(57)【要約】【課題】エッチング速度の向上を図りつつ、良好な面内均一性を得ることができるエッチング装置及びエッチング方法を提供する。【解決手段】エッチング装置１は、真空槽１０と、真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部１０ｄと、基板Ｓｂを基板位置に載置するステージ１１と、真空槽１０の側方に配置され、真空槽内に誘導電場を形成してエッチングガスのプラズマを生成する第１アンテナ２１と、真空槽１０の上方に配置され、真空槽内に誘導電場を形成してエッチングガスのプラズマを生成する第２アンテナ２２と、第１アンテナ２１に供給される高周波の位相と、第２アンテナ２２に供給される高周波の位相とを一致させるように制御する位相制御部１６と、真空槽１０の外側に配置され、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２により誘導電場を生成する空間に磁気中性線ＮＬを生成する磁気コイル群２５とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部と、
基板を基板位置に載置するステージと、
前記真空槽の側方に配置され、前記真空槽内に誘導電場を形成して前記エッチングガスのプラズマを生成する第１アンテナと、
前記真空槽の上方に配置され、前記真空槽内に誘導電場を形成して前記エッチングガスのプラズマを生成する第２アンテナと、
前記第１アンテナに供給される高周波の位相と、前記第２アンテナに供給される高周波の位相とを一致させるように制御する位相制御手段と、
前記真空槽の外側に配置され、前記第１アンテナ及び第２アンテナにより誘導電場を生成する空間に磁気中性線を生成する磁場生成部とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記第２アンテナは、平面視において前記基板位置の中心からその周辺に亘って配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記第１アンテナに供給される高周波電力の周波数と、前記第２アンテナに供給される高周波電力の周波数とを異なる周波数とする周波数制御手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
真空槽と前記真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部とを備えたエッチング装置を用いたエッチング方法であって、
磁場生成部により前記真空槽内に磁気中性線を生成するとともに、
前記真空槽の側方に配置された第１アンテナと、前記真空槽の上方に配置された第２アンテナとに供給される高周波の位相を一致させ、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにより前記磁気中性線に沿って誘導電場を生成することを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置及びエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリコン基板の深堀り加工には主にドライエッチングが用いられている。シリコンとフッ素の反応は自発的であることから、エッチングガスとして、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＯＦ２、ＸｅＦ２等のフッ素系ガスが広く使用されている。
【０００３】
一方、深堀り加工においては必然的に加工時間が長くなる。このため、エッチング速度の向上が一つの課題となっており、エッチング速度に寄与するプラズマ密度の向上が要請されている。近年、高密度なプラズマを生成できるエッチング装置として、ＮＬＤ（Neutral Loop Discharge）プラズマ源を有する装置（以下、ＮＬＤ型エッチング装置という）の開発が進められている。ＮＬＤ型エッチング装置は、低圧下で高密度且つ低電子温度のプラズマを生成することができる利点を有する。
【０００４】
例えば特許文献１に記載されたＮＬＤ型エッチング装置は、円筒型の真空チャンバを有し、その上面に円盤状又はドーナツ状の永久磁石が２つ備えている。さらに各永久磁石の間には、並列２重巻きのプラズマ発生用高周波コイルが配置され、このコイルは高周波電源に接続されている。そして、プラズマ発生用高周波コイルに高周波電圧を印加することにより、永久磁石によって真空チャンバ内に生成された磁気中性線に沿ってプラズマを発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３１７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記ＮＬＤ型エッチング装置においては、プラズマ発生用高周波コイルが上部に配置されているため、プラズマ密度は、基板の中央部で比較的高く、エッジ部で低くなる傾向にある。特に最近では基板の大径化が進む傾向にあり、そのような場合でも径方向における良好な均一性が要請されている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エッチング速度の向上を図りつつ、良好な面内均一性を得ることができるエッチング装置及びエッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部と、基板を基板位置に載置するステージと、前記真空槽の側方に配置され、前記真空槽内に誘導電場を形成して前記エッチングガスのプラズマを生成する第１アンテナと、前記真空槽の上方に配置され、前記真空槽内に誘導電場を形成して前記エッチングガスのプラズマを生成する第２アンテナと、前記第１アンテナに供給される高周波の位相と、前記第２アンテナに供給される高周波の位相とを一致させるように制御する位相制御手段と、前記真空槽の外側に配置され、前記第１アンテナ及び第２アンテナにより誘導電場を生成する空間に磁気中性線を生成する磁場生成部とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、真空槽の側方に配置された第１アンテナと、真空槽の上方に配置された第２アンテナとにより誘導電場を生成する。このため、基板の中央部におけるプラズマ密度とエッジ部におけるプラズマ密度との基板上のプラズマ分布の均一化を図ることができる。また、誘導電場が生成される空間に磁気中性線を生成するとともに、第１アンテナに供給される高周波の位相と第２アンテナに供給される高周波の位相を一致させる。このため、磁気中性線付近における電子の加速を妨げず、電子にエネルギーを供給することができるため、磁気中性線に沿ってプラズマ密度を高め、エッチング速度を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエッチング装置において、前記第２アンテナは、平面視において前記基板位置の中心からその周辺に亘って配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、第２アンテナは、平面視において基板位置の中心からその周辺に亘って配置されている。このため、第２アンテナにより、基板中心部を主として基板位置全域に亘ってプラズマを生成することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第１アンテナに供給される高周波電力の周波数と、前記第２アンテナに供給される高周波電力の周波数とを異なる周波数とする周波数制御手段を設けたことを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第１アンテナに供給される高周波電力の周波数と、第２アンテナに供給される高周波電力の周波数とを異なる周波数とすることができるため、各アンテナから供給される高周波の干渉を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、真空槽と前記真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部とを備えたエッチング装置を用いたエッチング方法であって、磁場生成部により前記真空槽内に磁気中性線を生成するとともに、前記真空槽の側方に配置された第１アンテナと、前記真空槽の上方であって、平面視において前記基板位置の中央部と周辺部とを含む領域に配置された第２アンテナとに供給される高周波の位相を一致させ、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナにより前記磁気中性線に沿って誘導電場を生成することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、真空槽内に磁気中性線を生成するとともに、真空槽の側方に配置された第１アンテナと、真空槽の上方であって平面視において基板位置の中央部及び周辺部を含む領域に配置された第２アンテナとに供給される高周波の位相を一致させて磁気中性線に沿って誘導電場を生成する。このため、磁気中性線付近の電子の加速を妨げずに磁気中性線に沿って高密度なプラズマを生成することができる。また、第２アンテナにより基板中央部において密度の高いプラズマを生成し、第１アンテナにより基板周辺部において密度の高いプラズマを生成して、面内におけるプラズマ密度の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】エッチング装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１に従って説明する。
図１に示すように、エッチング装置１は、略筒状に形成された真空槽１０を有している。真空槽１０は、少なくとも側壁部１０ａ及び上壁部１０ｆが石英等の誘電体で形成され
ている。また、側壁部１０ａには、隣室からシリコン基板Ｓｂを真空槽内に搬入するための搬入口１０ｂが設けられ、この搬入口１０ｂはゲートバルブ１９を介して開閉可能となっている。また、真空槽１０の側壁部１０ａ等には、真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部１０ｄが形成されている。ガス供給部１０ｄには、ガス供給機構と流量調整部とが接続されており、各種エッチングガスを所定の流量で真空槽内に供給する。底壁部１０ｃ等には、真空槽内の流体を排気するための排気部１０ｅが形成され、この排気部１０ｅには図示しないターボ分子ポンプ等が接続され、真空槽内の流体を所定の圧力に到達するまで排気する。
【００１８】
真空槽１０の下部であって略中央には、シリコン基板Ｓｂを載置するためのステージ１１が設けられている。ステージ１１は導電体からなり、コンデンサ等を含むマッチングボックス１２を介して、ステージ１１に負のバイアスを生成するための第１高周波電源ＲＦ１に接続されている。
【００１９】
また、真空槽１０の外側であってその側方には、その側壁部１０ａに沿って環状の第１アンテナ２１が設けられている。この第１アンテナ２１は、本実施形態では１重のアンテナコイルであって、マッチングボックス３０を介して第２高周波電源ＲＦ２に電気的に接続されている。マッチングボックス３０は、プラズマ生成空間Ｓと高周波電源ＲＦ３から基板Ｓｂまでの伝送路とのインピーダンスの整合を図る整合回路とブロッキングコンデンサとを含んでいる。尚、プラズマ生成空間Ｓとは、真空槽内であって基板Ｓｂと真空槽１０の上壁部１０ｆとの間の空間をいう。
【００２０】
また、第２高周波電源ＲＦ２は、図示しない制御部から変調実行信号を入力すると、その周波数もパルス変調できるように構成されている。
第１アンテナ２１は、基板中央部を除く基板エッジ部に近いため、第１アンテナ２１のみによりエッチングガスが充満した真空槽１０に高周波を印加すると、エッジ部付近のプラズマ密度が高くなる。このため、エッジ部付近において、シリコンのエッチングに寄与するフッ素ラジカルの密度が高くなり、エッジ部におけるエッチング速度が大きくなる。尚、基板中央部とは、シリコン基板Ｓｂの直径の半分を直径とする円状の領域であって、エッジ部は、その中央部を除いた周辺の領域をいう。
【００２１】
また、真空槽１０の上壁部１０ｆの近傍には、第２アンテナ２２が配設されている。第２アンテナ２２は、導電体コイルからなり、渦巻状に形成されている。また、その一端は接地され、他端はマッチングボックス３０を介して第３高周波電源ＲＦ３に接続されている。第３高周波電源ＲＦ３は、第２高周波電源ＲＦ２と同様に図示しない制御部から変調実行信号を入力すると、その周波数もパルス変調できるように構成されている。
【００２２】
また第２アンテナ２２は、径を変化させながら中心から外側へ向かって３周分巻回されており、図１に示すように第２アンテナ２２の直径における断面においては、６つのコイル断面を有している。
【００２３】
また第２アンテナ２２は、上壁部１０ｆ側からみた平面視において、ステージ１１上の基板が載置される基板位置の中央部と、中央部の周辺に位置するエッジ部とを含む領域に配置されている。即ち、第２アンテナ２２は、基板位置全体を被覆するように上壁部１０ｆに設けられているため、基板位置上方の空間全体に誘導電場を生成することができる。特に基板中央部においては第２アンテナ２２が比較的集中しているため、第２アンテナ２２のみによってプラズマを生成する場合には、第１アンテナ２１のみによってプラズマを生成する場合とは逆に、基板中央部においてプラズマ密度が高くなる。このため、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２の両方を用いてプラズマを生成する場合には、基板上方のプラズマ分布の均一化を図ることができる。
【００２４】
また、第２高周波電源ＲＦ２及び第３高周波電源ＲＦ３の間には、位相制御部１６が並列接続されている。位相制御部１６は、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２に供給される高周波の位相を一致させるように制御する。
【００２５】
また、第１アンテナ２１の外周には磁気コイル群２５が設けられている。磁気コイル群２５は、磁場ゼロとなるいわゆる磁気中性線を生成するためのコイルであって、第１磁気コイル２５ａ、第２磁気コイル２５ｂ及び第３磁気コイル２５ｃからなる。これらの各磁気コイル２５ａ〜２５ｃは同一径の環状コイルであって、同軸となるように配置されている。各磁気コイル２５ａ〜２５ｃは、基板Ｓｂの表面よりも鉛直方向上方に配置されている。
【００２６】
第１磁気コイル２５ａと第３磁気コイル２５ｃとには、それぞれ同一方向に電流が供給され、中央の第２磁気コイル２５ｂには他の各磁気コイル２５ａ，２５ｃと逆方向に電流が供給される。これにより、プラズマ生成空間Ｓ内に、磁場がゼロとなる磁気中性線ＮＬが環状に連続して形成される。第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２により、エッチングガスが充満した真空槽内に高周波電場が生成されると、この磁気中性線ＮＬに沿って基板表面近傍に密度の高いプラズマが生成される。
【００２７】
エッチングが行われる際には、基板Ｓｂが上記隣室から搬入口１０ｂを介して真空槽内に搬送され、ステージ１１の基板位置に載置される。さらに排気部１０ｅから真空槽内の大気等が排出され、ガス供給部１０ｄから所定の流量のエッチングガスが真空槽内に供給される。このとき、供給されるエッチングガスの流量と、排気部１０ｅからの排気量とを調節することにより真空槽内は所定の圧力域となる。
【００２８】
エッチングガスを供給した後、磁気コイル群２５に電流が供給される。これにより、プラズマ生成空間Ｓ内に磁気中性線ＮＬが生成される。
さらに、第１高周波電源ＲＦ１に高周波電圧が供給され、ステージ１１に負のバイアス電圧が印加される。また、第２高周波電源ＲＦ２及び第３高周波電源ＲＦ３から、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２に高周波電力が供給される。このとき位相制御部１６により、各高周波電源ＲＦ２，ＲＦ３から供給される高周波電力の位相が一致するように制御され、同位相の高周波が各アンテナ２１，２２に供給される。
【００２９】
高周波が供給された各アンテナ２１，２２は、エッチングガスが充満したプラズマ生成空間内に高周波電場を生成する。これにより、磁気中性線ＮＬに沿ってプラズマが生成される。磁気中性線ＮＬ近傍には、電子サイクロトロン共鳴を発生させる磁場が存在するため、その磁場において電子は高周波電場の半周期毎に加速される。例えばこのとき、各アンテナ２１，２２により生成された高周波電場の位相が逆位相である場合、電子は加速されるタイミング及び方向が異なるため、結局は十分に加速されず熱化されない。本実施形態のように、それらの高周波電場の位相が同位相である場合、加速されるタイミングが同期しているため、電子は各アンテナ２１，２２により生成された高周波電場における加速方向の合成方向に加速されて熱化することにより、十分なエネルギーを吸収することができる。このため磁気中性線ＮＬに沿って高密度なプラズマを生成することができる。
【００３０】
さらに、真空槽１０の上方に配置された第２アンテナ２２のみによって高周波電力を供給すると、生成されたプラズマはシリコン基板Ｓｂの中央部において密度が高く、エッジ部において密度が低い分布となるが、第１アンテナ２１を併せて用いることにより、エッジ部付近に高密度のプラズマを生成することができる。従って、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２を用いることにより全体としてプラズマ分布が均一化され、且つ磁気中性線ＮＬを生成することによってプラズマ密度を向上することができるので、エッチング速
度を向上しつつ、基板Ｓｂの径方向において良好な面内均一性を得ることができる。
【００３１】
また、このとき生成されるプラズマは密度が高いため、各高周波電源ＲＦ２、ＲＦ３が同一の周波数の高周波を出力してもプラズマの遮蔽効果により電源同士の干渉が生じない。
【００３２】
プラズマ中のラジカル種及び正イオンは、シリコン基板Ｓｂに印加されたバイアス電圧によってシリコン基板Ｓｂに引き込まれる。指向性のないラジカルは等方性の高いエッチングを進行させ、シリコンと反応してＳｉＦｎとなり、基板表面から脱離する。正イオンはシリコン基板Ｓｂの厚み方向にエッチングを進行する。これにより、シリコン基板Ｓｂの所定位置に凹部が形成される。
【００３３】
また、真空槽内の圧力を低くする場合等には、真空槽内のプラズマ密度が比較的低下する。この場合、プラズマによる遮蔽効果が十分でなく電源同士の干渉が生じてしまう場合がある。従って、圧力が設定された際に、その設定圧力が所定値以下である場合、上記制御部から第２高周波電源ＲＦ２及び第３高周波電源ＲＦ３のいずれか一方、又はその両方へ変調を実行するための変調実行信号が送信される。例えばこの信号を第２高周波電源ＲＦ２が入力すると、第１アンテナ２１に供給する高周波の周波数を、例えば１３．５６ＭＨｚから２７ＭＨｚに変調する。その結果、プラズマの遮蔽効果により、電源同士の干渉が抑制される。尚、第２高周波電源ＲＦ２の周波数と第３高周波電源ＲＦ３の周波数が、異なっていればよい。
【００３４】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、エッチング装置１に、真空槽１０と、真空槽内にエッチングガスを供給するガス供給部１０ｄと、真空槽１０の側方に配置され、真空槽内に誘導電場を形成してエッチングガスのプラズマを生成する第１アンテナ２１とを設けた。また、真空槽１０の上方であって、真空槽内に誘導電場を形成してエッチングガスのプラズマを生成する第２アンテナ２２を設けた。また、第１アンテナ２１に供給される高周波の位相と、第２アンテナ２２に供給される高周波の位相とを一致させるように制御する位相制御部１６を設け、真空槽１０の側方に配置され、第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２により誘導電場を生成する空間に磁気中性線ＮＬを生成する磁気コイル群２５を設けた。この構成により、第２アンテナ２２により主に基板中央部において密度の高いプラズマを生成し、第１アンテナ２１により基板エッジ部において密度の高いプラズマを生成して、面内におけるプラズマ密度の均一化を図ることができる。さらに、各アンテナ２１，２２に供給される高周波の位相を一致させるため、電子が加速されるタイミングの同期をとることができ、加速運動を妨げず高周波電場からエネルギーを十分に吸収させることができる。このため、磁気中性線ＮＬをプラズマ生成空間内に生成してエッチング速度を向上しつつ、基板の径方向における良好な面内均一性を得ることができる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、第２アンテナ２２は、平面視において基板位置の中心からその周辺に亘って配置されている。即ち、第２アンテナ２２は、基板位置全体を被覆するように配置されている。このため、第２アンテナ２２により、基板中心部を主として基板位置全域に亘ってプラズマを生成することができる。
【００３６】
（３）上記実施形態では、エッチング装置１に、第１アンテナ２１に供給される高周波電力の周波数を変調可能な高周波電源ＲＦ２と、第２アンテナ２２に供給される高周波電力の周波数を変調可能な高周波電源ＲＦ３とを設けた。このため、プラズマ密度を通常時よりも小さく調整し、プラズマの遮蔽効果が期待できない場合に、各高周波電源ＲＦ２，ＲＦ３の干渉を抑制することができる。
【００３７】
尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、第１アンテナ２１を１重のアンテナコイルとしたが、２重若しくは３重、又はそれ以上巻回されたアンテナコイルでもよい。
【００３８】
・第２アンテナ２２は渦巻状としたが、放射状に形成してもよいし、左端及び右端で屈曲を繰り返す曲折形状としてもよい。要は基板中央部とその周辺部とを含む基板位置全体を被覆する領域にアンテナコイルが配置されていればよい。
【００３９】
・上記実施形態では、第２及び第３高周波電源ＲＦ２，ＲＦ３を、周波数を変調する機能を備えたが、周波数変調回路を別途設けるようにしてもよい。
・上記実施形態では、各高周波電源ＲＦ２，ＲＦ３の周波数が大幅に異なる場合等には、各高周波電源ＲＦ２，ＲＦ３から供給される高周波の位相を一致させなくてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…エッチング装置、１０…真空槽、１０ｄ…ガス供給部、１１…ステージ、１６…位相制御手段としての位相制御部、２１…第１アンテナ、２２…第２アンテナ、２５…磁場生成部としての磁気コイル群、ＮＬ…磁気中性線、ＲＦ２…周波数制御手段としての第２高周波電源、ＲＦ３…周波数制御手段としての第３高周波電源、Ｓｂ…基板。
【図１】
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