(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置された誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜をエッチングするエッチング方法であって、
前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜をエッチングすること
を特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置された誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜上に形成された薄膜をエッチングするエッチング方法であって、
前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜上に形成された薄膜をエッチングすること
を特徴とするエッチング方法。
【請求項３】
誘電体筒の真空側の壁面の任意の点と、基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、誘電体筒の底に設けられた第１金属板によって分断されている状態でエッチングすることを特徴とする請求項１または２記載のエッチング方法。
【請求項４】
真空容器の圧力が、１０Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のエッチング方法。
【請求項５】
真空容器の圧力が、３Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造に利用されるエッチング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造において、高融点金属膜に関連するエッチング技術に対する要望が年々高まっている。
【０００３】
例えば、半導体メモリ（記憶装置）においては、従来、メモリキャパシタ構造を変革することによって、メモリキャパシタのキャパシタ容量の増大に対応してきたが、微細化の進展にともなって、構造の変革だけでは要望される容量を確保することが難しくなった。そのため、キャパシタ容量材料にチタン酸バリウム・ストロンチウム、チタン酸ジルコニウム鉛、タンタル酸ビスマス・ストロンチュームなどの誘電率の高いセラミック系酸化物が用いられるようになってきた。これらのセラミック系酸化物から酸素が脱離すると、その特性が大きく悪化してしまうため、キャパシタ電極材料として、酸素との反応が低い材料、例えば、ルテニウム、白金、イリジューム、ロジウムなどが用いられる。これらの材料を用いて、微細なパターンを形成するには、これらの材料のエッチング技術が必要である。
【０００４】
また、Ｓｉ系半導体のみでなく、化合物半導体においても、高融点金属膜を下地膜として絶縁膜にコンタクト穴を加工するエッチング工程が必要となってきている。この場合、エッチング対象は絶縁膜であるが、オーバーエッチング時に下地膜である高融点金属も若干エッチングされることになる。
【０００５】
以下、従来のエッチング方法の一例として、誘導結合型プラズマ源を用いたエッチングについて、図７を参照して説明する。図７において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源４により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を誘電体板２０上に設けられたコイル６に供給することにより、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極７上に載置された基板８に対してエッチングを行うことができる。また、基板電極７に４００ｋＨｚの高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源９が設けられており、基板８に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。
【０００６】
ターボ分子ポンプ３及び排気口１０は、基板電極７の直下に配置されており、また、真空容器１を所定の圧力に制御するための調圧弁１１は、基板電極７の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。
【０００７】
このような構成のエッチング装置において、Ａｒ／Ｃｌ２＝２６０／２０ｓｃｃｍ、圧力＝０．３Ｐａ、ＩＣＰ（コイル電力）／ＢＩＡＳ（基板電極電力）＝１５００／４００Ｗの条件でイリジューム膜をエッチングすることができる。
【０００８】
また、Ａｒ／ＣＨＦ３＝２７０／３０ｓｃｃｍ、圧力＝２．５Ｐａ、ＩＣＰ／ＢＩＡＳ＝１５００／６００Ｗの条件で金膜上のシリコン酸化膜をエッチングすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例で述べたイリジュームのエッチングにおいては、物理的なエッチングが主体となるため、誘電体板２０の表面に導電性のイリジューム薄膜が付着し、コイル６に高周波電力を供給することによって真空容器１内に発生する高周波電磁界が次第に弱まっていき、図８に示すように、エッチレートの低下が起きるという問題点がある。
【００１０】
また、従来例で述べたシリコン酸化膜のエッチングにおいては、オーバーエッチング時に下地膜である金が若干エッチングされるが、金のエッチングも物理的なエッチングが主体となるため、誘電体板２０の表面に導電性の金薄膜が付着し、コイル６に高周波電力を供給することによって真空容器１内に発生する高周波電磁界が次第に弱まっていき、図９に示すように、エッチレートの低下が起きるという問題点がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、安定したエッチレートを確保できるエッチング方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１発明のエッチング方法は、真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置された誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜をエッチングするエッチング方法であって、前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜をエッチングすることを特徴とする。
【００１３】
本願の第２発明のエッチング方法は、真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置された誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜上に形成された薄膜をエッチングするエッチング方法であって、前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜上に形成された薄膜をエッチングすることを特徴とする。
【００１７】
また、好適には、誘電体筒の真空側の壁面の任意の点と、基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、誘電体筒の底に設けられた第１金属板によって分断されている状態でエッチングすることが望ましい。
【００１８】
本願の第１または第２発明のエッチング方法は、真空容器の圧力が、１０Ｐａ以下である場合に有効なエッチング方法であり、さらに、真空容器の圧力が、３Ｐａ以下である場合にとくに有効なエッチング方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００２４】
図１に、本発明の第１実施形態において用いたエッチング装置の断面図を示す。図１において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源４により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を誘電体筒５の内側に設けられたコイル６に供給することにより、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極７上に載置された基板８に対してエッチングを行うことができる。また、基板電極７に４００ｋＨｚの高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源９が設けられており、基板８に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。
【００２５】
ターボ分子ポンプ３及び排気口１０は、基板電極７の直下に配置されており、また、真空容器１を所定の圧力に制御するための調圧弁１１は、基板電極７の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。
【００２６】
誘電体筒５の基板電極７側の底に第１金属板１２が設けられ、誘電体筒５の基板電極７とは逆側の底に第２金属板１３が設けられ、第１金属板１２は、誘電体筒５に筒の軸方向に設けられた貫通穴１４を貫くボルト１５によって第２金属板１３に接続され、誘電体筒５が第１金属板１２及び第２金属板１３に挟み込まれて固定されている。ボルト１５、第１金属板１２及び第２金属板１３は接地電位である。
【００２７】
また、図２に示すように、誘電体筒５の真空側の壁面の任意の点Ａと、基板表面の任意の点Ｂとを結ぶ線分が、誘電体筒５の底に設けられた第１金属板１２によって分断されている。
【００２８】
このような構成のエッチング装置において、Ａｒ／Ｃｌ２＝２６０／２０ｓｃｃｍ、圧力＝０．３Ｐａ、ＩＣＰ（コイル電力）／ＢＩＡＳ（基板電極電力）＝１５００／４００Ｗの条件でイリジューム膜をエッチングした。エッチレートの推移を図３に示す。図３から明らかなように、従来例で見られたような、エッチレートの低下は見られなくなった。
【００２９】
このように、安定したエッチレートを確保できた理由は、イリジューム薄膜が誘電体筒５の表面に付着しなくなり、コイル６に高周波電力を供給することによって真空容器１内に発生する高周波電磁界の強度が安定したためであると考えられる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について、図４乃至図６を参照して説明する。
【００３１】
図４に、本発明の第２実施形態において用いたエッチング装置の断面図を示す。図４において、真空容器１内に、ガス供給装置２から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ３により排気を行い、真空容器１内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源４により１３．５６ＭＨｚの高周波電力を誘電体筒５の内側に設けられたコイル６に供給することにより、真空容器１内にプラズマが発生し、基板電極７上に載置された基板８に対してエッチングを行うことができる。また、基板電極７に４００ｋＨｚの高周波電力を供給するための基板電極用高周波電源９が設けられており、基板８に到達するイオンエネルギーを制御することができるようになっている。
【００３２】
ターボ分子ポンプ３及び排気口１０は、基板電極７の直下に配置されており、また、真空容器１を所定の圧力に制御するための調圧弁１１は、基板電極７の直下で、かつ、ターボ分子ポンプ３の直上に位置する昇降弁である。
【００３３】
誘電体筒５の基板電極７側の底に第１金属板１２が設けられ、誘電体筒５の基板電極７とは逆側の底に第２金属板１３が設けられ、第１金属板１２は、誘電体筒５の内側に設けられたボルト１５によって第２金属板１３に接続され、誘電体筒５が第１金属板１２及び第２金属板１３に挟み込まれて固定されている。ボルト１５、第１金属板１２及び第２金属板１３は接地電位である。
【００３４】
また、図５に示すように、誘電体筒５の真空側の壁面の任意の点Ａと、基板表面の任意の点Ｂとを結ぶ線分が、誘電体筒５の底に設けられた第１金属板１２によって分断されている。
【００３５】
このような構成のエッチング装置において、Ａｒ／ＣＨＦ３＝２７０／３０ｓｃｃｍ、圧力＝２．５Ｐａ、ＩＣＰ／ＢＩＡＳ＝１５００／６００Ｗの条件で金膜上のシリコン酸化膜をエッチングした。エッチレートの推移を図６に示す。図６から明らかなように、従来例で見られたような、エッチレートの低下は見られなくなった。
【００３６】
このように、安定したエッチレートを確保できた理由は、金薄膜が誘電体筒５の表面に付着しなくなり、コイル６に高周波電力を供給することによって真空容器１内に発生する高周波電磁界の強度が安定したためであると考えられる。
【００３７】
以上述べた本発明の実施形態においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器の形状、コイルや誘電体筒の形状及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。
【００３８】
以上述べた本発明の実施形態においては、イリジューム膜のエッチング、及び、金膜上に形成されたシリコン酸化膜のエッチングについて説明したが、本発明は、高融点金属膜のエッチング及び高誘電金属膜上に形成された薄膜のエッチングに有効である。このようなエッチングのなかでも、とくに、高融点金属膜が、イリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜である場合にとくに有効なエッチング方法である。
【００３９】
また、以上述べた本発明の実施形態において、誘電体筒の基板電極側の底に第１金属板が設けられ、誘電体筒の基板電極とは逆側の底に第２金属板が設けられ、第１金属板は、誘電体筒に筒の軸方向に設けられた貫通穴を貫くボルトによって第２金属板に接続され、誘電体筒が第１及び第２金属板に挟み込まれて固定されている状態でエッチングする場合と、誘電体筒の基板電極側の底に第１金属板が設けられ、誘電体筒の基板電極とは逆側の底に第２金属板が設けられ、第１金属板は、誘電体筒の内側に設けられたボルトによって第２金属板に接続され、誘電体筒が第１及び第２金属板に挟み込まれて固定されている状態でエッチングする場合について説明したが、これら以外にも様々な構成が考えられることはいうまでもない。例えば、ボルトの代わりに金属棒を用いて第１及び第２金属板を接続してもよい。
【００４０】
また、以上述べた本発明の実施形態において、ボルト、第１及び第２金属板が接地電位である場合について説明したが、このような構成とすることで、コイルとプラズマとの静電的な結合を抑制できるため、誘電体筒表面に自己バイアス電位が発生しにくくなり、誘電体筒表面がエッチングされにくいという利点がある。なお、ボルトまたは金属棒における誘導加熱を防止するため、低抵抗率膜でボルトまたは金属棒をコーティングまたはメッキすることが望ましい。
【００４１】
また、以上述べた本発明の実施形態において、誘電体筒の真空側の壁面の任意の点と、基板表面の任意の点とを結ぶ線分が、誘電体筒の底に設けられた第１金属板によって分断されている状態でエッチングする場合について説明したが、必ずしもこの分断は完全である必要は無く、エッチレートの低下が起きない範囲内で設計に自由度をもたせることができる。
【００４２】
また、以上述べた本発明の実施形態において、真空容器を排気するためのターボ分子ポンプが、基板電極の直下に配置されており、真空容器を所定の圧力に制御するための調圧弁が、基板電極の直下で、かつ、ターボ分子ポンプの直上に位置する昇降弁である場合について説明したが、ターボ分子ポンプ３が基板電極７の直下に配置されておらず、調圧弁１６が基板電極７の直下に配置されておらず、調圧弁１６が昇降弁でない場合においても、本発明は有効である。しかし、本発明の実施形態においては、ガスの排気がより等方的に行われるため、エッチングが均一に行えるという利点がある。
【００４３】
また、真空容器内の圧力が、０．３Ｐａである場合、２．５Ｐａである場合について説明したが、真空容器内の圧力が低いほど物理的なエッチングが主体となるので、本発明は、真空容器内の圧力が１０Ｐａ以下である場合に、有効な方法である。さらに、真空容器内の圧力が、１Ｐａ以下である場合に、とくに有効な方法である。
【００４４】
また、コイルに印加する高周波電力の周波数が、１３．５６ＭＨｚである場合について説明したが、低圧力化でのエッチングには、１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を用いることができ、そのすべての領域において本発明は有効である。
【００４５】
また、基板電極に印加する高周波電力の周波数が、４００ｋＨｚである場合について説明したが、基板へ到達するイオンエネルギーを制御するにあたり、他の周波数、たとえば、１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を用いることができることは、いうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の第１発明のエッチング方法によれば、真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置された誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜をエッチングするエッチング方法であって、前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜をエッチングするため、安定したエッチレートを確保できるエッチング方法を実現できる。
【００４７】
また、本願の第２発明のエッチング方法によれば、真空容器内にガスを供給しつつ前記真空容器内を排気し、前記真空容器内を所定の圧力に制御しながら、前記真空容器内の基板電極に載置された基板に対向して配置され誘電体筒の内側に設けられたコイルに、周波数１００ｋＨｚ乃至１００ＭＨｚの高周波電力を印加することにより、前記真空容器内にプラズマを発生させ、基板上のイリジューム、ロジューム、ルテニウム、プラチナ、金、銅、レニウム、ビスマス、ストロンチューム、バリウム、ジルコニウム、鉛、ニオブのうち少なくとも１つの元素を含む膜上に形成された薄膜をエッチングするエッチング方法であって、前記誘電体筒の一端部に第１金属板が設けられ、他端部に第２金属が配置され、前記誘電体筒を挟み、かつ、一本のみの金属棒またはボルトによって前記第１及び第２金属板を複数箇所固定すると共に、前記第１及び第２金属板が接地された状態で前記基板上の膜上に形成された薄膜をエッチングするため、安定したエッチレートを確保できるエッチング方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態で用いたエッチング装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態で用いたエッチング装置の構成を示す断面図
【図３】本発明の第１実施形態におけるエッチレートの変化を示すグラフ
【図４】本発明の第２実施形態で用いたエッチング装置の構成を示す断面図
【図５】本発明の第２実施形態で用いたエッチング装置の構成を示す断面図
【図６】本発明の第２実施形態におけるエッチレートの変化を示すグラフ
【図７】従来例で用いたエッチング装置の構成を示す断面図
【図８】従来例におけるエッチレートの変化を示すグラフ
【図９】他の従来例におけるエッチレートの変化を示すグラフ
【符号の説明】
１  真空容器
２  ガス供給装置
３  ターボ分子ポンプ
４  コイル用高周波電源
５  誘電体筒
６  コイル
７  基板電極
８  基板
９  基板電極用高周波電源
１０  排気口
１１  調圧弁
１２  第１金属板
１３  第２金属板
１４  貫通穴
１５  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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