(57)【要約】【課題】面内均一性の向上を図ることができる容量結合型のエッチング装置を提供する。【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１０ｅと、真空槽内に配置されて、その上面に基板Ｓｂが載置される平板状のステージ電極１３と、ステージ電極１３とプラズマ生成空間Ｓを介して対向する平板状の上部電極板１７と、ステージ電極１３に高周波電力を供給する高周波電源２０と、直径がそれぞれ異なる３本の環状の磁気コイル３１〜３３から構成され、それらの磁気コイル３１〜３３の中心が同軸となるように真空槽１０の上方に設けられるとともに、最も外側の磁気コイル３１の直径が基板Ｓｂの直径よりも大きく、中央の磁気コイル３２の直径が基板Ｓｂの直径以下であって、プラズマ生成空間Ｓに磁気中性線ＮＬを生成する磁気コイル群３０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、
前記真空槽内に配置されて、その上面に基板が載置される平板状の第１電極と、
前記第１の電極とプラズマ生成空間を介して対向する平板状の第２電極と、
前記第１電極又は前記第２電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
直径がそれぞれ異なる３本の環状の磁気コイルから構成され、それらの磁気コイルの中心が同軸となるように前記真空槽の上方に設けられるとともに、最も外側の磁気コイルの直径が前記基板の直径よりも大きく、中央の前記磁気コイルの直径が前記基板の直径以下であって、前記プラズマ生成空間に磁気中性線を生成する磁場発生手段とを備えたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記各磁気コイルは、前記真空槽の上壁部に接し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】
前記各磁気コイルは、その中心軸が前記基板の中心軸と同軸となるように配置されている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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング装置に関する。
【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】
ドライエッチング装置としては、容量結合型プラズマ源（Capacitively Coupled Plasma ）を有する装置、誘導結合型プラズマ源（Inductively Coupled Plasma）を有する装置等があるが（特許文献１参照）、このうち、容量結合型のエッチング装置は、他の装置に比べ放電圧力が高く、エッチング速度の向上に寄与するフッ素ラジカルを高い密度で生成できることができるといった利点を有するために多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、容量結合型のエッチング装置においては、プラズマの位置や形状を制御することが困難であって、プラズマ分布は基板中央部で密となり、基板中央部を除く基板エッジ部で疎となる。その結果、基板の径方向におけるエッチング速度の均一性が低下するといった問題がある。
【０００６】
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、面内均一性の向上を図ることができる容量結合型のエッチング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記問題点を解決するために、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、前記真空槽内に配置されて、その上面に基板が載置される平板状の第１電極と、前記第１の電極とプラズマ生成空間を介して対向する平板状の第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極に高周波電力を供給する高周波電源と、直径がそれぞれ異なる３本の環状の磁気コイルから構成され、それらの磁気コイルの中心が同軸となるように前記真空槽の上方に設けられるとともに、最も外側の磁気コイルの直径が前記基板の直径よりも大きく、中央の前記磁気コイルの直径が前記基板の直径以下であって、前記プラズマ生成空間に磁気中性線を生成する磁場発生手段とを備えたことを要旨とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、磁気中性線を生成する磁場発生手段は、最も外側の磁気コイルが基板の直径よりも大きな直径を有し、中央の磁気コイルは基板の直径以下の直径を有する。この構成により、プラズマ生成空間内に生成される磁気中性線は、その直径が基板の直径とほぼ同じか若干小さくなるため、磁気中性線は基板中央部を除く基板エッジ部の上方に位置することとなる。このため、平板状の電極を有するエッチング装置においても、基板エッジ部におけるプラズマ密度を高めることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記各磁気コイルは、前記真空槽の上壁部に接して配置されていることを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、各磁気コイルは、真空槽の上壁部に接して配置されている。このため、磁気コイルと基板との相対距離が短くなるため、磁気中性線の位置を基板表面近傍に近づけ、基板表面付近のプラズマ密度を高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記各磁気コイルは、その中心軸が前記基板の中心軸と同軸となるように配置されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、磁気コイルは、その中心軸が基板の中心軸と同軸になるように配置されている。このため、基板上のプラズマ分布の偏りを抑制し、基板の面内均一性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エッチング装置の全体概略図。
【図２】実施例１による凹部の模式図。
【図３】比較例１による凹部の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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は、エッチング装置１の概略図である。エッチング装置１は、容量結合型のプラズマ源を有するエッチング装置であって、略有底筒状に形成された真空槽１０を有している。真空槽１０はアルミニウム等の金属製であって接地され、その上部開口を上壁部１０ａ等によって密閉されている。また、その側壁１０ｂには、シリコンからなる基板Ｓｂを隣室から真空槽内へ搬入するとともに、真空槽１０から他の処理室へ搬送するための搬送口１０ｃがそれぞれ貫通形成されている。さらに、真空槽１０には、真空槽内のエッチングガスや大気、パーティクル等の流体を排気する排出口１０ｄが底壁部等に貫通形成されている。さらに、上壁部１０ａにはガス供給管１１が挿入されるガス供給部１０ｅが設けられ、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＯＦ２、ＸｅＦ２等のフッ素系ガスを含むエッチングガスが真空槽内に供給される。
【００１３】
真空槽１０の下部には、略円筒状のステージ１２が設けられている。ステージ１２は、その上面が平坦に形成され、その中央には、ステージ電極１３を内側に収容可能な電極収容部１２ａが設けられている。電極収容部１２ａには、ステージ電極１３を下方から支持固定するための固定部１４が備えられている。
【００１４】
ステージ電極１３には、高周波電源２０がマッチングボックス２１を介して電気的に接続されている。マッチングボックス２１は、プラズマ生成領域と高周波電源２０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。
【００１５】
ステージ電極１３の上面であって略中央は、処理対象となる基板Ｓｂが載置される基板位置となっている。基板位置の外周とステージ１２の上面とには、イオン等の基板Ｓｂへの入射効率を高めるために、石英等の絶縁材から形成されたフォーカスリング１５が載置されている。
【００１６】
また、真空槽１０の上部には、電極支持部１６が設けられている。電極支持部１６は、ガス供給管１１から送出されたガスを一時的に貯留する図示しないバッファを備え、その下面に上部電極板１７を支持している。上部電極板１７はアノードとして機能するとともに、上記バッファ内に蓄えられたガスを、上部電極板１７とステージ電極１３との間のプラズマ生成空間Ｓに噴出するシャワープレートとして機能する。
【００１７】
真空槽１０の外側であって、その上壁部１０ａには、磁気コイル群３０が設けられている。磁気コイル群３０は、３本の各磁気コイル３１〜３３から構成される。各磁気コイル３１〜３３は、環状に形成され、且つ直径がそれぞれ異なり、その中心が基板Ｓｂの中心軸と同軸となるように配置されている。即ち、上壁部１０ａ側からみた平面視において、各磁気コイル３１〜３３は同心円状に配置されている。また、磁気コイル群３０は、基板Ｓｂに対する相対距離が可能な限り短くなるように、真空槽１０の上壁部１０ａに載置されている。
【００１８】
最も外側の第１磁気コイル３１は、その直径が基板Ｓｂの直径よりも大きく、中央の第２磁気コイル３２は、その直径が基板Ｓｂの直径以下である。また最も内側の第３磁気コイル３３は、基板Ｓｂの直径よりも小さい直径を有する。
【００１９】
第１磁気コイル３１と第３磁気コイル３３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３２には他の各磁気コイル３１，３３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、いわゆる磁気中性線ＮＬが環状に連続して生成される。このとき、第１磁気コイル３１及び第２磁気コイル３２を上記した直径にすることによって、磁気中性線ＮＬは、第２磁気コイル３２の下方付近であって、基板Ｓｂのエッジ部上方のいずれかの位置に生成される。尚、エッジ部とは、基板Ｓｂの直径の半分を直径とする円状の領域を中央部とすると、その中央部を除いた部分をいう。
【００２０】
ステージ電極１３に高周波電力が印加されると、プラズマ生成空間内にプラズマが生成される。磁気中性線ＮＬ付近に存在する電子は、高周波電場を印加され、電子サイクロン共鳴条件が整った磁場中で加速運動を繰り返し、最終的にエネルギーを得る。即ち、磁気中性線ＮＬ付近において高周波電力を効率よく吸収できるため、プラズマ密度を高くすることができる。特に、磁気中性線ＮＬ付近はプラズマ密度が高くなり、シリコン基板のエッチングに寄与するフッ素ラジカルが多く生成されるため、基板エッジ部におけるエッチング速度を向上することができる。従って、平行平板型の電極のみでプラズマを生成する場合、自ずと基板中央部のプラズマ密度は高くなり基板エッジ部のプラズマ密度は低くなるが、磁気中性線ＮＬを生成することにより、基板エッジ部のプラズマ密度を高めてプラズマ分布の偏りを抑制することができる。
【００２１】
エッチングが行われる際には、基板Ｓｂが、上記隣室から搬送口１０ｃを介して真空槽内に搬送され、ステージ電極１３の基板位置に載置される。さらに排出口１０ｄから、真空槽内の大気等が排出され、ガス供給管１１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、排出口１０ｄからの排気量とを調節することにより、真空槽内は１０〜１００Ｐａの比較的高い圧力域となる。
【００２２】
エッチングガスを供給した後、磁気コイル群３０に電流が供給される。即ち、第１磁気コイル３１及び第３磁気コイル３３に同方向の電流（例えば紙面奥側方向）が供給され、第２磁気コイル３２に他の各磁気コイル３１，３３とは逆方向の電流（例えば紙面手前側方向）が供給される。これにより、プラズマ生成空間Ｓ内において上記した位置に磁気中性線ＮＬが生成される。また、ステージ電極１３に高周波電圧が印加され、ステージ電極１３と上部電極板１７との間の放電により、エッチングガスが電離して、プラズマ生成空間Ｓにプラズマが生成される。生成されたプラズマ中の電子は、磁場勾配に沿って磁気中性線ＮＬに集まるため、磁気中性線ＮＬ付近で効率よくプラズマが生成される。
【００２３】
このとき、磁気コイル群３０は、基板Ｓｂに対する相対距離が最短となるように上壁部１０ａに載置されているため、磁気中性線ＮＬが鉛直方向において生成されうる位置にお
いて最も下方に配置される。従って、基板表面の近傍で磁気中性線ＮＬが形成されるため、基板表面近傍のプラズマ密度が高まる。プラズマ中のラジカル種及び正イオンは、基板Ｓｂに印加されたバイアス電圧によって基板Ｓｂに引き込まれる。指向性のないフッ素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。正イオンは基板Ｓｂの厚み方向にエッチングを進行する。その結果、基板Ｓｂの所定位置に凹部が形成される。このとき、基板表面近傍のプラズマ密度が高くなるため、エッチング速度を高めることができる。しかも、磁気中性線ＮＬは基板Ｓｂのエッジ部上方に形成されるため、基板エッジ部におけるプラズマ密度が、基板中央部におけるプラズマ密度よりも極端に小さくなることがなく、エッチング速度の面内均一性を向上することができる。
【００２４】
またエッチング装置１において、各磁気コイル３１〜３３の電流の大きさをそれぞれ変化させると磁気中性線ＮＬの位置を変化させることが知られているが、真空室内の圧力が上記したように１０〜１００Ｐａと比較的高圧の場合には、プラズマ分布の調整が難しい。しかし、上記エッチング装置１では、磁気コイル群３０の位置を調整することにより基板エッジ部及び表面近傍でのプラズマ密度を高めることができる。また、プラズマ密度を高めることにより、基板表面近傍に生成されるシースが薄くなり、基板Ｓｂに入射するイオン等の方向を垂直に近い方向として、異方性の高い加工を行うことができる。
【００２５】
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）上記実施形態のエッチング装置１は、平行平板型のエッチング装置であって、平板状のステージ電極１３と、ステージ電極１３とプラズマ生成空間Ｓを解して対向する平板の上部電極板１７とを有している。また真空槽１０の上方に、真空槽内に磁気中性線ＮＬを生成するための磁気コイル群３０を備える。磁気コイル群３０を構成する３本の磁気コイル３１〜３３は、環状をなすとともに直径がそれぞれ異なり、その中心が同軸となるように配置されている。また最も外側の第１磁気コイル３１の直径が基板Ｓｂの直径よりも大きく、中央の第２磁気コイル３２の直径が基板Ｓｂの直径以下である。この構成により、プラズマ生成空間内に生成される磁気中性線ＮＬは、その直径が基板の直径とほぼ同じか若干小さくなるため、磁気中性線ＮＬは基板中央部を除く基板エッジ部の上方に位置することとなる。このため、平板状の電極を有する容量結合型のエッチング装置１においても、基板エッジ部におけるプラズマ密度を高めることができる。
【００２６】
（２）上記実施形態では、各磁気コイル３１〜３３を、真空槽１０の上壁部１０ａに接して配置した。このため、各磁気コイル３１〜３３と基板Ｓｂとの相対距離が短くなるため、磁気中性線ＮＬの位置を基板表面近傍に近づけ、基板表面付近のプラズマ密度を高めることができる。
【００２７】
（３）上記実施形態では、各磁気コイル３１〜３３は、その中心軸が基板Ｓｂの中心軸と同軸となるように配置されている。このため、基板上のプラズマ分布の偏りを抑制し、基板の面内均一性をより高めることができる。
【００２８】
［実施例１］
厚さが７２５μｍの８インチのシリコン基板に、直径５〜１０μｍの開口部を有するマスクを塗布した後、上記エッチング装置１を用いて、以下の条件でエッチングを実施した。
【００２９】
エッチングガス：六フッ化硫黄ガス、酸素ガス、臭化水素ガスの混合ガス
流量：７５ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍ（ＳＦ６、Ｏ２、ＨＢｒ）
高周波電力の周波数：６０ＭＨｚ
出力値：３６００Ｗ／ｃｍ２
エッチング時の圧力：３６０ｍＴｏｒｒ
そして、上記エッチング条件でエッチングを８分間行うことによって、実施例１の凹部を得た（図２参照）。尚、基板Ｓｂに対し、反応性イオンエッチングにより所定のエッチング形状（例えば凹部Ｈ）を形成する場合、反応性エッチングに先立ち所定の開口部を有したマスクＭが基板Ｓｂの上に形成される。そして、この開口部から基板Ｓｂに対して正イオンやラジカル種が入射することにより、基板Ｓｂがエッチングされる。
【００３０】
図２に示すように、上記エッチング装置１を用いて凹部Ｈを形成した場合、基板近傍のプラズマ密度が高められるため、開口部Ｍａの法線方向に沿ってエッチングが進行しやすくなる。このため、開口部Ｍａの内径φ１に近い内径φ２で、異方性が高いエッチング形状が得られる。このとき、凹部Ｈの法線方向に沿った深さＤ１エッチング深さは、基板中央部で８０μｍ、基板Ｓｂの外縁に近いエッジ部で８２μｍである。また、エッチング速度は、基板中央部で１０μｍ／ｍｉｎ、基板エッジ部で１０．２５μｍ／ｍｉｎである。基板面内でのエッチングレートの均一性は、±１．２３％であった。
【００３１】
[比較例１]
上記実施形態のエッチング装置１の磁気コイル群３０を省略した装置を用いて、実施例１と同様な条件でエッチングを実施した。
【００３２】
図３に示すように、比較例のエッチング装置を用いて凹部Ｈを形成した場合、実施例１に比べ開口部Ｍａの法線方向に沿ってエッチングが進行し難く、実施例１よりも内径φ３が大きい（φ３＞φ２）、等方性が高いエッチング形状が得られる。このとき、凹部Ｈの法線方向に沿った深さＤ２は、基板中央部で７０μｍ、基板Ｓｂの外縁に近いエッジ部で７５μｍである。また、エッチング速度は、基板中央部で８．７５μｍ／ｍｉｎ、基板エッジ部で９．４μｍ／ｍｉｎである。基板面内でのエッチングレートの均一性は、±３．４４％であった。即ち、実施例１に比べ、基板中央部とエッジ部との差が大きく、面内均一性は実施例１よりも低かった。
【００３３】
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、磁気コイル群３０を真空槽１０の上壁部１０ａに接するように配置したが、離間させてもよく、要は基板Ｓｂに近い位置に配置すればよい。
【００３４】
・上記実施形態では、処理対象の基板をシリコン基板Ｓｂとしたが、石英基板等、その他の材質の基板を処理対象としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…エッチング装置、１０…真空槽、１０ａ…上壁部、１０ｅ…ガス供給部、１３…第１電極としてのステージ電極、１７…第２電極としての上部電極板、２０…高周波電源、３０…磁場発生手段としての磁気コイル群、３１〜３３…磁気コイル、ＮＬ…磁気中性線、Ｓ…プラズマ生成空間、Ｓｂ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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