(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、従来用いられてきた陰極結合型エッチング装置及び３電極型エッチング装置の構造を実質的に変えることなく０．３μｍ幅以下の微細加工に対応できる反応性イオンエッチング装置を提供することにある。【解決手段】  本発明による反応性ドライエッチング装置においては、真空チャンバ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が設けられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、真空チャンバ内においてプラズマを発生して被処理物をエッチング処理する反応性イオンエッチング装置であって、
前記真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、
前記真空チャンバ内に配置され、前記磁場発生手段によって前記真空チャンバ内に生成される前記磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えて前記磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる高周波電場発生手段と
を有し、
前記高周波電場発生手段が、前記磁気中性線を上下に挿んで配置される一対の電極を有し、
前記一対の電極の内、前記被処理物が置載される基板電極にバイアス用高周波電源が接続され、前記基板電極に対向して設置される上部電極に、放電用高周波電源が接続される、
ことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
【請求項２】
前記バイアス用高周波電源が供給する高周波の周波数と、前記放電用高周波電源が供給する高周波の周波数が異なる請求項１に記載の反応性イオンエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して、半導体上或いは電子部品、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。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において最も多く用いられてきたエッチング装置としては、添付図面の図２で示されるような平行平板型のものがあり、このエッチング装置は図示したように真空チャンバＡ内に絶縁体Ｂを介して基板電極Ｃを配置し、基板電極Ｃに対向して真空チャンバＡの上部に上部電極Ｄを設け、基板電極Ｃを高周波バイアス電源Ｅに接続して高周波バイアス電圧が印加されるように構成され、放電によって発生したイオンを反応に利用している。
【０００３】
また図３には、従来の３電極結合方式のエッチング装置を示し、この場合には、上部電極Ｄは絶縁体Ｆを介して真空チャンバＡに取付けられ、そして高周波電源Ｇに接続されている。この装置で酸化膜エッチングを行う場合には、基板電極Ｃと上部電極Ｄとには周波数の異なった高周波電力を印加するようにされる。 
【０００４】
図４には本願発明者らが、先に特開平７−２６３１９２号において提案した磁気中性線放電エッチング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャンバＡの上部の誘電体円筒壁Ａ１の外側に載置された３つの磁場コイルＨ、Ｉ、Ｊによって真空チャンバＡ内部に磁気中性線Ｋが形成され、この磁気中性線Ｋに沿って、中間の磁場コイルＩの内側に配置された１重のアンテナＬにアンテナ用高周波電源Ｍから高周波電場を印加することによりリング状のプラズマが形成されるように構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板Ａ２付近に設けられたシャワープレートより導入され、コンダクタンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チャンバＡの下部の基板電極Ｃにはバイアス用高周波電源Ｅから高周波電力が印加される。エッチングガスを真空チャンバＡの上部フランジ付近から導入し、誘電体円筒壁Ａ１の外側と中間の磁場コイルＩとの間に配置された１重のアンテナＬ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。真空チャンバＡの下部の基板電極Ｃにはバイアス用高周波電源Ｅから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によって浮遊状態になっている基板電極Ｃ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。
【０００５】
以上例示したような従来技術のエッチング装置の動作を、例として図２で示されている平行平板型エッチングについて説明する。
エッチングガスは上部フランジ付近から導入され、基板電極Ｃに高周波電力が印加されてプラズマが形成されて導入ガスが分解される。この時、プラズマ及び導入ガスの分布は基板上で均一であることが要求されるので、一般には、上部フランジに多数の穴のあいたシャワープレートが設けられ、それを通してガスが真空室内に導入される。ガスの流れが均−で、プラズマ密度及び電位が均一であれば、プラズマ中で発生したエッチャント（ラジカル及びイオン）の密度分布は均一となり、基板は均一にエッチングされる。ところで、平行平板型エッチング装置におけるプラズマ密度及び電位の均一性は真空チャンバ構造と圧力に大きく影響を受ける。真空チャンバ構造が決まってしまうと、均一性の得られる圧力条件はほぼ一義的に決まり、条件の選択範囲が極めて狭い。
【０００６】
一方、図４に示される磁気中性線放電（ＮＬＤ）エッチング装置では、磁気中性線の位置が自由に変えられる上に低ガス圧領域でプラズマ密度及び電位を制御することができるので、エッチング均一性の良い条件を容易に設定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
デバイスが高密度化してきて加工幅が微細になり、従来用いられてきた平行平板型エッチング装置及び３電極型エッチング装置では、動作圧力が高いことや装置構造によって均一性の得られる条件が非常に狭いため、大口径で微細な加工の要求されるエッチング工程に対処できなくなってきた。そのため、低圧で高密度のプラズマが得られ、均一性の制御も可能な磁気中性線放電エッチング装置が提案された（例えば、特開平７−２６３１９２参照）。
【０００８】
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、形状制御も必要である。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０．３μｍ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。
【０００９】
図２及び図３に示されているようなエッチング装置では、圧力が高いため分子同士の衝突により付着物質が多く発生し、０．３μｍ幅以下の微細加工は困難である。図４に示されている磁気中性線放電方式では低圧で高密度のプラズマが発生するため、非常に優れたエッチング特性を示すが、誘電体壁面を使用するため装置のメンテナンス、価格の点で前者に及ばない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決して０．３μｍ幅以下の微細加工を行うことのできる反応性イオンエッチング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、従来の陰極結合型エッチング装置や３電極型エッチング装置の構造を変えることなく真空チャンバ外側部に磁気中性線発生用円筒コイルを設置し、それによりプラズマ空間内に磁気中性線を形成し、プラズマ密度を向上させると共に低圧で均一性制御できるエッチングプラズマを形成できるようにした。
【００１２】
本発明の一つの実施の形態によれば、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、真空チャンバ内においてプラズマを発生して被処理物をエッチング処理する反応性イオンエッチング装置は、
前記真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、
前記真空チャンバ内に配置され、前記磁場発生手段によって前記真空チャンバ内に生成される前記磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えて前記磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる高周波電場発生手段と
を有し、
前記高周波電場発生手段は、前記磁気中性線を上下に挿んで配置される一対の電極を有し、
前記一対の電極の内、前記被処理物が置載される基板電極にバイアス用高周波電源が接続され、前記基板電極に対向して設置される上部電極に、放電用高周波電源が接続される。
【００１３】
本発明の装置においては、前記バイアス用高周波電源が供給する高周波の周波数と、前記放電用高周波電源が供給する高周波の周波数は異なるように構成され得る。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように構成したことにより、本発明によれば、プラズマ密度を向上させる上に低圧で均一性制御できるエッチングプラズマを形成することができ、その結果容易に０．３μｍ幅以下の微細加工に対応できるドライエッチング装置を提供することができるようになった。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面の図１を参照して本発明の実施例について説明する。
図１には、３電極型に構成した本発明によるエッチング装置の実施形態を示す。この実施形態においては、排気口１１a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１１の内部には絶縁体部材１２を介して基板電極１３が設けられ、この基板電極１３はRFバイアスを印加する高周波電源１４に接続されている。
【００１６】
対向電極１５は、真空チャンバ11の上部フランジ11bに絶縁体部材16を介して接合され、そして放電用高周波電源17に接続されている。
【００１７】
また、対向電極１５の内側には基板電極１３に対向してエッチングガスを導入するシャワープレート１８が設けられている。また真空チャンバ１１の外周部には、真空チャンバ１１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３つの円筒状コイル１９、２０、２１が設けられ、これらの円筒状コイルにより真空チャンバ１１内に磁気中性線２２が形成される。
【００１８】
図1に示す構造の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源１７の電力を１．５ＫＷ （１３．５６ＭＨｚ）、基板バイアス高周波電源１４の電力を５００Ｗ (８００ｋＨｚ)、圧力を１０ｍTorr、補助ガスとしてアルゴンを１７０ｓｃｃｍ、エッチング主ガスとしてＣ４Ｆ８を３０ｓｃｃｍとしたとき、シリコン酸化膜のエッチング速度は５５０ｎｍ/ｍｉｎであり、シリコンのエッチング速度は46ｎｍ/ｍｉｎであった。この時の選択比は１２であった。
【００１９】
比較のため、図３で示される従来の３電極方式のエッチング装置を用いたとき、同条件で得られたシリコン酸化膜のエッチング速度は３５０ｎｍ/ｍｉｎであり、シリコンのエッチング速度は４８ｎｍ/ｍｉｎであった。この時の選択比は約７である。
【００２０】
従って、本発明に従って磁気中性線を形成したことにより、磁気中性線部にプラズマが閉じ込められてプラズマ密度が増加し効率の良いプラズマが形成され、エッチ速度及び選択比が向上したものと考えられる。また、中間の円筒状コイル２０の電流を可変することにより磁気中性線２２の径を変えたところ、均一性が±１５％から±３％の範囲で制御できることがわかった。
【００２１】
例えば、エッチングガスとしてＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８などを用い、図２及び図３で示される従来方式で酸化膜をエッチングする場合、エッチングガスはプラズマ密度が低いので分解が進まず、エッチ速度が低い上に重合しやすい物質であるＣＦ２ラジカルを多く生成するようになる。また、ＥＣＲエッチング装置のようにプラズマ密度が高かったり、プラズマ中の滞在時間が長くなると、分解が進みエッチ速度は高いが付着性の物質であるＣ、ＣＦラジカルを多く生成するようになる。
【００２２】
プラズマ密度が必要以上に高くない領域でプラズマを形成できる磁気中性線放電装置を用いると、基板に到達するエッチャント物質と付着性物質の比を適正な範囲で形成できるので、容易にエッチング形状を制御することができる。
【００２３】
また、磁気中性線の径を大きくしたり小さくすることによってエッチングの均一性を制御することも同様に可能である。
【００２４】
ところで図示実施例では、エッチング装置に適用した例を述べたが、同様な効果はプラズマＣＶＤ装置を用いたときも期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例を示す概略線図。
【図２】従来の平行平板型エッチング装置を示す概略線図。
【図３】従来の３電極型エッチング装置を示す概略線図。
【図４】従来の磁気中性線放電型エッチング装置を示す概略線図。
【符号の説明】
【００２６】
１１：円筒形の真空チャンバ
１２：絶縁体部材
１３：基板電極
１４：バイアス用高周波電源
１５：対向電極
１６：絶縁体部材
１７：放電用高周波電源
１８：シャワープレート
１９：円筒状コイル
２０：円筒状コイル
２１：円筒状コイル
２２：磁気中性線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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