(57)【要約】【課題】ドライエッチング方法およびその装置に関し、被エッチング体の端部のエッチング速度を上げ、かつ、面内のエッチング速度を均一化することができるドライエッチング方法およびその装置を提供することを目的とする。【解決手段】ガイドリング９の材質をＳｉＯ2にすることにより、ＡｒイオンによりスパッタエッチングされたＳｉＯ2のうちのＯ2原子が被エッチング体６の端部のエッチングに寄与し、端部のエッチング速度を上げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内に被エッチング体を載置する基板載置電極が設けられ、この基板載置電極に載置される被エッチング体の周囲にガイドリングが配設されたドライエッチング装置を用い、ハロゲンガスと不活性ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いて、この混合ガスをプラズマ化して被エッチング体をエッチングするドライエッチング方法において、前記ガイドリングを構成する材料としてＳｉＯ2を用いたドライエッチング方法。
【請求項２】
被エッチング体が基板の表面に貴金属膜を含む第１の電極膜を有し、さらにその上に強誘電体膜または高誘電率膜を有し、さらにその上に貴金属を含む膜の第２の電極膜を有する積層構造体である請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
被エッチング体が基板の表面に貴金属を含む膜の電極膜を有し、さらにその上に強誘電体膜または高誘電率膜を有する積層構造体である請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
被エッチング体が基板の表面に貴金属を含む膜で形成されたものである請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
ハロゲンガスがＣＦ4ガスであり、不活性ガスがＡｒである請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載のドライエッチング方法。
【請求項６】
ハロゲンガスがＳＦ6ガスであり、不活性ガスがＡｒである請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
貴金属を含む膜がＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎおよびそれらの化合物のうちの少なくとも一つの材料を有する請求項２〜４のいずれか一つに記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
強誘電体膜が鉛を含む酸化物からなる請求項２または３に記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
高誘電率膜がＢａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｔｉおよびそれらの酸化物、またはそれらの化合物からなる請求項２または３に記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】
内部が真空に保持される処理室と、前記処理室内に設けられ被エッチング体を載置する基板載置電極と、この基板載置電極に載置される被エッチング体の周囲に設けられたガイドリングと、前記処理室内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記反応ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段とを備えた容量結合型プラズマエッチング装置において、前記ガイドリングを構成する材料としてＳｉＯ2を用いたドライエッチング装置。
【請求項１１】
ドライエッチング装置が誘導結合型プラズマエッチング装置である請求項１０に記載のドライエッチング装置。
【請求項１２】
ドライエッチング装置がヘリコン波型プラズマエッチング装置である請求項１０に記載のドライエッチング装置。
【請求項１３】
ドライエッチング装置がＥＣＲ型プラズマエッチング装置である請求項１０に記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、焦電素子、薄膜コンデンサ等に用いられる貴金属を含む膜、強誘電体膜、高誘電率膜を微細加工するためのドライエッチング方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のドライエッチング方法としてはＡｒを用いたイオンミリング、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング等が行われていた。特に、メタル合金膜等のエッチングに関しては反応性イオンエッチング方式が主として用いられている。
【０００３】
以下、従来の反応性イオンエッチング方法について説明する。
【０００４】
図１は容量結合型プラズマエッチング装置の概略構成を示しており、処理室１１内に被エッチング体６を静電チャック８により吸着保持可能な基板載置電極７と、この基板載置電極７の載置面に対向して設けられた上部電極１２とを備え、上部電極１２にはエッチングガスとして用いるハロゲン系ガスと不活性ガスの混合ガスが被エッチング体６に均一に降り注ぐよう複数の噴出口１３を設けている。処理室１１には反応性ガスを排気するための真空ポンプ２１、２２が設けられ、ガスを導入したときガス圧が一定になるようにオリフィスバルブ２０が設けられている。
【０００５】
また、基板載置電極７には冷媒１７を通し、被エッチング体６と静電チャック８との間にＨｅガス１６を流して被エッチング体６の温度を調整するための手段を備えるとともに、高周波電源１９から、例えば工業的によく使用される１３．５６ＭＨｚの高周波を印加することにより電極として作用するように構成されている。
【０００６】
さらに、基板載置電極７の上で、かつ被エッチング体６の周囲に基板載置電極７を保護したり、エッチングガスよりなるラジカルを均一にするための環状のガイドリング９が設けられており、この環状のガイドリング９の材質は耐エッチング性の目的からアルミナ製のものを使用していたものであった。
【０００７】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１〜３が知られている。
【特許文献１】特開平０５−１７５１７４号公報
【特許文献２】特開平０７−１６１６８９号公報
【特許文献３】特開平１０−１６７７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来のエッチング方法においては、エッチング条件を最適化しても被エッチング体６の外周部のエッチング速度が低下し、エッチング速度の均一化が得られなかった。これは一般にエッチング速度を被エッチング体６の面内で均一化させるためにガイドリング９の高さを変える方法や、処理室１１に導入されるエッチングガスの噴出方向を調整する方法等が採用されている。しかしながらいずれの方法でも装置が複雑になり、また現有装置では均一化できないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、被エッチング体の面内でエッチング速度の均一化を図ることができるドライエッチング方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、ガイドリングを構成する材料としてＳｉＯ2を用いたという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2がエッチングされることにより生成されたＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、基板の表面に貴金属膜を含む第１の電極膜を有し、さらにその上に強誘電体膜または高誘電率膜を有し、さらにその上に貴金属を含む膜の第２の電極膜を有する積層構造体であるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、基板の表面に貴金属を含む膜の電極膜を有しさらにその上に強誘電体膜または高誘電率膜を有する積層構造体であるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、基板の表面に貴金属を含む膜で形成されているという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、ハロゲンガスがＣＦ4ガスであり、不活性ガスがＡｒであるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、ハロゲンガスがＳＦ6ガスであり、不活性ガスがＡｒであるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１７】
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、貴金属を含む膜がＰｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｉｎおよびそれらの化合物のうちの少なくとも一つの材料を有するという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１８】
本発明の請求項８に記載の発明は、特に、強誘電体膜が鉛を含む酸化物からなるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００１９】
本発明の請求項９に記載の発明は、特に、高誘電率膜がＢａＳｒＴｉＯ、ＳｒＴｉＯ3のうちのいずれかからなるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するという作用効果を有する。
【００２０】
本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、内部が真空に保持される処理室と、前記処理室内に設けられ被エッチング体を載置する基板載置電極と、この基板載置電極に載置される被エッチング体の周囲に設けられたガイドリングと、前記処理室内に反応ガスを導入するガス導入手段と、前記反応ガスをプラズマ化するプラズマ生成手段とを備えた容量結合型プラズマエッチング装置において、前記ガイドリングを構成する材料としてＳｉＯ2を用いたという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するドライエッチング装置を提供できるという作用効果を有する。
【００２１】
本発明の請求項１１に記載の発明は、特に、ドライエッチング装置が誘導結合型プラズマエッチング装置であるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するドライエッチング装置を提供できるという作用効果を有する。
【００２２】
本発明の請求項１２に記載の発明は、特に、ドライエッチング装置がヘリコン波型プラズマエッチング装置であるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するドライエッチング装置を提供できるという作用効果を有する。
【００２３】
本発明の請求項１３に記載の発明は、特に、ドライエッチング装置がＥＣＲ型プラズマエッチング装置であるという構成を有しており、これにより、ガイドリングの材質のＳｉＯ2が被エッチング体のエッチングに関与することにより被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり、面内の均一性が向上するドライエッチング装置を提供できるという作用効果を有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のドライエッチング方法およびその装置は、被エッチング体の周囲に材質がＳｉＯ2であるガイドリングを配置した構成であり、被エッチング体の外周部のエッチング速度の低下を防ぎ、被エッチング体の面内均一性が向上できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施の形態）
以下、実施の形態を用いて、本発明の特に全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、上記背景技術の項において説明したものと同じ構成の部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態における容量結合型プラズマエッチング装置の概要図である。
【００２８】
図１において、９がガイドリングであり、材質がＳｉＯ2で構成されており、このガイドリング９の材質以外は背景技術の説明と同じ構成なので説明は省略する。
【００２９】
次に、被エッチング体６について説明する。図２はドライエッチングを行う前の被エッチング体６の断面図である。図２（ａ）は基板１の上に第１の電極膜２と強誘電体膜または高誘電率膜３と第２の電極膜４が形成された積層体であり、その最外層にパターン形成された有機系のレジスト５が設けられ、このレジスト５で覆われていない部分がエッチングされることとなる。
【００３０】
また、図２（ｂ）は第１の電極膜２と強誘電体膜または高誘電率膜３からなる積層体でその最外層にパターン形成された有機系のレジスト５が設けられ、このレジスト５で覆われていない部分がエッチングされることとなる。
【００３１】
さらに図２（ｃ）は第１の電極膜２からなり、その上にパターン形成された有機系のレジスト５が設けられ、このレジスト５で覆われていない部分がエッチングされることとなる。
【００３２】
次に、ガイドリング９の材質と外周部のエッチング速度が速くなることの説明を図３を参照しながら説明する。
【００３３】
上部電極１２に設けられた噴出口１３よりＣＦ4ガスとＡｒガスの混合ガスが高周波電源１９によりプラズマ化され、ＡｒはＡｒイオンに、またＣＦ4ガスはＦのラジカルになって被エッチング体６の面、およびガイドリング９の面に噴出されている。ここで被エッチング体６の第１、第２の電極膜の貴金属はラジカルに反応しにくく、Ａｒイオンによるスパッタエッチングが支配的になる。つまり貴金属膜およびガイドリング９の上面にＡｒイオンが入射し、貴金属やガイドリング９がエッチングされる。エッチングされた生成物の一部はラジカルと反応してフッ化化合物の蒸気となり排気される。ここで被エッチング体６の中央部は同一材料となるためエッチング速度も一定になるが、外周部は被エッチング体６の材質とガイドリング９の材質が異なるため反応に違いができてエッチング速度が遅くなる。特に従来技術のガイドリングの材質がアルミナの場合は安定的で、Ａｒイオンに対してもエッチングされ難いためにこの差が顕著になり、図４に示すようになる。
【００３４】
しかしながら、ガイドリング９の材質がＳｉＯ2の場合はＡｒイオンによってスパッタエッチングされＳｉとＯ2の原子の状態で離脱し、Ｓｉはハロゲンガスのフッ素ラジカルと反応して蒸気化する。Ａｌ−Ｏの結合解離エネルギーは４７８ｋｊ／ｍｏｌに対し、Ｓｉ−Ｏの結合解離エネルギーは３６９ｋｊ／ｍｏｌであることからもＳｉＯ2の方が解離し易いことがわかる。
【００３５】
また解離、離脱したＯ2はＰｔのスパッタエッチングおよびラジカル反応の促進に関与し、ガイドリング９近傍の被エッチング体６のエッチング速度が高くなる。つまり、Ｏ2によりエッチング速度が増加する。Ｏ2によりエッチング速度が増加することは従来から知られているが、しかしながら、もしここでエッチングガスとして酸素を添加した場合には被エッチング体６全面に効果を与えるため、平均的なエッチング速度は速くなるが均一性は改善されない。
【００３６】
一方、強誘電体膜または高誘電率膜の場合はＡｒプラズマからのイオン衝撃により構成元素中の酸素原子が離脱し、金属原子とハロゲンガスが反応することによってエッチングが進行する。従って、被エッチング体６の中央部に酸素原子が多く存在することになり、端部は酸素原子が少ないためにエッチング速度が相対的に遅くなる。この酸素原子を補うのがガイドリングからＡｒイオンによりスパッタエッチングされ離脱したＯ2原子である。
【００３７】
つまり貴金属や強誘電体膜および高誘電率膜のドライエッチングにはＯ2が重要な役割を果たしており、もしＯ2の濃度分布を意図的にコントロールできるなら面内の均一性をさらに向上することができるが、そのような装置はいまだ報告されていない。
【００３８】
従って本発明はガイドリングの材質をＳｉＯ2としてエッチングによって離脱したＯ2原子をうまく利用したものであり、このようにエッチングされる被エッチング体６のエッチング速度を図５に示す。また、エッチング装置も従来の装置のガイドリングを交換するだけで均一性のすぐれたエッチングができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態においては、ドライエッチング装置として容量結合型プラズマエッチング装置を用いた例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘導結合型プラズマエッチング装置や、ヘリコン波型プラズマエッチング装置や、ＥＣＲ型プラズマエッチング装置を用いても同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかるドライエッチング方法およびその装置は、被エッチング体の周囲に材質がＳｉＯ2であるガイドリングを配置した構成であり、被エッチング体の外周部のエッチング速度が速くなり被エッチング体の面内均一性が向上できるという効果を有し、圧電素子、焦電素子、薄膜コンデンサ等に用いられる貴金属を含む膜、強誘電体膜、高誘電率膜を微細加工するためのドライエッチング方法およびその装置などの用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態ならびに従来の容量結合型プラズマエッチング装置の概略図
【図２】同被エッチング体の断面図
【図３】同ＳｉＯ2ガイドリングの効果を説明する断面図
【図４】従来の被エッチング体のエッチング速度を示す特性図
【図５】本発明の被エッチング体のエッチング速度を示す特性図
【符号の説明】
【００４２】
１  基板
２  第１の電極膜
３  強誘電体膜または高誘電率膜
４  第２の電極膜
５  レジスト
６  被エッチング体
７  基板載置電極
８  静電チャック
９  ガイドリング
１０  絶縁体
１１  処理室
１２  上部電極
１３  噴出口
１４  ハロゲンガス供給部
１５  不活性ガス供給部
１６  Ｈｅガス
１７  冷媒
１８  マッチング回路
１９  高周波電源
２０  オリフィスバルブ
２１  真空ポンプ
２２  真空ポンプ
【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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