JPS634080A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空容器内に収納された試料をドライエツ
チングするエツチング装置に関し、特に、イオンビーム
エツチングとイオンエツチングとを切替え可能にしたエ
ツチング装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のエツチング装置の一例を示す概略図で
ある。この装置はイオンビームエツチング装置であり、
真空容器１６内に、駆動装置２０によって高速回転させ
られるディスク１８が設けられており、当該ディスク１
８上の周辺部には複数枚の試料２２が装着されている。

そしてこの試料２２にイオン源２からイオンビーム１４
を照射してエツチングするようにしている。

詳述すると、イオン源２は、この例ではＥＣＲ形イオン
源であり、プラズマを作るためのプラズマ室４、プラズ
マ閉じ込めのための磁場コイル６、プラズマ室４からイ
オンビーム１４を引き出すための引出し電極系８等を備
えており、プラズマ室４には、マイクロ波発振器１０か
らマイクロ波電力が供給され、ガス源１１から流量調節
用のマスフローコントローラ１２を介してガス（例えば
反応性ガス）が供給され、それによって当該イオン源２
から例えば反応性イオンを含むイオンビーム１４が引き
出される。

イオン源２からのイオンビーム１４の経路上には、当該
イオンビーム１４を断続する可動式のシ中フタ２４が設
けられている。２６はその駆動装置である。また２８お
よび３ｏは、シャッタ２４あるいはディスク１８に照射
されるイオンビーム１４のビーム電流計測用のアンプで
ある。尚、ディスク１８およびシャフタ２４はアースか
らそれぞれ絶縁されている。

試料２２は、例えば第５図に示すように、シリコンから
成る基板２２１の表面を酸化シリコンから成るエツチン
グ層２２２で覆い、更にその上を所望のパターンをした
レジスト２２３で覆ったようなものである。

試料２２をエツチングするに際しては、例えば、シャッ
タ２４等を用いてイオンビーム１４のビーム電流を所定
値に調整した後、当該シャッタ２４を開いて高速回転し
ているディスク１８上の試料２２にイオンビーム１４を
照射する。これによって各試料２２は、例えば第５図中
に破線で示すように、そのレジスト２２３のパターンに
従ってエツチング層２２２がエツチングされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようにイオンビーム１４を用いて試料２２のエツ
チングを行う場合、エツチングの前段階ではイオンビー
ム１４のエネルギーが高くても試料２２のエツチングに
よる損傷部分（例えば格子欠陥等の部分）は次の段階の
エツチングによって削り取られるため問題となりにくい
が、エンチングの終了段階になるとこの損傷部分が試料
２２内にある程度残り、これが当該試料２２を用いてデ
バイス等を製作する上で種々の問題を引き起こす。

これに対しては、エツチングの終了段階付近でイオンビ
ーム１４のエネルギーを極力低下させて試料２２の損傷
を極力抑えることも考えられるが、そのようにすると、
イオン源２の特性からイオンビーム１４のビーム電流が
必然的に著しく低下し、そのためエツチングレートが低
下して生産性の面で新たな問題が生じる。

そこでこの発明は、試料の損傷を極力抑えると共にエツ
チングレートの低下を防ぐことができるエツチング装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のエツチング装置は、真空容器内に収納された
試料をドライエツチングする装置において、試料にイオ
ンビームを照射するイオン源と、高周波放電によって試
料の近傍にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、
試料の近傍に磁場を発生させる磁場発生手段と、イオン
源の動作とプラズマ生成手段の動作を切り替える切替え
手段とを備えることを特徴とする。

〔作用〕

イオン源を動作させれば、試料にイオンビームが照射さ
れ、それによって試料に対して大きなエツチングレート
でしかも異方性に優れたイオンビームエツチングが行わ
れる。−方プラズマ生成手段を動作させれば、高周波放
電によって試料近傍にプラズマが生成され、磁場発生手
段はその磁場によってプラズマを閉じ込めて試料近傍の
プラズマ密度を高め、それによってエツチング効率を高
める働きをする。それ故、試料の損傷を極力抑えつつ大
きなエツチングレートでイオンエツチングが行われる。

そして切替え手段によって、エツチングの前段階ではイ
オン源を動作させてイオンビームエツチングを、エツチ
ングの後段階ではプラズマ生成手段を動作させてイオン
エツチングを行わせることができ、これによって試料の
損傷を極力抑えると共にエツチングレートの低下を防ぐ
ことができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るエツチング装置を
示す概略図である。第４図と同一または対応する部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

この実施例においては、高周波放電用の電極を兼ねるデ
ィスク１８およびシャッタ２４、ガス源１１、マスフロ
ーコントローラ１２、高周波電源３８等によってプラズ
マ生成手段を構成している。

また、ガス分岐用スイッチ３６、制御装置４８等によっ
て切替え手段を構成している。更に、シャッタ２４とデ
ィスク１８間に、少なくともディスク１８上の試料２２
を囲むような内径の環状の磁場コイル５２を設けて磁場
発生手段を構成してぃる。

ガス分岐スイッチ３６は、ガス源１１からマスフローコ
ントローラ１２を介して供給されるガスを、イオン源２
のプラズマ室４とディスク１８上の試料２２近傍とに切
り替えて供給する。制御装置４８は、例えば後述する計
数装置４６からの信号に応答して、イオン源２、ガス分
岐スイッチ３６、高周波電源３８等を制御する。尚、ス
イッチ４０ａはディスク１８の電気的接続を前記アンプ
３０と高周波電源３８とに切り替えるものであり、スイ
ッチ４０ｂは例えばスイッチ４０ａと連動していてシャ
フタ２４の電気的接続を前記アンプ２８とアースとに切
り替えるものである。

ディスク１８とシャフタ２４間には、上述のようにガス
分岐スイッチ３６を介してプラズマ生成用のガス（例え
ば反応性ガス）が供給される。高周波電源３８は、スイ
ッチ４０ａ、４０ｂ等を介して、ディスク１８とシャッ
タ２４間に、高周波（マイクロ波を含む。例えば１３．
５６ＭＨｚ）の電圧を印加する。これによって試料２２
を装着しているディスク１８とシャッタ２４間に高周波
放電を生じさせて前記ガスによるプラズマ５０を生成す
ることができる。

磁場コイル５２は、図示しない直流電源によって励磁さ
れて、主として、試料２２の近傍にプラズマ閉じ込め用
の磁場を発生させる。これを設けるのは次のような理由
による。即ち、シャフタ２４とディスク１８間に単にプ
ラズマ５０を発生させてもそれを閉じ込める手段が無い
とその密度を上げに（（、そのためプラズマ５０による
試料２２のエツチングレートを向上させにくい傾向にあ
るのに対し、磁場コイル５２を設けてプラズマ閉じ込め
用の磁場を発生させれば、試料２２近傍のプラズマ密度
を高めてプラズマ５０によるエツチング効率、即ちエツ
チングレートを一層高めることができるからである。

尚、イオンビーム１４の照射中に磁場コイル５２を働か
せても良く、そのようにすればその磁界によって、エネ
ルギーを下げた時のイオンビーム１４の発散を抑えて試
料２２に照射されるビーム電流密度、つまりイオンビー
ム１４によるエツチングレートを高めることも期待でき
る。

次に上記装置の全体的な動作の一例を説明する。

例えば最初からエツチングの所定段階、例えば試料２２
の損傷が問題になる終了段階付近まではイオンビーム１
４を用いて試料２２をエツチングする。即ち、まず例え
ば荒引用の真空排気装置３２および高真空引用の真空排
気装置３４を用いる等して真空容器１６内を所定の真空
度に排気する。

そしてガス分岐スイッチ３６をイオン源２側に切替え、
シャッタ２４を閉じておいてイオン源２から所望の大き
さのイオンビーム１４を引き出し、アンプ２８等を介し
てビーム電流を計測して所望のものにする。この時の真
空容器１６内の真空度は１０−’〜１０−’Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒ程度である。その際、スイッチ４０ｂ（及び４０ａ
）は計測側Ａにしておく。その後シャフタ２４を開いて
、高速回転しているディスク１８上の試料２２にイオン
ビーム１４を照射して各試料２２をエツチングする。

その場合、試料２２に対する損傷の問題は後のプラズマ
５０によるイオンエツチングにより解決することができ
るので、イオンビーム１４のエネルギーを高めてエツチ
ングすることができ、従って大きなエツチングレートで
、しかもイオンビームエツチングであるから異方性に優
れたエツチングを行うことができる。

次にエツチングが所定段階、例えば上述した終了段階付
近に達したら、イオンビーム１４を停止させその代わり
にプラズマ５０を発生させて試料２２をエツチングする
。

その場合、エツチングが所定段階に達したことの検出は
、例えばエツチングの時間管理をする等の公知の手段に
よっても良いけれども、ここでは、ディスク１８上に１
枚の試料２２の代わりに装着された検出体４２と検出装
置４４および計数装置４６から成るエツチング量検出装
置を用いている。

検出体４２は例えば第２図に示すように、試料２２のエ
ツチングされる領域、即ちエツチング層２２２と同一物
質から成る層４２２と、層４２２とは異物質から成る薄
膜層４２３とが交互に積層されたものを基板４２１上に
有する。薄膜層４２３の積層の間隔Ｔは任意のもので良
いけれども、等間隔とする方が後述する計算等が容易と
なるので好ましい。検出装置４４は、例えば発光分析装
置あるいは質量分析装置であり、検出体４２中の薄膜層
４２３がエツチングされたことを、発光分光分析法ある
いは質量分析法等によって検出してその度に例えばパル
ス状の検出信号Ｓを出力する。

その−例を第３図に示す。計数装置４６は、例えばカウ
ンタ等を備えており、検出装置４４からの検出信号Ｓの
数を数える。

ディスク１８上の検出体４２は、イオンビーム１４によ
って（あるいは後述するプラズマ５０によって）試料２
２と共に、それとほぼ同一のエツチングレートでエツチ
ングされ、上記のような検出信号Ｓが得られる。この場
合、薄膜層４２３の間隔Ｔは予め定まっているので、上
記検出信号Ｓの数は検出体４２のエツチング量（エツチ
ング厚み）、ひいては試料２２のエツチング量に対応し
ている。従って、試料２２の任意の段階におけるエツチ
ング量を、（検出信号Ｓの数）×（間隔Ｔ）で正確に検
出することができる。

従って例えば上記のようなエツチング量検出装置を用い
て、試料２２のエツチングが終了段階付近（例えば最終
エツチング量の前記間隔Ｔで言えば一つ二つ手前）まで
進行したことを検出し、例えばその信号を制御装置４８
に与える。制御装置４８はそれに応答して、イオン源２
の動作を停止させ、代わりに高周波電源３８等のプラズ
マ生成手段の動作を開始させる等の切替えを行う。

即ち、シャッタ２４を閉じ、イオン源２の運転を停止す
る。またガス分岐スイッチ３６を切替えて前述したよう
なガスを真空容器１６内に供給し、スイッチ４０ａ、４
０ｂをプラズマ発生側Ｂに切り替え、高周波電源３８か
らディスク１８とシャッタ２４間に前述したような高周
波電圧を印加する。また磁場コイル５２を励磁してプラ
ズマ閉じ込め用の磁場を発生させる。その場合、真空容
器１６内の真空度は、例えば高真空引用の真空排気装置
３４を停止させる、あるいは荒引用の真空排気装置３２
のみを運転する等して、プラズマ５゜の生成に都合の良
い真空度（例えば１０伺〜１ｏＩＴｏｒｒ程度）にする
。

これによって、高速回転しているディスク１８とシャフ
タ２４間にプラズマ５０が生成され、ディスク１８上に
装着されている複数枚の試料２２および検出体４２は当
該プラズマ５０の領域を通過し、その際にプラズマ５０
中のイオンによってエツチングされる。その場合、磁場
コイル５２によって試料２２近傍のプラズマ密度が高め
られることもあってエツチングレートは太き（、しかも
イオンの持つエネルギーは小さい（例えば数十ｅ■程度
）ので試料２２に与える損傷は非常に小さい。従って試
料２２に損傷を与えることを極力抑えつつ、また見方を
変えれば先工程のイオンビームエツチングで発生した損
傷部分をイオンエツチングで削り取りつつ、試料２２を
所定の最終段階まで効率良くエツチングすることができ
る。エツチングが当該最終段階に達したことは前述した
エツチング量検出装置で検出され、それによってプラズ
マ５０の発生を停止してエツチングを終了する。

従って上記のようなエツチング装置によれば、試料２２
の損傷を極力抑えると共にエツチングレートの低下を防
ぐことができる。

尚、上記においては、制御装置４８を用いて自動的にイ
オン源２の動作と高周波電源３８等のプラズマ生成手段
の動作とを切り替える例を説明したけれども、制御装置
４８を設けずに例えばマニュアルスイッチ等によって両
動作を切り替えるようにしても良い。

また、ガス分岐スイッチ３６を設けずに、ガス源１１お
よびマスフローコントローラ１２をイオン源２用とプラ
ズマ生成手段用とにそれぞれ個別に設けても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、イオンビームエツチン
グとイオンエツチングとを切り替えて行うことができ、
それによって試料の損傷を極力抑えると共にエツチング
レートの低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の一実施例に係るエツチング装置を
示す概略図である。第２図は、第１図の装置に用いられ
ている検出体の一例を拡大して示す部分断面図である。 第３図は、第１図の検出装置から出力される検出信号の
一例を示す概略図である。第４図は、従来のエツチング
装置の一例を示す概略図である。第５図は、試料の一例
を示す部分断面図である。 ２・・・イオン源、１１・・・ガス源、１４・・・イオ
ンビーム、１６・・・真空容器、１８・・・ディスク、
２２・・・試料、２４・・・シャッタ、３６・・・ガス
分岐スイッチ、３８・・・高周波電源、４８・・・制御
装置、５０・・・プラズマ、５２・・・磁場コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に収納された試料をドライエッチング
   する装置において、試料にイオンビームを照射するイオ
   ン源と、高周波放電によって試料の近傍にプラズマを生
   成させるプラズマ生成手段と、試料の近傍に磁場を発生
   させる磁場発生手段と、イオン源の動作とプラズマ生成
   手段の動作を切り替える切替え手段とを備えることを特
   徴とするエッチング装置。