JPS5923878A - プラズマエツチング装置 - 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】 て排気系を有する減圧雰囲気中に上下２段に水平に配置
した互に対向する電極間に高周波電力を印加し、減圧の
もとに下部電極の上部電極に対向する面に一般的ｔ／Ｃ
ｔ１−Ｊ：平板状の例えばウエーハと呼ばれるシリコン
基板のような被エソチング物を載置し、高周波電力によ
って両電極間に供給きれた反応ガスが電離したプラズマ
中のイオンや中性ラジカルなどの活性的反応種により直
接エソチングを行なう装置に関するものである。

一般にエツチングにはエツチング族に浸す化学エツチン
グと、反応ガスを電離して得られる化学的に活性なイオ
ンや中性ラジカルによるイオンエツチングとの２つの方
式がある。さらにイオンエツチングにはイオンを加速し
ない方式と、イオンを加速して被加工物に衝突させる方
式とがある。

第１図ｆＡ＋に示す断面図のような被エツチング物は一
般に／リコン基板のような基板１の上に酸化シリコンな
どの絶縁膜やアルミニウムなどの導体膜の被エツチング
膜２が形成してあり、その上にエツチングする部分とエ
ツチングしない部分とを区別するマスク３が形成しであ
る。この被エツチング膜２を前記の何れかの方法でエツ
チングするのである。

前記の化学エツチングはエツチング設備そのものは簡単
であるが、エツチング族の浄化装置や廃液の中和環元処
理装置などの付帯設備が大規模になるうえに、等方性エ
ツチングであるために、第１図（Ｂ）のようにエツチン
グされた部分は２−１のようにエツチングすべきマスク
３のパターンに沿った深さ方向のエツチングの進行と同
時に横方向のエツチングが進行してよシ広い範囲がエツ
チングされてしまうので、微細パターンの場合は適当で
ない。

前記イオンを加速しないエツチングではＡｊｌ記のよう
な大規模な（＝ｊ帯設備は必要としないが、エツチング
の等方性は残るとともに、エツチング速度がイオンを加
速して行なうエツチングにくらべて遅く、長いエツチン
グ時間が必要である６一方イオンを加速するエツチング
ではエツチング方向に指向性が強く、第１図（Ｃ）に示
すようにエツチングされた部分２−′１はマスク３のパ
ターンと同形となり、微細パターンの場合には最適であ
る。しかし装置の価額が比較的高価になるため時間当り
の処理量の増大、つまりより早いエツチングが望まれて
いる。

本発明はこれらの要求を解決するためになされたもので
、被加工物に加工による欠陥の発生を伴うことがなく、
加工中に他の元素が被加工物を汚染することもない微細
パターンのエツチングが可能にし、しかもエツチング速
度の大きいイオンエツチング装置を提供するものである
。以下図面により、詳細に説明する。

第２図は本発明のエツチング装置の主要な原理を説明す
るための図で、４は上部電極、５は下部電極、６はコン
デンサ、７は高周波電源である。

図に示すように上部電極４は直接アースし、下部電極５
はコンデンサ６を介して高周波電源７に接続する。高周
波電源７の他の端子はアースしておく。このような接続
で上下両電極４および５間を排気系を有する減圧雰囲気
中に保持して高周波電力を印加すると、４および５の両
電極間に供給きれて存在するガス分子Ａは一部分が電離
してイオンヤと電子ｅとに分かれる。このうち電子ｅは
質量が小さいので、高周波電力の早い椿件の変化に追随
して各時点のプラス側の電極に到達してしまう。この結
果上部電極４へ到達した電子は直接アースきれるので、
上部電極４は常にゼロ電位である。一方下部電極５へ到
達した電子はコンデンサ６にチャージきれるために、コ
ンデンサ６の下部電極５側がマイナスに、高周波電源Ｍ
ｉがプラスとなるためにこの結果上部電極４が陽極に、
下部電極５が陰極となり、これらの両電橙の間に七ルフ
バイアス電圧が発生する。

前記イオンＩは質量が大きいので、高周波電力の早い極
性の変化に対する追随性が比較的おそく出来ずに上下両
電極４および５間に停’ｔｉｆ　Ｌかちとなる。しかし
一方では前記説明のように両電極はセルフバイアス電圧
によって上部電極４が陽極に、下部電極５が陰極に分れ
ているので、イオンＡ　はこの陰極に引かれて下部電極
５に殺到する。

これによって下部電極上面にイオンＩの層が形成され、
層内の各イオンＡ＋は陰極を形成した下部電極に向って
セルフバイアス電圧に比例した運動エネルギーを持って
下部電極に向って進行する。

したがって下部電極上に被エツチング物を載置しておけ
ば第１図（Ｃ）のように指向性を持ったエツチングが行
われるものである。

このようにエツチングの質は格段に改善されるが、エツ
チング速度の一層の向上を計シ時間当りの加工処理量を
画期的に向上し比較的高価な装置価格の消却を早めるこ
とは工業的な意味が大きい。

そこでエツチング速度を上げる目的で高周波電力を増加
するとイオンＡ＋の発生が増加するとともに、前記セル
フバイアス電圧も高くなり、両方の効果でエツチング速
度が上る反面、イオンＡ＋の入射エネルギーが増大する
のでエレチングされた被エツチング物に結晶欠陥が発生
する。同時に数多く発生した電子ｅが上部電極４および
上部電極と同電位の炉壁（図示せず）をたたき、このた
めにステンレス製の炉壁の場合には鉄、ニッケル、クロ
ームなどのイオンが発生し、被エツチング物に入シ込み
汚染の原因となる。これを防止するためには炉壁内面を
石英などでカバーする必要があるので、大型炉の場合な
ど経済的に不利である。

本発明はエツチング速度を上げ、かつ前記被加工物の結
晶欠陥の発生が抑制され汚染の発生のない手段として第
６図の方法を提案する。図では非磁性材料の下部重縁５
の下側に平板環状磁石８を設ける。この平板環状磁石８
は中央の孔の周囲全般と外周全般とにそれぞれ単一の磁
極を有するように着磁しである。この平板環状磁石８か
らの磁力線９は破線で示したような分布を呈する。なお
、この図では下側の磁力線は省略しである。

この磁力線９は次のような効果を有するものである。す
なわち、下部電極５の上面に載置した被エツチング物（
図示せず）の表面に衝突したｎＩＩ記イオンｒは陰極で
ある下部電極５に引かれているために相当な運動エネル
ギーを有しており、このために衝突した瞬間に２次電子
を放出する。ところがこの２次電子は前記磁力線９によ
って上方への進行方向がフレミングの規則にしたがって
曲げられて磁界を通過して遠方に逃げられず、下部電極
５の近傍に捕そくされ、未だ電離していないガス分子Ａ
に衝突してイオ／Ａを発生する。このサイクルが瞬時に
はげしく＜９かえされてはげしく多数のイオンＶを発生
しこれらのイオンＡ＋が下部電極５に殺到してエツチン
グに寄与する。

このことはエツチングに寄与するイオンＡは高周波電力
のエネルギーによって電離したイオンＡ＋のほかに、直
接外から供給したエネルギーでない２次電子によって電
離した圧倒的に多数のイオンＡ″−が寄与することにな
る。しかも後者のイオンＡ＋は被エツチング物表面の近
傍↑大量に発生するために電子と再結合することなく有
効にエツチングに寄与する。前者の高周波電力のエネル
ギーによって発生するイオンＡ＋よりむしろ大きく寄与
しているものである。実施例によれば゛前記手段を使用
することにより、従来のエツチング速度の１０倍以上の
エツチング速度とすることも可能である。

次に上記の２次電子により発生したイオンＡ＋の密度は
２次電子の密度に比例するものであるので、２次電子の
密度をなるべく被加工物表面の全面にわたって一様にす
ることが好ましい。第６図の場合両磁極近傍は磁力線９
が垂直方向に向っており、垂直方向へ向う２次電子の進
行方向と平行し、フレミングの規則が成シ立たないので
、２次電子は自由に進行して逸脱してしまう。磁力線９
の両磁極の中間部分では磁力線９の方向と垂直方向へ向
う２次電子の進行方向とがほぼ直交するので２次電子は
逸脱出来ずに捕そくされ、はげしくイオンの発生に寄与
することになる。したがって下部電極５の表面の中心部
および周辺部でのエツチング速度はおそく、中間部での
エツチング速度が早く、表面全域にわたって均一なエツ
チング速度が得られにくい。下部電極５の中上・部のご
くわず力・の部分を除いて表面全域にわたってｊリーな
エツチング速度を得るために第４図および第５図に示す
ような磁力線の盛シ上シの山形形状になるのを抑制して
平坦にするような手段を提案する。

第４図は上下の両電極４および５は省略しであるが、非
磁性材料の下部電極５の下側の平板環状磁石８に平行し
て平板環状の強磁性体板１０を置いたものである。この
ようにすると磁力線９は大部分が平板環状の強磁性体板
１０を通過するが、平板環状磁石８の近傍を通過する磁
力線９は平板環状の強磁性体板１０に抑制されて１１の
ように平坦化する。

第５図はさらに強度に平坦化するために、図示を省略し
である非磁性材料の上部電極４の上側もしくは■側に非
磁性旧料の下部電極５の下側に配置しである平板環状磁
石８と平行に同様の形状および着磁状態の平板環状磁石
１４を配置する。このことにより磁力線９はさらに強く
抑制されてほぼ平行な磁力線１２となり、これに上部電
極４の」二側もしくは下側の平板環状磁石１４の磁力線
１３も加わるので、前記２次電子はほぼ児全に捕そくさ
れて有効なイオンＡ’ｉ発生きせ、しかもその発生量は
第４図の場合よりさらに均一化される。

基本的にはこのようにすることにより、前記のように高
周波電力を上げてイオンＡ＋の発生を促し、エツチング
速度を早めるために伴う結晶欠陥の発生を回避し、多量
に発生ずる２次電子を被エツチング物の近傍Ｑ′こ閉じ
込めることにより、この側近でのイオンｒの密度を高く
してエツチング速度を早くすることが出来る。セルフバ
イアス電圧を上げないために結晶欠陥の発生を見ないの
みならず、炉壁からの汚染もほとんど発生しない。

以上の説明のように本発明では従来のプラズマエツチン
グ装置に平板環状磁石などのわずかの部材の追加により
エツチング速度全土けるほかに、結晶欠陥や汚染を防止
出来るので、実用効果は極めて太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は被エツチング物の断ｍ１図、第２図は本発明の
エツチング装置の主要な原理の説明図、第６図は本発明
の一実施例の説明図、第４図は本発明の他の実施例の説
明図、第５図は本発明のきらに他の実施例の説明図であ
る。 図において、４は上部電極、５は下部電極、６はコンデ
ンサ、７は高周波電源、８は平板環状磁石、１０は強磁
性体板、１４は平板環状磁石である。 特許出願人　国際電気株式会社 代理人　弁理士山元俊仁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気系を有する減圧雰囲気中に、水平に配置し、か
   つ互に平行して対向する二枚の平板電極を設け、両電極
   間に高周波電力を印加して、両電極間に外部より供給す
   る所定量の、所定の反応ガスを電離してプラズマ状とな
   し、プラズマ中のイオンや中性ラジカルなどの活性な反
   応種の作用により、下側の陰極電極表面上に載置した一
   般的に平板状の被エツチング加工物をエツチング加工す
   る装置において、被エツチング加工物を載置する非磁性
   材料の下部陰極電極の下側に、中央の孔の内周全域と、
   外周全域とにそれぞれ単一の磁極を有するように着磁し
   た平板環状磁石を設け、この平板環状磁石の磁場が陰極
   電極表面を蔽うように構成したことを特徴とするプラズ
   マエツチング装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のプラズマエツチング装
   置において、陰極電極表面を蔽う陰極電極下側に設けた
   平板環状磁石の外周から内周に向う凸形の磁力線の形状
   を陰極電極表面と平行な磁力線が陰極電極表面を蔽うよ
   うになさしめ、陰極電極表面上に載置した一般的に平板
   状の被エツチング加工物の表面を均一にエツチング加工
   すべく、非磁性材料の上部陽極電極と非磁性材料の下部
   電極の間で、＠記凸形の磁力線の山頂部を抑えるように
   平板環状磁石とほぼ同一形状の平板環状磁性体板を配置
   したことを特徴とする＠記プラズマエツチング装置。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のプラズマエツチング
   装置において、上記陰極電極表面と平行な磁力線が陰極
   電極表面を蔽うようになをしめる手段として、非磁性材
   料の上部陽極電極の裏側に当る上側にも、下部陰極電極
   下側に設けたのと同様の平板環状磁石を下側の平板環状
   磁石と対向するように設け、互いの磁力線の凸部が作用
   し合って陰極電極表面上を陰極電極表面と平行する磁力
   線が蔽うようになきしめたことを特徴とする前＾［：プ
   ラズマエツチング装置。