(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング物表面を局部的にプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
エッチングガスに電磁波を照射してプラズマ化する電磁波発生手段と、
前記プラズマ化したエッチングガスを被エッチング物表面に局部的に導くための伸縮ノズルを備えたプラズマエッチングガス導管と、
被エッチング物を保持するホルダと
を備えてなるプラズマエッチング装置において、
前記プラズマエッチングガス発生領域の中心と前記被エッチング物間との距離を近づけた状態でイオンエッチングを行い、その後、前記距離を遠くして中性ラジカルエッチングを行うため、前記プラズマエッチングガス導管の伸縮ノズル及び前記ホルダを連動して上下動させてプラズマエッチングガス発生領域と被エッチング物表面との距離を変える距離可変手段
を設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマエッチング、特に、被エッチング物の表面を局部的にエッチングするプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、シリコンウェハ等の被エッチング物の表面をプラズマエッチングする場合、プラズマ励起した反応性ガス中に被エッチング物をさらして、被エッチング物表面全体を所定厚さにエッチングすることは、多々提案されている。
【０００３】
一方、近年、被エッチング物の表面全体を同時にエッチングする技術に代えてシリコンウェハやＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）等の被エッチング物の表面を局部的にエッチングして、薄くしたり（シンニング）、平坦化するダウンストリーム型のプラズマエッチング装置が提案されている（例えば、特開平６ー５５７１号公報）。
【０００４】
前記提案されたプラズマエッチング装置は、プラズマチャンバ空洞を限定する絶縁体と、該プラズマチャンバ空洞内に反応性ガスを供給する手段と、反応性ガスをプラズマ化する高周波パワー供給手段と、被エッチング物の局部的領域をプラズマエッチングする手段と、被エッチング物を移動させるＸ−Ｙ位置移動手段とを備えている。
【０００５】
そして、前記Ｘ−Ｙ位置移動手段はハウジング内に収容固定されるとともに、該ハウジングの底部には、反応生成物を真空排気するための排気手段を備えている。前記構造を備えたプラズマエッチング装置によれば、被エッチング物をＸＹ移動手段にて移動させることにより、図３に示すように被エッチング物１を局部的に、例えば凸部２をエッチングすることが可能となる。
【０００６】
このプラズマエッチング法による局部エッチングは、被エッチング物を平坦化、平滑化するのに有効である。
しかしながら、プラズマ中で発生した高エネルギーイオンは被エッチング物を構成する原子と衝突・反応し、エッチングするという原理から、被エッチング物表面の損傷や被エッチング物内部へのイオン浸入により汚染３されることは避けられない。
【０００７】
このため、プラズマパワーを減じてイオンエネルギーを下げ、被エッチング物の表面損傷や内部汚染を防ぐ方法も考えられるが、被エッチング物表面に生ずる自己バイアス電場によるイオン加速で被エッチング物表面でのイオンエネルギーはそれほど低下せず、期待通りの効果は得られていない。
【０００８】
さらに、イオンエネルギーの低下はエッチング速度の低下を招き、前記問題点の解決方法としては現実性のないものである。
このため、エッチングで生じた損傷あるいは汚染層は機械・化学的な方法にて再度研磨して除去するといった非効率な方法を採らざるをえない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、局部的にエッチング可能なプラズマエッチング装置において、被エッチング物表面に損傷を与えず、高速なエッチング処理を行うことができるエッチング装置を提案するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ化したエッチングガスにて被エッチング物を局部的にエッチングするプラズマエッチング装置は、エッチングガスに電磁波を照射してプラズマ化する電磁波発生手段と、前記プラズマ化したエッチングガスを被エッチング物表面に局部的に導くための伸縮ノズルを備えたプラズマエッチングガス導管と、被エッチング物を保持するホルダとを備えており、更に、前記プラズマエッチングガス発生領域の中心と前記被エッチング物間との距離を近づけた状態でイオンエッチングを行い、その後、前記距離を遠くして中性ラジカルエッチングを行うため、前記プラズマエッチングガス導管の伸縮ノズル及び前記ホルダを連動して上下動させてプラズマエッチングガス発生領域と被エッチング物表面との距離を変える距離可変手段が設けられている。
このプラズマエッチング装置によれば、プラズマエッチングガス発生領域の中心と被エッチング物間の距離を近づけた状態でイオンエッチングが行われ、その後、距離を遠くして中性ラジカルエッチングが行われる。イオンエッチングにおけるイオン衝撃による被エッチング物表面の損傷及び侵入不純物は中性ラジカルエッチングによって除去される。
【００１１】
【実施例】
本発明のプラズマエッチング装置を図１に基づいて説明する。図１に示すプラズマエッチング装置１０において、４はマグネトロンであって２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。該マグネトロン４から発生したマイクロ波は導波管６に導かれる。
【００１２】
５は石英反応管であって、該石英反応管５は前記導波管６に結合している。そして、前記石英反応管５に供給されるエッチングガス、例えばＣＦ4 とＯ2 の混合ガスにガス流路上に設けられた結合窓から前記マグネトロン４で発生したマイクロ波を照射するとエッチングガスがプラズマ化し、プラズマエッチングガス発生領域１２が形成される。
この際、前記マイクロ波のパワーは前記石英反応管５の径によって変える必要があるが、１００Ｗ〜５００Ｗの範囲内のパワーでプラズマ化する。以下、このプラズマエッチングガス発生領域１２でプラズマ化したエッチングガスをプラズマエッチングガスと称して説明する。
【００１３】
９は被エッチング物８を保持する上下動可能なホルダであって、該ホルダ９は後述する負バイアス電圧を印加する電極を兼ねている。
また、前記石英反応管５は、プラズマエッチングガスを吹き出すノズル５ｂを含むプラズマエッチングガス導管５ａを備え、前記ホルダ９の上下動に対応して伸縮できるように構成されている。
【００１４】
前記伸縮機構は、一例としてプラズマエッチングガス導管５ａの箇所を二重管で構成し、外側の管をスリーブ状にして上下動できるように伸縮ノズル５ｃを設けて構成する。これについては図２に基づいて後述する。
【００１５】
そして、前記マグネトロン４を除く構成物は石英製チャンバ７内に収容され、該チャンバ７内は図示しない真空排気装置にて排気口１３から排気され、０．５〜１．３Ｔｏｒｒ、好ましくは１Ｔｏｒｒ前後に保たれている。
【００１６】
前記プラズマエッチングガス発生領域１２中で発生したイオンは、下流に配置された被エッチング物、例えば、シリコンウェハ８と衝突しエッチング反応を起こす。
この場合、イオンを効率良く引き出すために、スイッチ１４をオンして、前記ホルダ９に負バイアス電圧１１を印加すればエッチング速度は向上する。
ここでエッチングガスとして前記混合ガス、ＳＦ6 、ＮＦ3 その他のフルオロカーボン系ガスを用いる。また、アルゴンをエッチングガスに混合して用いても良い。
【００１７】
前記エッチング装置において、チャンバ７内を１Ｔｏｒｒに排気し、エッチングガスとしてＣＦ4 とＯ2 との混合ガスを使用し、１００〜１５０Ｗのマイクロ波を照射して前記混合ガスをプラズマ化し、プラズマエッチングガス発生領域１２の中心（導波管６の中心線と石英反応管の中心線とが交叉する点）とシリコンウェハ８間の距離を２０ｍｍ以下としてシリコンウェハ８を局部的にエッチングしたところ、約５０μｍ／ｍｉｎの高エッチング速度が得られた。また、この時のシリコンウェハ表面を電子顕微鏡で観察したところ、イオン衝撃による損傷と見られる痕跡が無数に入っており、またＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry ）装置で測定したところ５００Å程度の深さまで金属不純物が微量であるが検出された。
【００１８】
次に、ホルダ９を降下させ且つ前記プラズマエッチングガス導管５ａを伸ばして、プラズマエッチングガス発生領域１２とシリコンウェハ８間の距離を、例えば５０ｍｍ以上にし、活性種がほとんど中性ラジカルであるような状態で、先にイオンエッチングした箇所に中性ラジカルエッチングを行った。
この時、前記プラズマエッチングガス導管５ａのノズル先端５ｂのプラズマ吹き出し口とシリコンウェハ表面間の距離は一定に保つようになされている。
【００１９】
この中性ラジカルエッチングによるエッチング速度は１〜３０μｍ／ｍｉｎ程度であったが、表面は鏡面状態であり電子顕微鏡で観察しても、表面損傷は認められなかった。また不純物も観察されなかった。
このように、イオンエッチングで受けた表面近傍の損傷は、その後の中性ラジカルエッチングで除去することができる。
【００２０】
図２は、前記プラズマエッチングガス導管５ａを構成する伸縮ノズル５ｃとホルダ９を上下動させる駆動機構の要部断面を示している。
図２において、ホルダ９と伸縮ノズル５ｃとが連動して上下に移動させるために、チャンバ外部に設けたモータ２４にて駆動される上下方向（Ｚ軸方向）移動シャフト１８を備え、該上下方向移動シャフト１８はチャンバ７内壁に固定したシャフトガイド１９にガイドされて上下方向に移動できるようになっている。
【００２１】
そして、前記上下方向移動シャフト１８には、連結体２０を介してホルダ支持棒１５が、また連結体２１を介して伸縮ノズル５ｃが連結されており、モータ２４の駆動により伸縮ノズル５ｃとホルダ支持棒１５が連動して上下方向に移動する。これによって前記プラズマエッチングガス発生領域１２の中心とホルダ９間の距離を変えることができる。
【００２２】
一方、前記ホルダ支持棒１５の上端にはホルダ９を前後左右に移動させるＸ−Ｙ駆動ステージが設けられている。
左右方向（Ｘ軸方向）に移動するＸステージ１６は、前記ホルダ支持棒１５の上端と該Ｘステージ１６に設けたすべり機構、例えばあり及びあり溝を形成してＸステージ１６がホルダ支持棒１５の上端部において左右にスライドできるように構成されている。
前記Ｘステージ１６はチャンバ７外部に設けたモータ２３に連結されたフレキシブル回転軸２２を介してボールねじ２５を回転させることにより左右に移動させることができる。
【００２３】
さらに、前記ホルダ９の前後方向（Ｙ方向）の移動は、前記Ｘステージ１６上に直交して設けたＹステージ１７をＸステージ１６の移動と同様に、図示しないモータ、フレキシブル回転軸、ボールねじを設けて前後方向に移動させる。
前記Ｘステージ１６と前記Ｙステージ１７にも、例えば、あり及びあり溝にてすべり機構を設けてＹステージ１７をＸステージ１６に直交して移動させる。
ここで、前記Ｙステージ１７と前記ホルダ９との間を電気的に絶縁するために絶縁板９ａを設けてある。
【００２４】
前記駆動機構を用いることにより、被エッチング物８（図１）の局部的エッチング位置の位置決め、前記イオンエッチング距離及び前記中性ラジカルエッチング距離の調整を任意に行うことが可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明プラズマエッチング装置によれば、プラズマ発生領域近傍での高エネルギーイオンエッチングと、その後の中性ラジカルエッチングを組み合わせることにより、高エッチング速度で低損傷のプラズマエッチングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明プラズマエッチング装置の要部断面図である。
【図２】本発明プラズマエッチング装置の駆動機構の要部断面図である。
【図３】被エッチング物の表面状態の断面図である。
【符号の説明】
４ マグネトロン
５ 石英反応管
５ａ プラズマエッチングガス導管
５ｃ 伸縮ノズル
６ 導波管
８ 被エッチング物
９ ホルダ
１１ 負バイアス
１２ プラズマエッチングガス発生領域
２２ フレキシブル回転軸
【図１】
0003582916.tif 000002
【図２】
0003582916.tif 000003
【図３】
0003582916.tif 000004