JPS647156B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ドライエツチング技術に係わり、特
にマグネトロン放電を利用したドライエツチング
装置及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、高集積デバイス製造のための微細加工に
は、主として反応性イオンエツチング技術が使用
されている。反応性イオンエツチング技術とは、
一対の対向する電極を有する真空チヤンバ内の片
方の電極上に被処理基体を置き、例えばCF₄等の
ハロゲン原子を含有するガスを該チヤンバ内に導
入し、上記一対の電極間に高周波電力を印加して
ガスを放電せしめ、発生したイオンやラジカルを
用いて被処理基体をエツチングする方法である。

上記方法を利用したエツチング装置では、大型
チヤンバ内に例えば10〜20枚の被処理基体を一度
に入れてエツチングを行うバツチ式装置と、小形
チヤンバ内に１枚の被処理基体のみを入れてエツ
チングを行う枚葉式装置とがある。LSIのパター
ンは今後も益々微細化し、且つSiウエハ径は８イ
ンチや12インチと拡大する一途を辿つている。従
つて、大口径ウエハ表面に上に均一に極微細パタ
ーンを形成するためには、枚葉式装置の方が有利
であり、この方式が徐々にではあるが主流になり
つつある。当然のことであるが、枚葉式エツチン
グ装置は、もしエツチング速度が等しければ、バ
ツチ式エツチング装置に比較して処理能力は低
い。従つて、枚葉式エツチング装置では、磁場を
利用してマグネトロン放電を起こす、或いはホロ
ーカソード放電を起こす等、放電効率を高める工
夫がなされている。

ところで、マグネトロン放電を利用したドライ
エツチング装置では、まる真空容器内に一定の圧
力のエツチング用ガスを導入し、高周波放電によ
つて陰極と陽極との間にプラズマを形成する。そ
の時、陰極表面に形成されるイオンシースと呼ば
れる領域に誘起される電界と磁場発生器の形成す
る磁界とが直交する領域で電子がドリフト運動を
起こし、高密度のプラズマが形成される。そし
て、このプラズマ中のイオンにより被処理基体が
高速にエツチングされる。また、磁場発生器を陽
極側に配置し、これを陽極に沿つて移動させるこ
とにより、被処理基体を均一にエツチングするこ
とができる。

しかしながら、この種の装置にあつては次のよ
うな問題があつた。即ち、一般にエツチング装置
を構成する部品の材料はステンレス鋼が用いられ
るが、ステンレス鋼は切削，溶接等の加工時にそ
の透磁率が変化し、強磁性体化することが知られ
ている。このような強磁性化した材料を用いてド
ライエツチング装置を構成した場合、以下の〜
のような問題が生じる。

陽極が強磁性体の場合、多くの磁力線が陽極
内部を通るため、磁場発生器から陰極側へ与え
られる磁界強度が著しく低下し、エツチング速
度が低下する。

真空容器の側面が強磁性体の場合、真空容器
の側面に近い磁極からの磁力線が真空容器側面
へ引き込まれ、磁界が不均一となりエツチング
の均一性を乱す。また、放電電流の集中を起こ
し、全体的なエツチング速度の低下を来たす。
そして、この問題は陽極側に磁場発生器を設置
した場合に顕著に現われる。

陰極が強磁性体の場合、磁場発生器からの磁
力線は陰極へ引寄せられ、多くの磁力線が陰極
内部を通過するようになる。このため、陰極上
の陰極と平行な磁界成分（電界と直交する成
分）が低下し、エツチング速度が低下する。ま
た、陰極上での磁界強度の変化が大きくなり、
被処理基体にプラズマから照射されるイオンの
軌道が曲げられる。このため、エツチング形成
の悪化を招いたり、或いは場所によつてエツチ
ング形状が異なつたものとなる。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のマグネトロン放電利用のドラ
イエツチング装置では、真空容器、第１の電極
（陰極）及び第２の電極（陽極）等の形成材料と
して非磁性材料を用いたとしても、装置製作時に
これらの材料が高透磁率化するため、磁界の均一
性や磁界強度が低下し、エツチング速度の低下や
エツチング形状の悪化等を招くと云う欠点があつ
た。さらに、この欠点は、磁場発生器を陽極側に
配置するドライエツチング装置において顕著に現
れる。

また、最近の半導体素子製造工程では、エツチ
ングパターンの幅に対する深さの大きい、所謂ア
スペクト比の大きな溝を形成する技術が強く要望
されているが、上記の問題がアスペクト比の大き
な溝形成を妨げる要因となつている。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、磁場の不均一化や磁界
強度の低下を招く要因をなくし、被処理基体が載
置される第１の電極上に均一で十分大きな磁場を
形成することができ、エツチング速度の高速化及
びエツチング形状の向上をはかり得るドライエツ
チングを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上記エツチング速
度の高速化及びエツチング形状の均一化をはかり
得るドライエツチング装置の製造方法を提供する
ことにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、磁性体化して磁場の均一化を
乱す要因となる、真空容器、第１及び第２の電極
を完全に非磁性体とすることにある。

即ち本発明は、被処理基体が載置される第１の
電極及びこれに対向配置した第２の電極を備えた
真空容器と、この容器内に所定のガスを導入する
手段と、上記容器内のガスを排気する手段と前記
第１及び第２の電極間に高周波電力を印加する手
段と、少なくとも前記第１及び第２の電極の間に
磁界を発生せしめる手段とを具備したドライエツ
チング装置において、前記容器、第１及び第２の
電極をそれぞれ非磁性材料で形成するようにした
ものである。

また本発明は、上記構成のドライエツチング装
置を製造する際に、前記容器、第１及び第２の電
極の材料としてそれぞれ非磁性材料を用い、且つ
これらを加工組立てした後に、該材料のキユリー
点以上の温度で熱処理を施すようにした方法であ
る。

（作用） 本発明によれば、容器、第１及び第２の電極を
最終的に非磁性体としているので、第１の電極
（陰極）近傍における磁界強度の低下や磁界の不
均一化を防止することが可能となる。従つて、第
１の電極近傍で十分大きな磁界強度を得ることが
でき、高速エツチングが可能となる。また、容器
内での磁場の偏りがなくなり、均一性の高いエツ
チングが実現できる。さらに、エツチング形状が
場所により異なる等の問題を解消することができ
る。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツ
チング装置を示す概略構成図である。図中１１は
非磁性ステンレス鋼等からなる真空容器であり、
この容器１１は接地されている。容器１１内に
は、ガス導入口１１ａを介して所定のエツチング
ガスが導入される。そして、容器１１内のガスは
ガス排気口１１ｂを介して排気されるものとなつ
ている。

容器１１内の底部には、Siウエハ等の被処理基
体１２を載置する陰極（第１の電極）１３が設置
されている。この電極１３は、容器１１と同様に
非磁性ステンレス鋼等からなるもので、絶縁体１
４を介して容器１１の底部に固定されている。陰
極１３には水冷管１５が接続され、水冷管１５に
冷却水を流すことにより、陰極１３は冷却される
ものとなつている。また、陰極１３には上記水冷
管１５をリードとして、マツチング回路１６を介
して高周波電源１７が接続されている。そして、
電極１３と対向する容器１１の上壁１９が陽極
（第２の電極）として作用するものとなつている。

一方、容器１１の上方部には、NSの磁極間隙
を有する複数の永久磁石からなる磁場発生器２１
が配置されている。この磁場発生器２１は、偏芯
軸２２を中心として駆動機構２３により回転せら
れる。そして、この回転により、磁場発生器２１
の磁石が陽極１９上で移動するものとなつてい
る。

また、上記容器１１，陰極１３及び陽極１９
は、本来非磁性材料であるが、切削り加工や溶接
等により容易に磁性化する。そこで本実施例で
は、後述する如く非磁性ステンレス鋼のキユリー
点以上の熱処理を施す等して、容器１１，陰極１
３及び陽極１９を最終的に非磁性体に保持してい
る。なお、これらの部分以外、つまり容器１１付
近のガス配管，冷却用配管等も非磁性材料で形成
し、上記と同様の処理を施すのが望ましい。

このような構成であれば、真空容器１１，陰極
１３及び陽極１９が最終的にも非磁性体であるの
で、磁界の形成に何等影響を与えない。このた
め、これらの材料により磁場発生器２１からの磁
界が乱されることはなく、陰極１３上に均一で十
分大きな磁界を形成することができる。

ここで、容器１１，陰極１３或いは陽極１９が
透磁率の高い材料、つまり磁性体で形成された場
合の磁界の変化を第２図を参照して説明する。な
お、第２図において右半分は本実施例による非磁
性体、左半分は従来例による磁性体であると仮定
する。まず、陽極１９が磁性体である場合、第２
図ａに示す如く、陽極１９の裏面側に配置された
磁石からの磁力線３１は、その多くが陽極１９内
をぬけていき、容器１１内に入り難くなる。これ
は、所謂磁気シールドを施した場合と同様であ
り、従つて電極１３，１９間でマグネトロンプラ
ズマを形成するだけの磁界を発生することはでき
ない。これに対し本実施例では、磁石からの磁力
線３０は陽極１９に影響されずに、磁石の設計値
通りの磁界強度，磁力線分布が得られることにな
る。

また、容器１１の側面が磁性体である場合、第
２図ｂに示す如く、磁石からの磁力線３２は容器
１１の側面に誘起される磁気に引かれ、磁力線の
分布が大幅に変化する。この変化は結果的に陰極
１３の周辺部分での磁界強度を強める。従つて、
その部分での放電を強め、エツチングの均一性に
著しく影響を与えると同時に、エツチング速度の
低下を引起こす。これに対し本実施例では、陰極
１３付近で強くその他で弱くなるような設計通り
の磁力線分布を得ることができるのである。

また、陰極１３が磁性体である場合、第２図ｃ
に示す如く、深刻な問題が発生する。即ち、陽極
１９側から磁力線３３は陰極１３に引き込まれる
形となり、陰極１３上の陰極１３と平行な磁界成
分を弱める。同時に、陰極１３と垂直成分を増長
するため、陰極１３上での磁界強度の変化を急峻
なものに変えてしまう。このようにして形成され
た変化の大きい磁界分布はエツチングの均一性を
低下させるのみならず、陰極１３上に形成される
セルフバイアス電圧（シース内に誘起される電圧
であり、これによりイオンがウエハ側へ加速され
エツチングを引き起こす）を場所により大きく変
化させてしまう。つまり、場所によつてウエハに
照射されるイオンのエネルギーが変化する。さら
に、空間電荷の差から、斜めに加速されるイオン
が発生しエツチングパターンの側壁をえぐる現象
や、細いパターンでのエツチング速度の低下等の
問題を引起こす。

これに対し本実施例では、磁界は乱されること
なく陰極１３付近に供給されるため、均一性は極
めて高くなり、また磁界分布も緩やかに供給する
ことが可能となり、斜めにウエハに照射されるイ
オンの発生をなくすことができる。従つて、ウエ
ハ全面で多くの垂直なイオン照射が可能となり、
所望のエツチング形状を高速に且つ均一性良く達
成することができる。

なお、上記の説明では容器１１，陰極１３及び
陽極１９のいずれか一つが磁性体である場合につ
いて説明したが、これらの複数が磁性体である場
合、磁界分布の変化がより複雑なものとなり、同
様にエツチング速度の低下やエツチング形状の不
均一化を招くことになる。

次に、本発明に係わる非磁性化処理を付加した
ドライエツチング装置の製造方法、特に容器１
１，陰極１３及び陽極１９の製造方法について、
第３図を参照して説明する。第３図はステンレス
鋼を用いた場合の加工工程を示す流れ作業図であ
る。材料としては、耐蝕性に優れた非磁性ステン
レス鋼（SUS316，SUS310s）を使用した。本来
このステンレス鋼非磁性材料であるが、加工の段
階で磁性体化することが知られている。

まず、素材自体にキユリー点以上（例えば850
℃）の熱処理を加える。これは、後の工程で熱処
理を与えた時の歪みを小さくするためである。次
いで、切削加工を行うが、このときステンレス鋼
は僅かながら磁性化する。ここで、磁性化をでき
るだけ避けるには、旋盤等の強磁性を持つ刃を用
いて加工する道具は使用しない方が望ましい。次
いで、溶接加工に入るが、ここが最も磁性化を起
こす工程である。特に、溶接棒等が強磁性体であ
ると、後の工程で非磁性化処理を行つても完全に
非磁性体とはなり難い。従つて、溶接棒として
は、非磁性のものを使用する必要がある。

上記切削加工及び溶接加工等により、容器１
１，陰極１３及び陽極１９等を形成するわけであ
るが、この段階では容器１１，陰極１３及び陽極
１９等は磁性化している。従つて、形が出来上が
つた段階で再び熱処理を加え非磁性体化させる。
即ち、先と同様にキユリー点以上の温度で熱処理
し、磁性体化した部分を非磁性体に戻す。最後に
仕上げであるが、この仕上げでは再び磁性体化す
るのを避けるために機械工作はしないで、手で軽
く研磨する程度に止どめる。

以上の工程により、非磁性ステンレス鋼が磁性
体化することを防止でき、容器１１，陰極１２及
び陽極１９等を最終的にも非磁性体に保持するこ
とができる。なお、ステンレス鋼としては、耐蝕
性の兼合いもあるが、それに含まれるFeの割合
いが少ない程透磁率は低くなるため、素材から選
択していく必要がある。

このように本実施例によれば、真空容器１１，
陰極１３及び陽極１９の形成材料として非磁性ス
テンレス鋼を用い、さらにこれらの材料に非磁性
化処理を加えることにより、容器１１，陰極１３
及び陽極１９を最終的にも非磁性体に保持するこ
とができる。従つて、これらが磁性体化すること
に起因する磁界強度の低下や磁界分布の不均一化
を未然に防止することができ、エツチング速度の
高速化及びエツチングの均一性向上をはかり得
る。特に、磁場発生器２１が陽極１９の裏面側に
配置された本実施例においては、陽極１９を介し
て比較的遠い位置にある陰極１３上に磁界を印加
する必要があるが、この場合上記磁界強度の低下
や磁界分布の不均一化を防止できる効果は極めて
有効である。

また本実施例では、容器１１，陰極１３及び陽
極１９等により磁界が曲げられるのを防止できる
ことから、エツチングを起こすイオンの軌道を曲
げる等の不都合はない。従つて、高密度・高集積
化に要求される、アスペクト比の大きい溝のエツ
チングにも十分適用することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。例えば、前記容器、第１及び第２の
電極の材料としては、非磁性ステンレス鋼に限る
ものではなく、ドライエツチングに用いることの
できる非磁性材料であればよい。また、これらの
部品に限らず、容器周辺の配管，測定器等におい
ても非磁性体を使用することが望ましい。さら
に、第２の電極は容器の壁部で形成されたものに
限らず、容器とは別体として該容器内に配置され
たものであつてもよい。

また、磁場発生器としては永久磁石に限らず電
磁石を用いることも可能である。さらに、本発明
は、磁場発生器を陽極側に配置したもので最も有
効であるが、磁場発生器を陰極側或いは容器の側
部に配置したものに適用することも可能である。
また、非磁性化処理のための熱処理は必ずしも切
削加工及び溶接加工の前段階で行う必要はなく、
少なくとも加工組立てが終了した最終段階で行え
ばよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、容器、第
１及び第２の電極を非磁性体としているので、磁
界強度の低下や磁界分布の不均一化を未然に防止
することができ、第１の電極上に設計通りの均一
な磁界を形成することができる。従つて、効率の
良いマグネトロン放電を実現し、高速，高均一性
のエツチングを達成することが可能となり、各種
半導体装置の製造に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるドライエツ
チング装置を示す概略構成図、第２図は上記装置
の作用を説明するための模式図、第３図は非磁性
化処理の加工工程を示す流れ作業図である。 １１…真空容器、１１ａ…ガス導入口、１１ｂ
…ガス排気口、１２…被処理基体、１３…陰極
（第１の電極）、１４…絶縁体、１５…水冷管、１
６…マツチング回路、１７…高周波電源、１９…
陽極（第２の電極）、２１…磁場発生器、２２…
偏芯軸、２２…駆動機構、３０，〜，３３…磁力
線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被処理基体が載置される第１の電極及びこれ
   に対向配置した第２の電極を備えた容器と、この
   容器内に所定のガスを導入する手段と、上記容器
   内のガスを排気する手段と、前記第１及び第２の
   電極間に高周波電力を印加する手段と、少なくと
   も前記第１及び第２の電極の間に磁界を発生せし
   める手段とを具備したドライエツチング装置にお
   いて、前記容器、第１及び第２の電極をそれぞれ
   非磁性材料で形成してなることを特徴とするドラ
   イエツチング装置。 ２ 前記磁界を印加する手段は永久磁石或いは電
   磁石からなるものであり、該磁石は前記第２の電
   極の前記第１の電極に対向する面と反対側に配置
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のドライエツチング装置。 ３ 前記磁石は、前記第２の電極に沿つて移動せ
   られるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載のドライエツチング装置。 ４ 前記第２の電極は、前記容器の壁部で形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエツチング装置。 ５ 前記容器、第１及び第２の電極の材料とし
   て、非磁性ステンレス鋼を用いたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のドライエツチング
   装置。 ６ 被処理基体が載置される第１の電極及びこれ
   に対向配置した第２の電極を備えた容器と、この
   容器内に所定のガスを導入する手段と、上記容器
   内のガスを排気する手段と、前記前記第１及び第
   ２の電極間に高周波電力を印加する手段と、少な
   くとも前記第１及び第２の電極の間に磁界を発生
   せしめる手段とを具備したドライエツチング装置
   の製造方法において、前記容器、第１及び第２の
   電極の材料としてそれぞれ非磁性材料を用い、且
   つこれらを加工して組立てた後に、該材料のキユ
   リー点以上の温度で熱処理を施すことを特徴とす
   るドライエツチング装置の製造方法。 ７ 前記容器、第１及び第２の電極の材料は、機
   械加工或いは溶接工程前に、該材料のキユリー点
   温度以上で熱処理が施されることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項記載のドライエツチング装置
   の製造方法。 ８ 前記容器、第１及び第２の電極として、非磁
   性ステンレス鋼を用いたことを特徴とする特許請
   求の範囲第６項記載のドライエツチング装置の製
   造方法。