｄＭ．Ａｌａｍ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．５，２４
８３，（１９９０））］に類似した残留黒色表層がエッ
チング後のダイヤモンド表面に観察される。最小２標準
ｃｍ³／ｍｉｎのＳＦ₆を２８標準ｃｍ³／ｍｉｎの酸
素に対して含む（比１：１４）ことによって、このよう
な表層が形成されるのを防止する。

【００１５】エッチング速度がマイクロ波入力電力と共
に上昇することは、プラズマ密度が電力と共に高まると
云う事実と一致する。好適実施例では、エッチング速度
対圧力の最大値は、０．５３Ｐａ近くで起こる。プラズ
マ密度は圧力を低下させると共に高まる［Ｊ・ホプウッ
ド、Ｄ・Ｋ・レインハード、及びＪ・アスムッセン、ジ
ャーナル・オフ・バキュウム・サイアンス・テクノロジ
ー、Ａ、８、３１０３、１９９０年（Ｊ．Ｈｏｐｗｏｏ
ｄ，Ｄ．Ｋ．Ｒｅｉｎｈａｒｄ，ａｎｄＪ．Ａｓｍｕ
ｓｓｅｎ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，
８，３１０３，（１９９０）］。また、プラズマ電位、
したがって、入射イオンエネルギーは、約０．５３Ｐａ
より下へ圧力を低下させると増加する［Ｇ・キング他、
ジャーナル・オフ・バキュウム・サイアンス・テクノロ
ジー、Ａ、１０、１９９２年（Ｇ．Ｋｉｎｇ，ｅｔａ
ｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ，１
０，１２６５（１９９２））及びＦ・Ｃ・ツェー他、ジ
ャーナル・オフ・バキュウム・サイアンス・テクノロジ
ー、Ａ、１１、１２８９、１９９３年（Ｆ．Ｃ．Ｓｚ
ｅ，ｅｔａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ａ，１１，１２８９，（１９９３））］。エッチン
グ速度はプラズマ密度及びイオンエネルギーと共に上昇
するから、上掲の２つの効果の組み合わせがエッチング
速度対圧力の観察される最大値を生じる。エッチング速
度はガス相エッチング剤をダイヤモンドとの反応によっ
て欠乏させるほど充分に高くはないから、エッチング速
度は、ガスの所与の比に対して総流量の関数ではない。

【００１６】好適実施例において、除去速度は機械的方
法におけるより約１０から２０倍と高く、１００ｍｍ以
上の直径にわたり均一性を達成する。機械的研磨によっ
て要求されるよりも実質的に短い処理時間で以て２００
μｍまでを実績では除去している。エッチング速度を、
ウェーハの厚さの変動を補償するために下流における材
料の位置の関数として制御することができる。

【００１７】加えて、反応器の幾何学形をウェーハの中
心から縁へかけてのエッチングの降下率を制御するよう
に調節することができ、これはウェーハが中心で最も厚
いときに重要である。特に、反応器動作寸法及び下流ウ
ェーハ距離を変動させることができる。エッチング均一
性は、両極性拡散モデルに追従し、したがって、下流距
離及び反応器の口径２ｂの寸法によって決定される。均
一プラズマを与える拡散プロフィールは、ｎ（ｒ、ｚ）
に関する次の式から得られる。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここに、ｚ、ａ、及びｂは図１ａに示され
ており、及びｒは半径方向位置である。Ｎ₀はｚ＝０か
つｒ＝０における電荷密度である。Ｊ_nは、第１種ｎ次
ベッセル関数、及びｘ₀はＪ₀のｎ次ゼロである。量ｋ
は次で与えられる。

【００２０】

【数２】

【００２１】ここに、Ｄ_aは両極性拡散係数、及びｖ_i
は電離周波数である。下流距離を調整することで以てｂ
及びｚを変動することによって、ウェーハの中心から縁
にかけてのエッチング速度の降下率を調節することがで
きる。

【００２２】

【実施例】

実施例１：１００ｍｍ直径のダイヤモンドウェーハ
を、３０．５ｃｍ直径の共振空洞１１を備える図１ａ及
び１ｂに示されたプラズマ発生装置の２５．４ｃｍ直径
のベル形水晶皿であるチャンバ１５内でエッチングし
た。エッチング実行中に除去されたダイヤモンドの総
量、したがって、ウェーハを横断しての平均エッチング
速度を決定するには、エッチングの前、後でのウェーハ
の重量測定を使用する。エッチング均一性を評価するに
は、エッチングの前、後でのウェーハのマイクロメータ
測定を使用する。エッチング時間の１００％の間空洞１
１の高さを２３．７ｃｍに選択した共振モードで以て、
アルゴン、酸素、及び六ふっ化硫黄の混合物から形成さ
れたＥＣＲプラズマを用いてエッチングを遂行した。ウ
ェーハ上のバイアスは直流１１８Ｖであった。結果のエ
ッチング均一性上の標準偏差は２９％であった。

【００２３】実施例２：３つの異なるモードの混合、
明確に云えば、エッチング時間の４６％の間空洞１１の
高さ２３．７ｃｍ、エッチング時間の２７％の間空洞１
１の高さ２２．５ｃｍ、及びエッチング時間の２７％の
間空洞１１の高さ２４．８ｃｍにそれぞれ選択したモー
ドの混合で以て実施例１におけるのと同じウェーハをエ
ッチングした。バイアスは、直流１１８Ｖであった。図
１ｂに示された１８個の磁石でなく１２個の磁石であっ
た。その結果のエッチング均一性上の標準偏差は６％で
あった。

【００２４】空間的に不均一なプラズマ源からのプラズ
マ種の拡散についてのコンピュータシミュレーションが
実施された結果、混合モードエッチングを用いるとエッ
チング均一性が改善されることを示した。次の式は、プ
ラズマ源からのプラズマ種の下流距離に置かれたウェー
ハへの拡散を表す。

【００２５】

【数３】

【００２６】上式中のＤ_a、ｖ_i、及びｎ（ｒ、φ、
ｚ）は、それぞれ、両極拡散係数、電離周波数、及びイ
オン密度である。この両極性拡散式は円筒座標系内で数
値的に解かれ、かつ半径方向距離及び下流距離の関数と
してのプラズマ種濃度についての解が決定された。もし
エッチングを２５ｍｍの下流距離においてモード１を用
いて或る時間中遂行し、かつ１００ｍｍの下流距離にお
いてモード２を用いて或る時間中遂行するならば、これ
らのモードの１つのみを用いるエッチングから得られる
均一性よりも高いエッチング均一性を得ることができ
る。この実施例におけるモード１は、プラズマ密度が半
径方向距離と共に高まる空洞共振モードと圧力との組合
わせ、例えば、２．６７Ｐａのような比較的高い圧力で
のＴＥ_21nモードを表す。この実施例におけるモード２
は、空洞共振モードと圧力との組合わせ、例えば、０．
２７Ｐａのような比較的低い圧力でのＴＭ_01nモードを
表し、ここでプラズマ密度は半径方向距離に従って比較
的均一である。モード、圧力、及び下流距離を適当に選
択することで以て、エッチング均一性を向上する又は半
径距離に沿って材料を優先的に除去するのいずれかを施
すように、エッチング速度プロフィールを制御すること
ができる。各モードにおける動作時間、圧力、及び下流
距離もまた、重要な役割を演じる。図３は、モード１で
のプラズマ源における及び２５ｍｍ下流距離におけるプ
ラスマ種濃度を示し、及び図４はモード２でのプラズマ
源における及び１００ｍｍ下流距離におけるプラズマ種
濃度を示す。エッチング速度は、ウェーハ表面における
プラズマ種濃度に比例する。２００ｍｍ直径ウェーハを
取り上げて、図５は、モード１だけ、モード２だけ、及
び逐次モードの間のエッチング除去の比較を示す。ウェ
ーハ表面を横断しての高いエッチング均一性を示す逐次
モードエッチングプロフィールは、２５ｍｍの下流距離
において全エッチング時間の３０％の間モード１で、か
つ１００ｍｍの下流距離において全エッチング時間の７
０％の間モード２でエッチングすることから得られる。
エッチング速度上のパーセント変動は、モード１に対し
て２４．７％、モード２に対して３４．８％、及び逐次
モードに対して３．０％である。

【００２７】

【発明の効果】この方法は、電子実装目的用途に、及び
吸熱器及びバイトを含む種々の応用に使用される多数の
小ダイヤモンド片用途にダイヤモンドの表面をより平坦
にすることによって自立ダイヤモンドウェーハを仕上げ
るために有効である。この方法は、製品が依然不均一で
あるように不均一円板を横断してダイヤモンド層を均一
に除去することを可能にする。これは、被加工物内のダ
イヤモンド応力を制御するために重要であり、かつ他の
方法を使用しては不可能である。最後に、この方法は、
不均一製品からダイヤモンド層を均一に除去することを
可能にする。この方法は、ダイヤモンド製品の製造速度
を高める。

【００２８】本発明の上述の実施例の多数の変形が当業
者にとって明白である。上の説明は本発明の例証に過ぎ
ないこと及び本発明は添付の特許請求の範囲によっての
み限定されることを意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】前掲の米国特許第５，０８１，３９８号他に説
明されたかつ本発明の方法に使用されるプラズマ発生装
置を示す図であって、ａは垂直断面図、ｂはａの線Ａ−
Ａに沿う水平断面図である。

【図２】図１に示された装置の共振空洞１１の水平断面
内での種々の利用可能モードを示す電磁界強度分布図。

【図３】本発明の方法による選択エッチングに使用する
高周波単一モードのプラズマ種拡散を示すコンピュータ
シミュレーションしたグラフ図。

【図４】本発明の方法による選択エッチングに使用する
他の高周波単一モードのプラズマ種拡散を示すコンピュ
ータシミュレーションしたグラフ図。

【図５】本発明による選択エッチング用各単一モードと
逐次複数のモードにおけるエッチングプロフィールを比
較して示すコンピュータシミュレーションしたグラフ
図。

【符号の簡単な説明】

１１マイクロ波共振空洞１２可動短絡器１３銅めっきブラシ１４励起プローブ１５チャンバ１６プラズマ領域３４磁石４３ウェーハ保持器４４材料

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月２７日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドニイケイ．レインハードアメリカ合衆国ミシガン州イーストランシング，マーシャルストリート 526 (72)発明者ラビンドラエヌ．チャクラボーティアメリカ合衆国ミシガン州イーストランシング，スパータンビレッジ 1411 − アイ (72)発明者ジェスアスムッセンアメリカ合衆国ミシガン州オクモス，バイスロイ 3811 (72)発明者ポールディー．ゴールドマンアメリカ合衆国マサチューセッツ州マールボロ，セカンドロード 137

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）材料の表面をいかに選択エッチ
ングするべきか決定するステップ、（ｂ）閉込め空間内で高周波によって発生されるプラ
ズマ内にエッチングされる前記材料を供給するステップ
であって、前記プラズマからのイオンと遊離基とが前記
材料の表面をエッチングすることができるように前記表
面を前記イオンと前記遊離基とに露出させることを伴う
前記供給するステップ、（ｃ）前記イオンと前記遊離基とが前記表面をエッチ
ングするように前記閉じ込め空間内に前記プラズマを発
生するステップ、及び（ｄ）前記材料の前記表面を選択エッチングするよう
に前記表面における前記プラズマの特性を時間的に逐次
変化させるステップを含む選択エッチング方法。
【請求項２】請求項１記載の方法において、前記プラ
ズマがチャンバ内に発生されかつ前記材料の前記表面へ
指向させられ、及び前記表面の前記チャンバからの距離
が前記プラズマの特性の変化を図るために時間の関数と
して変動させられる、方法。
【請求項３】請求項１記載の方法において、前記プラ
ズマはチャンバ内に発生されかつ前記材料の前記表面へ
指向させられ、及び前記高周波の少なくとも２つのモー
ドが前記プラズマの特性の変化を図るために時間の関数
として前記チャンバ内に発生させられる、方法。
【請求項４】請求項１記載の方法において、前記プラ
ズマはチャンバ内に発生されかつ前記材料の前記表面へ
指向させられ、前記表面の前記チャンバからの距離が前
記プラズマの特性の変化を図るために時間の関数として
変動させられ、及び前記高周波の少なくとも２つのモー
ドが前記プラズマの特性の変化を図るために時間の関数
として前記チャンバ内に発生さられる、方法。
【請求項５】（ａ）材料の不規則表面上の異なる位
置をいかにエッチングするべきか決定するステップ、（ｂ）高周波で活性化されるプラズマがガス媒体中に
発生されることになっている閉込め空間内にエッチング
される前記材料を供給するステップであって、前記プラ
ズマからのイオンと遊離基とが前記材料の前記表面をエ
ッチングすることができるように前記表面を前記イオン
と前記遊離基とに露出させることを伴う前記供給するス
テップ、（ｃ）前記ガス媒体中にプラズマを発生しかつ前記イ
オンと前記遊離基とが前記表面をエッチングするように
前記イオンと前記遊離基とを指向させるステップ、及び（ｄ）前記イオンと前記遊離基とが前記材料の前記表
面の決定された異なる位置をエッチングするように前記
材料の前記表面の位置に従って前記チャンバ内の前記高
周波の少なくとも２つのモードを時間的に逐次選択する
ステップを含む方法。
【請求項６】請求項５記載の方法において、前記材料
がダイヤモンドである、方法。
【請求項７】請求項５記載の方法において、前記材料
が円板の形状をしている、方法。
【請求項８】請求項５記載の方法において、前記材料
がダイヤモンドのプラズマ援用気相化学成長から生じる
円板の形状をしているダイヤモンドである、方法。
【請求項９】請求項５記載の方法において、前記ガス
媒体が酸素を含む、方法。
【請求項１０】請求項５記載の方法において、前記ガ
ス媒体が六ふっ化硫黄と酸素とアルゴンとの混合物を含
む、方法。
【請求項１１】請求項５記載の方法において、前記高
周波がマイクロ波でありかつ前記モードがマイクロ波を
発生するためにチャンバ内でモード同調手段を運動させ
ることによって選択される、方法。
【請求項１２】請求項５記載の方法において、前記モ
ードが前記高周波の周波数を変動させることによって選
択される、方法。
【請求項１３】請求項５記載の方法において、前記ガ
ス媒体が六ふっ化硫黄と酸素とを含む、方法。
【請求項１４】請求項５記載の方法において、前記材
料のエッチングを定式化するためにイオンエネルギーを
増大するように電圧バイアスが前記プラズマの外側に位
置決めされた材料に対する導電性支持体に印加される、
方法。
【請求項１５】請求項５記載の方法において、前記プ
ラズマ源からの前記材料の表面の距離が前記モードと共
に変動させられる、方法。
【請求項１６】中心の回りに同心隆起部分と同心くぼ
み部分とを有する材料の不規則表面をより平坦にするた
めに前記材料の前記不規則表面をプラズマエッチングす
る方法であって、（ａ）高周波で活性化されるプラズマがガス媒体中に
発生されることになっている閉込め空間内にエッチング
される前記材料を供給するステップ、（ｂ）前記材料をエッチングするイオンと遊離基とを
前記プラズマ内に発生するためにチャンバ内の約６７ｍ
Ｐａから1 ．３３３ｋＰａまでの圧力の前記ガス媒体中
に前記プラズマを発生させるステップ、及び（ｃ）前記材料の前記不規則表面をより平坦にするた
めに前記イオンと前記遊離基とが前記中心の回りの前記
材料の前記同心くぼみ部分よりも前記材料の前記同心隆
起部分をより敏速にエッチングするように前記材料の前
記同心隆起部分に従って前記チャンバ内の前記高周波の
少なくも２つのモードを時間的に逐次選択するステップ
を含む方法。
【請求項１７】請求項１６記載の方法において、前記
材料がダイヤモンドである、方法。
【請求項１８】請求項１６記載の方法において、前記
材料が円板の形状をしている、方法。
【請求項１９】請求項１６記載の方法において、エッ
チング用前記ガス媒体が六ふっか硫黄の１から６標準ｃ
ｍ³／ｍｉｎの流量、酸素の２から４５標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量、及びアルゴンの６から２４標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量で六ふっ化硫黄と、酸素と、アルゴンとの混
合物を含む、方法。
【請求項２０】請求項１６記載の方法において、前記
材料がダイヤモンドのプラズマ援用気相化学成長から生
じる円板の形状をしているダイヤモンドである、方法。
【請求項２１】請求項２０記載の方法において、エッ
チング用前記ガス媒体が六ふっか硫黄の１から６標準ｃ
ｍ³／ｍｉｎの流量、酸素の２から４５標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量、及びアルゴンの６から２４標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量での六ふっ化硫黄と、酸素と、アルゴンとの
混合物である、方法。
【請求項２２】請求項１６記載の方法において、前記
チャンバ内に３つの別々の時間的に逐次選択されたモー
ドが存在する、方法。
【請求項２３】請求項１６記載の方法において、前記
モードが高周波を発生するためにチャンバ内でモード同
調手段によって選択される、方法。
【請求項２４】請求項１６記載の方法において、前記
高周波がマイクロ波であり、かつ前記モードが前記マイ
クロ波の周波数を変動させることによって選択される、
方法。
【請求項２５】請求項１６記載の方法において、エッ
チング用前記ガス媒体が六ふっか硫黄の１から６標準ｃ
ｍ³／ｍｉｎの流量、酸素の２から４５標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量、及びアルゴンの６から２４標準ｃｍ³／ｍ
ｉｎの流量での六ふっ化硫黄と、酸素と、アルゴンとの
混合物である、方法。
【請求項２６】請求項２５記載の方法において、前記
材料がエッチングされるダイヤモンドである、方法。
【請求項２７】請求項２６記載の方法において、前記
ダイヤモンドが円板の形状をしている、方法。
【請求項２８】請求項１６記載の方法において、前記
材料のエッチングを定式化するためにイオンエネルギー
を増大するように電圧バイアスが前記プラズマの外側に
位置決めされた材料に対する導電性支持体に印加され
る、方法。
【請求項２９】請求項２８記載の方法において、前記
電圧バイアスが約５０から３００Ｖまでの直流電圧を本
質的に誘導する高周波バイアスである、方法。
【請求項３０】請求項１６記載の方法において、前記
プラズマ源からの前記材料の前記表面の距離が前記モー
ドと共に変動させられる、方法。