(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導連結されたプラズマ源によって、高周波電磁交番フィールドが発生され、かつプラズマ（８）の発生のために、反応ガス又は反応ガス混合物が、この高周波電磁交番フィールドにさらされ、その際、プラズマ（８）の電気的に帯電した粒子が、基板（９）の方向に加速され、かつプラズマ源と基板（９）との間に、穴絞り（１４）とほぼ円筒形の取付け物（１６）とから構成された開口（１３）が配置されており、その際、穴絞り（１４）は、ほぼ円筒形の取付け物（１６）の下部で外側に延在している、プラズマ（８）による基板（９）の異方性エッチング法において、開口（１３）に、電子−イオン−再結合のために少なくとも１つの有効な表面が付属しており、その際、有効な表面としてほぼ円筒形の取付け物（１６）が使用されており、かつ開口（１３）の直径が、基板（９）の直径よりも大きいことを特徴とする、プラズマ（８）による基板（９）の異方性エッチング法。
【請求項２】
金属からなる穴絞り（１４）及び／又は取付け物（１６）が利用されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ふっ素に耐える金属が利用されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
ふっ素に耐える金属としてアルミニウムが利用されることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
反応粒子を消費する吸収体（１７）が、基板（９）の回りに円形に配置されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
水晶、シリコン、プラスチック又はグラファイトからなる吸収体（１７）が利用されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
反応粒子として、ふっ素及び／又はふっ素化合物のイオン及び／又はラジカルが利用されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項８】
高周波電磁交番フィールドを発生する誘導連結されたプラズマ源、反応ガス又は反応ガス混合物に高周波電磁交番フィールドを作用させることによって反応粒子からプラズマ（８）を発生する反応器（２）、及び基板（９）の方向にプラズマ（８）内に含まれるイオン流を加速する基板電極（１０）を有する、プラズマ（８）により基板（９）の異方性エッチングを行なうプラズマ処理装置（１）において、プラズマ処理装置（１）が、プラズマ源と基板電極（１０）との間に、穴絞り（１４）とほぼ円筒形の取付け物（１６）とから構成された開口（１３）を有し、その際、穴絞り（１４）は、ほぼ円筒形の取付け物（１６）の下部で外側に延在しており、かつ、開口（１３）に、電子−イオン−再結合のために少なくとも１つの有効な表面が付属しており、その際、ほぼ円筒形の取付け物（１６）が有効な表面を形成しており、かつ開口（１３）の直径が、基板（９）の直径よりも大きいことを特徴とする、プラズマ（８）により基板（９）の異方性エッチングを行なうプラズマ処理装置（１）。
【請求項９】
プラズマ処理装置が、プラズマ（８）の反応粒子のために基板（９）の回りに配置された吸収体（１７）を有することを特徴とする、請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
吸収体（１７）が、シリコン、水晶、プラスチック又はグラファイトからなることを特徴とする、請求項９記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマにより基板の異方性エッチングを行なう方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマによる基板のエッチングは周知である。これは、とりわけ半導体技術のためにシリコンからなる基板において、とくにシリコンウエハからチップを製造する際に利用される。その際、基板に、例えば凹所のようにエッチングマスクによって定義される構造がエッチングされる。エッチングマスクにおいて、基板の表面に取付けられたマスク層、とくにフォトレジスト層が問題になる。プラズマは、高周波電磁放射による反応ガス又はガス混合物の励起によって点弧される。そのために例えば高周波励起による誘導連結されたプラズマ源（ＩＣＰ＝インダクティブ・カップルド・プラズマ）が利用される。典型的なＩＣＰ源は、プラズマ容積の回りに置かれた１つ又は複数の巻回を備えた励起コイルを有し、この励起コイルは、プラズマ励起のために例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電流を流される。それにしたがってコイルの端子（いわゆる“ホット”端子("heisse" Ende）は、高周波源に接続されている。
【０００３】
ＩＣＰ源によりシリコン深層エッチングを行なう上記と同様の種類のエッチング方法は、ドイツ連邦共和国特許第４２４１０４５号明細書により公知である。
【０００４】
しかし励起コイルの交番フィールド又は磁界は、不均一である。この不均一性は、中心に比較してプラズマの縁において、イオン及び反応粒子の量の増加を引起こす。この励起の幾何学的構造に基付いて、基板の中心と縁において異なったエッチング速度が観察される。エッチング速度は、例えば１５０ｍｍの直径を有するウエハの中心において、基板の縁範囲よりも２０％まで低いことがある。
【０００５】
さらに高い電圧にある“ホット”コイル端子から出る漂遊電界は、誘導プラズマの相応して強力な変形を引起こす。同時にプラズマは、励起コイルの中心から“ホット”コイル端子へ移動する。それに相応してエッチングマスクの切除も、きわめて不均一であり、かつ基板の中心から縁範囲に移動する。プラズマ源において高い電圧にある励起コイルの端子に隣接する基板の範囲において、切除は、“ホット”コイル端子から遠い方の基板の範囲におけるものより少ない。この不均一性の結果、エッチングされた構造の不正確が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、エッチング速度の不均一性を減少し、かつ同時にエッチングマスクの不規則な切除をほぼ完全に抑圧する、プラズマにより基板の異方性エッチングを行なう方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
特許請求の範囲第１項に記載された特徴を有する本発明による方法、即ち、誘導連結されたプラズマ源によって、高周波電磁交番フィールドが発生され、かつプラズマの発生のために、反応ガス又は反応ガス混合物が、この高周波電磁交番フィールドにさらされ、その際、プラズマの電気的に帯電した粒子が、基板の方向に加速され、かつプラズマ源と基板との間に、穴絞りとして構成された開口が配置されている、プラズマにより基板の異方性エッチングを行なう装置において、開口に、電子−イオン−再結合のために少なくとも１つの有効な表面が付属しており、その際、有効な表面が、開口におけるほぼ円筒形の取付け物として構成されており、かつ開口の直径が、基板の直径よりも大きいことを特徴とする、プラズマにより基板の異方性エッチングを行なう装置、及び特許請求の範囲第１０項に記載された特徴を有する本発明による装置、即ち、誘導連結されたプラズマ源から発生されるプラズマを均一化する装置（１３）において、装置が、電子／イオン再結合のために少なくとも１つの追加的な有効な表面（１６）を備えた開口（１４）を有することを特徴とする、プラズマを均一化する装置（１３）、は、前記の不均一性をかなりの部分補償するという利点を有する。本発明による開口の組込み及び最適化によって、エッチング速度の不均一性は、少なくとも半分にすることができる。同時にエッチングマスクの不規則な切除は、ほぼ完全に抑圧される。その際、わずかな過補償が観察されることがあり、すなわちエッチングマスクの切除は、基板の縁に向かってわずかに減少する。マスクプロファイルは、この時、中心配置されている。この効果は、さらにわずかな層厚でフォトレジストを塗ることを可能にするので、とくに有利である。これに、構造化のさらに高い精度、及び製造可能な構造幅の減少が伴う。
【０００８】
本発明による方法又は本発明による装置は、プラズマの前記の不均一性が、本発明による方法又は本発明による装置によって基板から取り除かれるという知識に基付いている。本発明による開口は、電子／イオン−再結合のために有効な面積の拡大を提供するが、一方受け入れ角は、基板に向かって縮小される。基板に向かう開口の下におけるプラズマの膨張によって、反応粒子の、したがってイオン及び遊離基の希薄化が生じ、この希薄化は、とくに基板の縁範囲において有効になる。
【０００９】
したがって励起コイルの高周波コイルフィールドの不均一性、及び高い電圧にあるコイル端子から出る電界のプラズマへの影響は、基板に向かって遮へいされる。補償は、開口の壁における電子／イオン−再結合に基付いており、それにより基板の縁範囲におけるイオン流密度が減少し、かつ同様に基板の縁範囲において有効な希薄化効果に基付いている。
【００１０】
したがって本発明は、基板に向かったＩＣＰ源の均一性の改善を引起こす。
【００１１】
特許請求の範囲従属請求項に挙げた処置によって、特許請求の範囲第１項に挙げた方法又は特許請求の範囲第１０項に挙げた装置の有利な変形及び改善が可能である。
【００１２】
本発明による開口の有利な構成は、ここに取付けられかつプラズマ内に挿入されるほぼ円筒形の管を有する穴絞りにある。円筒形の管は、この再結合面積によって囲まれた容積内における電子又はイオンの延長された走行距離を介して、電子／イオン−再結合のために有効な面積の拡大を提供する。
【００１３】
それぞれの反応粒子を消費する材料からなる基板縁の回りの吸収体を基板電極に装着することによって、追加的に基板の縁範囲にわたって延びたかつ反応粒子を消費する基板負荷をシミュレートすることができる。それによりエッチングマスクの不均一な切除に対する別の原因を補償することができる。基板の縁範囲において、基板自身によって、中心よりもわずかな反応粒子が吸収される。同時にプラズマの不均一性に基付いて増強されて、縁において反応粒子が製造される。したがって反応粒子の濃度は、基板の縁範囲において増加している。捕獲シールドは、この過剰物を吸収する。捕獲シールドの寸法に応じて、基板面積にわたって絶対的に均一なエッチングが達成でき、又はそれどころか基板面積にわたってエッチング分布を反転することができる（エッチング速度は縁に向かって低下する）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に図面を引用して実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、典型的なＩＣＰ励起コイルの磁界のフィールド分布の計算された振幅経過を示している。ここでは４０ｃｍの直径及び１つの巻回を有する高周波電流が流通するコイルが問題になっている。このコイルは、誘導プラズマ励起を行なう高周波磁界を発生するための商用のプラズマ源に含まれている。このフィールド分布は、大体においてこれにより励起されるプラズマのプラズマ密度分布に相当する。プラズマ密度分布とは、イオン密度及び例えばラジカルのような反応種の密度の分布である。
【００１６】
この経過曲線に、１５０ｍｍの直径を有するシリコンウエハ（６″ウエハ）の直径ｄが記入されており、フィールド最小値は、ウエハ中心に置かれている。この中心対称は、妨害電界がない場合に相当する。したがって電気的な様式の妨害フィールドがない場合、プラズマ密度分布も中心対称である。
【００１７】
このように計算されたプラズマ密度が、６″シリコンウエハの中心から縁までに１２％より多く上昇することがわかる。基板バイアス電圧による基板の方向におけるイオンの加速は、大体において同じイオン電流密度を生じるので、シリコンウエハの縁におけるエッチング速度は、中心におけるものよりもかなり高い。
【００１８】
図２は、本発明による装置１３を使用するプラズマ処理装置１を概略的に示している。プラズマ処理装置１は、反応器２を有し、この反応器内に供給接続管片３を介して、本実施例においてふっ素供給反応ガス、又はふっ素供給反応混合物を導くことができる。制御弁５を備えた吸出し管片４を介して、反応器２内における所望の圧力を設定することができる。
【００１９】
さらに高密度プラズマ８を発生するためにＩＰＣコイル６を備えた高圧プラズマ源が設けられている。反応ガスを装入した反応器２にコイル６によって発生される高周波磁界を入力結合することは、プラズマ８の点弧に至る。基板９は、この場合６″シリコンウエハは、基板電極１０上にあり、この基板電極は、別の高周波電圧源に接続されている。
【００２０】
プラズマ密度分布の又はイオン電流密度の均一化のために、本実施例において図３及び４に概略的に示された本発明による開口１３が、誘導プラズマ源と基板９との間に挿入された。開口１３は、プラズマの強力な縁部分を絞り、かつ同時に基板９から漂遊電界を遠ざけるために使われる。開口１３は、穴絞り１４を有し、この穴絞りは、例えば１５ｍｍの厚さのアルミニウムから製造することができる。図４は、絞りの幾何学的構造を示している。装置１における穴絞り１４の取付けは、例えばフランジ部分（図示せず）において行なわれる。穴絞り１４の開口１５の直径は、ウエハ９の直径ｄよりも大きい。本実施例において、絞りの大きさは、１５０ｍｍのウエハ９（６″ウエハ）の直径に対して１７０ｍｍである。
【００２１】
本発明による装置１３を完全にするために、例えば１０ｍｍの壁厚を有するアルミニウムからなる垂直円筒の形のシールド１６が、装置１内に挿入された。円筒１６は、穴絞り１４の縁に固定することができるが、分離して取付けてもよい。７０ｍｍ、４９ｍｍ及び２５ｍｍの高さを有する円筒１６がテストされた。
【００２２】
基板電極１０上に、さらに吸収体１７が設置され、この吸収体は、熱的に良好に基板電極に連結されている（例えば真空グリースにより）。吸収体１７の材料は、それぞれの反応粒子が吸収され、したがって消費されるように選定されている。この場合、ふっ素の吸収のために、シリコン又はグラファイト（炭素）を使用することができる。別の反応粒子に対して、水晶ガラス又は合成物質も適することがある。
【００２３】
エッチング速度の均一性に関して及びシリコン又はエッチングマスクの切除のために、２５ｍｍの円筒高さが最適であるとわかった。それより高い円筒は、ウエハ縁に向かってエッチングマスク切除のはっきりした減少に至るので、ウエハの縁範囲におけるイオン電流密度は、あまりに大幅に減少する（過補償）。
【００２４】
対比テストとして、シリンダ１６が取り除かれ、かつ種々の直径を有する簡単な穴絞り１４がテストされた。使用された直径は、７０ｍｍ、１１０ｍｍ、１３０ｍｍ、１５０ｍｍ及び１７０ｍｍであった。
【００２５】
基板直径よりも小さい１５０ｍｍまでの絞り直径の際に、エッチングプロファイルは、垂直から絞り内部の方向へ許容できない傾斜を示し、すなわちエッチングされた溝は、斜めに−角度≠９０°をなして、基板内にエッチングされた。絞り開口の拡大とともにこの有害な効果は、基板直径を越える絞り開口の際に完全に消滅するまで減少することができる。しかしながら本実施例において１７０ｍｍのこのような絞り開口によれば、ウエハ９の縁におけるエッチング速度は、もはや実質的に低下することができなかった。したがって穴絞り１４は、この直径に対しては無効であった。
【００２６】
したがって電子／イオン−再結合のために追加的な面積が、本実施例において円筒１６が必要であり、この円筒は、基板９の縁範囲におけるプロファイルの傾斜の効果なしに、プラズマの均一性の改善を可能にする。それにより基板直径よりも大きい絞り直径も、プロファイル形成を害することなく、基板９に作用するプラズマの均一性の改善を引起こす。
【００２７】
本発明による絞り装置により、エッチング速度分布は、基板及びプラズマ源の種類及び大きさに依存して、あらゆるトレンチ幅に対して少なくとも係数２だけ改善することができる。開口１３を有する及び持たない代表的なテストウエハタイプによる実験の際に、次の表に挙げられたエッチング速度分布が得られた。
【００２８】
すべての実験の際に、６″シリコンウエハ１０は、最小の長さでエッチングされた。フォトレジストラッカからなるエッチングマスクは、すべての場合に、取扱いの初めに１．１μｍの厚さを持っていた。これらの実験において、ウエハの回りに水晶捕獲シールドが置かれた。したがってウエハの縁範囲におけるふっ素ラジカルの吸収は行なわれなかった。これらの実験において、本発明による開口の効果だけが観察された。偏差は、平均エッチング深さによって割られた最大と最小のエッチング深さの差から計算された。このことは、最大と最小のエッチング深さの間の差、及び最大と最小のエッチング深さの和からなる２倍の商にほぼ相当する：
％偏差＝（最大エッチング深さ−最小エッチング深さ）・１００％／平均エッチング深さ
％偏差＝２・（最大−最小）／（最大＋最小）
【００２９】
【表１】
0004616946.tif 000002
【００３０】
【表２】
0004616946.tif 000003
【００３１】
ほぼ係数２だけのエッチング速度の均一性のはっきりした改善が認められ、しかも試みられたすべてのトレンチ幅に対して等しく認められた。６０μｍ幅のトレンチにおけるプロファイルは、選ばれたプロセスパラメータの下に正確に垂直であり、狭いトレンチ溝において傾向的にいくらか積極的であり、すなわちトレンチ溝は、深いところへ最小に狭くなる。垂直からのプロファイルの傾斜は、もはや認められない。明らかにパラメータ変化によって、一方又は他方の方向に所望のプロファイル形が影響を受けることができる。
【００３２】
同時にエッチングマスクのフォトレジストラッカの切除がずっと多く均一になることが観察された。開口１３がない場合、４ｃｍだけウエハ中心からずらされた“目”の中心における最小の切除速度と対向するウエハ縁における最大の切除速度との間に係数２があるが（平均ラッカ切除に対して７０％）、一方開口１３を有する場合、切除速度は、最大で１７．５％、それどころか平均でそれよりはっきりとわずかしか相違せず、その際、ラッカプロファイルは、ウエハ中心に向かって正確に中心配置されている。残りのラッカ厚さは増大するが、一方ラッカ切除は、ウエハ縁に向かって傾向としてわずかに低下する。
【００３３】
ラッカ切除機構は、純粋にイオンにより誘起されるエッチングなので、残りのラッカプロファイルは、基板表面に向かうイオン電流密度の分布に対する直接の尺度である。したがって基板の縁範囲への残りのラッカの厚さのわずかな増化は、イオン密度分布の源によって生じる不均一性の完全な補償、又はそれどころかわずかな過補償を意味する。
【００３４】
中心配置及び一層良好な均一性は、全基板表面にわたるエッチングマスクに対するプロセスの選択性が一層良好に利用できるということを引起こす。さらに基板表面にわたってトレンチを形成された構造の精度が、劇的に改善される。ラッカ損失の結果として生じる構造損失は、どこでもほぼ同じ大きさなので、この効果は、チップの歩留りに役立つ。
【００３５】
したがって本発明による方法又は本発明による装置は、高い電圧にあるコイルの端子の範囲から基板に向かって静電的に入力結合される漂遊電界を実質的に完全にシールドし、かつ追加的にイオン電流密度を均一化することができる。
【００３６】
第２の実験系列において、使用された開口に加えて吸収体１７の効果が研究された。吸収体１７は、本実施例においてシリコンからなる。しかし反応ふっ素粒子を吸収するために、例えばグラファイトも適している。プロセスパラメータは、前記のものと同じであった。まず吸収体１７の幅に関するウエハ縁におけるエッチング速度の低下が研究された。
【００３７】
【表３】
0004616946.tif 000004
【００３８】
ウエハ縁へのエッチング速度低下のこの効果は、有効な吸収体１７がない場合、ウエハの中心においてウエハの縁範囲におけるよりも多くの反応粒子が、本実施例においてふっ素ラジカルが消費されることに帰する。シリコン又はグラファイトからなる有効な吸収体１７によれば、吸収体１７は所定の割合を吸収し、かつエッチング反応において消費するので、縁範囲におけるふっ素ラジカルの濃度は低下する。したがってウエハ９におけるエッチング速度は低下する。
【００３９】
明らかに例えばポリマーのように反応粒子を捕獲する別の材料を考えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つのコイル巻回を有する誘導連結されたプラズマ源の磁界分布を示す図である。
【図２】本発明による装置の一実施例を含むプラズマ処理装置を示す略図である。
【図３】図２における開口を示す概略的な細部の図である。
【図４】図３における穴絞りを示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１  プラズマ処理装置、  ２  反応器、  ６  コイル、  ８  プラズマ、  ９基板、  １０  基板電極、  １３  開口、  １４  穴絞り、  １６  取付け物、  １７  吸収体
【図１】
0004616946.tif 000005
【図２】
0004616946.tif 000006
【図３】
0004616946.tif 000007
【図４】
0004616946.tif 000008