(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置であって、
高周波の電磁的な交番界を形成するＩＣＰ源と、
該高周波の電磁的な交番界を反応ガスに作用させることによって、反応性の粒子から前記誘導結合プラズマを形成する反応器とを有し、
第１手段が設けられており、
該手段によって前記の基板とＩＣＰ源との間に静的または時間的に変化する磁界が形成され、
互いに重なって配置される少なくとも２つの界磁コイル（２１，２１′）を有する形式の、誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置において、
前記少なくとも２つの界磁コイル（２１，２１′）は、プラズマ（１４）を励起する領域と基板（１０）との間に配置されており、これによって、当該の少なくとも２つの界磁コイル（２１，２１′）を磁気レンズとしてプラズマに作用させて、当該の少なくとも２つの界磁コイル（２１，２１′）の間に場のないドリフト領域を発生させ、当該の場のないドリフト領域によってプラズマを均一化する
ことを特徴とする、
誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置。
【請求項２】
前記界磁コイル（２１，２１′）は、前記のＩＣＰ源（１３）と基板（１０）との間で、少なくとも領域毎に前記反応器（１５）を包囲する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記反応器（１５）の壁は、少なくとも領域毎に、前記界磁コイル（２１，２１′）に対応する１つまたは複数のスペーサ部材（２２，２２′）によって形成されている、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記の界磁コイル（２１，２１′）によってそれぞれ形成される部分磁界
0004847671.tif 000006
の少なくとも１つは、電流供給ユニット（２３）を介して時間的に変化する、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記界磁コイル（２１，２１′）のうちの少なくとも２つに、逆方向を向いた電流が流れる、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記界磁コイル（２１，２１′）によって、静的または周期的に変化する磁界が形成され、
該磁界の方向は、少なくとも近似的に、前記の基板（１０）と誘導結合プラズマ（１４）とを結ぶ線によって定まる方向と平行である、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記基板（１０）は、前記界磁コイル（２１，２１′）の間に配置されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記基板（１０）は、前記プラズマ（１４）とは反対側の界磁コイル（２１）の出口領域または下方の領域に配置されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記基板（１０）は、該基板に接続された基板電極（１１）と共に配置されており、これによって当該基板が、前記プラズマ（１４）とは反対側の界磁コイル（２１）の部分磁界
0004847671.tif 000007
にさらされる、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
基板をエッチングする方法であって、
当該エッチングは、請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置によって行われ、
エッチングの際に、互いに重なって配置される少なくとも２つの界磁コイルによって静的または周期的に変化する磁界を形成し、
該磁界の方向は、基板と誘導結合プラズマとを結ぶ線によって決まる方向に少なくとも近似的に平行であり、前記少なくとも２つの界磁コイルによって誘導結合プラズマを形成する形式の、基板をエッチングする方法において、
0004847671.tif 000008
該部分磁界は、互いに逆方向を向いていることを特徴とする、
基板をエッチングする方法。
【請求項１１】
前記の形成される部分磁界
0004847671.tif 000009
は、磁界強度の振幅が、同等の個所にて同じ大きさである、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記の第１の界磁コイル（２１）および第２の界磁コイル（２１′）によって形成される部分磁界
0004847671.tif 000010
はそれぞれ、前記反応器（１５）の内部にて１ｍＴ〜１００ｍＴの磁界強度の振幅によって形成される、
請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記の第１の界磁コイル（２１）および第２の界磁コイル（２１′）によって形成される部分磁界
0004847671.tif 000011
はそれぞれ、前記の反応器（１５）の内部の反応器壁（５０）の周囲で、１ｍＴ〜１００ｍＴの磁界強度の振幅によって形成される、
請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
0004847671.tif 000012
請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
0004847671.tif 000013
パルス−休止−比を１：１〜１：１００に調整する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記パルスを、入力結合されたプラズマ出力のパルスと、基板電圧発生器（１２）を介して基板（１０）に入力結合された高周波出力のパルスとのうち少なくとも１つに時間的に相関または同期化させる、
請求項１４または１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置および方法に関する。
【０００２】
従来の技術
特許明細書ＤＥ１９９３３８４１Ａ１には、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を用いて基板をエッチングする装置および方法が記載されており、ここでは使用される反応器は、領域毎に界磁コイルによって包囲されており、この界磁コイルによって反応器に静的または時間的に変化する磁界を形成することが可能である。さらにここから公知であるのは、この装置によって行われるエッチング方式において磁界が形成されることであり、ここでこの磁界の方向は、少なくとも近似的にまたは大部分において、基板と誘導結合プラズマとを結ぶ線によって決まる方向に平行である。
【０００３】
本発明の課題は、ＤＥ１９９３３８４１Ａ１を出発して、装置および方法を提供し、これによって高いエッチングレートおよびさらに改善されたエッチングプロフィールを達成できるようにすることである。
【０００４】
発明の利点
基板をエッチングする本発明の装置および本発明の方法は、従来技術に対してつぎのような利点を有する。すなわちこれによって、例えばＤＥ４２４１０４５Ｃ２ないしはＤＥ１９７０６６８２Ｃ２において特許が取得されているシリコンに対する非等方性エッチング方式において、維持されたままないしは改善されたエッチング結果の品質で、格段に高いエッチングレートを達成可能である。ここでこの品質とは、例えば、達成されたプロフィール形状の、基板表面にわたる経過である。
【０００５】
本発明の有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。
【０００６】
少なくとも２つ、有利には正確に２つまたは偶数個の互いに重なった界磁コイルを使用することによって、それぞれ形成される部分磁界の遠隔作用が低減され、また誘導性のプラズマ形成の個所および基板の個所において、１つだけの界磁コイルの場合よりも、結果的に磁界が小さくなるいう利点が得られる。ここで上記の界磁コイルには有利には対毎に互い逆方向を向いた電流が流れる。さらにこれによって有利にも同時に可能になるのは、プラズマを包囲する部分磁界と、ひいては結果的に得られる全磁界とを反応器壁の領域において従来よりも大きく調整することである。
【０００７】
殊に対毎に逆方向を向いた電流が流れる界磁コイルによって、逆方向を向いた部分磁界が形成され、これによって反応器内側の界磁コイル巻線の周囲、すなわち反応器壁の周囲において、結果的得られる磁界強度が大きくかつ隣のコイルからほとんど影響を受けず、その一方で個々の界磁コイルによって形成される部分磁界が、反応器の内側ないしは中央部において、殊にコイル中央部の領域において打ち消し合い、結果的にそこで得られる磁界が、１つだけの界磁コイルよりも格段に小さくなるのである。さらに対毎に逆方向に電流が流れる界磁コイルのこの配置構成によって有利にも、磁気的なレンズ効果が変更され、かつほとんど場のないドリフト領域が、反応器の内部において、それぞれ続いている界磁コイル間ないしは隣り合う界磁コイルの結合面の周囲に発生し、これによってプラズマ源の領域からの不均一性が直接、基板に対応付けられてしまうことがない。むしろ１つまたは複数のコイル対の、変更されたレンズ効果によって達成されるのは、プラズマからのエネルギー供給（Energieeintrag）を基板の表面にわたって均一化する、ないしは基板中央部において基板周縁部よりも高いエネルギー供給を調整できることである。
【０００８】
さらに少なくとも２つの磁気コイルを使用することによって、エッチングすべき基板の個所に発生する磁界が格段に小さくなるか、または磁界強度を、反応器内部の、基板を包囲する周縁部において、障害的な影響なしに増大できることも有利である。
【０００９】
したがって、例えば逆方向に電流が供給される少なくとも２つの界磁コイルからなる本発明の装置によって、効率的なプラズマ励起という点からの１つの磁界の有利な作用と、つぎのようにして得られる種々の利点とを結びつけることができる。ここでこれらの利点は、プラズマ形成の個所および／またはエッチングすべき基板の個所において反応器壁ないしは周縁領域よりも小さくかつ同時に均一な磁界が、１つだけの界磁コイルの場合よりも発生することによって得られる。さらに逆方向に電流が流れる磁気コイルを用いることによって、コイル電流を介して連続的に調整可能な装置が利用可能であり、この装置によって、プラズマからウェーハ表面へのエネルギー供給を均一化する、ないしは「反転させる」ことさえも可能である。すなわちウェーハの周縁領域のエネルギー供給をウェーハ中央部に集束させることさえも可能である。
【００１０】
さらに偶数個の界磁コイルを使用すると有利であり、ここでこれらの界磁コイルは交互に交番の電流方向で給電されて、これらの界磁コイルによってそれぞれ形成される部分磁界の方向は、１つのコイルとそれに続くコイルとで変化する。全体として本発明による界磁コイルの配置構成によってまず得られるのは、反応器内部の壁部領域ないしはスペーサ部材の内壁、基板の領域、および誘導結合プラズマ源の領域への磁界の集中である。
【００１１】
さらにプラズマ効率の増大と、ひいては達成可能なエッチングレートとの点から、反応器の内部、殊に界磁コイルの中央部において結果的に得られる磁界強度の最適値（個々のケースにおいて求めることができかつこの領域において数ｍTeslaである）が存在するが、少なくとも２つの界磁コイルの本発明による配置構成により、反応器の内部、殊にドリフト領域において結果的に得られる磁界強度を上記に基づいて最適に調整することができ、かつ結果的に得られる磁界強度を同時に反応器壁の領域においてできる限り高く保持することができ、これによって高い荷電粒子反射ないしは良好な磁気的なプラズマ閉じこめが保証される。
【００１２】
これはつぎのことに基づく。すなわち、有利には同等または互いに相応する個所において、別個の界磁コイルの、互いに逆方向を向いた振幅の等しい部分磁界が形成されることによって、２つのコイルを配置した際に、結果的に得られる磁界がただ１つのコイルよりも減少し、かつコイル間の対称面においては消滅さえも発生する、すなわち２つの界磁コイル間にほぼ磁界のない内部空間領域ないしは、形成されたプラズマがほとんど障害を受けずに伝搬することのできるドリフト領域が発生することに基づくのであり、また同時に反応器壁の周囲において、結果的に得られる磁界強度が比較的大きく保持されることに基づくのであり、これによってこの個所で、磁気的なつばの種類に応じて電子およびイオンの損失が効果的に阻止されるのである。
【００１３】
コイルの内側において結果的に得られる磁界強度は、このようにしてさらに低減され、しかも例えば２つの界磁コイル間の対称面に近づけば近づくほど大きく低減されるのである。この一方で、結果的に得られる磁界強度は、個々の界磁コイルからわずかに離れたところ急速に減少し、すなわちこの磁界は、これらのコイルの互いに反対側の開口部と、反応器の壁とにおいて集中し、これによって、周縁部における磁界の集中と、壁との相互作用による不均一性または障害のない、内部において均一なプラズマ電位経過とを有する上記の磁気的なつばが得られるのである。これによって、結果的に得られる磁界は、とりわけ界磁コイルの出口開口部の周囲において、例えば形成されるプラズマの方を向いた、上側の界磁コイルの出口開口部の周囲においていまなお十分に強く、磁界がない場合よりも格段に効率のよいプラズマ励起を得ることができる。最終的に複数の界磁コイルからなるこの装置によって、プラズマの不均一性が基板に対応付けられてしまうというすでに説明した不所望の磁気的なレンズ効果が取り除かれ、またその代わりにコイル電流を介して連続的に調整可能なウェーハ中央部へのエネルギー供給が、所望のように均一化ないしは集束化され、これによって均一な全体エッチング像が得られる。
【００１４】
【外１０】
0004847671.tif 000002
【００１５】
ここでこのエネルギー供給は、イオンエネルギーと局所的なイオン束との積とからなり、殊にこのイオンのエネルギーは、実質的に局所的なプラズマ電位によって変更可能である。公知のプラズマエッチング装置では局所的なプラズマ電位は、ウェーハの中央からその周縁部の方に数１０ボルトまでの範囲で上昇し、これによってエッチングレート分布の均一性、殊に基板の表面にわたるプロフィール分布の均一性を悪化させる。
【００１６】
この問題の解決するための公知の糸口は、ＤＥ１９７３４２７８Ｃ１に提案されたアパーチャ構成であり、これは殊にイオン流と、ウェーハ中央部からウェーハ周縁部へのその分布とに作用する。しかしながら元来入射するイオンエネルギーに関係するプロフィール障害に対して、このようなアパーチャ構造体はほとんど影響を及ぼさない。さらにアパーチャは機械的に作製される部材であり、アパーチャ特性の変更は、不可逆な機械的処理によってのみ行うことができ、このためにその柔軟性は乏しい。
【００１７】
これに対して、本発明のように界磁コイルが配置されることと、これらの界磁コイルによって、上記のように配向され、振幅が互いに調整される部分磁界が形成されることとにより、イオン束だけでなく、実質的にプラズマ電位にも影響が及ぼされる。すなわち、基板の表面にわたる、プラズマ電位の空間的な変化にも影響が及ぼされるのである。したがってこれによって有利にも、この磁界配置構成の独特なレンズ作用を介して、この誘導結合プラズマによる、基板におけるエネルギー供給を、その周縁部領域からウェーハ中央部に方に集束ないしは中央部から周縁部に方に変化させることが可能である。
【００１８】
プラズマエッチングプロセスが、例えば、まったく磁界なしに実行される場合、エネルギー供給は、通常の６″ウェーハの場合、その周縁部では中央部に比べて約３％〜５％高くなり、これによってウェーハ周縁部におけるエッチングプロフィールの不良に結びついてしまう。これに対して、本発明にしたがって使用される２つの界磁コイルに、大きさは同じであるが逆方向を向いたそれぞれ１２Ａの電流を供給すると、上記の関係は、変更されたプラズマ電位によって逆転する。すなわち基板の中央部において、周縁部よりも約３０％高いエネルギー供給が発生し、これによって、ふつうはウェーハ周縁部領域にだけ発生する、いわゆる「ビーキング」（beaking）または「プロフィールボー」（profile bow）などのプロフィール障害に結びついてしまうほどである。１２Ａの代わりにそれぞれ６Ａのコイル電流を利用すると、形成されるエッチングプロフィールが、基板の中央部と周縁部においてすでにほぼ等しくなる。最終的にはそれぞれ４〜５アンペアの電流によって、極めて均一なエネルギー供給をウェーハ全体にわたって観察することができる。すなわち形成されるエッチングプロフィールはウェーハ表面全体にわたって均一である。
【００１９】
ここまでで使用される電流を介して極めて簡単に調整可能な、個々の界磁コイルによって形成される部分磁界の振幅変化により、良好に制御可能かつ効果的なパラメタが得られ、これによって局所的なエネルギー供給と、このエネルギー供給を介して、形成されるエッチングプロフィールの形状とを、エッチングされる基板の表面全体にわたってコントロールないしは変化させることができる。この限りにおいて部分磁界を本発明のように選択する際には、本発明による界磁コイルの配置構成は、連続的に調整可能な「アパーチャ」のようなものである。
【００２０】
その他に本発明の装置および本発明の方法の枠内では、互いに重なって配置された少なくとも２つの界磁コイルに、互いに依存しない、逆方向を向いた電流を供給することも可能である。このようにすることによて、例えば、プラズマの方を向いた上方の界磁コイルを用いて、プラズマ形成に最適なコイル区画を形成することができ、その一方でウェーハの方を向いた下側の界磁コイルによって、プロフィールおよびエッチングレートの均一性に最適なコイル区画が調整される。
【００２１】
エッチングすべき基板を反応器に配置する際に有利であるのは、この基板を界磁コイルの間に対称に配置する場合か、または殊に有利にはこの基板が、例えば、プラズマの方を向いていない第２の界磁コイルの出口領域または下方の領域に配置される場合である。この際にこの基板は有利には、この第２の界磁コイルの出口領域または下方の領域に配置されるのではあるが、この第２の界磁コイルによって定められるほぼ円筒状の空間内になお存在する。この関連でさらに有利であるのは、基板電極もこの出口領域にある場合である。
【００２２】
その他に有利であるのは、互いに逆方向に向いた磁界を有する、互いに重なって配置された少なくとも２つの界磁コイルをこのように配置構成することによって、ＤＥ１９９３３８４１Ａ１に記載された装置ないしは方法のその他の利点を保持することができる、ないしはそこで達成されるエッチング結果の質を格段に上回ることさえも可能なことである。ここで有利には各界磁コイルに、反応器の壁に入れられたスペーサ部材が対応付けられている。殊に互いに重なって配置された少なくとも２つの界磁コイルによって、時間的に変化する、例えば、ＤＥ１９９３３８４１Ａ１記載の周期的にパルス化される磁界によるエッチング方式を簡単に実行することができる。
【００２３】
図面
本発明を図面に基づき、また以下の実施例の説明で詳細に説明する。図１には、プラズマエッチング装置が概略的に示されている。
【００２４】
実施例
本発明はまず、ＤＥ１９９３３８４１Ａ１においてすでに説明したのと類似の形態であるプラズマエッチング装置５を出発点とする。詳しくいうとプラズマエッチング装置５は反応器１５を有しており、この反応器の上部の領域で、ＩＣＰ源１３を介して誘導結合プラズマ１４が形成される。さらに例えばＳＦ６，ＣlＦ３，Ｏ２，Ｃ４Ｆ８，Ｃ３Ｆ６，ＳiＦ４またはＮＦ３などの反応ガスを供給するガス供給部１９と、反応生成物を排出するガス排出部２０と、基板１０、すなわち例えば本発明のエッチング方式によって構造化すべきシリコン基体またはシリコンウェーハと、基板１０にコンタクトしている基板電極１１と、基板電圧発生器１２と、第１のインピーダンス変換器１６とが設けられている。
【００２５】
さらに基板電圧発生器１２は、基板電極１１に、またはこれを介して基板１０に交流電圧または高周波電力を入力結合する。この交流電圧または高周波電力によって、誘導結合プラズマ１４において形成されたイオンが基板１０に方に加速される。入力結合される高周波出力ないしは交流電圧は、連続波動作において、ないしはパルス化された動作時にそれぞれパルス列にわたる時間平均において、通例、３ワット〜５０ワットないしは５Ｖ〜１００Ｖの間である。
【００２６】
さらにＩＣＰコイル発生器１７が設けられており、これは、第２のインピーダンス変換器１８に、さらにこれを介してＩＣＰ源１３に接続されている。これによってＩＣＰ源１３は、高周波の電磁気交番場を形成し、さらにこれを介して、反応性の粒子と荷電粒子（イオン）とからなる誘導結合プラズマ１４を反応器１５に形成する。これらはこの反応ガスに高周波の電磁気交番場を作用させることによって発生したものである。さらにＩＣＰ源１３は、少なくとも１つの巻線を備えるコイルを有しており、これは例えば釜の外側か、または、以下にさらに説明する最上部の界磁コイルを覆う誘電性のプレートに平らに配置されている。
【００２７】
第２のインピーダンス変換器１８は有利にはＤＥ１９９００１７９Ｃ１で提案された手法で実施されており、これによってバランスの取れた、対称に構成されたコンフィギュレーションと、ＩＣＰコイル発生器１７を介するＩＣＰ源１３の給電とが得られる。これによって保証されるのは、例えば、ＩＣＰ源１３のコイルの２つの端部に印加される高周波の交流電圧が、少なくともほぼ逆相で互いに等しいことである。さらにＩＣＰ源のコイルの中間タップは有利には接地される。
【００２８】
図１においてさらに提案されているのは、誘導結合プラズマ１４ないしはＩＣＰ源１３、すなわち実際のプラズマ励起領域と、基板１０との間で、いわゆる２つの「スペーサ」が、第１のスペーサ部材２２′および第２のスペーサ部材２２として互いに重なって配置されることである。これらのスペーサ部材２２ないしは２２′は例えばアルミニウムから実施されており、反応器１５の壁にスペーサリングとして挿入されている。これらは、反応器１５の典型的な３０ｃｍ〜１００ｃｍの直径において、それぞれ通例、約５ｃｍ〜３０ｃｍ、有利には１５ｃｍの高さを有している。第１のスペーサ部材２２′および第２のスペーサ部材２２を、それぞれ対応する第１の界磁コイル２１′ないしは第２の界磁コイル２１がさらに包囲しており、これらはそれぞれ１００〜５００の巻線数を有し、かつ使用すべき電流強度に対して十分に太く設計されたエナメル銅線から巻回されている。付加的には銅管を一緒に界磁コイル２１ないしは２１′に収容して、この銅管を流れる冷却水によって熱損失を界磁コイル２１，２１′から運び去ることができる。さらに電流供給ユニット２３を介して、界磁コイル２１，２１′を通してそれぞれ、例えば１〜１００アンペア、例えば１Ａ〜１５Ａ、殊に有利には３Ａ〜１０Ａの電流が導かれる。この際に第２の界磁コイル２１によって導かれる電流は、第１の界磁コイル２１′を通して導かれる電流とは逆方向を向いており、
【００２９】
【外１１】
0004847671.tif 000003
【００３０】
最も簡単なケースでは、界磁コイル２１，２１′を通る電流はそれぞれ直流であり、これは反応器１５の内部において静的な磁界を形成し、この磁界は、例えば界磁コイル２１ないしは２１′の中央部においてそれぞれ約１ｍＴ〜２０ｍＴの磁界強度を形成する。
【００３１】
その他に基板１０は、これに接続された基板電極１１と共に、プラズマ１４とは反対側の第２の界磁コイル２１の出口領域または下方の領域に配置されている。ここで注意すべきであるのは、基板１０が、第２の界磁コイル２１によって定められる空間内にまだ存在することである。
【００３２】
【外１２】
0004847671.tif 000004
【００３３】
この一方で基板１０を円筒状に包囲する反応器壁５０の領域において、発生している磁界は、この構成においてもなお十分に大きく、例えば１０ｍＴ〜２０ｍＴであり、これによってプラズマ−壁−相互作用と、ひいてはプラズマ電位の障害とが効果的に抑圧される。
【００３４】
【外１３】
0004847671.tif 000005
【００３５】
部分磁界が上記の振幅、方向、向きを有する少なくとも２つの界磁コイルの構成、および基板１０ないしは基板電極１１の、反応器１５における上記の配置の構成を越えたプラズマエッチング装置５の詳細、およびこのプラズマエッチング装置５によって行われるエッチング方法のさらなる詳細については、明細書ＤＥ１９９００８４１Ａ１を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プラズマエッチング装置の概略図である。
【図１】
0004847671.tif 000014