(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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高周波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装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共に導入気体をプラズマ分解し、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反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを真空チャンバーにおける円筒状側壁の外側に配置し、真空チャンバーの下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、真空チャンバーにおける円筒状側壁を誘電体で構成し、複数の磁場コイルと円筒状側壁との間にプラズマを発生するための高周波アンテナコイルを配置し、高周波アンテナコイルの高周波電力導入部及び接地部にコンデンサーを設けて高周波電力を導入するように構成し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】
添付図面の図４には従来技術による誘導結合放電エッチング装置を示し、真空チャンバーＡ内に放電プラズマを発生するためのコイルからなるアンテナＢを真空チャンバーＡの誘電体側壁A1の外側に設け、この高周波アンテナＢにプラズマ発生用高周波電源Ｃから高周波電力を印加し、ハロゲン系のガスを主体とするエッチングガスが流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、気体を真空チャンバーＡ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Ｄに高周波電源Ｅから高周波電場を印加して基板電極Ｄ上に載置された基板をエッチングするように構成されている。
【０００３】
また、図５には、本願発明者らが、先に特開平７−263192号において提案した磁気中性線放電エッチング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャンバーＡの上部の誘電体円筒壁A1の外側に載置された３つの磁場コイルＢ、Ｃ、Ｄによって真空チャンバーＡ内部に磁気中性線Ｅが形成され、この磁気中性線Ｅに沿って、中間の磁場コイルＣの内側に高周波アンテナコイルＦが配置され、この高周波アンテナコイルＦにはマッチングボックス内のコンデンサーを経由してアンテナ用高周波電源Ｇから高周波電力が印加され、アンテナコイルの他端は接地される。これによりリング状のプラズマが形成される。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、コングクタンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チャンバーＡの下部の基板電極Ｈにはバイアス用高周波電源Ｉから高周波電力が印加される。
【０００４】
また、図６には、本願発明者らが先に特願平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の上部天板に設けた誘電体Ｂ上に載置された２つのドーナツ状永久磁石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の間に高周波アンテナＥを配置し、ガスを導入してこの高周波アンテナＥ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。この場合には、円筒真空チャンバーＡの隔壁は金属で構成される。
また図５及び図６に示す構成において磁気中性線を形成するための磁場コイル及び永久磁石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。
【０００５】
図５に示されている磁気中性線放電エッチング装置について説明する。エッチングガスは上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒壁A1の外側に設置されたアンテナＦに高周波電力が印加されてプラズマが形成され、導入ガスが分解される。磁気中性線は磁場０のループであるのでそこにプラズマ中の電子が集まり、アンテナＦから放出される周方向の電場により電子が加速されて環状電子電流が誘起される。この環状電子電流は高周波電流の半周期毎にその向きが変る。下部の基板電極Ｈには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によって浮遊状態になっている基板電極Ｈ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。
磁気中性線放電では真空中にリング上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、リングに沿って形成される誘導電場を有効利用するものでる。この方法によって、容易に1011cm-3の荷電粒子密度を持つプラズマが形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来方式では300φより大きなアンテナに電力を導入すると、ア ンテナが長い上にインダクタンスが大きくなるため、アンテナに発生する電場に不均一性が発生する。電場の不均一性はプラズマの不均一性に繋がり、結果として、エッチングの不均一性を引き起こす。そのため、3OOφより大きな誘電体隔 壁を備えた誘導結合放電装置において高いエッチング均一性を得るのは大変難しい。
【０００７】
13.56MHzの高周波電力をアンテナに印加する場合には、3OOφより大きな誘電 体隔壁を備えた誘導結合放電装置では１重乃至は平行多重のアンテナが用いられる。シリアル多重のアンテナは、インピーダンスが大きくなるため用いられない。特に１重のアンテナが用いられたとき、インピーダンスが大きくなってアンテナへの電力導入出力部におけるプラズマ均一性ひいては基板エッチング均一性が問題となる。これまでの実験でアンテナの電力導入部付近においてエッチング速度が低くなることが判明している。
【０００８】
これを避けるため、特願平９−123905号において平行２重アンテナを使用することを提案した。平行２重アンテナを用いた場合、密度の向上及びプラズマ生成における不均一性が緩和され、±５％以下のエッチング均一性が容易に得られるようになった。
しかしながら、ウエハの大面積化、デバイスの高集積化が進むにつれて、加工装置に要求される精度も高度になり、±１％のエッチング均一性を達成する必要が生じてきた。これを達成するにはプラズマの均一性をさらに向上させる必要がある。
そこで本発明は、形成されるプラズマの均一性を良くし、エッチング均一性を高めることの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。
【０００９】
【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高周波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装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共に導入気体をプラズマ分解し、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反応性イオンエッチング装置において、高周波コイルの接地部にコンデンサーを配置し、高周波コイルへの電力導入出部に対して対称に配置して、高周波コイルにおける電力導入の時間平均値が導入部付近と接地部付近で同じになるように構成される。
このように構成することにより、形成されるプラズマの均一性は良くなり、エッチング均一性を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によれば、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを真空チャンバーにおける円筒状側壁の外側に配置し、真空チャンバーの下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、真空チャンバーにおける円筒状側壁を誘電体で構成し、複数の磁場コイルと円筒状側壁との間にプラズマを発生するための高周波アンテナコイルを配置し、高周波アンテナコイルの高周波電力導入部及び接地部にコンデンサーを設けて高周波電力を導入するように構成した反応性イオンエッチング装置が提供される。
【００１１】
マッチング回路を通して高周波アンテナコイルに電力を供給するとき、高周波アンテナコイルはコンデンサーを介して接続され、他端は直接接地されるのが一般的である。このように電力導入部だけにコンデンサーを設けて放電が行われる。これによって±５％前後のエッチング均一性は得られる。しかし、エッチング均一性を詳細に調べると、導入部付近あるいは接地部付近により濃いプラズマが形成されていることが解った。これは、アンテナコイル電位に不均一性があるためと思われる。この不均一性はアンテナコイルへの電力導入方式によるものと考えられる。このため、接地部側にもコンデンサーを導入することによって、エッチング均一性がさらに向上することが解った。これは、次のように理解することができる。
【００１２】
コンデンサーで挟まれたアンテナコイルは−Ｃ−Ｌ−Ｃ−の等価回路で置き換えることができる。接地側にコンデンサーを設けないときには−Ｃ−Ｌ−となって、導入部と接地部では対称にならない。従って、導入部及び接地部にコンデンサーを対称配置した場合、アンテナに順方向の高周波電流が流れた時、導入部付近に濃いプラズマが形成されるとすると、逆方向の高周波電流が流れた時には接地部付近に濃いプラズマが形成される。導入部側のみにコンデンサーを設けたときには、順方向の電流で導入部付近に濃いプラズマが形成されたとしても、逆方向の電流が流れた時に接地部側にコンデンサーがないため、接地部付近に濃いプラズマが形成されない。この結果として、導入部及び接地部の両方にコンデンサーを配置することによりアンテナコイルにより発生するプラズマの濃淡が解消し、時間平均的に均一なプラズマが形成されると理解されるのである。
この効果は、磁場を印加しないＩＣＰ（誘導結合プラズマ）でも同じであるが、磁気中性線に誘起環状電流が流れるＮＬＤプラズマに比べればその効果は小さい。この結果、従来の導入部側のみにコンデンサーを設けた時に比べて、プラズマ密度の時間平均としての均一性が向上し、従来±５〜７％前後のエッチング均一性が±２〜３％前後にまで向上した。
【００１３】
【実施例】
以下添付図面の図１を参照して本発明の実施例について説明する。
図１は本発明によるエッチング装置の一実施例を示している。図１において１は真空チャンバで、例えば石英から成る円筒状側壁２を備え、その外側には磁場発生手段を構成している三つのコイル３、４、５が実質的に同じ円周上に軸線に沿って設けられている。図示したように上下の二つの電磁コイル３、５には同じ向きの同一定電流を流し、中間のコイル４には逆向きの電流を流すようにされている。それにより、中間のコイル４のレベル付近に円筒状側壁２の内側に連続した磁場ゼロの位置ができ、円輪状の磁気中性線６が形成される。この円輪状の磁気中性線６の大きさは、上下の二つのコイル３、５に流す電流と中間のコイル４に流す電流との比を変えることにより適宜設定することができ、また円輪状の磁気中性線６の上下方向の位置はコイル３とコイル５とに流す電流の比によって決まる。例えば上方のコイル３に流す電流を下方のコイル５に流す電流より大きくすると、磁気中性線６のできる位置はコイル５側へ下がり、逆にすると、磁気中性線６のできる位置はコイル３側へ上がる。また中間のコイル４に流す電流を増していくと、磁気中性線６の円輪の径は小さくなると同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配も緩やかになってゆく。
【００１４】
中間のコイル４と円筒状側壁２との間には電場発生手段を成す高周波電場発生用アンテナ７が設けられ、ＲＦ導入部コンデンサー８を介してプラズマ発生用高周波電源９に接続される。またこのアンテナ７は接地部コンデンサー10を介して接地されている。
また真空チャンバ１内には絶縁体11を介して基板電極12が設けられ、この基板電極12はコンデンサー13を介してバイアス高周波電源14に接続されている。基板電極12上には、絶縁体から成る静電チャックにより処理すべき基板15が装着される。
真空チャンバ１の円筒状側壁２の上端には導電性材料から成る対向電極16が基板電極12に相対して設けられ、この対向電極16は図示したようにエッチング補助ガスを導入するためのシャワ板17を備え、このシャワ板17は対向電極16に設けた図示してないガス通路を介してエッチング補助ガス源（図示してない）に連通している。そして対向電極16の内面、特にプラズマに晒される部分すなわちシャワ板17はエッチングに悪影響を与えないSiＯ2、Si、Ｃ、SiＣ等の物質で構成され るかあるいは覆われている。また真空チャンバ１は排気口1aから図示してない真空排気系により真空排気される。さらに真空チャンバ１には図示してないがエッチング主ガスを導入するためのガス導入部が設けられている。
【００１５】
このように構成した図示装置の作用及び動作について説明する。
図１の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源９の電力を1.5KW、基板バイア ス高周波電源14(２MHz)の電力を600Ｗ、補助ガスとしてアルゴンを90sccm      (85%)、エッチング主ガスとしてＣ4Ｆ8を10sccm(15%)を導入し、３ｍTorrの圧力下でエッチングしたところ、3600オングストローム／分のエッチング速度が得られ、±2.8％と非常に高均一なエッチング分布になつていることが判った。図２ の（ａ）にその時の結果を示す。比較のためアンテナの導入部のみにコンデンサーがある時には、（ｂ）に示すように得られたエッチング速度は3500オングストローム／分速で、エッチング分布は±6.6％であった。本発明の場合の方が僅か ながらエッチ速度が増加したのは、アンテナの接地部にもコンデンサーを導入したので、逆位相の時でも電力が効率よく印加されることによるためと思われる 。
【００１６】
図３にはＩＣＰにおける実験結果を示す。（ａ）は従来の電力印加方式を用いたときのエッチング均一性であり、（ｂ）は接地部側にもコンデンサーを接続して得たエッチング均一性である。ＩＣＰの場合にはプラズマ中で環状電子電流が流れないので効果は殆どない。
【００１７】
図示実施例では、円筒型ＮＬＤエッチング装置に適用した例について説明してきたが、同様な効果は平板型ＮＬＤエッチング装置に適用しても効果があることは言うまでもない。また、磁気中性線放電プラズマＣＶＤ装置に適用した時でも期待できることは明白である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高周波コイルの接地部にコンデンサーを配置し、高周波コイルへの電力導入出部に対して対称に配置して、高周波コイルにおける電力導入の時間平均値が導入部付近と接地部付近で同じになるように構成しているので、高周波電力を均−に印加することができ、より高い均一性のプラズマを形成することができ、大面積基板を用いた微細加工において、高均一な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】  本発明によるエッチング装置の一実施例の概略断面図。
【図２】  エッチング速度とエッチング分布の計算例を示すグラフを示し、  （ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来方式の場合である。
【図３】  誘導結合プラズマ方式におけるエッチング速度とエッチング分布の計算例を示すグラフを示し、（ａ）は従来方式の場合、（ｂ）は本発明と同様に接地側にもコンデンサーを設けた場合である。
【図４】  従来の誘導結合放電エッチング装置の概略断面図。
【図５】  従来の磁気中性線放電エッチング装置の概略断面図。
【図６】  従来の平板型磁気中性線放電を利用したエッチング装置の概略断面図。
【符号の説明】
１：真空チャンバ
２：円筒状側壁
３、４、５：磁場発生手段を成すコイル
６：円輪状の磁気中性線に作られるプラズマ環
７：電場発生手段を成す高周波電場発生用アンテナ
８：導入部コンデンサー
９：プラズマ発生用高周波電源
10：接地部コンデンサー
11：絶縁体
12：基板電極
14：バイアス高周波電源
15：処理すべき基板
16：対向電極
17：エッチング補助ガスを導入するためのシャワ板
【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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