JPS61107730A - 複合励起プラズマ・エツチング・システム - Google Patents

複合励起プラズマ・エツチング・システム

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JPS61107730A
JPS61107730A JP60174446A JP17444685A JPS61107730A JP S61107730 A JPS61107730 A JP S61107730A JP 60174446 A JP60174446 A JP 60174446A JP 17444685 A JP17444685 A JP 17444685A JP S61107730 A JPS61107730 A JP S61107730A
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JP
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plasma
microwave
gas
excited
etching
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JP60174446A
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English (en)
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マイケル・ハツトザキス
ジユリ・ロステイスラヴ・パラスクザツク
ベネツト・ロビンソン
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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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
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

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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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、集積回路その他の製造に使用される乾式化学
エツチング・システムに関するものであり、より詳細に
言えばマイクロ波および無線周波（ＲＦ）両方の励起を
行うプラズマ・エツチング・システムに関するものであ
る。
Ｂ、開示の概要 驚くべきことに、単一のガスまたはガスの混合体をマイ
クロ波によって、また同時に無線周波の放電によって励
起することによって、プラズマを発生させた場合、結果
として生じたプラズマの化学的な反応性が、いずれか一
方のみの励起によって発生するプラズマに比較してはる
かに高いことが発見された。かかるプラズマは励起の各
々によってもたらされるエツチング速度を合計したもの
よりもはるかに高い速度で、表面のエツチングを行うも
のであり、また２種類の同時励起の各々の印加電力の割
合を変化させることにより、エツチングの異方性を制御
することができる。
Ｃ１従来技術 付着およびエツチングの両方の工程を行うために、マイ
クロ波プラズマ・リアクタが半導体装置で使用されてい
る。単一のガスまたはガスの混合体をマイクロ波エネル
ギによって励起して、イオン、電子および基などの化学
的に反応性の化学種を形成する。マイクロ波プラズマは
処理される表面に向って、ゆっくりと流れ、この表面で
反応性化学種は化学反応を惹起し、物質の付着または物
質の除去（エツチング）のいずれかを行う。
無線周波（ＲＦ）プラズマ・リアクタも半導体産業で、
エツチングおよび付着の両方を行うために使用される。
単一のガスまたはガスの混合体がマイクロ波エネルギに
よってではなく、高周波の放電によって励起される。Ｒ
Ｆ励起の場合も、イオン、電子および基を含むプラズマ
が発生する。
ＲＦ励起プラズマのイオン、電子および基の化学的な励
起状態は、マイクロ波プラズマよりもはるかに低いもの
である。しかしながら、マイクロ波励起プラズマの場合
と異なり、処理される表面に対するプラズマの電位のた
め、ＲＦ励起プラズマによって、表面のイオン・ボンバ
ードが生じる。
イオン・ボンバード効果の結果として、ＲＦ励起プラズ
マは異方向のエツチングを行うのに対し、マイクロ波励
起プラズマは等方性のエツチングを行う。
マイクロ波プラズマとＲＦプラズマの両方を用いるエツ
チング・システムも、公知である。かかるシステムの例
は、米国特許第４３１６７９１号および同第４２８２２
６７号に記載されている。
これらのシステムは、マイクロ波プラズマを使用して強
く励起された反応性化学種を形成し、またＲＦプラズマ
を使用して、エツチングされる表面をマイクロ波で励起
された反応性化学種によってボンバードすることによっ
て、両型式のプラズマ・エツチング効果の利点を利用し
ようというものである。これらのシステムはすべて、マ
イクロ波で励起された反応性化学種を、マイクロ波で励
起された領域から、ＲＦ放電によって励起された隣接し
た領域へ、能動的または受動的に移動させるものである
。従来、マイクロ波によって励起された　　　　゛空間
領域と、ＲＦ放電によって励起された空間領域とは、密
接に関連してはいるが、別のものであつた。
Ｄ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、単一のガスまたはガスの混合体のマイ
クロ波励起とＲＦ励起とを重ね合わせ、エツチング特性
が優れたプラズマを発生させることである。
Ｅ１問題点を解決するための手段 単一のガスまたはガスの混合体をマイクロ波によって、
また同時に無線周波の放電によって励起することによっ
て、プラズマを発生させた場合、結果として生じたプラ
ズマの化学的な反応性が、いずれか一方のみの励起によ
って発生するプラズマに比較してはるかに高いことが発
見された。かかるプラズマは励起の各々によってもたら
されるエツチング速度を合計したものよりもはるかに高
い速度で、表面のエツチングを行うものであり。
また２種類の同時励起の各々の印加電力の割合を変化さ
せることにより、エツチングの異方性を制御することが
できる。
Ｆ、実施例 第１図において、金属壁１２によって画定されたマイク
ロ波キャビティ１０は、マイクロ波発生器１４から、誘
電性材料２２によって同心状導電管２０から離隔させら
れている中央導体１８からなる公知のマイクロ波導波管
１６を介してマイクロ波電力を受は取っている。ガス入
口開口２５を除いて一端が閉鎖されており、他端が反応
室２６に接続されているガス閉じ込め管２４が、マイク
ロ波キャビティ１０を貫通している０反応室２６の壁２
８と管２４は、発生器１４がキャビティ１０を駆動して
いるマイクロ波の周波数に対して透過性がある材料で構
成されている。さらに、管２４のキャビティ１０への出
口の孔は十分な大きさのものであり、またキャビティ１
０と室２６との間の距離は十分小さいものであって、マ
イクロ波がキャビティ１０から漏出し、かつ下方へ伝搬
して、キャビティｌｏ内の管２４内の領域だけではなく
、キャビティ１０の下方の管２４内の領域および電極３
０とキャビティ１ｏとの間の室２６の領域をも、マイク
ロ波で刺激する６反応室２６の壁２８と管２４が、プラ
ズマを包含するので、管２４および壁２４に選定された
材料も、予期される高温に耐えることができるものでな
ければならない。壁２８および管２４に適する材料は、
たとえば、石英である。
ガス源３２からの適当なガスまたはガス混合体が１反応
室２６から離れたところにある管２４の端部にあるガス
・ホースないしチューブ３４を経て管２４に入り、管２
４を下方へ流れて、室２６に流入する。室２６は上部壁
２８と、Ｏリング３８を介して壁２８に対してシールさ
れている支持ベース３６からなっている。室２６はチュ
ーブないしホース４２を介して、真空ポンプ４４へ接続
されているガス出口開口４ｏをも包含している。
真空ポンプ４４はガス源３２と協働して、ガス流を確立
するが、このガス流は管２４を下方へ流れ２　　　　　
て、電極３０がガス流バッフルであるかのようにして、
電極３０に衝突する。エツチングされるワークピースは
、エツチングされる材料の面ないし表面を上向きにし管
２４からのガス流に当たるようにして、電極３０の上面
に置かれている。第１図において、エツチングされるワ
ークピースはシリコン・ウェファである。
電極３０は導体４８を介して、高周波発生器５０に接続
されている。導体４８はベース３６に電気的に接続され
ているシールド５２を有しており。
このシールドも導体である。グロメットないしプラグ５
４が導体４８を、ベース３６との電気的な接触から絶縁
している。電極３０は脚５６によって、ベース３６に対
して支持されており、かつこれから電気的に絶縁されて
いる。
操作時に、希望するプラズマを形成するのに適するガス
が、ガス源３２から管２４中へ流入する。
適切なガスとしては、たとえば、さまざまなハロゲン、
含ハロゲン炭素化合物、希ガスなどがあり。
これらには、たとえば、０２、Ｎ２、ＣＦ４．０Ｑ□。
ＳＦ、などが含まれている。典型的な場合、ガス圧はか
なり低く、１００ｍトル程度である。ガスはキャビティ
１０に進入すると、励起され、マイクロ波プラズマを形
成する。これを第１図で、点描によって略示する。図示
のとおり、マイクロ波キャビティ１０の頂部孔から上方
へガス成分の拡散とマイクロ波の漏出とによって、プラ
ズマも管２４内を、マイクロ波キャビティの上方へのあ
る程度の高さまで延びている。マイクロ波プラズマも下
方の室２６中へ延び、電極３０および電極３０上のあら
ゆる物体を覆っている。前述のとおり。
プラズマのマイクロ波刺激は、下方の電極３ｏまでおよ
んでいる。以下で説明する実験で明らかになるように、
マイクロ波プラズマがマークピース４６に直接接触する
ので、電極３０のＲＦ励起がなくとも、ワークピークの
エツチングが行われるが（ワークピースの表面が、形成
される種類のマイクロ波プラズマによってエツチングで
きるものであるとした場合）、ただし速度ははるかに遅
く、しかも等方性のものとなる。
本発明によれば、しかしながら、無線周波（ＲＦ）電力
が同時に電極３０に印加される。以下で説明する実験で
明らかになるように、ガスのマイクロ波による刺激がま
ったく存在しない場合、電極３０に供給されるＲＦ電力
は単独で、プラズマを生じる。ＲＦで励起されるかかる
プラズマは、しばしばＲＩＥ　（反応性イオン・エツチ
ング）プラズマと呼ばれる。
第２図は第１図に示した装置によって得られた実験結果
の幾つかを、グラフで示したものである。
実験は、公知のレジスト（シップレイＡＺ１３５０Ｊレ
ジスト）を付着させた、６．２５ａ＋＋の黒鉛ウェファ
をワークピース基板として使用して行われた。レジスト
を酸素プラズマによってエツチングする速度を、さまざ
まな条件の下で測定した。
測定したエツチング速度を、第２図において、２゜５４
ＧＨｚのマイクロ波源から供給される電力に対してプロ
ットした。曲線６ｏは高周波発生器５０が、プラズマに
まったく電力を供給していない（発生器５０がオフにな
っている）ときに得られた実験データ・ポイントをつな
いだものである。
曲線６２は高周波発生器が、１３．５６ＭＨｚにおいて
５ワツトの電力をプラズマに供給しているときに得られ
た実験データ・ポイントをつないだものである。ＲＦ源
５０を単独で使用してプラズマを形成した場合（データ
・ポイント６４）、エツチング速度は５ワツトの印加Ｒ
Ｆ電力において１分間１００オングストロームであった
。マイクロ波源１４を単独で使用してプラズマを形成し
た場合（データ・ポイント６６）、エツチング速度は５
ワツトの印加マイクロ波電力にお゛いて１分間２０００
オングストロームであった。プラズマを５ウツドのＲＦ
電力および５ワツトのマイクロ波電力によって同時に励
起した場合（データ・ポイント６８）、エツチング速度
は１分間に８０００オングストロームで、２つの個々の
エツチング速度を直線的な合計の約４倍であった。エツ
チングされたレジストの側壁の形状は、プラズマをＲＦ
電力のみによって刺激した場合、垂直（電極に対して直
角）であり、またプラズマをすべてマイクロ波によって
刺激した場合、はなはだしいアンダカットがあった（エ
ツチングされた溝の底部の幅が頂部よりも広い）、マイ
クロ波電力およびＲＦ電力の両方を使って、プラズマを
刺激すると、側壁の形状は上記の２つの中間のものとな
る（すなわち、僅かなアンダカットがある）。
この実験から、ＲＦエネルギおよびマイクロ波エネルギ
の両方によるプラズマの複合刺激が、相互依存効果を生
じる（すなわち、総合効果が個々の効果を合計したもの
よりはるかに大きくなる）ことは明らかである。さらに
、マイクロ波プラズマ・エツチングによって生じるアン
ダカットの程度を、プラズマにＲＦ刺激を加えることに
よって減少させ、制御することができる。
Ｇ１発明の効果 本発明によれば、高いエツチング速度を達成でき、また
マイクロ波励起と高周波励起の付勢電圧を変えることに
より、エツチングの異方性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による混合励起プラズマ・二　　　　
□′ラッチング置を、一部断面一部略図で示す図面であ
る。 第２図は、無線周波励起をマイクロ波で励起されたプラ
ズマに同時に加えた場合の実験で得られたエツチング速
度の改善を示すグラフである。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 　エッチングされる物質を支持するための内部電極を有
    する反応室と、 エッチングされる物質の表面に向かつてガスを流すため
    の手段と、 上記ガスをマイクロ波エネルギによつて励起し上記エッ
    チングされる物質の表面に向かつて流れる流動マイクロ
    波プラズマを形成するための手段と、 上記電極に接続され上記流動マイクロ波プラズマを、無
    線周波の電界によつて同時に励起するための高周波電力
    源とからなる、 複合励起プラズマ・エッチング・システム。
JP60174446A 1984-10-29 1985-08-09 複合励起プラズマ・エツチング・システム Pending JPS61107730A (ja)

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US06/665,696 US4581100A (en) 1984-10-29 1984-10-29 Mixed excitation plasma etching system
US665696 1996-06-18

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JPS61107730A true JPS61107730A (ja) 1986-05-26

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JP60174446A Pending JPS61107730A (ja) 1984-10-29 1985-08-09 複合励起プラズマ・エツチング・システム

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