(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段と、形成された前記磁気中性線に沿って交番電場或いは高周波電場を加えて前記磁気中性線に放電プラズマを発生させるための１重のコイルのアンテナを含むプラズマ発生手段とを備え、アルゴン及びフッ化炭素系のガスを含む気体を前記真空チャンバー内に導入してプラズマを形成し、処理される基板が設置された基板電極に交番電圧或いは高周波電圧を印加して前記基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、
前記真空チャンバーが円筒状でありかつその上部壁が円盤状の誘電体で構成され、
前記磁場発生手段が、前記誘電体の上部に配置された径の小さな円盤状或いはドーナツ状の第一永久磁石と前記第一永久磁石よりも内径の大きな環状の第二永久磁石とを備え、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石の間に対応した前記真空チャンバー内の位置に磁気中性線を形成し、
前記アンテナが、40mmから80mmの範囲の幅に形成され、前記磁気中性線に沿って、Ａｒ＋もしくはＣ＋の少なくともいずれか一方を増加させたプラズマを発生させること
を特徴とする反応性イオンエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して、半導体或いは電子部品、その他の基板上の物質をエッチングする反応性イオンエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは先に特願平７−２１７９６５号において永久磁石方式のエッチング装置としては図３で示されるような平板永久磁石式磁気中性線エッチング装置を提案した。この先に提案した装置では、真空チャンバーＡの上部の誘電体Ｂ上に載置された２つの永久磁石Ｃ、Ｄによって真空チャンバーＡ内部に磁気中性線が形成され、この磁気中性線に沿って、２つの永久磁石Ｃ、Ｄの間に断面円形（径約１Ｏｍｍ）の１重アンテナＥを配置し、ガスを導入してこのアンテナに高周波電場を印加してリング状のプラズマを形成するように構成されている。断面円形のアンテナの代わりに約１Ｏｍｍ幅の平板なアンテナを用いることも提案し、その場合にも幅及び径がほぼ同じであれば形成されるプラズマの特性はほぼ同じであった。また下部の基板電極Ｆにはバイアス用の高周波電力が印加される。
【０００３】
このように構成した図３に示される磁気中性線放電エッチング装置の動作について説明する。
エッチングガスは真空チャンバーＡの上部フランジ付近に設けたガス導入口    Ｇから導入され、誘電体円盤Ｂ上に設置されたアンテナＥに高周波電力を印加することによりプラズマが形成されて導入ガスが分解される。下部の基板電極Ｆにはバイアス用の高周波電力が印加される。ブロッキングコンデンサーＨによって浮遊状態になっている基板電極Ｆは負のセルフバイアス電位となり、プラズマ中の正イオンが引き込まれて基板上の物質をエッチングする。この方法によって、容易に１Ｏ１１ｃｍ−３の荷電粒子密度を持つプラズマが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような先に提案した装置は、ハロゲン系のガスを用いて微細な構造をもつレジストパターンのエッチングに適用すると、微細な孔のエッチングが十分にできないと言う不都合のあることがわかった。この理由を知るために、イオン及びラジカルの量を質量分析計で測定した。その結果を図４及び図５に示す。
図４は幅の狭い平板アンテナ（幅１５ｍｍ）を用いたときのイオンとラジカル信号強度の圧力依存性を示し、図５は幅の広い平板アンテナ（幅６Ｏｍｍ）を用いたときのイオンとラジカル信号強度の圧力依存性を示す。ガス種及び混合比は                Ａｒ（９０％）、Ｃ４Ｆ８（１０％）である。幅の狭い平板アンテナを用いたときには、ＣＦ＋イオン及びＣＦラジカルとも大きな信号強度で測定され、圧力増加ととも  に減少している。一方、幅の広いアンテナを用いたときには、低圧でＣＦ＋イオ  ンの信号強度が小さく、圧力とともに増加する。逆に、ＣＦラジカルは低圧で大きく圧力とともに減少する。さらに、幅の狭いアンテナを用いたときには大きな信号強度で観測されなかったＣ＋及びＣ原子が観測されていることも分かった。
【０００５】
以上の質量分析結果から、幅の狭いアンテナを用いたときに微細な孔のエッチングが十分にできないのは、効率の良い放電プラズマが形成されているため、    ＣＦ＋イオンの量が多くレジストをエッチングするためであると考えられる。つ  まり、ＣＦ＋イオンによる有機レジストのエッチング生成物が孔の内部に入り込  みエッチストップを起こすためであると考えられるのである。
エッチングでは反応性の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質との反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に削ればよいわけではなく、微細化に伴いより形状制御が重要になってきている。このためにはエッチャントの他に壁面に付着してイオンの当たらない側壁を保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなければならない。
０．３μｍ幅以下の微細加工では、このエッチャントと保護物質との相対濃度及び孔内部ヘの相対的な到達量が重要になる。保護物質がエッチャントに対して多くなり過ぎるとＯ．３μｍ幅以下の微細孔は、保護物質により埋まってしまい、いわゆ  るエッチストップが起こって、削れないことになる。保護物質が、逆に、少なすぎるとエッチャントによって側壁が削られて、Ｂｏｗｉｎｇが発生し、望ましい形状が得られない。
アンテナの幅を広くするとアンテナ電位によって加速される高エネルギーの電子成分が多くなり、よりイオン化エネルギーの高い物質がイオン化されやすくなる。ＣＦラジカルのイオン化エネルギーは約９．２  ｅＶ、  Ａｒのイオン化エネルギーは１５．８  ｅＶ、Ｃ原子のイオン化エネルギーは１１．３  ｅＶである。従って、電子温度が低いプラズマではＣＦラジカルはイオン化され易いが、ＡｒやＣはイオン化され難い。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を解決してＯ．３μｍ幅以下の微細加工に適用できる反応性ドライエッチング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による反応性イオンエッチング装置は、真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段と、形成された磁気中性線に沿って交番電場或いは高周波電場を加えて磁気中性線に放電プラズマを発生させるための１重のコイルのアンテナを含むプラズマ発生手段とを備え、アルゴン及びフッ化炭素系のガスを含む気体を真空チャンバー内に導入してプラズマを形成し、処理される基板が設置された基板電極に交番電圧或いは高周波電圧を印加して基板をエッチングするように構成され、真空チャンバーが円筒状でありかつその上部壁が円盤状の誘電体で構成され、磁場発生手段が、誘電体の上部に配置された径の小さな円盤状或いはドーナツ状の第一永久磁石と第一永久磁石よりも内径の大きな環状の第二永久磁石とを備え、第一永久磁石と第二永久磁石の間に対応した真空チャンバー内の位置に磁気中性線を形成し、アンテナが40mmから80mmの範囲の幅に形成され、磁気中性線に沿って、Ａｒ＋もしくはＣ＋の少なくともいずれか一方を増加させたプラズマを発生させることを特徴としている。
【０００８】
本発明の反応性イオンエッチング装置においては、幅の広いアンテナを用いることにより、放電に寄与する成分として誘導結合成分の他に静電結合の成分も大きくなる。つまり、アンテナから放射される方位角方向の誘導電場とアンテナ表面に発生する高周波電位によってプラズマが形成・維持される。この放電成分によってイオン化エネルギーの高いＡｒやＣ原子がイオン化されるようになる。
従って、ＣＦ+とレジストとの反応によって発生した付着性物質が孔の中に入っても、多量に存在するＡｒ+によるスパッタが孔の中でも起こるため、エッチストップが発生しないと考えられる。実際に、O.2μm径の孔を3OmTorrでエッチン
グしたところ、エッチストップは発生せず、垂直の加工形状が得られた。この効果はアンテナの幅として40mmから80mmの範囲において確認された。
【０００９】
【実施例】
以下添付図面の図１〜図３を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は本発明によるエッチング装置の一実施例である。図示装置において１は排気口１ａを備えたプロセス室を形成している円筒形の真空チャンバーで、その上面は平板型誘電体隔壁２で覆われている。この平板型誘電体隔壁２の外面上には、上下に円盤状またはドーナツ状永久磁石３及びこの永久磁石３よりも内径が大きくかつ永久磁石３と同極性を持つドーナツ形板状永久磁石４が同心上に取付けられ、これら両永久磁石３、４は真空チャンバー１内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している。円盤状またはドーナツ状永久磁石３とドーナツ形板状永久磁石４との間には、電場発生手段を構成する幅４０〜８０ｍｍ程度の幅広の１重のプラズマ発生用高周波コイル５が配置され、この高周波コイル５はプラズマ発生用高周波電源６に接続され、永久磁石３、４によって真空チャンバー    １内に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するようにしている。
また真空チャンバー１内の形成される磁気中性線の作る面と平行して離れた位置には基板電極７が絶縁体部材８を介して設けられ、この基板電極７はＲＦバイアスを印加する高周波電源９に接続されている。なお１０はガス導入口である。
【００１０】
このように構成した図示装置において、１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用高周波電源６の電力を１．０ｋＷ、１００ｋＨｚの基板バイアス用の高周波電源９をＶｄｃ−２００Ｖにな  るように設定し、真空チャンバー１内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ、アルゴンを３６０ｓｃｃｍ、    Ｃ４Ｓ８を４０ｓｃｃｍとした時、シリコン酸化膜のエッチング速度は約５ＯＯｎｍ／ｍｉｎであ  り、垂直のエッチング形状が得られた。
【００１１】
このことから、前述したように、幅広アンテナを用いた場合Ａｒ＋やＣ＋のイオンが多量に生成されるため、ＣＦ＋とレジストとの反応によって発生した付着性  物質が孔の中に入っても、多量に存在するＡｒ＋によるスパッタが孔の中でも起  こってエッチストップが発生しなかったと考えられる。
【００１２】
さらに、幅の広いアンテナの効果を調ベるため磁場のない状態（誘導結合プラズマ：ＩＣＰ）で、図４及び図５と同じ測定を行った。その結果を図２に示す。図２に示すものは明らかに図４及び図５と異なった特性となっていることが分かる。このことから、幅広アンテナを用いた場合、圧力が高い場合であっても磁気中性線放電プラズマの特性を保持しつつ、静電結合プラズマ成分も持っているプラズマであることが分かる。
【００１３】
ところで図示実施例ではＮＬＤエッチング装置に適用した例について説明してきたが、同様な効果はＮＬＤプラズマＣＶＤ装置に適用しても期待できることは言うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば放電プラズマを発生するための１重の高周波コイルとして幅の広いアンテナを使用しているので、アンテナから放射される方位角方向の誘導電場とアンテナ表面に発生する高周波電位によってプラズマが形成・維持され、この放電成分によってイオン化エネルギーの高いＡｒやＣ原子がイオン化されるようになる。それにより、微細孔へ入射する付着性物質をスパッタによって取り除くことができ、０．３μｍ幅以下の微細加工に対応できるドライエッチングが可能となった。従って、本発明は、半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオンエッチングプロセスに大きな貢献をするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略線図。
【図２】図１に示す装置におけるイオン及びラジカル信号強度の圧力依存性を示すグラフ。
【図３】従来の平板永久磁石式磁気中性線エッチング装置を示す概略線図。
【図４】幅の狭い平板アンテナを使用した従来の装置におけるイオン及びラジカル信号強度の圧力依存性を示すグラフ。
【図５】幅の広い平板アンテナを使用して実験した場合のイオン及びラジカル信号強度の圧力依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
１：円筒形の真空チャンバー
２：平板型誘電体隔壁
３：円盤状またはドーナツ状永久磁石
４：ドーナツ形板状永久磁石
５：電場発生手段を成す幅広の１重のプラズマ発生用高周波コイル
６：プラズマ発生用高周波電源
７：基板電極
８：絶縁体部材
９：高周波電源
１０：ガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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