(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揚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１重を含む多重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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を誘電体の外部に配置した複数の磁場コイルで構成し、真空チャンバー内に形成される環状磁気中性線と同一面内であって真空チャンバーの誘電体壁と磁場コイルとの間にプラズマを発生するための高周波コイルを配置し、誘電体で構成した真空チャンバー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、基板電極と相対する誘電体で構成した真空チャンバーの上部に、基板のエッチング中に高周波バイアスを印加できるようにした別の電極を設け、前記別の電極が、誘電体で構成した真空チャンバー部分の上部の内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いた天板から成り、基板のエッチング中に前記別の電極への高周波バイアスの印加により前記プラズマで前記天板がスパッタされ、SiFxもしくはCFｘラジカルを生成するように構成したことを特徴とした反応性イオンエッチング装置。
【請求項２】
プラズマを発生させて基板をエッチングするエッチング方法であって、
真空チャンバー内に連続して存在する磁揚ゼロの位置である環状磁気中性線を形成し、前記真空チャンバー内にハロゲン系のガスを主体とする気体導入し、前記磁気中性線に沿って交番電揚を加えて前記磁気中性線に放電プラズマを発生させるステップと、
前記基板が設置され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ステップと、
前記基板をエッチングしながら、前記基板電極と対向する前記真空チャンバーの天板に、高周波バイアスを印加するステップと、
を含み、
前記天板内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いる
ことを特徴とする反応性イオンエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは、先に特開平７−263192号において磁気中性線放電エッチング装置を提案した。この先に提案した装置は図２で示されるように、真空チャンバーＡの上部の誘電体円筒壁Ｂの外側に載置された３つの磁場コイルＣ、Ｄ、Ｅによって真空チャンバーＡ内部に磁気中性線Ｆが形成され、この磁気中性線Ｆに沿って、中間の磁場コイルＤの内側に配置された１重のアンテナＧにアンテナ用高周波電源Ｈから高周波電場を印加することによりリング状のプラズマが形成されるように構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板Ｉ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Ｊにはバイアス用高周波電源Ｋから高周波電力が印加される。
【０００３】
このような構成の図２に示される磁気中性線放電エッチング装置について説明する。
エッチングガスは真空チャンバーＡの上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒壁Ｂの外側と中間の磁場コイルＤとの間に配置された１重のアンテナＧ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。真空チャンバーＡの下部の基板電極Ｊにはバイアス用高周波電源Ｋ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Ｌによって浮遊状態になっている基板電極Ｊ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。
【０００４】
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Ｆの部分に密度の高いプラズマを形成するため、リング状磁気中性線Ｆ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。
【０００５】
しかしながら、ハロゲン系のガスを用いて微細な構造をもつレジストパターンのエッチングに適用すると、微細な孔のエッチングが十分にできないと言う不都合のあることがわかった。
【０００６】
【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。
0.3μm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、0.3μm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。
従来用いられてきた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。重合しやすい物質が基板電極に達すると保護物質として働くが、放電室壁面に達すると壁面に付着してダストの原因になる。
そのため、大きな放電室を持つＩＣＰやＮＬＤにおいては真空チャンバーの壁面を〜200℃に加熱して、付着をできるだけ少なくする対策が採られている。し かし、真空チャンバーの壁面を加熱しても付着性物質を完全に無くすことはできない。
また、エッチストップが発生するメカニズムのーつに微細孔内のチャージアップが考えられる。基板バイアスが負になっているので、孔内にイオンとラジカルが飛来しイオンアシストによってエッチングが進行する。孔が微細になると、シース電界によって電子流入が不十分になり孔内の電荷補正ができなくなって正にチャージアップする。この結果、正のイオンの流入が阻止され、エッチングが十分に進行しなくなると考えられるのである。
【０００７】
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磁気中性線放電を利用した反応性イオンエッチング装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【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、本発明による磁気中性線放電を利用した反応性イオンエッチング装置においては、真空チャンバーの上部の天板を浮遊電極にして高周波電力を印加するように構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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揚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１重を含む多重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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を誘電体の外部に配置した複数の磁場コイルで構成し、真空チャンバー内に形成される環状磁気中性線と同一面内であって真空チャンバーの誘電体壁と磁場コイルとの間にプラズマを発生するための高周波コイルを配置し、誘電体で構成した真空チャンバー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、基板電極と相対する誘電体で構成した真空チャンバーの上部に、基板のエッチング中に高周波バイアスを印加できるようにした別の電極を設け、前記別の電極が、誘電体で構成した真空チャンバー部分の上部の内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いた天板から成り、基板のエッチング中に前記別の電極への高周波バイアスの印加により前記プラズマで前記天板がスパッタされ、SiFxもしくはCFｘラジカルを生成するように構成したことを特徴としている。
また、本発明によるプラズマを発生させて基板をエッチングする反応性イオンエッチング方法は、
真空チャンバー内に連続して存在する磁揚ゼロの位置である環状磁気中性線を形成し、真空チャンバー内にハロゲン系のガスを主体とする気体導入し、磁気中性線に沿って交番電揚を加えて磁気中性線に放電プラズマを発生させるステップと、
基板が設置され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ステップと、
基板をエッチングしながら、基板電極と対向する真空チャンバーの天板に、高周波バイアスを印加するステップと、
を含み、
天板内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いる
ことを特徴としている。
【００１０】
真空チャンバー部分の上部天板を浮遊電極にして高周波電力を印加し、上部天板に負のバイアスが発生するようにしたので、上部天板は常に正イオンによつて衝撃されるようになる。この結果、従来の接地電位になつていた天板の時に比べて、天板への膜付着が抑えられ天板からのダスト発生が抑制される。
さらに、ダスト発生を抑制できるだけでなく、天板内面に付着し重合した膜をスパッタすることにより、エッチャントを生成する副次的な効果も期待できる。
【００１１】
天板内壁材料として硅素材や炭素材もしくはそれらの化合物や混合物を用いたときには、フッ素ラジカルの吸着及びＳｉＦｘ．ＣＦｘラジカルの生成源としての効果も期待できる。フッ素ラジカルはシリコンとの反応性が強いため、酸化膜をエッチング対象としたＳｉ０2／Ｓｉのプロセスの場合、フッ素ラジカルが多 いと下地Ｓｉ膜に対する選択性が悪くなるが、上部天板内壁材として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物や混合物を用いると、スパッタされた面にフッ素ラジカルが付着し、下地Ｓｉ膜に対する選択性を向上させると言う効果も期待できる。
【００１２】
また、上部天板に高周波電力を印加すると、上部天板面からの二次電子及びシース加熱によって加速された電子が基板面に飛来し微細孔内に発生した正のチャージアップを補正する効果も期待できる。
シリコン酸化膜付きウエハを用いてO.3μm径の微細孔のエッチングを行ったところ、従来の接地電位天板を用いたときに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は発生しなかった。エッチャントの発生と上部天板面からの二次電子及びシース加熱によって加速された電子が基板面に飛来し微細孔内に発生した正のチャージアップを補正したためと思われる。
【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には本発明の反応性イオンエッチング装置の一実施例を示す。図示エッチング装置において、１は真空チャンバーで、上部のプラズマ発生部1aと基板電極部1bとを備え、基板電極部には排気口1cが設けられている。プラズマ発生部1aは円筒形の誘電体側壁２を備え、誘電体側壁２の外側には、真空チャンバ−１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三つの磁場コイル    ３、４、５が設けられ、真空チャンバー１の上部のプラズマ発生部1a内に磁気中性線６を形成する。
中間の磁場コイル４と誘電体側壁２の外側との間には１重を含む多重のプラズマ発生用の高周波コイル７が配置され、この高周波コイル７は高周波電源８に接続され、三つの磁場コイル３、４、５によって真空チャンバー１の上部のプラズマ発生部1a内に形成された磁気中性線６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。
真空チャンバー１の上部のプラズマ発生部1aの天板９は絶縁体10を介して誘電体側壁２の上部フランジに密封固着され、またこの天板９は内壁材料として炭素材を用いて構成され、そして高周波バイアス電源11に接続され、弱い高周波バイアスが印加されるようにし、従って天板９は浮遊電極として機能する。
また真空チャンバ−１のプラズマ発生部1a内の形成される磁気中性線の作る面と平行して下部の基板電極部1b内には基板電極12が絶縁体部材13を介して設けられ、この基板電極12はRFバイアスを印加する高周波電源14に接続されている。
さらに、真空チャンバ−１の上部のプラズマ発生部1aには、真空チャンバ−  １内へエッチングガスを導入するガス導入口15が設けられ、このガス導入口15は、図示してないがガス供給通路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続される。
【００１４】
このように構成した図示装置による実験において、プラズマ発生用高周波電源８（13.56MHz）の電力を2.OkW、基板バイアス高周波電源14（800kHz）の電力を 500W、天板９に印加する高周波電源11（12.5MHz）の電力を200W、Ａｒ90sccm   (90％）、Ｃ4Ｆ810sccm（10％）を導入し、３mTorrの圧力下でエッチングしたところ、エッチストップなしにシリコン酸化膜に0.3μm径のほぼ垂直形状のエッチングが可能であった。
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、約0.5μm深さでエッチストップが起こっていた。
壁面に付着する物質にはＣＦ、ＣＦ2、ＣＦ3、Ｃ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ4、Ｃ2Ｆ5、Ｃ3 Ｆ5、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 。イオン衝撃がない場合、これらの化合物によって形成された重合膜は厚膜となり、やがて剥離しダストとなる。しかし、イオン衝撃がある場合、重合膜の形成は殆ど起こらないか、起こったとしてもスパッタされて再びＣＦ、ＣＦ2、ＣＦ3等のラジカルとなって気相中に飛び出し、エッチャントとなる。
このエッチャント生成と天板における電子加速の効果により、従来の装置構成でエッチストップが起こっていた条件下でも、エッチストップなしにサプミクロンのホールパターンがエッチングできたものと考えられる。この両者のどちらが主たる効果をもたらしているかは、両効果を分離できないので、定かではない。
【００１５】
上記の例では、天板９に印加する高周波電力として200Wを用いたが、この電力はプラズマ発生用高周波電力及び基板バイアス高周波電力の値によって適宜選択されなければならない。また、12.5MHzの周波数が用いられているが、基板電極 12の周波数よりも高い周波数であれば２MHzでも27.12MHzでも同様な効果は期待 できる。
また図示実施例では、天板９の内壁材料として炭素材を用いているが、代わりに硅素材またはそれの化合物か複合物或いは硅素材と炭素材との化合物か複合物を用いて構成することもできる。
【００１６】
ところで図示実施例では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ＮＬＤプラズマＣＶＤ装置に適用しても期待できることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるエッチング装置においては、真空チャンバーの上部の天板を浮遊電極にして高周波電力を印加するように構成されしているので、Ｏ．３μｍ幅以下の微細加工において、放電室上部の天板に高周波電力を導入して、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プミクロンホールのパターンエッチングができる。従って、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】  従来の磁気中性線エッチング装置を示す概略線図。
【符号の説明】
１：真空チャンバー
２：円筒形の誘電体側壁
３：磁場コイル
４：磁場コイル
５：磁場コイル
７：高周波コイル
８：プラズマ発生用高周波電源
９：天板
10：絶縁体
11：高周波バイアス電源
12：基板電極
13：絶縁体部材
14：高周波電源
15：ガス導入口
【図１】
0003940464.tif 000002
【図２】
0003940464.tif 000003