JPS6399531A - ドライエツチング装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ドライエツチング装置の改良に関する。

［従来の技術］ 最近、半導体装置の高集積化に伴って微細パターンの形
成が容易なドラエツチング技術が普及されている。中で
も、エツチングマスクとして作用するレジストパターン
に忠実なエツチングパターンの形成が可能な反応性イオ
ンエツチング（ＲＩＥ）技術が注目されている。

ところで、従来の反応性イオンエツチング装置としては
第２図に示す構造のものが知られている。

即ち、図中の１はチャンバであり、このチャンバ１内に
は互いに平行して対向する一対の電極板２．３が配設さ
れている。一方の電極板２（上部電極板）は、接地され
てカソード電極として機能する。

他方の電極板３（下部電極板）には、高周波電源４が接
続され、アノード電極として機能する。また、前記チャ
ンバ１の底部には排気管５が連結され、かつ該排気管５
の他端には図示しない排気系が連結されている。前記チ
ャンバ１の上部に１よ、反応ガスの導入管６が連結され
ている。このような構成の反応性イオンエツチング装置
において、アノードとしての下部電極板３上に所定の被
エツチング材７を設置し、排気管５を介して図示しない
排気系によりチャンバ１内を所定の真空度にした後、ガ
ス導入管６より所定の反応ガスを導入し、高周波電源４
から下部電極板３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電
圧を印加すると、電極板２．３間にプラズマが発生する
と共に、該プラズマ中の過剰な正イオンが電極板２．３
間の電位差により加速されるため、イオンがアノードと
して機能する下部電極板３上の被エツチング材７表面に
指向性をもって入射してエツチングがなされる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来の反応性イオンエツチング装置において、
エツチング速度を高めるには高周波電源４からアノード
として機能する下部電極板３に投入される高周波電力を
大きくする必要がある。しかしながら、かかる高周波電
力の増大は被エツチング材が設置される下部電極板３の
表面温度の上昇に繋がるため、該被エツチング材表面に
形成されたエツチングマスクとして機能するレジストパ
ターンに対し熱的ダメージを与える。その結果、レジス
トパターンのダレや変形等が生じるため、所期目的の高
精度のエツチングパターンの形成が困難となる。また、
エツチング速度やエツチングの異方性く垂直性）はアノ
ードとしての電極板３表面での電界強さに依存するが、
高周波電源４から該下部電極板３に投入される高周波電
力を大きくすると、下部電極板３表面、つまり被エツチ
ング材７表面での電界分布の不均一化が顕著となるため
、エツチングの均−性等が損われる。具体的には、上記
反応性イオンエツング装置を使用してウェハを反応性イ
オンエツチングを施して素子分離又はキャパシタに用い
られる溝を形成する場合、エツチングの不均一性により
溝内面が荒れたり、ビヤダル型になる等の問題があった
。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、高周波電源から印加する高周波電力の増大によ
らず、指向性の高い音波を利用してエツチング速度を高
めることが可能なドライエツチング装置を提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明は、反応性ガスが供給されるチャンバと、このチ
ャンバ内に互い対向して配置された一対の電極板と、こ
れら電極板の一方に接続された高周波電源とを具備し、
前記チャンバ内を真空排気し、かつ前記高周波電源から
一方の電極板に高周波電力を印加して電極板間に反応性
ガスのプラズマを発生させると共に、プラズマ中に生成
した活性なイオンを高周波電源が接続された電極板上の
被エツチング材に指向性をもたせて衝突させ、反応性イ
オンエツチングを行なうドライエツチング装置において
、前記プラズマ領域を横切って前記被エツチング材表面
に指向性をもって衝突する音波を発生する音波発生機構
を設けたことを特徴とするドライエツチング装置である
。

［作用］ 本発明によれば、チャンバ内の一対の電極板間に高周波
電源からの高周波電力の印加により発生した反応性ガス
のプラズマ領域を横切って被エツチング材表面に指向性
をもって衝突する音波を発生する音波発生機構を設ける
ことによって、高周波電力を増大させることなく、プラ
ズマ中の活性なイオンを加速してその指向性を向上でき
るため、被エツチング材のエツチング速度を高めること
ができる。その結果、高周波電力の増大に伴う被エツチ
ング材表面に形成されたレジストパターンの熱的ダメー
ジを著しく軽減できるため、レジストパターンのダレや
変形を招くことなく、所期目的の高精度のエツチングパ
ターンの形成が可能となる。また、被エツチング材表面
での電界分布の不均一化を軽減できるため、被エツチン
グ材の面内での均一エツチングを達成できる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明す
る。

第１図は枚葉式の反応性イオンエツチング装置の概略断
面図であり、図中の１１はチャンバである。

このチャンバ１１の土壁には一方の電極板（上部電極板
）１２が設けられており、かつ同チャンバ１１内には他
方の電極板（下部電極）１３が前記上部電極板１２と平
行にかつ対向するよう配設されている。

前記上部電極板１２は、例えば厚さ０．２＃のタンタル
板からなり、後述する音波発生機構の振動板を兼ねると
共に、接地されてカソード電極として機能するものであ
る。前記下部電極板１３には、高周波電源１４が接続さ
れ、アノード電極として機能する。前記チャンバ１１の
底部には排気管１５が連結され、かつ該排気管１５の他
端には図示しない排気系が連結されている。前記チャン
バ１１の上部には、反応ガスの導入管１６が連結されて
いる。

また、図中の１７は音波発生機構である。この音波発生
機構１７は、振動板を兼ねる前記上部電極板１２と、こ
の上部電極板１２のチャンバ１１外側の面に互いに近接
して配列、取着された複数の振動子１８と、これら振動
子１８にリード線を介して一方の端子を接続した例えば
８００　ｋ　Ｈ２の周波数を発振する発振器１９とから
構成されている。なお、前記発振器１９の他方の端子は
前記接地された上部電極板（振動板〉１２に接続されて
いる。

このような構成によれば、アノードとしての下部電極板
１３上に被エツチング材である例えばレジストパターン
が形成されたシリコンウェハ２ｏを設置し、排気管１５
を介して図示しない排気系によりチャンバ１１内を所定
の真空度にした後、ガス導入管１６より反応ガスである
例えばＣＣｊ２＋ガスを導入し、高周波電源１４から下
部電極板１３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を
印加すると、電極板１２．１３間にプラズマ２１が発生
すると共に、該プラズマ２１中の過剰な正イオンが電極
板１２．１３間の電位差により加速され、下部電極板１
３上のウェハ２０表面に指向性をもって入射する。また
、高周波電力の印加と同時に音波発生機構１７の発振器
１９から各振動子１８に８００ｋＨｚの周波を与えると
、各振動子１８が取着された振動板を兼ねる上部電極１
２が共鳴して前記略同様な８００ｋＨｚの周波を発生し
、これにより上部電極板１２から音波が前記プラズマ２
１を横切って下部ＩｉＭ板１３上のウェハ２０表面に指
向性をもって衝突する。その結果、電極板１２．１３間
に発生したプラズマ２１中の活性な正イオンが電極板１
２、ν間の電位差により加速され、更に上部電極板（振
動板）１２からの指向性の鋭い音波により加速され１、
　　指向性の高いイオン流２２となって下部電極板１３
上のウェハ２０表面に入射されるため、レジストパター
ンから露出するウェハ２０の表面部分が良好に反応性イ
オンエツチングされる。

従って、本発明の反応性イオンエツチング装置によれば
高周波電源１４から下部電極１３に印加する高周波電力
を増大させることなく、振動板を兼ねる上部電極板１２
からの指向性の鋭い音波によりプラズマ中の活性なイオ
ンを加速させ、指向性の高いイオン流２２としてウェハ
２０表面に衝突、入射できるため、ウェハ２０のエツチ
ング速度を高めることができる。その結果、高周波電力
の増大に伴うウェハ２０表面に形成されたレジストパタ
ーンの熱的ダメージを著しく軽減できるため、レジスト
パターンのダレや変形を招くことなく、所期目的の高精
度のエツチングパターンを形成できる。また、下部電極
板１３に印加される高周波電力を低く抑えることができ
ることによって、ウェハ２０表面での電界分布の不均一
化を軽減できるため、ウェハ２゜の面内での均一エツチ
ングを達成できる。事実、本実施例の反応性イオンエツ
チング装置によりウェハをエツチングして素子分離やキ
ャパシタとして用いられる溝（トレンチ）形成に適用し
たところ、エツチングの不均一性に伴う溝内面の荒れ等
のない高いアスペクト比の溝を短時間で形成することが
できた。

なお、上記実施例では高周波電源を下部電極板に接続し
たが、上部電極板に接続してもよい。この場合、被エツ
チング材は上部電極板に設置される。

上記実施例では、被エツチング材が設置される電極板を
固定式としたが、該電極板をエツチング中に回転できる
ような構造にしてもよい。

上記実施例では、音波発生機構の発振器として８００　
ｋ　Ｈ２の周波数を発振するものを用いたが、これに限
定されず、装置の用途等により任意の周波数を発振する
発振器を用いることができる。また、この発振器は設定
した周波数に対して所定の範囲（例えば±１００ｋＨｚ
の範囲）で掃引する機能を付加してもよい。このような
掃引機構を付加すれば、各振動子間の振動特性のばらつ
きに伴って、特定位置の振動子の振動効率が低下するの
を解消でき、これら振動子が取着された振動板を効率よ
く振動できる。

上記実施例では、音波発生機構の振動板を上部電極板で
兼用させたが、上部電極板に高周波電源を接続させた場
合には振動板を下部電極板で兼用させればよい。この振
動板は、実施例のようにタンタル板に限らず、モリブデ
ン、チタン、タングステン等の高融点金属板で形成して
もよい。但し、タンタルは他の高融点金属に比べて高張
力性に優れ、かつ振動子との関係で振動効率が高いため
、有効である。また、振動板を兼用する電極板の厚さに
関しても０．２Ｍに設定する場合に限らず、振動板から
の振動周波数に応じて適宜選定すればよい。

上記実施例では、被エツチング材としてシリコンウェハ
を用い、反応性ガスとしてＣＣｉ！、＋ガスを使用した
がこれに限定されない。被エツチング材としては、例え
ば種々の膜堆積がなされたシリコンウェハや■−ｖ族半
導体ウェハ等を使用してもよく、反応性ガスについては
他の塩素系ガスやフッ素系ガス等を使用できる。

上記実施例では、枚葉式の装置に適用した場合について
説明したが、複数枚の被エツチング材を一度に処理する
バッチ式にも同様に適用できる。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば高周波電源から一方
の電極板に印加する高周波電力を増大させることなく、
音波発生機構からの指向性の鋭い音波によりプラズマ中
の活性なイオンを加速させ、指向性の高いイオン流とし
て被エツチング材表面に衝突、入射させることによって
、被エツチング材表面に形成したレジストパターンへの
熱的ダメージ及び被エツチング材表面での電界分布の不
均一化を軽減しつつ、エツチング速度を増大でき、ひい
ては溝形成等に適した面内の均一エツチング、所期目的
の高精度のエツチングパターン形成を短時間で達成し得
るドラエツチング装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す反応性イオンエツチン
グ装置の概略断面図、第２図は従来の反応性イオンエツ
チング装置を示す概略断面図である。 １１・・・チャンバ、１２・・・上部電極（振動板）、
１３・・・下部電極、１４・・・高周波電源、１７・・
・音波発生機構、１８・・・振動子、１９・・・発振器
、２０・・・ウェハ（被エツチング材）、２１・・・プ
ラズマ、２２・・・イオン流。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応性ガスが供給されるチャンバと、このチャンバ内に
   互い対向して配置された一対の電極板と、これら電極板
   の一方に接続された高周波電源とを具備し、前記チャン
   バ内を真空排気し、かつ前記高周波電源から一方の電極
   板に高周波電力を印加して電極板間に反応性ガスのプラ
   ズマを発生させると共に、プラズマ中に生成した活性な
   イオンを高周波電源が接続された電極板上の被エッチン
   グ材に指向性をもたせて衝突させ、反応性イオンエッチ
   ングを行なうドライエッチング装置において、前記プラ
   ズマ領域を横切って前記被エッチング材表面に指向性を
   もって衝突する音波を発生する音波発生機構を設けたこ
   とを特徴とするドライエッチング装置。