(57)【要約】【課題】低圧でのプラズマエッチングを行うドライエッチング装置におけるエッチング速度の改善と、低圧でのプラズマスパッタリングを行うプラズマスパッタリング装置におけるスパッタリング速度の改善と、の少なくとも一方を実現する。【解決手段】真空チャンバ１０と、真空チャンバ１０内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部１１と、プラズマ発生部１１が生起する磁場と垂直に鎖交するステージ４０と、を備え、ステージ４０は、ステージ４０上の試料Ｓが磁場により輸送される電磁場励起プラズマ中に発生する電磁波の腹又は節に位置するように、真空チャンバ１０内に配設されたドライエッチング装置１００。【選択図】図１
2015135883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部において生起する磁場及び電場と垂直に台面が交差する試料支持台と、
を備え、
前記試料支持台は、前記試料支持台に載置される試料が前記電磁場励起プラズマの電磁波の腹又は節の位置となるように前記真空チャンバ内に配設されている
ことを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記プラズマ発生部は、前記真空チャンバ内に直線状の磁場を生起し、
前記試料支持台は、前記直線状の磁場が未発散の位置に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記真空チャンバは、略円筒状であり、
前記試料支持台は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に生起する磁場と、前記真空チャンバの内壁と、の交差位置よりも前記プラズマ発生部に近い位置に配設されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記試料支持台は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に生起した磁場を試料支持台に引き込む磁力線引込部及び電場発生部を有する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
前記試料支持台における磁束密度は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に発生する磁場の磁束密度と略同等、又は前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に発生する磁場の磁束密度よりも高い
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のドライエッチング装置。
【請求項６】
前記真空チャンバ内の圧力及びウェハ直上の磁場強度は、イオンアシストを行うイオンのホールパラメータが１よりも十分に大きくなるように調整されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のドライエッチング装置。
【請求項７】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記プラズマ発生部が生起する磁場及び電場と垂直に台面が交差する試料支持台と、
を備え、
前記試料支持台は、前記試料支持台に載置される試料が前記電磁場励起プラズマの電磁波の腹又は節の位置となるように前記真空チャンバ内に配設されている
ことを特徴とするプラズマスパッタリング装置。
【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プラズマスパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数のチップを積層して集積度を上げる積層型集積回路（３Ｄ−ＩＣ）の研究が盛んに行われている。この３Ｄ−ＩＣでは、チップ間の接続に貫通ビア（ＴＳＶ）が用いられる。このＴＳＶのエッチングには、一般にボッシュプロセスと呼ばれるアスペクト比の高いエッチングが可能なエッチング方式が用いられる。
【０００３】
ボッシュプロセスは、Ｓｉのエッチングと、側壁保護用のポリマーの堆積とを交互に繰り返す方式であり、Ｓｉを一定深さまでエッチングし、次にエッチング孔内にポリマーを堆積してエッチングされたＳｉ表面を保護した後、エッチング孔底面のポリマー及びＳｉをエッチングにより除去する。エッチング孔に堆積するポリマーはＳｉをエッチングする際に、エッチング孔側壁をラジカルやイオンによるエッチングから保護する。その後、エッチング底面のＳｉのエッチング、エッチング孔内へのポリマーの堆積、エッチング孔底面のポリマー及びＳｉのエッチングを、エッチング深さが所望の深さになるまで順に繰り返す。
【０００４】
しかしながら、ボッシュプロセスでは、エッチングとエッチング孔の側壁保護を数秒単位で繰り返しながらＴＳＶを徐々に形成していくため、ＴＳＶの側壁にスキャロップと呼ばれる波状の荒れが生じる。このスキャロップにより、配線材料の埋め込みが困難になり、良品質のＴＳＶ工程を分単位の短時間で達成することが難しいとされている。また、ボッシュプロセスは製造コストが高い点も問題である。
【０００５】
そこで、ＴＳＶの側壁荒れを低減するエッチング方式として、エッチング形状の制御が比較的容易と言われているプラズマエッチング加工が注目されている。しかしながら、従来までのプラズマエッチング方式は、高いエッチングレートを得る際にアスペクト比の高いエッチング孔を得ることが困難であると言われており、この点を解消するべく様々な工夫が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１には、ヘリコン波型プラズマ生成部を設けた絶縁性の第１のチャンバと、導電性の第２チャンバとを、開口を介して連通したエッチング装置が開示されている。第１のチャンバ内にはガス導入管を介して不活性ガスが導入され、その周囲に設けたヘリコン波型プラズマ生成部の作用により不活性ガスをプラズマ化する。第２のチャンバ内には、ガス導入管を介して反応性ガスが導入され、この反応性ガスは、第１チャンバ内のプラズマ電子により励起され、活性種が生成される。この第２のチャンバ内の活性種は、セルフバイアス効果により負電位となっている載置台側に引き込まれ、載置台上に載置されたウェハの酸化膜上に吸着される。さらに、載置台側に向かう電界方向に沿って不活性ガスのイオン照射が行われ、このイオンアシストにより活性種と酸化膜とが反応し、低圧雰囲気にて化学的エッチングを促進することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−８９８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に記載の技術は、低圧で異方性エッチングを実現するものであるが、民生品に搭載可能なレベルで３Ｄ−ＩＣを量産する規定の生産能力を実現するためには、エッチング速度が未だ不十分であり、１製品あたりの製造時間が長くなってしまっていた。
【０００９】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、低圧でのプラズマエッチングを行うドライエッチング装置におけるエッチング速度の改善と、低圧でのプラズマスパッタリングを行うプラズマスパッタリング装置におけるスパッタリング速度の改善と、の少なくとも一方を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の態様の１つは、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部において生起する磁場及び電場と垂直に台面が交差する試料支持台と、を備え、前記試料支持台は、前記試料支持台に載置される試料が前記電磁場励起プラズマの電磁波の腹又は節の位置となるように前記真空チャンバ内に配設されていることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１１】
本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記プラズマ発生部は、前記真空チャンバ内に直線状の磁場を生起し、前記試料支持台が前記直線状の磁場が未発散の位置に配設されていることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１２】
本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記真空チャンバは、略円筒状であり、前記試料支持台は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に生起する磁場と前記真空チャンバの内壁との交差位置よりも前記プラズマ発生部に近い位置に配設されていることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１３】
本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記試料支持台は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に生起した磁場を試料支持台に引き込む磁力線引込部及び電場発生部を有することを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１４】
本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記試料支持台における磁束密度は、前記プラズマ発生部が前記真空チャンバ内に発生する磁場の磁束密度と略同等、又は前記プラズマ生成室が前記真空チャンバ内に発生する磁場の磁束密度よりも高いことを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１５】
本発明の選択的な態様の１つにおいて、前記真空チャンバ内の圧力及びウェハ直上の磁場強度は、イオンアシストを行うイオンのホールパラメータが１よりも十分に大きくなるように調整されていることを特徴とするドライエッチング装置である。
【００１６】
本発明の他の態様は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部が生起する磁場及び電場と垂直に台面が交差する試料支持台と、を備え、前記試料支持台は、前記試料支持台に載置される試料が前記電磁場励起プラズマの電磁波の腹又は節の位置となるように前記真空チャンバ内に配設されていることを特徴とするプラズマスパッタリング装置である。
【００１７】
以上説明したドライエッチング装置やプラズマスパッタリング装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本発明は前記ドライエッチング装置を備えるドライエッチングシステム、前記プラズマスパッタリング装置を備えるプラズマスパッタリングシステム、上述した装置の構成に対応した工程を有するドライエッチング方法やプラズマスパッタリング方法、上述した装置の構成に対応した機能をコンピュータに実現させるドライエッチングプログラムやプラズマスパッタリングプログラム、該ドライエッチングプログラムやプラズマスパッタリングプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低圧でのプラズマエッチングを行うドライエッチング装置におけるエッチング速度の改善と、低圧でのプラズマスパッタリングを行うプラズマスパッタリング装置におけるスパッタリング速度の改善と、の少なくとも一方を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係るドライエッチング装置の構成を示す図である。
【図２】真空チャンバを断面的に示した図である。
【図３】真空チャンバの一部を拡大して模式的に示した図である。
【図４】ステージを磁気コイル近くに配設したときの磁力線を説明する図である。
【図５】磁力線をステージに引き込むための磁力線引込部材を設けたときの磁力線を説明する図である。
【図６】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図７】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図８】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図９】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図１０】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図１１】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図１２】高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。
【図１３】真空チャンバ内におけるプラズマ密度の径方向分布を示す図である。
【図１４】アルミターゲットの断面曲線を示す図である。
【図１５】アルミターゲットの断面曲線を示す図である。
【図１６】シリコンターゲットの断面曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明を説明する。
図１は、本実施形態に係るドライエッチング装置の構成を示す図、図２は、真空チャンバを断面的に示した図、図３は、真空チャンバの一部を拡大して模式的に示した図である。図１に示すドライエッチング装置１００は、真空チャンバ１０、高周波結合用アンテナ２０，磁気コイル３０、ステージ４０を備えている。その他、図には示していないが、ドライエッチング装置１００は、プロセスガスを供給するガス供給部５０や、真空チャンバ１０を吸引する真空ポンプ６０も備えている。
【００２１】
真空チャンバ１０は、電磁波を透過する絶縁材で形成されている。真空チャンバ１０はどのような形状でもよく、例えば、直線状の円筒型（例えば、直径４ｃｍ、長さ５０ｃｍ）とすることができる。むろん、真空チャンバ１０の形状は円筒に限るものではなく、例えば、角形、テーパーのある円筒状の構造等、様々な形状を採用可能である。真空チャンバ１０を形成する絶縁体は、体積抵抗率が高い程よく、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスや石英ガラス管等を用いることができる。真空チャンバ１０は、円筒の軸方向に沿って異なる部位にプラズマ発生室１１とプラズマ処理室１４とが設けてある。プラズマ発生室１１とプラズマ処理室１４は、同じ円筒型の真空チャンバ１０内に形成されており、本実施形態では同じ径で連続的に形成されている。
【００２２】
すなわち、本実施形態に係るドライエッチング装置には、ドリフトチャンバ等の拡径部が設けられていない。ドリフトチャンバは、プラズマ管の一端に取り付けられる広径のチャンバであって、プラズマ管で生成されて飛来してくる電磁場励起プラズマが広がるのを許容する空間である。本願では、電磁場励起プラズマの照射範囲を広げるべく発散させる必要が無いため、真空チャンバ１０の形状を側面に凹凸の無い寸胴形状としてある。むろん、電磁波の搬送空間を広径にして電磁場励起プラズマを発散させることを禁ずる趣旨ではない。
【００２３】
真空チャンバ１０には、間にプラズマ発生室１１とプラズマ処理室１４を挟むように、ガス供給ポート１２とガス排気ポート１３が設けられている。ガス供給ポート１２はプラズマ発生室１１寄りの位置に設けられ、このガス供給ポート１２からプロセスガスを真空チャンバ１０に導入する。ガス排気ポート１３はプラズマ処理室１４寄りの位置に設けられ、真空吸引ポンプが接続される。これにより、プロセスガスがプラズマ発生室１１とプラズマ処理室１４とを通過して流れるようになる。
【００２４】
真空チャンバ１０は、０．１Ｐａ〜１０ｋＰａの広い圧力領域で運転できるようにすることが望ましく、真空吸引ポンプを含む真空排気システムは、広い圧力領域で運転可能に構成する。ガス排気ポート１３からの真空吸引とガス供給ポート１２からのプロセスガス供給とを調整することにより、プラズマ発生室１１で単位時間あたりに励起されるプラズマやラジカルの量、及び、プラズマ発生室１１内のプロセスガスのリフレッシュレートを制御することができる。
【００２５】
プラズマ発生室１１の外壁には、プラズマ発生室１１の中心軸と同軸に高周波結合用アンテナ２０が配設される。高周波結合用アンテナ２０には、不図示の整合回路を介して不図示の高周波電源から所定周波数の高周波電力が供給される。高周波結合用アンテナ２０としては、シングル、ダブル、ヘリカル、ボズウェル等の各種の励起アンテナを用いることができる。
【００２６】
高周波結合用アンテナ２０は、電磁誘導作用でプラズマ発生室１１内に高周波電界を励起し、プラズマ発生室１１内を流れるプロセスガスをプラズマ化する。高周波結合用アンテナ２０は、例えば、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの領域の数ＫＷまでの電磁波を印加する。高周波結合用アンテナ２０は、水冷方式などで冷却することが望ましい。
【００２７】
プラズマ発生室１１の外側で高周波結合用アンテナ２０の外周部には、プラズマ発生室１１の中心軸と同軸に、真空容器径よりも大きなリング状の磁気コイル３０が配設される。磁気コイル３０としては、ソレノイドコイルや軸方向に磁化された永久磁石等を用いることができる。
【００２８】
磁気コイル３０は、プラズマ発生室１１に生成されるプラズマバルク中に磁力線Ｂを発生する。このプラズマバルク中に発生する磁力線Ｂは、その少なくとも一部（例えば、円筒真空容器の中心軸近傍の磁力線）が、プラズマ発生室１１の中心軸と平行な直線状である。なお、プラズマ発生室１１内に発生してプラズマを搬送する真空円筒容器の中心軸近傍の磁力線Ｂが真空チャンバ１０の内側壁と交差しないのであれば、磁気コイル３０は、軸方向に収束・発散する磁場配位で磁力線Ｂを発生してもよい。プラズマ発生室１１内のプラズマは、磁気コイル３０が印加する磁場Ｈにより、内部に電磁波の一種であるヘリコン波（ホイッスラー波）が励起される。
【００２９】
プラズマ処理室１４内には、試料支持台としてのステージ４０が、その台面が磁場Ｈと垂直に交差するように配設されている。本実施形態においては、ステージ４０はプラズマ発生室１１と同じ真空チャンバ１０内に設けてある。ステージ４０には、バイアス電圧印加用電極４１が形成され、ステージ４０上に例えば半導体ウェハ等の試料Ｓが載置される。バイアス電圧印加用電極４１は、真空チャンバ１０外のブロッキングコンデンサと不図示のマッチングボックスを介して高周波電源に接続されており、例えば、商用周波数の１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加してＲＦバイアスを印加する。
【００３０】
本実施形態においては、磁気コイル３０が発生した磁力線Ｂが、ステージ４０の台面と直交するように構成してある。通常、リング状の磁気コイル３０が発生した磁場の磁力線Ｂは、磁気コイル３０から離れるほど発散していく。このため、ステージ４０の台面と交差する磁力線Ｂの全てが当該台面と直交するようにステージ４０を配置することは難しい。そこで、本実施形態では、ステージ４０を磁気コイル３０近くに配設したり、磁力線Ｂをステージ４０に引き込むための磁力線引込部材４２を設けたりしてある。
【００３１】
磁力線引込部材４２による引き込み磁場の形成範囲は、ステージ４０の台面上、ウェハ等の試料Ｓが載置される範囲を含むように設定されている。この磁力線引込部材４２を用いることにより、ステージ４０を磁気コイル３０から離間配置した場合にも、ステージ４０の台面と磁力線Ｂを直交させることが可能となる。このように、磁力線Ｂをステージ４０の台面と直交させることにより、イオンアシスト用イオンがステージ４０の台面に略垂直に入射するようになり、試料Ｓに形成されるエッチング孔の底部までイオンアシスト用イオンが入射するようになる。これにより、平滑な側壁形状でありマスクに忠実なサイズのエッチング孔を形成可能となる。また、イオン−中性粒子間の運動量輸送効果によりエッチング速度の向上にも寄与する。
【００３２】
図４は、ステージ４０を磁気コイル３０近くに配設したときの磁力線Ｂを説明する図である。同図おいて、ステージ４０は、磁力線Ｂが発散し始める位置Ｐ１よりも磁気コイル３０寄りの位置に設けてある。これにより、磁力線Ｂは、試料Ｓの中心から周縁まで略垂直且つ均一に入射することになる。むろん、ステージ４０を位置Ｐ１よりも磁気コイル３０寄りに配設しつつ、後述する磁力線引込部材４２を併用しても構わない。
【００３３】
図５は、磁力線Ｂをステージ４０に引き込むための磁力線引込部材４２を設けたときの磁力線Ｂを説明する図である。同図において、ステージ４０には、磁力線引込部材４２を取り付け又は埋設してあり、磁気コイル３０が発生した磁力線Ｂを、発散前又はいったん発散した後に磁力線引込部材４２によってステージ４０の台面に向けて引き込むことにより収束させ、ステージ４０の台面に略垂直に入射させる構成になっている。磁力線引込部材４２としては、例えば、ステージ４０と同心円状となるように永久磁石やソレノイドコイル、強磁性体を用いることができる。
【００３４】
ステージ４０は、例えば、−１００℃〜１００℃の間で温度を調節可能な温度調節機構を有することが望ましい。温度調節機構を用いてステージ４０を冷却すれば、エッチングによって加熱された試料を冷却することが可能であり、加熱による試料Ｓへのダメージを防止することができる。また、温度調節機構を用いてステージ４０を加熱することによりエッチング効率を向上できる場合がある。
【００３５】
以上のように構成されたドライエッチング装置１００では、ガス供給ポート１２から不活性ガス（Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等）と所定の処理ガス（ＣＨＦ２等）の少なくとも一方をプラズマ発生室１１へ導入しつつ、同時にガス排気ポート１３から真空引きすることによって、プラズマ発生室１１及びプラズマ処理室１４内が所定の減圧雰囲気（０．１〜１００Ｐａ等）に維持される。
【００３６】
この状態で、高周波結合用アンテナ２０によってプラズマ発生室１１に所定の高周波電圧の高周波信号を印加しつつ、磁気コイル３０によってプラズマ発生室１１内に所定の磁場を形成すると、プラズマ発生室１１内にヘリコンプラズマや誘導性結合プラズマ等の電磁場励起プラズマが励起される。電磁波励起プラズマとは、例えば高周波結合アンテナ２０などにより空間中に放射された電磁場のエネルギーを粒子や物質に与えることにより、粒子や物質を電離状態、すなわちプラズマ状態にするプラズマ励起法により生起されたプラズマの総称である。
【００３７】
この電磁場励起プラズマ中の荷電粒子は、磁力線Ｂと略平行に磁力線Ｂに巻き付くように螺旋運動しながらプラズマ処理室１４のステージ４０上に載置された試料Ｓに向けて輸送される。これにより、試料Ｓに対して所定のプラズマ処理（エッチングやスパッタリング）が為される。
【００３８】
また、ステージ４０に印加するＲＦバイアスを、使用する処理ガスや雰囲気に応じて変更することにより、プラズマ中のイオンの加速を制御して、試料Ｓに応じた適切なプラズマ処理を実現することができる。
【００３９】
ここで、試料Ｓのエッチングは、原則、ラジカルと被エッチング面との反応によって進行するが、被エッチング面にイオンを入射させるとイオンアシスト効果によってエッチングが加速される。イオンアシスト効果によるエッチングの加速は、イオンのエネルギー、即ち入射速度に比例するため、試料Ｓへのイオン突入速度を高めるほどエッチング速度を加速できる。イオンアシストによるエッチングは、イオンの衝突方向への異方性を持って進行するため、イオンアシスト用イオンの突入方向を揃えることにより、エッチング孔の側壁形状を平滑に形成できる。
【００４０】
また、ラジカルによるエッチングの進行方向も、圧力が高いと散乱により斜め入射の確率が高まりエッチングの異方性が低下するが、圧力を低くすると散乱による斜めイオン入射確率が低減されて良好な異方性エッチングを実現できる。このため、本実施形態では、ラジカル発生源としてのガス粒子の供給を多くしつつ、ガス粒子との衝突による散乱確率が低下する程度にガス圧力を低くすることで、効率的な異方性エッチングを実現できるようにしてある。
【００４１】
真空チャンバ１０は、イオンアシスト用イオンが、試料Ｓに衝突するまでにガス粒子と衝突する確率（衝突率）が一定以下となる程度に減圧されている。より具体的には、真空チャンバ１０内の圧力は、試料の直上において、イオンアシスト用イオンのホールパラメータが１より十分に大きくなるように調整されており、イオンアシスト用イオンの平均自由行程が高周波結合用アンテナ２０とステージ４０との距離以上に確保される程度になっている。イオンアシスト用イオンのホールパラメータは、真空チャンバ１０内の圧力と磁場を制御することにより調整することができる。なお、ホールパラメータｈは、サイクロトロン周波数ωｃ／２πと衝突周波数ｖを用いて、下記（１）式にて表される。
【００４２】
【数１】
2015135883.tif 000003
【００４３】
イオンアシスト用イオンは、進行方向を向いて右回りに回転して磁力線Ｂに平行に運動する。本実施形態では、イオンアシスト用イオンは磁場方向に沿う磁束を中心に磁力線Ｂに巻き付くように短径で螺旋運動しつつ初期速度の方向に搬送される。これにより、イオンアシスト用イオンがエッチング孔の底部に到達するまでに他のガス粒子と衝突する衝突率が抑制され、エッチングの高速化に寄与するとともに、イオンアシスト用イオンによる真空チャンバ側壁の掘削を防止することができる。
【００４４】
また、電磁場励起プラズマの荷電粒子（本実施形態では、イオンアシスト用イオン）は、磁束密度が高まるほどプラズマ密度が上昇するため、試料へ突入するプラズマの荷電粒子数が増加する。これにより試料へのプラズマの荷電粒子の突入確率が上昇し、試料Ｓのエッチング速度が高まる特性を有する。本実施形態では、プラズマ生成部１１からステージ４０の間では、直線磁場又は収束磁場となっており、イオンアシスト用イオンは、プラズマ生成部１１からステージ４０に至るまでプラズマシース（試料直上の数ミリの領域）のプラズマ電位により定まる初期速度を持って入射する。これにより、試料Ｓのエッチング速度が向上する。
【００４５】
さらに、本実施形態では、ステージ４０に高周波のＲＦバイアスを加えるバイアス電圧印加用電極４１を設けてある。このＲＦバイアスもステージ４０の台面に略垂直方向に生起されるものであり、このＲＦバイアスと上述したプラズマ電位との電位差により、イオンアシスト用イオンの突入速度が更に高まり、試料Ｓのエッチング速度が更に向上する。
【００４６】
本実施形態に係るドライエッチング装置１００は、貫通電極（ＴＳＶ等）をエッチングで高速に形成するため（例えば、１０μｍ／ｍｉｎ以上）、従来に比して単位時間あたりに供給されるガス供給量を多くしてある（通常の１００〜１０００倍）。ガス供給量が増加するとプラズマの密度が増加することが期待されるので、プラズマ密度の増加に伴い生成される電子量が増加する。そして、電子量が増加すると、ガスが効果的にラジカルに変化するため、このラジカルによるエッチング速度が向上する。例えば、１ｋＰａ／ｍｉｎ＝１０１７ｃｍ−３／ｍｉｎのラジカル相当量のガスを供給することにより、５０μｍ／ｍｉｎの高速エッチングが実現できる。
【００４７】
ただし、ガス供給量を増やしても、ガス圧力が高いとイオンアシスト用イオンの平均自由行程が短くなりエッチング速度が低下する。そこで、本実施形態に係るエッチング装置１００では、真空チャンバ１０のガスリフレッシュレートを高めることにより、真空チャンバ１０内のガス圧力を従来よりも低くしてある。
【００４８】
その一方で、本実施形態に係る円筒型の真空チャンバ１０の径は、チャンバ内のガス平均自由行程よりも短くしてもよい。本実施形態に係るエッチング装置１００では、電磁場励起プラズマの一種であるヘリコンプラズマもしくは誘導性結合プラズマを用いており、プラズマ密度が高いこと、直線磁場で試料Ｓまでイオンを導くことにより、近くの壁にプラズマが衝突して消滅する確率が極めて低いためである。なお、ＥＣＲ（electron cyclotron resonance）でもヘリコンプラズマと同等程度のプラズマ密度を実現できるが、ＥＣＲでは磁場形状が途中で屈曲することからプラズマが壁に衝突して消滅する確率が高く、エッチング装置を小型化することが極めて難しかった。ちなみに、ヘリコンプラズマのプラズマ密度は、従来のプラズマ源（例えば、容量性結合プラズマ源や直流プラズマ源）に比して約１０００倍である。
【００４９】
また、チャンバ内のガス圧力は、上述したホールパラメータｈを１より十分に大きくすることにより、チャンバ内のイオンの平均自由行程が高周波結合用アンテナ２０とステージ４０との距離以上に確保される程度に低下させてある。これにより、磁力線Ｂに沿って試料Ｓまで輸送されるイオンアシスト用イオンが、試料Ｓのエッチング孔の底に到達する前に他のガス粒子と衝突する確率を可及的に低下し、真空チャンバの壁面に衝突して壁面を掘削する事を防止できる。これにより、エッチングに係るラジカル量の増加に加えてイオンアシストによる掘削力も向上し、エッチング速度が更に高まる。
【００５０】
本実施形態に係るエッチング装置１００では、プラズマ生成室１１とステージ４０の間に発生する磁力線Ｂがステージ４０の台面と略直交するようになっている。このため、イオンアシスト用イオンは磁力線Ｂに沿って飛行することとなり、ステージ４０の台面に垂直に入射することになる。よって、平滑なエッチング孔の側壁を実現することができる。
【００５１】
さらに、試料Ｓと交差する磁力線Ｂは、試料Ｓの平面に対して略垂直にしてあるものの、プラズマ生成部１１とステージ４０の途中位置で磁場をいったん収束させて、ステージ４０付近の磁束密度をプラズマ生成部１１付近に比べて高めてもよい。ステージ４０付近の磁束密度を高めると、ステージ４０近傍でのプラズマ密度が高まり、エッチング速度が向上する。
【００５２】
ところで、装置を小型化すると、プラズマがチャンバ側壁に衝突して消滅するためプラズマ密度が上昇しないと言われているが、電磁場励起プラズマ生成源は、装置を小型化してもプラズマ密度を高密度に保つ事出来る。すなわち、ラジカル発生源であるガス量を少なくしても、中性粒子の解離反応を促進してラジカルが発生しやすくすることができる。これにより、ヘリコンプラズマなどの電磁場励起プラズマ生成源以外のプラズマ生成源を用いる場合に比べてエッチング速度を高めることができる。
【００５３】
また、ステージ４０上に載置される試料Ｓが、電磁場励起プラズマ中を伝搬する電磁波の腹又は節の位置に来るようにステージ４０の位置を調整することが好ましい。軸方向境界（ステージ４０や試料Ｓの材料）が電気絶縁性材料（もしくは全体として電気絶縁性材料）である場合は、試料Ｓが電磁波の腹の位置になるように調整し、軸方向境界が導体材料（もしくは全体として導体材料）である場合は、試料Ｓが電磁波の節の位置になるように調整する。
【００５４】
また、電磁場励起プラズマ中の電磁波は、短軸長・高密度プラズマ生成時に定在波構造を持ち、電磁場励起プラズマ中では、軸方向境界条件に依存した離散的な軸方向波長を持つ定在波構造を取る。
【００５５】
図６〜図１２は、終端板（軸方向境界）の位置と種類を変更しつつ計測した、高周波励起磁場の軸方向成分の振幅比、位相差，波動構造の軸方向分布である。図６〜図９に示す例では終端板を絶縁体で構成し、図１０〜図１２に示す例では終端板を導体で構成してある。また、真空容器のサイズは直径０．７５、長さ（励起アンテナから終端板までの距離）は０．０５５ｍ、０．１２５ｍ、０．３４５ｍの何れかとしてある。
【００５６】
短軸長の電磁場励起プラズマにおいて、電磁波の軸方向の構造は軸方向の境界条件に強く影響される。図６に示すように、電磁場励起プラズマの一種であるヘリコンプラズマが生成していない場合は定在波が励起・伝搬しておらず、図７〜１２に示すように、ヘリコンプラズマが生成している場合は定在波が軸方向境界（終端板）まで励起・伝搬している。電磁波の強度は、絶縁体境界ではローカルマキシマム（腹）になり、導体境界では常にゼロ（節）となる。
【００５７】
このように、軸方向境界が電磁場励起プラズマの電磁波の腹や節の位置となるためには、ヘリコン波の伝搬条件が満たされるように調整すればよい。ヘリコン波の伝搬条件を最も簡単に表した式は、下記（２）式である（詳細は、Physics of Plasmas, Volume 19, Issue 4, pp. 043504-043504-12 (2012) 参照）。下記（２）式において、ｋ｜｜は平行波数、ｋ⊥は垂直波数、ωは波周波数、ωｐはプラズマ周波数、ωｃはサイクロトロン周波数、をそれぞれ表す。
【００５８】
【数２】
2015135883.tif 000004
【００５９】
前記（２）式は、ヘリコン波の波長（波数ｋ｜｜、ｋ⊥）と、ヘリコン波のパラメータ（ω、ωｐ、ωｃ）との関係を表す式である。本実施形態では、前記（２）式の右辺のパラメータ（ヘリコン波のパラメータ）を調整することにより、前記（２）式の左辺のパラメータ（ヘリコン波の波長の値）を制御した。前記（２）式が満たされるとき、励起周波数（ω＝２πｆのｆに対応）と磁場強度（ωｃ＝ｅＢ／ｍ、のＢに対応）を調節すれば、プラズマ密度（ωｐ＝ｎｅ２／（ε０ｍ）、のｎに対応）を制御することができるようになり、一定以上の電力を投入すればプラズマの高密度化が達成できることになる。なお、ｅは電荷量、Ｂは磁束密度、ｍは質量、ｎはプラズマ密度、ε０は真空の誘電率をそれぞれ表す。
【００６０】
具体的な調整パラメータとしては、励起アンテナとステージ間の距離、励起周波数、磁場強度や磁力線形状（磁場強度）、プラズマ密度、ガス圧力、ガス流量、及び、励起アンテナ形状である。励起アンテナとステージ間の距離は、ステージの位置を変更することにより調整可能であり、ステージ４０の位置調整方法としては、モータにより駆動し真空容器内に設置したレールを這わせる方法、真空シールを介して大気側に設置した駆動部による調整方法、ベローズ管の伸び縮みを利用した調整方法等が考えられる。励起周波数は、高周波結合用アンテナ２０の制御により調整可能である。磁場強度や磁力線形状は、磁気コイル３０の制御、磁力線引込部材４２の形状や磁力の調整、により調整可能である。ガス圧力及びガス流量は、プロセスガスの供給速度と真空吸引の排気速度、真空チャンバの形状等により調整可能である。励起アンテナ（高周波結合用アンテナ２０）の形状は、アンテナターン数、アンテナの各ターン間の距離、アンテナの直径、太さ、長さ、大きさ、アンテナ管の金属厚さ等である。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態に係るドライエッチング装置１００は、真空チャンバ１０と、真空チャンバ１０内に電磁場励起プラズマを発生させるプラズマ発生部１１と、プラズマ発生部１１が生起する磁場と垂直に鎖交するステージ４０と、を備え、ステージ４０は、磁場により輸送される電磁波としてのヘリコン波の定在波の腹又は節にステージ４０上の試料Ｓが位置するように、真空チャンバ１０内に配設されている。これにより、低圧でのプラズマエッチングを行うドライエッチング装置におけるエッチング速度を改善することができる。
【００６２】
ところで、上述したドライエッチング装置１００をプラズマスパッタリング装置として用いることもできる。このようなプラズマスパッタリング装置では、スパッタリングターゲットのスパッタリング速度を従来に比べて改善することができる。以下、ドライエッチング装置１００と同様の装置構成を有するプラズマスパッタリング装置を用いたスパッタリング試験の結果を説明する。
【００６３】
図１３は、真空チャンバ１０内におけるプラズマ密度の径方向分布を示す図である。同図において、白四角で示したデータはターゲットプレートの２ｍｍ背面にＳｍ（サマリウム）Ｃｏ（コバルト）永久磁石を配設してターゲットプレート近傍の磁場を強化した場合のプラズマ密度を示すデータであり、白丸で示したデータはＳｍＣｏ永久磁石を配設しない場合のプラズマ密度を示すデータである。なお、高周波結合用アンテナ２０の出力は１０００Ｗである。ＳｍＣｏ永久磁石をターゲットプレート背面に配設することにより、プラズマ密度の中心密度が約２倍程度増加していることが分かる。
【００６４】
図１４は、アルミターゲットの断面曲線を示す図である。同図に示すスパッタリング試験では、プロセスガスをＡｒとし、圧力を０．２５Ｐａ、ガス流量を２０ｓｃｃｍ、磁場コイル電流を３．５Ａ（磁場強度は、ステージ４０に永久磁石を併用して、ターゲット近傍で２ｋＧ程度）とした。また、被スパッタ面の開口部は６ｍｍとし、ステージ４０に印加するバイアス電圧を−４５０Ｖとして約６分間のプラズマ照射を行った。その結果、図１４に示すように、約４０μｍのスパッタリング深さが得られた。このことから、６〜７μｍ／ｓのスパッタリング速度が実現されたことが分かる。
【００６５】
図１５は、同じくアルミターゲットの断面曲線を示す図である。同図に示すスパッタリング試験では、プロセスガスをＡｒとし、圧力を０．２５Ｐａ、ガス流量を２０ｓｃｃｍ、磁場コイル電流を３．５Ａ（磁場強度は、ターゲット近傍で２００Ｇ程度）とした。なお、ステージ側に永久磁石は配設していない。また、被スパッタ面の開口部は６ｍｍとし、ステージ４０に印加するバイアス電圧を−４５０Ｖとして約６分間のプラズマ照射を行った。その結果、図１５に示すように、約８μｍのスパッタリング深さが得られた。このことから、ステージ側に永久磁石を併用した場合に比べて約１／５程度の、１〜１．５μｍのスパッタリング速度であることが分かる。
【００６６】
図１６は、シリコンターゲットの断面曲線を示す図である。同図に示すスパッタリング試験は、プロセスガスをＡｒとし、圧力を０．２５Ｐａ、ガス流量を２０ｓｃｃｍ、磁場コイル電流を３．５Ａ（磁場強度は、ステージ１０に永久磁石を併用してターゲット近傍で２ｋＧ程度）とした。また、被スパッタ面の開口部は８ｍｍとし、バイアス電圧を−４５０Ｖとして６分間のプラズマ照射を行った。その結果、図１６に示すように、約４０μｍのスパッタリング深さを得られた。このことから、６〜７μｍ／ｓのスパッタリング速度が実現されたことが分かる。
【００６７】
以上のように、ドライエッチング装置１００と同様の装置構成を有するプラズマスパッタリング装置を用いることにより、ウェハ直上において低圧でのプラズマスパッタリングの１０倍以上のプラズマ密度を達成できることによって大幅にスパッタリング速度を向上できることが分かった。
【００６８】
なお、本発明は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…真空チャンバ、１１…プラズマ発生室、１２…ガス供給ポート、１３…ガス排気ポート、１４…プラズマ処理室、２０…高周波結合用アンテナ、３０…磁気コイル、４０…ステージ、４１…バイアス電圧印加用電極、４２…磁力線引込部材、１００…ドライエッチング装置、Ｓ…試料
【図１】
2015135883.tif 000005
【図２】
2015135883.tif 000006
【図３】
2015135883.tif 000007
【図４】
2015135883.tif 000008
【図５】
2015135883.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015135883.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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