(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に放電プラズマを発生するための高周波コイルを備えたプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする誘導結合放電型反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の誘電体で構成し、放電プラズマを発生するため並列に配列した多重の高周波コイルを、誘電体で構成された真空チャンバーの頂部上に垂直方向に縦に配置したことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
【請求項２】
真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする磁気中性線放電型反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の誘電体で構成し、誘電体で構成された真空チャンバーの頂部上に、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成するための径の小さな円盤状或いはドーナツ状の永久磁石とそれよりも内径の大きな永久磁石とから成る磁場発生手段を設け、上記２つの永久磁石のほぼ中間位置に対応して形成される磁気中性線の上方位置で真空チャンバーの頂部上に、放電プラズマを発生するための並列に配列した多重の高周波コイルを、垂直方向に縦に設けたことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質をエッチングする反応性イオンエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは先に特願平７−217965号において永久磁石方式のエッチング装置としては添付図面の図５で示されるような平板永久磁石式磁気中性線エッチング装置を提案した。この先に提案した装置では、真空チャンバーＡの上部の誘電体Ｂ上に載置された２つの永久磁石Ｃ、Ｄによって真空チャンバーＡ内部に磁気中性線が形成され、この磁気中性線に沿って、２つの永久磁石Ｃ、Ｄの間に断面円形（径約1Omm）の１重アンテナＥを配置し、ガスを導入してこのアンテナに高周波電場を印加してリング状のプラズマを形成するように構成されている。断面円形のアンテナの代わりに約1Omm幅の平板なアンテナを用いることも提案し、その場合にも幅及び径がほぼ同じであれば形成されるプラズマの特性はほぼ同じであった。また下部の基板電極Ｆにはバイアス用高周波電源Ｇからバイアス用の高周波電力が印加される。
また図５に示す構成において磁気中性線を形成するための２つの永久磁石    Ｃ、Ｄを取り除いて構成した誘導結合放電型エッチング装置も知られている。
【０００３】
このように構成した図５に示される磁気中性線放電エッチング装置の動作について説明する。
エッチングガスは真空チャンバーＡの上部フランジ付近に設けたガス導入口  Ｈから導入され、誘電体円盤Ｂ上に設置されたアンテナＥに高周波電力を印加することによりプラズマが形成されて導入ガスが分解される。下部の基板電極Ｆにはバイアス用高周波電源Ｇからバイアス用の高周波電力が印加される。ブロッキングコンデンサーＩによって浮遊状態になっている基板電極Ｆは負のセルフバイアス電位となり、プラズマ中の正イオンが引き込まれて基板上の物質をエッチングする。
この時、プラズマはアンテナＥから放射される方位角方向の誘導電場とアンテナＥ自身の電位によって励起、形成される。前者の放電成分をＨ放電、後者の放電成分をＥ放電とも言う。Ｅ放電は、いわゆる、静電結合による放電である。磁気中性線放電では真空中にリング状に形成される磁気中性線の部分に密度の高いプラズマを形成するため、リング状の磁気中性線に沿って形成される誘導電場を有効利用するものであり、Ｈ放電成分を主としたプラズマにしている。これは、アンテナとしてプラズマとの間の容量を小さくできる断面円形のパイプを用いることで達成される。これまでは、パイプ径８〜1Ommのものがアンテナとして用いられてきた。パイプの断面直径と同程度の平板を用いても静電結合成分は小さく、誘導結合成分が大きいため、プラズマの特性は断面円形のパイプを用いたときと殆ど変わらない。この方法によって、容易に1O11cm-3の荷電粒子密度を持つプラズマが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エッチングでは反応性の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質との反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に削ればよいわけではなく、微細化に伴いより形状制御が重要になってきている。このためにはエッチャントの他に微細孔内部の壁面に付着してイオンの当たらない側壁を保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなければならない。O.3μm幅以下の微細加工ではこのエッチャントと保護物質との相対濃度及び孔内部への相対的な到達量が重要になる。保護物質がエッチャントに対して多くなり過ぎると、O.3μm幅以下の微 細孔は、保護物質により埋まってしまい、いわゆるエッチストップが起こって、削れないことになる。保護物質が、逆に、少なすぎるとエッチャントによって側壁が削られて、Bowingが発生し、望ましい形状が得られない。
【０００５】
従来用いられてきた誘導結合放電エッチング装置や磁気中性線放電エッチング装置では、プラズマを形成するためのアンテナとバイアス電圧を発生させるための電気的に浮遊状態の電極に高周波電力が印加される。ハロゲン系のガスが導入されてプラズマが形成されると、ガス分子がプラズマ分解され、エッチャントや重合しやすい物質が生成される。
磁気中性線放電は真空中にリング状に形成される磁気中性線の部分に密度の高いプラズマを形成するため、リング状の磁気中性線に沿って形成される誘導電場を利用するものであり、Ｈ放電成分を主としたプラズマにしている。これは、アンテナとしてプラズマとの間の静電容量を小さくできる断面円形のパイプを用いることで達成される。
しかし、静電結合成分も含んでいるので、アンテナ電力を増加させるとアンテナ表面の電位が高くなり、アンテナ内部の真空チャンバーの誘電体内壁面がイオンスパッタされるようになる。
300mm径のウエハに対応した大口径プラズマ発生室にすると真空チャンバーの 上部の誘電体隔壁が厚くなり、それに伴って投入電力も高くなる。その結果、アンテナ表面に発生する電位が望ましくないほど高くなって真空チャンバーの誘電体内壁面がイオンスパッタされるようになる。壁面がスパッタされると、微細加工に望ましくない、ＳｉＯ化合物や表面で重合した物質がプラズマ中に析出して、エッチストップの原因となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を解決して、0.3μm幅以下の微細加工においてエッチストップを発生させることなくエッチングできる反応性イオンエッチング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による反応性イオンエッチング装置においては、プラズマ発生用アンテナを並列多重巻きにして高周波電力を印加して有効な誘導電場を形成できるように構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明によれば、真空チャンバー内に放電プラズマを発生するための高周波コイルを備えたプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする誘導結合放電型反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の誘電体で構成し、放電プラズマを発生するため並列に配列した多重の高周波コイルを、誘電体で構成された真空チャンバーの頂部上に垂直方向に縦に配置したことを特徴としている。
【０００９】
本発明の第２の発明によれば、真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする磁気中性線放電型反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の誘電体で構成し、誘電体で構成された真空チャンバーの頂部上に、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成するための径の小さな円盤状或いはドーナツ状の永久磁石とそれよりも内径の大きな永久磁石とから成る磁場発生手段を設け、上記２つの永久磁石のほぼ中間位置に対応して形成される磁気中性線の上方位置で真空チャンバーの頂部上に、放電プラズマを発生するための並列に配列した多重の高周波コイルを、垂直方向に縦に設けたことを特徴としている。
【００１０】
【実施例】
以下添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は、誘導結合放電型に構成した本発明によるエッチング装置の一実施例を示す。図示装置において１は排気口1aを備えたプロセス室を形成している円筒形の真空チャンバーで、その上面は平板型誘電体隔壁２で覆われている。この平板型誘電体隔壁２の外面上には、並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル３が縦に配置され、この並列二重巻きの高周波コイル３はプラズマ発生用高周波電源４に接続され、プラズマ発生用高周波電源４から高周波電力を印加することによって真空チャンバー１内に放電プラズマを発生するようにしている。
また真空チャンバー１内には基板電極５が絶縁体部材６を介して設けられ、この基板電極５はRFバイアスを印加する高周波電源７に接続されている。なお８はガス導入口である。
【００１１】
図２は、磁気中性線放電型に構成した本発明によるエッチング装置の別の実施例を示す。図示装置において11は排気口11aを備えたプロセス室を形成している 円筒形の真空チャンバーで、その上面は平板型誘電体隔壁12で覆われている。この平板型誘電体隔壁12の外面上には、円盤状またはドーナツ状永久磁石13及びこの永久磁石13よりも内径が大きくかつ永久磁石13と同極性を持つドーナツ形板状永久磁石14が同心上に取付けられ、これら両永久磁石13、14は真空チャンバー11内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している。円盤状またはドーナツ状永久磁石13とドーナツ形板状永久磁石14との間には、並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル15が縦に配置され、この高周波コイル15はプラズマ発生用高周波電源16に接続され、永久磁石13、14によって真空チャンバー11内に形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。
また真空チャンバー１内の形成される磁気中性線の作る面と平行して離れた位置には基板電極17が絶縁体部材18を介して設けられ、この基板電極17はRFバイアスを印加する高周波電源19に接続されている。さらに真空チャンバー11の平板型誘電体隔壁12の内周辺部近くにはガス導入口20が設けられている。
【００１２】
図３は、図２に示す磁気中性線放電型エッチング装置の変形例を示す。この例では、円盤状またはドーナツ状永久磁石13とドーナツ形板状永久磁石14との間に設けられる並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル15は、横に配置されており、その他の構成は図２の場合と実質的に同じである。
【００１３】
図３に示される構造の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源16(13.56MHz)の電力を2.OkW、基板バイアス高周波電源19(8OOkHz)を１kW、圧力を３mTorr、アルゴンを80sccm、C4Ｆ8を20sccmとしたとき、シリコン酸化膜のエッチング速度が 約7OOnm/minであり、垂直のエッチング形状が得られた。
従来の装置構成における同条件下でのエッチングでは、パターン幅によって多少の相違はあるものの、O.5μm深さでエッチストップが起こっていた。
【００１４】
壁面に付着する物質には、ＣＦ、ＣＦ2、ＣＦ3、Ｃ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ4、Ｃ2Ｆ5、  Ｃ3Ｆ5、Ｃ3Ｆ6、等の化合物やさらに分解の進んだＣ2ＦX、Ｃ3ＦX、Ｃ4ＦX    （ｘ＝１〜２)等の化合物がある。これらの化合物は壁面に付着して重合膜を形 成する。
アンテナすなわち並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル15の表面電位が高いとイオン衝撃が起こり、これらの化合物及び壁面材質がスパッタされて、微細加工に望ましくない物質として気相中に析出する。しかし、イオン衝撃が抑えられると、望ましくない物質の析出が低減されるばかりでなく、十分に抑えられなくとも低電位でスパッタされて再びＣＦ、ＣＦ2、ＣＦ3等の有用なラジカルとなつて気相中に飛び出し、逆に望ましいエッチャントとなると考えられる。
このように誘導磁場成分を有効に形成することにより、従来の装置構成ではエッチストップが起こっていた条件でもエッチストップなしにサブミクロンのホールパターンをエッチングできるようになった。
【００１５】
実施例では磁気中性線放電型のエッチング装置に適用した場合について例示してきたが、図１に示す誘導結合放電型エッチング装置でも、実験条件は異なるが、同様な効果が得られている。また、誘導結合放電ＣＶＤ装置や磁気中性線放電プラズマＣＶＤ装置を用いたときでも同様な効果が期待できる。
【００１６】
図４には、従来の一重アンテナ及び本発明の一例とする並列二重アンテナに、同等の入力高周波電力を印加した場合、Ｚ方向におけるＺ＝O.5の径方向のぺク トルボテンシャル分布を示す。このぺクトルボテンシャルはアンテナにより励起される誘導電場と比例するものであって、グラフには各々の分布のピーク値と対応する誘導電場の値が示されている。本発明における並列二重アンテナによって励起される誘導電場は従来のものに比べ、非常に効率よく、プラズマの生成効率が向上していることがわかる。
また発明が解決しようとする課題の項で述べたように並列多重アンテナに同等の入力高周波電力を印加した場合、アンテナに流れる電流は総じて従来の一重乃至は多重直列アンテナに比べて、高周波導入部とアース間の電位差が数分のーに低減することができる。従って、本発明はプロセスにおいて望ましくない静電電場を有効に抑制することができる。
なお図４においてＲ＝１がアンテナの位置である。アンテナ近傍における誘導電場は一重巻きでも並列二重巻きでも差違は少ないが、アンテナ位置より遠くなると差違が発生する。並列二重巻きの場合、より遠方まで誘導電場成分が形成されている。このことは、表面電位を低くして、有効に誘導結合成分を大きくすることができることを意味する。
この結果、従来の一重巻きアンテナの時に比べて、アンテナの内側の真空チャンバーの誘電体内壁面のスパッタが抑制される上に、プラズマ密度を低下させずに有効にプラズマを形成、維持できる。従って、静電結合成分を少なくしているので、アンテナ径を大きくできる上に、インピーダンスが減少した分、高い周波数の電力を供給することもできる。また、アンテナの表面電位が減少するので、微細加工に望ましくないＳｉＯ化合物や表面で重合した物質のプラズマ中へのスパッタによる析出を低く抑えることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による反応性イオンエッチング装置においては、プラズマ発生用アンテナを並列多重巻きにして高周波電力を印加して有効な誘導電場を形成できるようにしているので、適当な電力領域でエッチングすることによりエッチストップなしにサブミクロンホールのパターンエッチングができるようになる。従って、本発明は半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオンエッチングプロセスに大きな貢献をするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す概略線図。
【図２】  本発明の別の実施例を示す概略線図。
【図３】  図２に示す装置の変形例を示す概略線図。
【図４】  従来の一重巻きのアンテナ及び本発明の並列二重巻きアンテナにおけるベクトルポテンシャルの径方向の分布を示すグラフ。
【図５】  従来の磁気中性線放電型エッチング装置を示す概略線図。
【符号の説明】
１：円筒形の真空チャンバー
２：平板型誘電体隔壁
３：並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル
４：プラズマ発生用高周波電源
５：基板電極５
６：絶縁体部材
７：高周波電源
８：ガス導入口
11：円筒形の真空チャンバー
12：平板型誘電体隔壁
13：円盤状またはドーナツ状永久磁石
14：ドーナツ形板状永久磁石
15：並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル
16：プラズマ発生用高周波電源
17：基板電極
18：絶縁体部材
19：高周波電源
20：ガス導入口
【図１】
0003940465.tif 000002
【図２】
0003940465.tif 000003
【図３】
0003940465.tif 000004
【図４】
0003940465.tif 000005
【図５】
0003940465.tif 000006