(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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分の外側に、この真空チャンバー部分内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを配置し、円筒状の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、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分と磁場コイルとの間に高周波コイルを配置し、高周波コイルが、環状磁気中性線を含む面と平行な複数の並列のループを備えることを特徴とした反応性イオンエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【従来の技術】
【０００２】
従来技術において用いられてきた誘導結合放電エッチング装置は、図５に示すように、真空チャンバーＡ内に放電プラズマを発生するための１重のコイルからなるアンテナＢを真空チャンバーＡの側壁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６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Ｆ、Ｇ、Ｈによって真空チャンバーＡ内部に磁気中性線Ｉが形成され、この磁気中性線Ｉに沿って、中間の磁場コイルＧの内側に配置された１重のアンテナＢにアンテナ用高周波電源Ｃ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Ｄにはバイアス用高周波電源Ｅから高周波電力が印加される。
【０００４】
このような構成した図６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Ａ１の外側と中間の磁場コイルＧとの間に配置された１重のアンテナＢ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Ｄにはバイアス用高周波電源Ｅ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によって浮遊状態になっている基板電極Ｄ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。
【０００５】
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Ｉ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Ｈに沿って形成される誘導電場を有効利用するものである。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】
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。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
この時、プラズマはアンテナから放射される方位角方向の誘導電場とアンテナ自身の電位によって形成される電場によって励起、維持される。前者の放電成分をＨ成分、後者の放電成分をＥ成分とも言う。Ｅ放電は、いわゆる、静電結合による放電成分である。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、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。これまで、パイプ径８〜10mm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ィプを用いたときと殆ど変わらない。
【０００９】
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。真空チャンバーの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。
また、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、誘電体で構成される真空チャンバー部分の径も大きくなり、それに伴ってアンテナ径も大きくなる。その結果、アンテナのインピーダンスが高くなって回路上のマッチングが取れなくなることやマッチングが取れてもアンテナ電位が望ましくないほど高くなって、同様に、誘電体内壁面がイオンスパッタされるようになる。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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するように構成される。
【００１２】
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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分の外側に、この真空チャンバー部分内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを配置し、円筒状の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、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分と磁場コイルとの間に高周波コイルを配置し、高周波コイルが、環状磁気中性線を含む面と平行な複数の並列のループを備えることを特徴としている。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施形態について説明する。
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し、磁気中性線放電型として構成されている。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は円筒形の側壁２を備え、この側壁２の外側には、真空チャンバ−１内にプラズマを発生させる二重巻きアンテナ３が配置され、この二重巻きアンテナ３はプラズマ発生用高周波電源４に接続され、真空チャンバー１の上部のプラズマ発生部１ａ内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５は側壁２の上部フランジに密封固着され、またこの天板５の周囲部には真空チャンバ−１内へエッチングガスを導入するガス導入口６が設けられ、このガス導入口６は図示してない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。
また真空チャンバ−１のプラズマ発生部１ａの下部の基板電極部１ｂ内には基板電極７が絶縁体部材８を介して設けられ、この基板電極７はRFバイアスを印加する高周波電源９に接続されている。
【００１４】
真空チャンバー１の上部のプラズマ発生部１ａの円筒形の側壁２は誘電体で構成され、この側壁２の外側でしかも二重巻きアンテナ３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１０、１１、１２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１３を形成する。
プラズマ発生用の二重巻きアンテナ３は、三つの磁場コイル１０〜１２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１３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。
【００１５】
このように構成した図１に示す装置において、プラズマ発生用高周波電源４（13.56MHz）の電力を2.OkW、基板バイアス高周波電源９（800kHz）の電力を500Ｗ、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、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３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、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って気相中に飛び出し、逆に望ましいエッチャントとなる。
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。
【００１６】
図示実施形態ではエッチング装置に適用した例を述べたが、同様な効果はプラズマＣＶＤ装置を用いたときでも期待できることは言うまでもない。
また、図示実施例では並列２重巻きのアンテナが用いられているが、巻き数を多くすればそれだけインピーダンスが減少し、アンテナ表面に発生する電位をより低く抑えることができ、真空チャンバー中心方向の誘導電場をより有効に発生させることができる。
【００１７】
図２〜図４には従来の１重巻きアンテナ面内における径方向誘導電場と本発明における並列２重巻きアンテナの中間位置の面内における径方向誘導電場とを示し、径方向位置１がアンテナの位置である。図３では本発明における並列２重巻きアンテナはＺ＝０の位置にあり、一方従来例の１重巻きアンテナ位置はアンテナと同一平面である。アンテナ近傍における誘導電場は１重巻きでも並列２重巻きでも大きな差違はないが、アンテナ位置より遠くなると差違が発生する。並列２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、プラズマ発生用のアンテナの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１重巻きアンテナの時に比べて、アンテナの内側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、プラズマ発生用の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。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明してきたように、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するように構成しているので、Ｏ．３μｍは売価の微細加工において、並列多重巻きアンテナに高周波電力を印加して、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ブ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】
【００１９】
【図１】  本発明の一実施形態を示す概略線図。
【図２】  本発明によるエッチング装置におけるベクトルポテンシャルの計算位置を示す図。
【図３】  ベクトルポテンシャルの径方向の分布を示すグラフ。
【図４】  Ｒ＝0.8におけるＺ方向の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】  従来の誘導結合放電型エッチング装置を示す概略線図。
【図６】  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：真空チャンバー
２：円筒形の側壁
３：二重巻高周波アンテナ
４：プラズマ発生用高周波電源
５：天板
６：ガス導入口
７：基板電極
８：絶縁体部材
９：高周波電源
１０〜１２：磁場コイル
１３：磁気中性線
【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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