JPH0945671A - エッチング装置 - Google Patents
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Abstract
型軽量、メンテナンス性の高いエッチング方法と装置を
作製することを目的とする。 【構成】 攪拌電界系150を基板の周りに配置して、
高周波、中周波、低周波の攪拌電源152、攪拌電極1
51、増幅器153、位相制御器154を具備して電子
あるいはイオンを攪拌することで、反応ガスの活性化を
助長させプラズマ密度を均一化し、エッチング速度とエ
ッチングレートの均一性を高める。
Description
ライエッチングを行うためのエッチング装置およびエッ
チング方法に関する。
造を可能にするためにドライエッチング技術は、必要不
可欠であり、反応性イオンエッチング(略称RIE)や
マグネトロンRIE、電子サイクロトロン共鳴(略称E
CR)を利用したエッチング方法ならびにエッチング装
置がある。
式図である。真空容器1には、ガス流量制御器2を通し
て反応用ガス3が導入され、排気流量制御用弁4と排気
系5によって適切な圧力に保持される。真空容器1の中
にはアノード(陽極)6とカソード(陰極)7が設置さ
れている。カソード7には基板8を保持するための基板
台の役目もある。カソード7には、整合器9を介して高
周波電源10に接続されていて、アノード6とカソード
7の間で高周波放電を起こすことが出来る。真空容器1
の外側には位相の異なる対抗する電磁石11が配置され
ており、高真空中での放電を容易にしている。
ロンRIEや電子サイクロトロン共鳴を利用したエッチ
ング方法やエッチング装置では基板が6インチφや6イ
ンチ角程度の大きさであれば問題は少ないが、8イン
チ、10インチ、12インチ更にそれ以上の大きさの基
板に対しては、マグネトロンRIEでは電子がドリフト
して戻るという本来のマグネトロン放電になっておらず
いわゆる電子のたまりが生じ、基板全域に渡ってプラズ
マ密度を均一にする事が難しく、プラズマ密度の偏りが
発生し、その偏りによって酷い場合はイオン損傷等によ
って試料を部分的に破損してしまうことが多く、特に薄
いゲート酸化膜などが損傷を受けやすい。また、ECR
式では、ECR条件用の磁場コイルを用いるために基板
が大型化していくと装置の巨大化、重量化が否めない。
また、ガスをプラズマ放電内で攪拌することができな
いためにプラズマ放電内に導入するガスの流れとプラズ
マ放電内から排気することを精密に制御する必要がある
ためにガスの導入方法および排気方法に格段の精密さが
要求され、装置を複雑にかつ大きくすることになってい
た。
ッチング装置において、基板面に対して垂直に電界が印
加されるように配置された電極の他に、基板面に対して
平行に電界が印加されるような電極も配置し、低周波電
界を基板面と平行に印加した場合は電子もイオンもその
電界に追従し動き、高周波電界を基板面と平行に印加し
た場合は電子はその電界に追従しうるがイオンは追従で
きないような現象となること利用してプラズマ中の電子
やイオンを基板面と平行な方向で単に電子をドリフトさ
せるのではなく電子のみあるいは電子とイオン双方を攪
拌し、それによって基板面全域でのプラズマ密度の均一
性を向上させ8インチ以上の基板に対しても均一なエッ
チングを可能とし、さらにプラズマの偏りによる基板の
破損を減少させるようなエッチング方法とそれを実現さ
せるための装置を小型化、軽量化できうる構成をしてい
る。
波数発生器とその発生した周波数を増幅するための増幅
器と他の電極に接続されている周波数発生器との位相を
制御するための位相制御器とから構成されている。例え
ば4つの電極の場合で2組の平行平板型電極を直交して
設け、この2組の電極からリサージュ波形を有する高周
波電界を印加させることによって、主に電子を攪拌する
ことで反応ガスの活性化を助長させプラズマ密度を均一
化しエッチング速度とエッチングの均一性の向上を得る
ものである。また6つの電極の場合ではその電極を6角
形に配置しその中の向かい合う1組の電極には高周波電
界を印加し他の4つの電極には位相をずらした低周波電
界を印加することで、高周波電界で電子を基板面と平行
な方向に動かし、低周波電界によって正イオンならびに
負イオンを基板面と平行な方向に動かし電子とイオンを
攪拌することで反応ガスの活性化を助長させプラズマ密
度を均一化しエッチング速度とエッチングの均一性の向
上を得るものである。この攪拌用の基板面に平行な方向
に電界を印加するための電極は2つ以上であれば理論的
にはいくつでよい、またその数は偶数個でも奇数個でも
かまわないことは当然である。また、ECRのごとき磁
場コイルを必要とせず小型軽量の構成にすることができ
る。
方向に正イオンを加速することいがいに電子・イオン攪
拌用の基板面に平行な方向に電界を印加するための電極
の外側に、基板面と平行な方向に磁界を印加することで
正イオンをローレンツ力によって基板面に垂直方向に加
速する力が働き更に効果的に反応ガスの活性化を助長さ
せプラズマ密度を均一化しエッチング速度とエッチング
の均一性の向上を得ることができる。特に磁界を回転磁
界として基板面に平行な電界も回転磁界の回転に同期す
る周波数と位相にするとその効果は大きい。また、EC
R条件に用いるような大きく重量のある磁場コイルは必
要とせず、小型軽量の構成にすることができる。
ように反応性ガスの流れを基板表面にてどのように流す
かを精密にコントロールしなくとも、電界または磁界あ
るいは電界+磁界によってイオン、電子を攪拌しプラズ
マ密度を均一にすることでひいてはガス自体を攪拌する
ことと同様のことが可能なために、ガスの導入方法や排
気方法に制限が少ない。そのために、磁気浮上型ターボ
ポンプのようにポンプの取付け位置が上向きでも下向き
でも横でも斜めでもよいようなポンプを使用する場合
は、メンテナンス性の高い場所に取りつけることが可能
であり、装置が故障などした場合の、いわゆる装置の停
止時間を大幅に短縮できる。また、ガスの導入に関して
も、今までのようにアノードあるいはカソードに複雑な
ガス導入用の構造を用いる必要もない。もちろん、ガス
の導入および排気を精密にコントロールすればさらによ
いことは言うまでもない。
ンバーや廊下型マルチチャンバーへ応用することも容易
である。マルチチャンバーへ応用する場合は、反応室と
してエッチング室、アッシング室、成膜室を備えた装置
にする事で、フォトリソ工程によってパターニングされ
たレジストをマスクとしてエッチング室において膜をエ
ッチングし、アッシング室にてレジストを除去し、成膜
室にて別の膜をパターニングされた膜の上に成膜するこ
とができるために、所望のパターンの上が清浄表面のう
ちに成膜することできるために、膜と膜の界面の清浄度
が重要となる半導体製造工程では特に有効である。アッ
シング後に別の膜を成膜する前に、パターニングされた
膜の表面をスパッタクリーニングを行った後に成膜をす
ると、その上に成膜する膜の密着性も向上する。また、
アッシング後に別の膜を成膜する前に、パターニングさ
れた膜に対して水素アニールを熱またはプラズマあるい
は熱+プラズマで行うことでダングリングボンドの如き
欠陥をターミネートし、その後に窒化膜の如き緻密な膜
を成膜することで、いわゆる水素抜けなどがないものを
作製することができる。
基板面に平行に電界を印加できる複数の電極あるいはさ
らに基板に平行に磁界を印加できる手段をあわせもつエ
ッチングを行うことでことで効果的に反応ガスの活性化
を助長させプラズマ密度を均一化しエッチング速度とエ
ッチングの均一性の向上を得ることができる。また、そ
の手段が小型軽量であるために装置を小型化することが
可能であり、電界または電界+磁界によってガスを攪拌
するためにメンテナンス性が高く、複雑な構造を必要と
しない装置を構成できる。
す。図2のX−Yで切った断面を図3に示してある。真
空容器110にはガス導入系120、排気系130、エ
ッチング電源140、攪拌電界系150、攪拌磁界系1
60が備わっている。
ガス導入口121があり流量制御器122を通して反応
ガス導入される。流量制御器122としては、マスフロ
ーコントローラーやニードルバルブなどが用いられる。
ガス導入口121を通った反応ガスはガス噴出小穴12
3を通って反応空間170に均一になるように噴出され
る。均一に噴出するためには、ガス噴出小穴123があ
るアノード124内にて、ガスを拡散させるようにして
ある。
にて均一に流れるようにガス導入系120から導入され
た反応ガスを均一に排気するように、基板180の周囲
に配置させた排気口131と、排気口131を通って排
気されるガスの流量を制御することで反応空間170の
圧力をほぼ一定に保つための排気流量制御弁132が接
続されている。排気流量制御弁132としては、バタフ
ライバルブ、可変オリフィス、ニードルバルブなどコン
ダンクタンスを可変できるものを用いる。排気流量制御
弁132には、排気ポンプ133が接続されガスを引い
ている。排気ポンプとしては、ターボポンプ、メカニカ
ルポンプ、ロータリーポンプ、スクリューポンプ等、使
用するガスの種類、使用するガスの流量、反応圧力、使
用するガスの腐食性、バックグランド圧力等を考えて様
々な真空ポンプの中からその目的に合ったものを選ぶ必
要がある。
保持台も兼ねるカソード(陰極)141と整合器142
を介してカソード電源143が接続されている。カソー
ド電源143としては、13.56MHzなどの周波数
の高周波電源、1MHz以下の中周波電源や1kHz以
下の低周波電源等が用いられる。どの電源を用いた場合
も、反応空間170で発生したイオンを基板表面に導く
ことをその目的としている。
備えており本実施例では攪拌電極151として電極a1
51a、電極b151b、電極c151c、電極d15
1dの4つがある。攪拌電極151には、攪拌電源15
2が増幅器153を介して接続されている。攪拌電源1
52と増幅器153は一体となった電源をしようしても
よいが、本実施例では攪拌電源152の周波数を幅広く
変化させるためにいわゆるファンクションジェネレータ
ー(周波数発生器)を用いるために増幅器153が必要
である。攪拌電源152は、攪拌電極151のそれぞれ
の電極である電極a151a、電極b151b、電極c
151c、電極d151dに対応して周波数発生器a1
52a、周波数発生器b152b、周波数発生器c15
2c、周波数発生器d152dを用いた。それぞれの周
波数発生器の周波数帯域は0〜15MHzのものを用い
た。増幅器153も、それぞれの電極、周波数発生器に
対応してアンプa153a、アンプb153b、アンプ
c153c、アンプd153dからなる。攪拌電源15
2のそれぞれの位相差に関係付けが必要な場合にその位
相を制御するための位相制御器154が攪拌電源152
に接続されておりそれぞれの周波数発生器に対応してフ
ェーズシフターa154a、フェーズシフターb154
b、フェーズシフターc154c、フェーズシフターd
154dが接続されている。
磁石161を用いており磁石161としては電磁石a1
61a、電磁石b161b、電磁石c161c、電磁石
d161dを使用している。
介して入った反応ガスはアノード124の中で拡散され
てガス噴出噴出小穴123から反応空間170へ導かれ
る。反応空間170から基板180表面へ達した反応ガ
スは排気口131へ流れ、排気ポンプ133と排気口1
31との間にある排気流量制御弁132のコンダクタン
スを制御することで反応空間170の圧力は所望の圧力
に保持される。
グ7059ガラス150mm×150mm×1.1m
m、200mm×200mm×1.1mm、350mm
×350mm×1.1mm、500mm×500mm×
1.1mm、の上にa−Siを2μm成膜したものを用
いて、エッチングの均一性、形状を比較した。ガスとし
てはSF6とCl2の混合ガスを用いた。ガスの比率と
しては、SF6/Cl2=2/8〜10/0の間で行っ
た。
サイズに対応して200mm×200mm、250mm
×250mm、400mm×400mm、550mm×
550mmの4サイズを用いた。 カソード電源143
としては13.56MHzの高周波電源と500kHz
の中周波電源を用いた。電源のパワーとしては0.1〜
3 W/cm2 の間で行い、カソード141とアノード
124の距離は70mmに固定して行った。
約75リットルあり、反応圧力を50〜300mTor
rに調整できるようにするために1800リットル/s
の排気速度のものを用いた。反応ガスを含めたガスの総
流量を約500〜2000SCCMとした。
位相が90°づつずれるように各フェーズシフターを制
御した。周波数発生器は1kHzと5MHzで行った。
1 kHzではイオンを平面内にて攪拌する効果をみるた
めであり、5MHzは電子を平面ないにて攪拌する効果
をみるためである。攪拌するための電力としては0.0
3〜1 W/cm2 にて行った。
壁で2000ガウスで中央部にいくほど指数関数的に減
少して基板上では最大100ガウス程度になる磁界を電
磁石にて静磁界と回転磁界を発生させた。結果的には回
転磁界の方が若干効果が大きいが、静磁界でも磁界がな
いよりかなり効果があるので、装置の大きさ等を考慮し
て静磁界でよいときは電磁石ではなく永久磁石でもよ
い。
チング形状はほとんどがエッチング電源140の条件と
反応ガス比によって決定してしてしまい攪拌電界系15
0と攪拌磁界系160の効果は見えなかった。異方性エ
ッチングを行うための典型的な条件としては、SF6 =
1000SCCM、Cl2 =250SCCM、圧力20
0mTorr、カソード電源周波数13.56MHzで
電力0.8W/cm2のときにa−Siのエッチングレ
ートが平均6200Å/分であった。
攪拌電界系150と攪拌磁界系160の効果が見られ
た。表1に、その効果をエッチングレートの基板面内バ
ラツキとして表す。
ツキ表のに表したデータは攪拌電界系150としては、
隣合う電極の位相が90°づつずれるように各フェーズ
シフターを制御し、周波数発生器は5MHzで行っ
た。。攪拌電源152電力としては0.5W/cm2 に
て行った。周波数1kHzの場合は、余りよい効果は見
られなかった、これは混合ガス系の場合には、イオンの
種類、質量が大きく異なるために、エッチングの化学的
効果を落とすためであり、一元系のガスを用いる場合は
大きな効果がある。
150の効果の大きいことがわかる。特に150mm□
基板では大きな差は、見受けられないが、基板が200
mm□以上に大きくなると著しくその効果がわかる。ま
た、500mm□の基板の全面にMOSトランジスタが
搭載された2インチφSiウェハを置いて、本実施例の
反応ガスの代わりに、ヘリウムガスを用いて、プラズマ
を発生させ、基板を取り出してトランジスタの絶縁破壊
した素子の数を測定したところ、攪拌電界系150があ
る場合は、無い場合に比較して破壊された素子数が約1
/2しかなく、プラズマ密度の偏りによるイオン損傷が
小さいことがわかる。
排気系において、ガスの流れを精密にコントロールした
系を用いたが、実施例2では図4、図5に示すような装
置を用いた。図4のX−Yで切った断面を図5に示して
ある。真空容器210にはガス導入系220、排気系2
30、エッチング電源240、攪拌電界系250、攪拌
磁界系260が備わっている。
ガス導入口221があり流量制御器222を通して反応
ガス導入される。流量制御器222としては、マスフロ
ーコントローラーやニードルバルブなどが用いられる。
ガス導入口221を通った反応ガスはガス噴出小穴22
3を通って反応空間270に噴出される。特に均一に噴
出するための処理はされていない。
導入された反応ガスを排気するように、基板280の横
に配置させた排気口231と、排気口231を通って排
気されるガスの流量を制御することで反応空間270の
圧力をほぼ一定に保つための排気流量制御弁232が接
続されている。しかしながら、特に基板表面でガスが均
一に流れるように基板周囲に排気口を設けていない。排
気流量制御弁232としては、バタフライバルブ、可変
オリフィス、ニードルバルブなどコンダンクタンスを可
変できるものを用いる。排気流量制御弁232には、排
気ポンプ233が接続されガスを引いている。排気ポン
プとしては、ターボポンプ、メカニカルポンプ、ロータ
リーポンプ、スクリューポンプ等、使用するガスの種
類、使用するガスの流量、反応圧力、使用するガスの腐
食性、バックグランド圧力等を考えて様々な真空ポンプ
の中からその目的に合ったものを選ぶ必要がある。
保持台も兼ねるカソード(陰極)241と整合器242
を介してカソード電源243が接続されている。カソー
ド電源243としては、13.56MHzなどの周波数
の高周波電源、1MHz以下の中周波電源や1kHz以
下の低周波電源等が用いられる。どの電源を用いた場合
も、反応空間270で発生したイオンを基板表面に導く
ことをその目的としている。
備えており本実施例では攪拌電極251として電極a2
51a、電極b251b、電極c251c、電極d25
1dの4つがある。攪拌電極251には、攪拌電源25
2が増幅器253を介して接続されている。攪拌電源2
52と増幅器253は一体となった電源を使用してもよ
いが、本実施例では攪拌電源252の周波数を幅広く変
化させるために、いわゆるファンクションジェネレータ
ー(周波数発生器)を用いることができるように、増幅
器253が必要である。攪拌電源252は、攪拌電極2
51のそれぞれの電極である電極a251a、電極b2
51b、電極c251c、電極d251dに対応して周
波数発生器a252a、周波数発生器b252b、周波
数発生器c252c、周波数発生器d252dを用い
た。それぞれの周波数発生器の周波数帯域は0〜15M
Hzのものを用いた。増幅器253も、それぞれの電
極、周波数発生器に対応してアンプa253a、アンプ
b253b、アンプc253c、アンプd253dから
なる。攪拌電源252のそれぞれの位相差に関係付けが
必要な場合にその位相を制御するための位相制御器25
4が攪拌電源252に接続されておりそれぞれの周波数
発生器に対応してフェーズシフターa254a、フェー
ズシフターb254b、フェーズシフターc254c、
フェーズシフターd254dが接続されている。
磁石261を用いており磁石261としては電磁石a2
61a、電磁石b261b、電磁石c261c、電磁石
d261dを使用している。
介して入った反応ガスはアノード224の中で拡散され
てガス噴出噴出小穴223から反応空間270へ導かれ
る。反応空間270から基板280表面へ達した反応ガ
スは排気口231へ流れ、排気ポンプ233と排気口2
31との間にある排気流量制御弁232のコンダクタン
スを制御することで反応空間270の圧力は所望の圧力
に保持される。
グ7059ガラス150mm×150mm×1.1m
m、200mm×200mm×1.1mm、350mm
×350mm×1.1mm、500mm×500mm×
1.1mm、の上にa−Siを2μm成膜したものを用
いて、エッチングの均一性、形状を比較した。ガスとし
てはSF6 とCl2 の混合ガスを用いた。ガスの比率と
しては、SF6 /Cl2=2/8〜10/0の間で行っ
た。
サイズに対応して200mm×200mm、250mm
×250mm、400mm×400mm、550mm×
550mmの3サイズを用いた。 カソード電源243
としては13.56MHzの高周波電源と500kHz
の中周波電源を用いた。電源のパワーとしては0.1〜
3 W/cm2 の間で行い、カソード241とアノード
224の距離は70mmに固定して行った。
約75リットルあり、反応圧力を50〜300mTor
rに調整できるようにするために1800リットル/s
の排気速度のものを用いた。反応ガスを含めたガスの総
流量を約500〜2000SCCMとした。
位相が90°づつずれるように各フェーズシフターを制
御した。周波数発生器は1kHzと5MHzで行った。
1 kHzではイオンを平面内にて攪拌する効果をみるた
めであり、5MHzは電子を平面ないにて攪拌する効果
をみるためである。攪拌するための電力としては0.0
3〜1 W/cm2 にて行った。
壁で2000ガウスで中央部にいくほど指数関数的に減
少して基板上では最大100ガウス程度になる磁界を電
磁石にて静磁界と回転磁界を発生させた。結果的には回
転磁界の方が若干効果が大きいが、静磁界でも磁界がな
いよりかなり効果があるので、装置の大きさ等を考慮し
て静磁界でよいときは電磁石ではなく永久磁石でもよ
い。。
チング形状はほとんどがエッチング電源240の条件と
反応ガス比によって決定してしてしまい攪拌電界系25
0と攪拌磁界系260の効果は見えなかった。異方性エ
ッチングを行うための典型的な条件としては、SF6 =
1000SCCM、Cl2 =250SCCM、圧力20
0mTorr、カソード電源周波数13.56MHzで
電力0.8W/cm2のときにa−Siのエッチングレ
ートが平均6000Å/分であった。
攪拌電界系250と攪拌磁界系260の効果が見られ
た。その効果をエッチングレートの基板面内バラツキと
して、表2に示す。
しては、隣合う電極の位相が90°づつずれるように各
フェーズシフターを制御し、周波数発生器は5MHzで
行った。。攪拌電源252電力としては0.5W/cm
2 にて行った。周波数1kHzの場合は、余りよい効果
は見られなかった、これは混合ガス系の場合には、イオ
ンの種類、質量が大きく異なるために、エッチングの化
学的効果を落とすためであり、一元系のガスを用いる場
合は大きな効果がある。
250の効果の大きいことがわかる。特に150mm□
基板では大きな差は、見受けられないが、基板が200
mm□以上に大きくなると著しくその効果がわかる。し
かしながら、全くガスの流れを考慮しない本実施例のよ
うな場合は、攪拌電界の効果は大きいが、基板内のエッ
チングレートの均一性が500mm□内で±15%を上
回っており、実際にはある程度のガス流の流し方を制御
する必要がある。ただ、基板サイズ、装置サイズが大き
くなっていった場合に装置の設計マージンは、攪拌電界
系250がある方が広いことは確かである。また、50
0mm□の基板の全面にMOSトランジスタが搭載され
た2インチφSiウェハを置いて、本実施例の反応ガス
の代わりに、ヘリウムガスを用いて、プラズマを発生さ
せ、基板を取り出してトランジスタの絶縁破壊した素子
の数を測定したところ、攪拌電界系250がある場合
は、無い場合に比較して破壊された素子数が約1/2し
かなく、プラズマ密度の偏りによるイオン損傷が小さい
ことがわかる。
施例は実施例1の図2で示された真空容器が四角形をも
とにしているが、それが五角形になっている。真空容器
310には、攪拌電界系、攪拌磁界系が備わっている。
図示していないが、実施例1と同様にエッチング電源、
ガス導入系、排気系が具備されている。
入口があり流量制御器を通して反応ガス導入される。流
量制御器としては、マスフローコントローラーやニード
ルバルブなどが用いられる。ガス導入口を通った反応ガ
スはガス噴出小穴を通って反応空間に均一になるように
噴出される。均一に噴出するためには、ガス噴出小穴が
あるアノード内にて、ガスを拡散させるようにしてあ
る。
れるようにガス導入系から導入された反応ガスを均一に
排気するように、基板の周囲に配置させた排気口と、排
気口を通って排気されるガスの流量を制御することで反
応空間の圧力をほぼ一定に保つための排気流量制御弁が
接続されている。排気流量制御弁としては、バタフライ
バルブ、可変オリフィス、ニードルバルブなどコンダン
クタンスを可変できるものを用いる。排気流量制御弁に
は、排気ポンプが接続されガスを引いている。排気ポン
プとしては、ターボポンプ、メカニカルポンプ、ロータ
リーポンプ、スクリューポンプ等、使用するガスの種
類、使用するガスの流量、反応圧力、使用するガスの腐
食性、バックグランド圧力等を考えて様々な真空ポンプ
の中からその目的に合ったものを選ぶ必要がある。
も兼ねるカソード(陰極)341と整合器を介してカソ
ード電源が接続されている。カソード電源としては、1
3.56MHzなどの周波数の高周波電源、1MHz以
下の中周波電源や1kHz以下の低周波電源等が用いら
れる。どの電源を用いた場合も、反応空間で発生したイ
オンを基板表面に導くことをその目的としている。
おり本実施例では攪拌電極351として5つの電極があ
る。攪拌電極351には、攪拌電源352が増幅器35
3を介して接続されている( 図面には一組しか示してい
ないが、5つの電極全てに接続されている)。攪拌電源
352と増幅器353は一体となった電源をしようして
もよいが、本実施例では攪拌電源352の周波数を幅広
く変化させるためにいわゆるファンクションジェネレー
ター(周波数発生器)を用いるために増幅器353が必
要である。攪拌電源352は、攪拌電極351のそれぞ
れの電極である電極に対応して周波数発生器が用いられ
ている。それぞれの周波数発生器の周波数帯域は0〜1
5MHzのものを用いた。攪拌電源352のそれぞれの
位相差に関係付けが必要な場合にその位相を制御するた
めの位相制御器354が攪拌電源352に接続されてい
る。
磁石361を用いており磁石361としては図に示すよ
うに5つの電磁石を用いている。
反応ガスはアノードの中で拡散されてガス噴出噴出小穴
から反応空間へ導かれる。反応空間から基板表面へ達し
た反応ガスは排気口へ流れ、排気ポンプと排気口との間
にある排気流量制御弁のコンダクタンスを制御すること
で反応空間の圧力は所望の圧力に保持される。
ハ6インチφ、8インチφ、12インチφの上にAlを
2μm成膜したものを用いて、エッチングの均一性、形
状を比較した。ガスとしてはSiCl4 、Cl2 、BC
l3 の混合ガスを用いた。ガスの比率としては、SiC
l4 /Cl2 /BCl3 =1/1/4〜3/1/15の
間で行った。
サイズに対応して180mmφ、230mmφ、350
mmφの3サイズを用いた。 カソード電源としては1
3.56MHzの高周波電源と500kHzの中周波電
源を用いた。電源のパワーとしては0.1〜3 W/c
m2 の間で行い、カソード341とアノードの距離は7
0mmに固定して行った。
リットルあり、反応圧力を50〜300mTorrに調
整できるようにするために1800リットル/sの排気
速度のものを用いた。反応ガスを含めたがすの総流量を
約500〜2000SCCMとした。
72°づつずれるように各フェーズシフターを制御し
た。周波数発生器は1kHzと5MHzで行った。1 k
Hzではイオンを平面内にて攪拌する効果をみるためで
あり、5MHzは電子を平面ないにて攪拌する効果をみ
るためである。攪拌するための電力としては0.03〜
1 W/cm2 にて行った。
壁で2000ガウスで中央部にいくほど指数関数的に減
少して基板上では最大100ガウス程度になる磁界を電
磁石にて静磁界と回転磁界を発生させた。結果的には回
転磁界の方が若干効果が大きいが、静磁界でも磁界がな
いよりかなり効果があるので、装置の大きさ等を考慮し
て静磁界でよいときは電磁石ではなく永久磁石でもよ
い。。
グ形状はほとんどがエッチング電源の条件と反応ガス比
によって決定してしてしまい攪拌電界系と攪拌磁界系の
効果は見えなかった。異方性エッチングを行うための典
型的な条件としては、SiCl4 =80SCCM、Cl
2 =80SCCM、BCl3 =720SCCM、圧力1
00mTorr、カソード電源周波数13.56MHz
で電力1.5W/cm2 のときにAlのエッチングレー
トが平均5000Å/分であった。
攪拌電界系と攪拌磁界系の効果が見られた。その効果を
エッチングレートの基板面内バラツキとして表3に示
す。
は、隣合う電極の位相が72°づつずれるように各フェ
ーズシフターを制御し、周波数発生器は5MHzで行っ
た。。攪拌電源352電力としては0.5W/cm2 に
て行った。周波数1kHzの場合は、余りよい効果は見
られなかった、これは混合ガス系の場合には、イオンの
種類、質量が大きく異なるために、エッチングの化学的
効果を落とすためであり、一元系のガスを用いる場合は
大きな効果がある。
効果の大きいことがわかる。特に6インチφ基板では大
きな差は、見受けられないが、基板が8インチφ以上に
大きくなると著しくその効果がわかる。また、12イン
チφの基板の全面にMOSトランジスタが搭載されたS
iウェハを置いて、本実施例の反応ガスの代わりに、ヘ
リウムガスを用いて、プラズマを発生させ、基板を取り
出してトランジスタの絶縁破壊した素子の数を測定した
ところ、攪拌電界系がある場合は、無い場合に比較して
破壊された素子数が約1/2しかなく、プラズマ密度の
偏りによるイオン損傷が小さいことがわかる。
の中の攪拌電極の具体的な数は、複数であればどのよう
な数であってもその効果はある。特に基板サイズが8イ
ンチφ以上に大きくなったときにその効果が著しいこと
がわかった。
して、図7にその略構成を示す。図7は、ロボット室4
30として基本形を四角形としたものである。
20、ロボット室430、エッチンング室440、アッ
シング室450、処理室460、成膜室470から構成
されている。それぞれの室は全て他の室と遮断ー開放が
できるゲート弁を介して接続されている。
エッチストッパーSiNx付ボトムゲート型TFTのソ
ース・ドレイン電極をパターニングして、その後、水素
化処理を行って、最後に保護膜としてa─SiNxを成
膜して完成させるプロセスを行なった。
ボット室431内のロボットにてエッチング室440に
搬送される。エッチング室440では、本発明をもちい
た攪拌電界系を具備したエッチングシステムがあり、ソ
ースドレイン電極であるAlをSiCl4 、Cl2 、B
Cl3 の反応ガスを用いてAlをエッチングした。エッ
チング条件は実施例3に準じる条件にて行なった。Al
エッチング終了後、その下のn型a−Siを続けてエッ
チングするためにがすをSF6 、Cl2 にして実施例1
に準じる条件にて行なった。
基板を搬送して、酸素プラズマにてフォトレジストをア
ッシングして取り除いた。アッシングには、本発明の攪
拌電界系を具備したシステムを用いてもよいが、全面に
あるフォトレジスを全て取り除くことができればよいの
で、通常の平行平板型のプラズマ反応システムとした。
0へ基板を搬送して、フォトレジストの残差が有る場合
は、Ar等によってスパッタクリーニングを行い、特に
残差の無い場合は直ちに、プラズマ水素化処理を行な
う。水素化処理は基板温度100〜250℃、水素20
0〜800SCCM、高周波電力0.2〜0.8W/c
m2 で処理した。水素化処理は、本発明の攪拌電界系を
用いることは有効であり、特に一元系のガスなので、攪
拌電源としては低周波電源が有効であった。隣合う電極
の位相が90°づつずれるように各フェーズシフターを
制御し、周波数発生器は1kHzで行った。。攪拌電源
電力としては0.5W/cm2 にて行った。ここでエッ
チング以外の処理においても攪拌電界系を具備すること
が有効であることがわかった。
ボット室432のロッボットにて成膜室470へ搬送さ
れる。成膜室470では、保護膜としてSiNx を成膜
する。成膜条件としては、基板温度200〜250℃、
SiH4 /NH3 /N2 =1/5/20で総流量500
〜1500SCCM、高周波電力0.5〜1.0W/c
m2 で成膜した。成膜室470にても本発明の攪拌電界
系を用いることは有効であり、攪拌電源としては高周波
電源が有効であった。隣合う電極の位相が90°づつず
れるように各フェーズシフターを制御し、周波数発生器
は5MHzで行った。。攪拌電源電力としては0.5W
/cm2 にて行った。ここでエッチング以外の処理にお
いても攪拌電界系を具備することが有効であることがわ
かった。成膜終了後にアンロード室420へ基板は搬送
される。
応用をとしてロボット室530として五角形を基本とし
たもので、ロード・アンロード室510、ロボット室5
30、エッチンング室540、アッシング室550、処
理室560、成膜室570から構成されている。それぞ
れの室は全て他の室と遮断ー開放ができるゲート弁を介
して接続されている。
上に積層構造があり最上部の配線をパターニングして、
その後、表面処理を行って、最後に保護膜としてa─S
iOx を成膜して完成させるプロセスを行なった。
た基板は、ロボット室530内のロボットにてエッチン
グ室540に搬送される。エッチング室540では、本
発明をもちいた攪拌電界系を具備したエッチングシステ
ムがあり、配線電極であるAlをSiCl4 、Cl2 、
BCl3 の反応ガスを用いてAlをエッチングした。エ
ッチング条件は実施例3に準じる条件にて行なった。
基板を搬送して、酸素プラズマにてフォトレジストをア
ッシングして取り除いた。アッシングには、本発明の攪
拌電界系を具備したシステムを用いてもよいが、全面に
あるフォトレジスを全て取り除くことができればよいの
で、通常の平行平板がたのプラズマ反応システムとし
た。
0へ基板を搬送して、フォトレジストの残差が有る場合
は、Ar等によってスパッタクリーニングを行い、特に
残差の無い場合は直ちに、プラズマ水素化処理を行な
う。水素化処理は基板温度100〜250℃、水素20
0〜800SCCM、高周波電力0.2〜0.8W/c
m2 で処理した。水素化処理は、本発明の攪拌電界系を
用いることは有効であり、特に一元系のガスなので、攪
拌電源としては低周波電源が有効であった。隣合う電極
の位相が72°づつずれるように各フェーズシフターを
制御し、周波数発生器は1kHzで行った。。攪拌電源
電力としては0.5W/cm2 にて行った。ここでエッ
チング以外の処理においても攪拌電界系を具備すること
が有効であることがわかった。
ボット室530のロッボットにて成膜室570へ搬送さ
れる。成膜室570では、保護膜としてSiOxを成膜
する。成膜条件としては、基板温度200〜250℃、
TEOS/O2=1/10で総流量500〜1500S
CCM、高周波電力0.5〜1.0W/cm2 で成膜し
た。成膜室570にても本発明の攪拌電界系を用いるこ
とは有効であり、攪拌電源としては高周波電源が有効で
あった。隣合う電極の位相が72°づつずれるように各
フェーズシフターを制御し、周波数発生器は5MHzで
行った。。攪拌電源電力としては0.5W/cm2 にて
行った。ここでエッチング以外の処理においても攪拌電
界系を具備することが有効であることがわかった。成膜
終了後にアンロード室520へ基板は搬送される。
用としてロボット室630を六角形としたもので、ロー
ド室610、アンロード室620、ロボット室630、
エッチンング室640、アッシング室650、処理室6
60、成膜室670から構成されている。それぞれの室
は全て他の室と遮断ー開放ができるゲート弁を介して接
続されている。
エッチストッパーSiNx付ボトムゲート型TFTのソ
ース・ドレイン電極をパターニングして、その後、水素
化処理を行って、最後に保護膜としてa─SiNxを成
膜して完成させるプロセスを行なった。
ボット室630内のロボットにてエッチング室640に
搬送される。エッチング室640では、本発明をもちい
た攪拌電界系を具備したエッチングシステムがあり、ソ
ースドレイン電極であるAlをSiCl4 、Cl2 、B
Cl3 の反応ガスを用いてAlをエッチングした。エッ
チング条件は実施例3に準じる条件にて行なった。Al
エッチング終了後、その下のn型a−Siを続けてエッ
チングするためにがすをSF6 、Cl2 にして実施例2
に準じる条件にて行なった。
基板を搬送して、酸素プラズマにてフォトレジストをア
ッシングして取り除いた。アッシングには、本発明の攪
拌電界系を具備したシステムを用いてもよいが、全面に
あるフォトレジスを全て取り除くことができればよいの
で、通常の平行平板がたのプラズマ反応システムとし
た。
0へ基板を搬送して、フォトレジストの残差が有る場合
は、Ar等によってスパッタクリーニングを行い、特に
残差の無い場合は直ちに、プラズマ水素化処理を行な
う。水素化処理は基板温度100〜250℃、水素20
0〜800SCCM、高周波電力0.2〜0.8W/c
m2 で処理した。水素化処理は、本発明の攪拌電界系を
用いることは有効であり、特に一元系のガスなので、攪
拌電源としては低周波電源が有効であった。隣合う電極
の位相が60°づつずれるように各フェーズシフターを
制御し、周波数発生器は1kHzで行った。。攪拌電源
電力としては0.5W/cm2にて行った。ここでエッ
チング以外の処理においても攪拌電界系を具備すること
が有効であることがわかった。
ボット室630のロッボットにて成膜室670へ搬送さ
れる。成膜室670では、保護膜としてSiNx を成膜
する。成膜条件としては、基板温度200〜250℃、
SiH4 /NH3 /N2 =1/5/20で総流量500
〜1500SCCM、高周波電力0.5〜1.0W/c
m2 で成膜した。成膜室670にても本発明の攪拌電界
系を用いることは有効であり、攪拌電源としては高周波
電源が有効であった。隣合う電極の位相が60°づつず
れるように各フェーズシフターを制御し、周波数発生器
は5MHzで行った。攪拌電源電力としては0.5W/
cm2 にて行った。ここでエッチング以外の処理におい
ても攪拌電界系を具備することが有効であることがわか
った。成膜終了後にアンロード室620へ基板は搬送さ
れる。
することにより、8インチ以上の基板においてそのエッ
チングレートの均一性が、攪拌電界系を具備しない場合
よりも向上した。また、装置の大型化に伴い装置のガス
流の精密制御に対して、製造マージンをあたえることが
でき、装置の小型軽量化とメンテナンス性の高い装置を
作製することができた。しかも、マルチチャンバーへの
応用も簡易にできる。攪拌電界系を具備することで、エ
ッチング以外のプラズマ処理にも同様の効果を見た。
置の概要図である。
である。
装置の概要構成図である。
装置の概要構成図である。
装置の概要構成図である。
130 排気系 131 ガス排気口 132 排気流量制御弁 133 排気ポンプ 140 エッチング電源 141 カソード 142 整合器 143 カソード電源 150 攪拌電界系 151 攪拌電極 151a 電極a 151b 電極b 151c 電極c 151d 電極d 152 攪拌電源 152a 周波数発生器a 152b 周波数発生器b 152c 周波数発生器c 152c 周波数発生器c 153 増幅器 153a アンプa 153b アンプb 153c アンプc 153d アンプd 154 位相制御器 154a フェーズシフターa 154b フェーズシフターb 154c フェーズシフターc 154d フェーズシフターd 160 攪拌磁界系 161 磁石 161a 電磁石a 161b 電磁石b 161c 電磁石c 161d 電磁石d 170 反応空間 180 基板
Claims (18)
- 【請求項1】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前記
攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されている
攪拌電界系と攪拌磁界系を具備したことを特徴とするエ
ッチング装置。 - 【請求項2】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前記
攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてお
り、前記攪拌電源には位相制御器が接続されている攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備したことを特徴とするエッチ
ング装置。 - 【請求項3】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された2つ以上の複数の電極
から成る攪拌電極があり、前記攪拌電極には増幅器を介
して攪拌電源が接続されており、前記攪拌電源には位相
制御器が接続されている攪拌電界系と攪拌磁界系を具備
したことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項4】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに攪拌電界系と攪拌磁界系
を具備し、ガス導入口が基板面に相対した近傍にないこ
とを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項5】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された攪拌電極がある攪拌電
界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板面に相対
した近傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項6】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前記
攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されている
攪拌電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板面
に相対した近傍にないことを特徴とするエッチング装
置。 - 【請求項7】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前記
攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてお
り、前記攪拌電源には位相制御器が接続されている攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板面に相
対した近傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項8】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に電
界を印加できるように配置された2つ以上の複数の電極
から成る攪拌電極があり、前記攪拌電極には増幅器を介
して攪拌電源が接続されており、前記攪拌電源には位相
制御器が接続されている攪拌電界系と攪拌磁界系を具備
し、ガス導入口が基板面に相対した近傍にないことを特
徴とするエッチング装置。 - 【請求項9】 8インチφ以上の基板上あるいは200
mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行う
ためのエッチング装置であって、エッチング電源とは別
に、プラズマ反応空間の回りに攪拌電界系と攪拌磁界系
を具備し、ガス排気口が基板の周囲近傍にないことを特
徴とするエッチング装置。 - 【請求項10】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極がある攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス排気口が基板の周囲
近傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項11】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前
記攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてい
る攪拌電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス排気口が基板
の周囲近傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項12】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前
記攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてお
り、前記攪拌電源には位相制御器が接続されている攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス排気口が基板の周囲
近傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項13】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された2つ以上の複数の電
極から成る攪拌電極があり、前記攪拌電極には増幅器を
介して攪拌電源が接続されており、前記攪拌電源には位
相制御器が接続されている攪拌電界系と攪拌磁界系を具
備し、ガス排気口が基板の周囲近傍にないことことを特
徴とするエッチング装置。 - 【請求項14】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに攪拌電界系と攪拌磁界
系を具備し、ガス導入口が基板面に相対した近傍になく
かつガス排気口が基板の周囲近傍にないことを特徴とす
るエッチング装置。 - 【請求項15】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極がある攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板面に相
対した近傍になくかつガス排気口が基板の周囲近傍にな
いことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項16】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前
記攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてい
る攪拌電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板
面に相対した近傍になくかつガス排気口が基板の周囲近
傍にないことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項17】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された攪拌電極があり、前
記攪拌電極には増幅器を介して攪拌電源が接続されてお
り、前記攪拌電源には位相制御器が接続されている攪拌
電界系と攪拌磁界系を具備し、ガス導入口が基板面に相
対した近傍になくかつガス排気口が基板の周囲近傍にな
いことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項18】 8インチφ以上の基板上あるいは20
0mm□以上の基板上の薄膜のプラズマエッチングを行
うためのエッチング装置であって、エッチング電源とは
別に、プラズマ反応空間の回りに基板面に対して平行に
電界を印加できるように配置された2つ以上の複数の電
極から成る攪拌電極があり、前記攪拌電極には増幅器を
介して攪拌電源が接続されており、前記攪拌電源には位
相制御器が接続されている攪拌電界系と攪拌磁界系を具
備し、ガス導入口が基板面に相対した近傍になくかつガ
ス排気口が基板の周囲近傍にないことを特徴とするエッ
チング装置。
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