(57)【要約】面内均一性がよく、かつ、エッチングレートの高いドライエッチング装置及びドライエッチング方法の提供。上部のプラズマ発生室及び下部の基板処理室から構成された真空チャンバと、前記プラズマ発生室の側壁の外側に設けられた磁場コイルと、この磁場コイルと側壁の外側との間に配置され、高周波電源に接続したアンテナコイルと、プラズマ発生室上部に設けられたエッチングガス導入手段とを備えたドライエッチング装置において、前記側壁が、比誘電率が４以上の材料からなる。
2008140012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部のプラズマ発生室及び下部の基板処理室から構成された真空チャンバと、前記プラズマ発生室の側壁の外側に設けられた磁場コイルと、この磁場コイルと側壁の外側との間に配置され、高周波電源に接続したアンテナコイルと、プラズマ発生室上部に設けられたエッチングガス導入手段とを備えたドライエッチング装置において、前記側壁が、比誘電率が４以上の材料からなることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記材料の誘電損失が１×１０−４〜１０×１０−４であることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記材料が、透光性セラミックスであることを特徴とする請求項１又は２記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記透光性セラミックスが、高純度透光性アルミナセラミックス、高純度透光性イットリアセラミックス及び高純度透光性ＡｌＮセラミックスのいずれかであることを特徴とする請求項３記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
前記側壁の内面に、イットリアが溶射されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載されたドライエッチング装置を用いて、真空チャンバ内にエッチングガスを導入すると共に、磁場コイルにより磁気中性線を形成し、アンテナコイルから、交番電場を側壁を透過させ、交番電位を磁気中性線にそって加えて放電プラズマを発生させるとともに、被処理基板をエッチングして微細加工することを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レジストマスクで覆われたＳｉＯ２などの層間絶縁膜をエッチングする場合、高周波誘導磁場により生じる誘導電界により電子を加速せしめ、これによって生成されるプラズマ雰囲気中でエッチングして、配線用のホール、トレンチを微細加工する誘電結合型ドライエッチング法が用いられる。
【０００３】
このようなドライエッチング方法を実施するための装置として、誘電結合型ドライエッチング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。  
【特許文献１】特開２００１−２３９６１号公報（請求項１及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のドライエッチング装置では、面内均一性が１０％以上であり、また、エッチングレートが十分ではないという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、面内均一性がよく、かつ、エッチングレートの高いドライエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のドライエッチング装置は、上部のプラズマ発生室及び下部の基板処理室から構成された真空チャンバと、前記プラズマ発生室の側壁の外側に設けられた磁場コイルと、この磁場コイルと側壁の外側との間に配置され、高周波電源に接続したアンテナコイルと、プラズマ発生室上部に設けられたエッチングガス導入手段とを備えたドライエッチング装置において、前記側壁が、比誘電率が４以上の材料からなることを特徴とする。側壁の材料が、通常ドライエッチング装置に用いられている石英の比誘電率：３．６より高い比誘電率４以上の材料であることで、交番電場が効率的に側壁を透過し、プラズマが高密度化されるので、面内均一性が改善され、エッチングレートがより高くなる。
【０００７】
前記材料の誘電損失が１×１０−４〜１０×１０−４であることが好ましい。１０×１０−４より大きいと、入力された交番電場の一部がセラミックを加熱し、このセラミックの温度上昇によりエッチングプロセスが不安定になりやすい。他方で、１×１０−４より小さいと、十分な面内均一性の改善、エッチングレートの向上が図れない。
【０００８】
前記材料としては、透光性セラミックスが好ましい。ここで、透光性セラミックスとは、可視光及び赤外線領域である波長が約３６０ｎｍ〜８００μｍの光線が透過するものをいう。透光性セラミックスは、比誘電率が高く、また、誘電損失が小さいので、透光性セラミックスで側壁１４１を作製することで交番電場が側壁を通過しやすく、高密度のプラズマをできる。このため、面内均一性がよく、かつ、エッチングレートを高くすることが可能である。
【０００９】
透光性セラミックスとしては、高純度透光性アルミナセラミックス、高純度透光性イットリアセラミックス及び高純度透光性ＡｌＮセラミックスのいずれかであることが好ましい。ここで、高純度とは、純度が９９．５％以上であることをいう。
【００１０】
前記側壁の内面に、イットリアが溶射されていることが好ましい。これにより、側壁の内面のエッチングを防止し、パーティクル発生を防ぐことが可能である。
【００１１】
本発明のドライエッチング方法は、上記のドライエッチング装置を用いて、真空チャンバ内にエッチングガスを導入すると共に、磁場コイルにより磁気中性線を形成し、アンテナコイルから、交番電場を側壁を透過させ、交番電位を磁気中性線にそって加えて放電プラズマを発生させるとともに、被処理基板をエッチングして微細加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のドライエッチング装置によれば、面内均一性がよく、かつ、エッチングレートの高いエッチングを行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法に用いるエッチング装置１を示す。エッチング装置１は、真空チャンバー１１を有し、この真空チャンバー１１は、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１２を備えている。
【００１４】
真空チャンバー１１は、下部の基板処理室１３とその上部のプラズマ発生室１４とから構成されている。下部の基板処理室１３内の底部中央には、基板載置部２が設けられている。基板載置部２には、基板電極２１が設けられ、基板電極２１は、ブロッキングコンデンサー２２を介して第１高周波電源２３に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。
【００１５】
この基板載置部２に対向してプラズマ発生室１４の上部に設けられた天板１５は、プラズマ発生室１４の側壁に固定される。天板１５には、真空チャンバー１１内にエッチングガスを導入するガス導入手段３のガス導入経路３１が接続されている。このガス導入経路３１は分岐し、それぞれガス流量制御手段３２を介して希ガス用ガス源３３及びフルオロカーボンガス用ガス源３４に接続されている。
【００１６】
また、この天板１５には、ガスを均一に拡散させるべく、ガス導入手段３に接続されたシャワープレートが設けられていてもよい。さらに、エッチングレート向上のため、天板１５は、シリコンで形成されているか、シリコンプレートが設けられていてもよい。
【００１７】
プラズマ発生室１４は円筒形の側壁１４１を備えている。側壁１４１は、誘電体からなり、比誘電率４以上であることが好ましい。プラズマ発生室１４の側壁を通常の石英の比誘電率（３．６）より高い誘電率を有する材料で作成することで、より効率的にＲＦ電力を透過でき、プロセスの均一性、エッチングレート及びプロセス安定性の向上をせしめることができる。この場合、比誘電率４以上の材料の誘電損失が１×１０−４〜１０×１０−４であることが好ましい。このような特性をもつ材料としては、例えば、透光性セラミックスがあり、この中でも、高純度透光性アルミナセラミックス又は高純度透光性イットリアセラミックスが比誘電率が１０以上と高く、好ましい。また、高純度透光性ＡｌＮセラミックスも、比誘電率が高いので好ましい。
【００１８】
ところで、側壁１４１を高純度透光性セラミックスで作製している場合において、側壁材料と、エッチング対象が同一であると、側壁内部もエッチングされてしまう場合がある。この場合には、側壁１４１の内部をイットリア溶射することが好ましい。イットリア溶射することで、側壁部のエッチングを防止することができるからである。
【００１９】
側壁１４１の外側には、磁場発生手段４としての磁場コイル４１が設けられており、この場合、磁場コイル４１によって、プラズマ発生室１４内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。
【００２０】
磁場コイル４１とプラズマ発生室１４の側壁１４１の外側との間には、プラズマ発生用の高周波アンテナコイル４２が配置されている。この高周波アンテナコイル４２は、パラレルアンテナ構造のものであり、第２高周波電源４３から電圧を印加できるように構成されている。そして、磁場コイル４１によって磁気中性線が形成されると、形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生させる。
【００２１】
なお、アンテナコイルへの印加電圧値が所定の値になるようにする機構が設けられていてもよい。
【００２２】
上記のようにして構成されたエッチング装置は、簡単な構造であり、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題もなく、かつ、高効率のプラズマを形成することができる。
【００２３】
本発明のドライエッチング方法を実施するために用いられるエッチング装置は、高周波アンテナコイル４２の内側に図示しないファラディシールド(又は静電場シールド)様浮遊電極を設置してもよい。このファラディシールドは、既知のファラディシールドであり、例えば、複数のスリットが平行に設けられ、このスリットの長手方向の中間にスリットと直交してアンテナコイルが設けられた金属板である。スリットの長手方向の両端には、短冊状金属板の電位を同じにする金属縁が設けられている。アンテナコイル４２の静電場は金属板によりシールドされるが、誘導磁場はシールドされない。この誘導磁場がプラズマ中に入り誘導電場を形成する。スリットの幅は、目的に応じて適宜設計でき、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍのスリットである。このスリットの幅が広すぎると静電場の浸みこみが起こり、好ましくない。スリットの厚みは、〜２ｍｍ程度であればよい。
【００２４】
次に、このエッチング装置１を用いて被処理基板Ｓをエッチングする方法について説明する。
【００２５】
上記エッチング装置１を用いてエッチングされるエッチング対象としては、Ｓｉ基板上に、ＳｉＯ２膜及びＳｉＯ２を含む化合物膜、光学素子に用いられる材料からなる膜が形成されたものがあげられる。
【００２６】
ＳｉＯ２を含む化合物としては、例えば、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ２、燐酸シリケートガラス、ホウ酸添加燐酸シリケートガラス、希土類をドープしたガラス、低膨張結晶化ガラスがある。光学素子に用いられる材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ビスマスがある。
【００２７】
また、ＨＳＱやＭＳＱのようにスピンコートによって形成されたＳｉＯＣＨ系材料膜や、ＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料で比誘電率２．０〜３．２のＬｏｗ−ｋ材料膜、多孔質材料膜が形成された基板であってもよい。
【００２８】
ＳｉＯＣＨ系材料としては、例えば、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名HSG−７０００／日立化成社製、商品名HOSP／Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass／Honeywell  Electric Materials社製、商品名OCD T−１２／東京応化社製、商品名OCD  T−３２／東京応化社製、商品名IPS２．４／触媒化成工業社製、商品名IPS２．２／触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S５１００／旭化成社製、商品名ＩＳＭ／ＵＬＶＡＣ社製がある。
【００２９】
ＳｉＯＣ系材料としては、例えば、商品名Aurola２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Aurola２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Orion２．２／ファーストゲート・TRIKON社製、商品名Coral／Novellus社製、商品名Black Diamond／AMAT社製、商品名ＮＣＳ／富士通社製がある。また、商品名SiLK／Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK／Dow Chemical社製、商品名FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 Porous FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 GX‐3P／Honeywell Electric Materials社製などがある。
【００３０】
このエッチング対象である被処理基板のマスク材料としては、例えば、ＫｒＦレジスト材、ＡｒＦレジスト材などの有機系材料や、Ｎｉ等の公知の金属材料が挙げられる。
【００３１】
マスクが形成された被処理基板Ｓを基板載置台２の上に載置する。次いで、エッチングガス導入手段４からエッチングガスを導入し、第２高周波電源４３からＲＦパワーを印加してプラズマ発生室１４内にプラズマを発生させ、被処理基板Ｓのエッチングを行う。
【００３２】
エッチングガスとしては、フルオロカーボンガスに、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどの希ガスから選ばれた少なくとも１種のガスを添加したガスを用いることができる。フルオロカーボンガスとしては、例えばＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８またはＣ３Ｆ８を用いることができ、特にＣ４Ｆ８及びＣ３Ｆ８が好ましい。この場合、希ガスは、エッチングガス総流量基準で８０〜９５パーセントとなるようにガス流量制御手段３２によって制御され、導入される。このエッチングガスを、プラズマ雰囲気中１Ｐａ以下の作動圧力下で、１００〜３００ｓｃｃｍ真空チャンバ１１内に導入してエッチングする。
【００３３】
このようなドライエッチング装置１を用いたドライエッチング方法によれば、ドライエッチング装置よりも、面内均一性よく、かつ、エッチングレートを高くすることが可能である。
【実施例１】
【００３４】
本実施例では、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行った。側壁部１４１は、透光性アルミナセラミックスとして商品名ＳＡＰＰＨＡＬ／東芝セラミックス社製（比誘電率：１０、誘電損失：１×１０−４）を用いて作製した。
【００３５】
まず、ＳｉＯ２膜が１μｍで形成されたＳｉからなる被処理基板Ｓを、プラズマ発生室１４の側壁１４１が高純度透光性アルミナからなるエッチング装置１の基板載置台２上に載置し、第２高周波電源４３によってプラズマを発生させると共に、Ｃ３Ｆ８ガス８ｓｃｃｍとＡｒガス１５２ｓｃｃｍとからなるエッチングガスを導入して、被処理基板Ｓのエッチングを行なった。エッチング条件は、第１高周波電源（基板側）４００Ｗ、第２高周波電源（アンテナ側）１２００Ｗ、基板設定温度：−２０℃、圧力：０．６Ｐａであった。
【００３６】
１分間ガスを導入して被処理基板Ｓをエッチングした後に、被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス４．７９％であった。また、エッチングレートは、１３４ｎｍ／ｍｉｎであった。
（比較例１）
実施例１とは、エッチング装置として、プラズマ発生室１４の側壁１４１が石英（比誘電率３．６、誘電損失３×１０−３）からなるエッチング装置を用いた以外は同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス１０．２８％であった。また、エッチングレートは、９４．１ｎｍ／ｍｉｎであった。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、実施例１とは、レジストとしてＧ線レジストを厚さ２μｍで形成した点以外は全て同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス９．５８％であった。また、エッチングレートは、７９．５ｎｍ／ｍｉｎであった。
（比較例２）
実施例２とは、エッチング装置として、プラズマ発生室１４の側壁１４１が石英（比誘電率３．６、誘電損失３×１０−３）からなるエッチング装置を用いた以外は同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス３６．１４％であった。また、エッチングレートは、６６．７ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００３８】
以上により、プラズマ発生室の側壁を透光性セラミックスで形成すると、エッチングの面内均一性及びエッチングレートが改善されることがわかった。また、面内均一性及びエッチングレートはレジスト材料によらずに、ほぼ同程度の結果を得たことから、プロセスの安定性も改善された。
【実施例３】
【００３９】
本実施例では、実施例１とは、Ｓｉ基板をサファイア基板とした点以外は全て同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス５％であった。また、エッチングレートは、３５０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【実施例４】
【００４０】
本実施例では、実施例１とは、実施例１で用いたエッチング装置１の側壁１４１の内面にイットリア溶射（厚さ２５０μｍ）した点、及び基板をサファイア基板とした点以外は全て同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス５％であった。また、エッチングレートは、３５０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００４１】
実施例３の場合、エッチング対象と側壁材料とが同一であるので、長時間エッチングを行うと、側壁１４１がエッチングされてしまうことがあったが、実施例４においては、エッチング対象と側壁材料とが同一であっても、側壁１４１はエッチングされなかった。これにより、エッチング対象と側壁材料とが同一である場合にも、プラズマ発生室の側壁１４１内部にイットリア溶射すれば、高い面内均一性及びエッチングレートを保ちながら、エッチングできることがわかった。
【実施例５】
【００４２】
本実施例では、実施例１とは、側壁１４１を高純度透光性イットリアセラミックス（比誘電率：１１．３、誘電損失：５．５×１０−４）で形成した点以外は全て同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス８％であった。また、エッチングレートは、３００ｎｍ／ｍｉｎであった。
【実施例６】
【００４３】
本実施例では、実施例１とは、側壁１４１を高純度透光性ＡｌＮセラミックス（比誘電率：９．１、誘電損失：２．５×１０−４）で形成した点以外は全て同一の条件でエッチングを行った。被処理基板Ｓをエッチング装置１から取り出して、面内均一性を調べたところ、プラスマイナス７％であった。また、エッチングレートは、３３０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のドライエッチング装置によれば面内均一性がよく、かつ、エッチングレートも高くエッチングすることが可能である。従って、本発明は半導体技術の分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００４６】
１ エッチング装置
２ 基板載置部
３ エッチングガス導入手段
４ プラズマ発生手段
１１ 真空チャンバー
１２ 真空排気手段
１３ 基板処理室
１４ プラズマ発生室
１５ 天板
２１ 基板電極
２２ブロッキングコンデンサー
２３ 高周波電源
３１ ガス導入経路
３２ ガス流量制御手段
３３ 希ガス用ガス源
３４ フルオロカーボンガス用ガス源
４１ 磁場コイル
４２ アンテナコイル
４２ 高周波アンテナコイル
４３ 高周波電源
１４１ 側壁
Ｓ 被処理基板
【図１】
2008140012.tif 000003
【国際調査報告】
2008140012.tif 000004
2008140012.tif 000005
2008140012.tif 000006
2008140012.tif 000007