JPS634081A - 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、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から例えば２
．４５ＧＨｚの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ャッタ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３０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、シャフ
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（でも試料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、エツ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ＥＣＲ形のイオン源と、ガスを供給
するガス源と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発
振器と、ガス源からのガスをイオン源と試料の近傍とに
切り替えて供給するガス切替手段と、マイクロ波発振器
からのマイクロ波電力をイオン源と試料の近傍とに切り
替えて供給するマイクロ波切替手段と、試料の近傍に磁
場を発生させる磁場発生手段とを備えることを特徴とす
る。

〔作用〕

ガス切替手段およびマイクロ波切替手段をイオン源側に
切り替えることによって、イオン源から試料にイオンビ
ームを照射することができ、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。−方ガス切替手段および
マイクロ波切替手段を試料側に切り替えることによって
、試料の近傍でマイクロ波放電を生ぜしめてプラズマを
発生させることができ、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。従ってこのエツチン
グ装置においては、例えばエツチングの前段階ではイオ
ンビームエツチングを、エツチングの後段階ではイオン
エツチングを行うように切り替えることができ、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、ガス切替手段としてガス分岐ス
イッチ３６等を備えており、前述したよウナカス源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、当該ガス分岐スイッチ３６を用いてイオン源２の
プラズマ室４とディスク１８上の試料２２の近傍とに切
り替えて供給するようにしている。３７ａ、３７ｂはそ
のための配管である。

またマイクロ波切替手段としてサーキュレータ３８等を
備えており、前述したようなマイクロ波発振器１０から
出力されるマイクロ波電力を、当該サーキュレータ３８
を用いてイオン源２のプラズマ室４とディスク１８上の
試料２２の近傍とに切り替えて供給するようにしている
。３９ａ、３９ｂはそのための導波管である。

また磁場発生手段として、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を備えている。

更にこの実施例では、上記ガス分岐スイッチ３６、サー
キュレータ３８の切り替えやその他の機器の各種制御を
司る制御装置４８を備えている。

従って、シャ７タ２４を開きかつガス分岐スイッチ３６
およびサーキュレータ３８をイオン源２側に切り替える
ことによって、イオン源２からディスク１８上の試料２
２にイオンビーム１４を照射してイオンビームエツチン
グを行うことができる。反対にシャッタ２４を閉じかつ
ガス分岐スイッチ３６およびサーキュレータ３８を試料
２２側に切り替えることによって、ディスク１８とシャ
フタ２４間にマくクロ波放電によるプラズマ５０を発生
させて試料２２のイオンエツチングを行うことができる
。

また磁場コイル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（く、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（、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
度に排気しておき、かつガス分岐スイッチ３６およびサ
ーキュレータ３８をイオン源２側にしておき、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１
６内の真空度は１０−’〜１Ｏ−ＳＴｏｒｒ程度である
。その後シャッタ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（あるいはプラズマ５０によって）試料２２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、イオンビー
ム１４によるイオンビームエツチングとプラズマ５０に
よるイオンエツチングとを切り替える。

即ち、シャフタ２４を閉じ、かつガス分岐スイッチ３６
およびサーキュレータ３８を切り替えてガス源１１から
のガスおよびマイクロ波発振器ｌＯからのマイクロ波電
力を試料２２側に切り替える。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５０の生成
に都合の良い真空度（例えば１０−′〜１Ｏ−２Ｔｏｒ
ｒ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７
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大きく、しかも
イオンの持つエネルギーは小さい（例えば数十ｅＶ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
オンビームエツチングとイオンエツチングとを切り替え
る例を説明したけれども、制御装置４８を設けずに例え
ばマニュアルによって両エツチングを切り替えるように
しても良い。

〔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。しかもマイクロ波発
振器等を共用するようにしているので、構成も比較的簡
略化される。

【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・・・ＥＣＲ形イオン源、１０・・・マイクロ波発振
器、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・・・サーキュレータ、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ＥＣ
   Ｒ形のイオン源と、ガスを供給するガス源と、マイクロ
   波電力を発生するマイクロ波発振器と、ガス源からのガ
   スをイオン源と試料の近傍とに切り替えて供給するガス
   切替手段と、マイクロ波発振器からのマイクロ波電力を
   イオン源と試料の近傍とに切り替えて供給するマイクロ
   波切替手段と、試料の近傍に磁場を発生させる磁場発生
   手段とを備えることを特徴とするエッチング装置。