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JP3582287B2 - エッチング装置 - Google Patents

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JP3582287B2 JP07306397A JP7306397A JP3582287B2 JP 3582287 B2 JP3582287 B2 JP 3582287B2 JP 07306397 A JP07306397 A JP 07306397A JP 7306397 A JP7306397 A JP 7306397A JP 3582287 B2 JP3582287 B2 JP 3582287B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電界によるプラズマを用いたエッチング装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ用材料の微細加工工程にはにはプラズマエッチング技術がよく用いられる。プラズマ放電の方式としては平行平板に高周波電力を印加する方式が簡便であるが、さらに高真空で高密度のプラズマを形成する技術としてに前記平行平板間に磁場を印加する方式が近年注目されている。例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、第３４巻（１９９５年）６２７４頁〜６２７８頁に記載されているように、永久磁石を用いてウェハに対して平行な磁場を均一性±５％のレベルで形成しており、磁場強度の増大に伴うエッチング速度の増大が確認されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例では、永久磁石を用いてウェハに対して平行な磁場を形成しているが、一般に磁気特性を制御して永久磁石は生産することは困難であり、量産用エッチング装置に採用する場合、各装置毎のエッチング特性のばらつきを引き起こす要因となる。さらに、上述した従来例ではエッチング室のウェハ周辺を取り囲むように永久磁石を配置しているため、隣接したバッファ室を経由してのウェハの搬送が困難であり、搬送系統が繁雑になり、エッチング装置の製造コストも高くなるという課題があった。
【０００４】
本発明の目的は、エッチング性能が均一で構造が簡便なエッチング装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、内側が排気される真空処理室と、前記真空処理室に隣接して配置されその内部に配置された試料がこの真空処理室内に投入されるロック室と、前記真空処理室の内側に配置され第１の電源に接続された平板状の電極と、この電極の下方の前記真空処理室内でこの電極と対向して配置され第２の電源に接続されてその上に前記試料が搭載されるステージと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記真空処理室内に形成したプラズマを用いて前記試料をエッチングするエッチング装置であって、前記磁場形成手段が、前記真空処理室の上方に配置され、電力が供給され前記ステージを挟んで対向して配置された一対のコイルと、このコイルの各々を貫通する部分及びこの貫通する部分から下方に垂下する部分とを有するコアとを備えたエッチング装置により達成される。
【０００６】
また、内側が排気される真空処理室と、前記真空処理室に隣接して配置されその内部に配置された試料がこの真空処理室内に投入されるロック室と、前記真空処理室の内側に配置され第１の電源に接続された平板状の電極と、この電極の下方の前記真空処理室内でこの電極と対向して配置され第２の電源に接続されてその上に前記試料が搭載されるステージと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記真空処理室内に形成したプラズマを用いて前記試料をエッチングするエッチング装置であって、前記磁場形成手段が、前記真空処理室の上方に配置され、電力が供給され前記ステージを挟んで対向して配置されたコイルの複数の対と、これらコイルの各々を貫通する部分及びこの貫通する部分から下方に垂下する部分とを有するコアとを備えたエッチング装置により達成される。さらには、前記磁場形成手段の各々のコイルに時間変調した電力を供給して前記真空処理室内に形成される磁場を回転させるエッチング装置により達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施例１
本発明の一実施例を図１に示すエッチング装置概略図、及び図２に示すコイル形状図、並びに図３に示すヨーク形状図を用いて説明する。
【０００８】
本発明によるエッチング装置は、バッファ室１００を介して真空処理室１０１にウェハを投入する所謂ロードロック式の装置であり、前記真空処理室１０１にはウェハを搭載するステージ電極１０２が具備され、バイアス印加用の第１の高周波電源１０３が接続されている。該ステージ電極１０２と対向して上部電極１０４が具備され、プラズマ形成用の第２の高周波電源１０５が接続されている。前記した第１の高周波電源１０３及び第２の高周波電源１０５からの電力を効率良く投入するためにマッチングボックス等を用いて入反射電力の制御を行うことは言うまでもない。
【０００９】
上記ステージ電極１０２及び上部電極１０４の間隙に水平方向成分が支配的な磁場を形成するためのユニットは、真空処理室１０１上に設置された第１のコイル１０６、該コイル１０６と対向した第２のコイル１０７及び両コイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８からなっている。エッチングガスの供給は流量コントローラ１０９を介して所望の材料ガスボンベ１１０より供給される。
【００１０】
上述した第１のコイル１０６、該コイル１０６と対向した第２のコイル１０７の形状は図２（ａ）の鳥瞰図で示すように矩型コイル２００が対向しており、図２（ｂ）の上面図に示すように両コイルはステージ電極２０１を挟んで平行に対向している。各コイルの形状を対向方向から見た形状は図２（ｃ）に示すように矩型の枠に巻つけた形状をしている。各コイルを流れる電流の向きは矩型の上辺部において同一方向に流れるように設定すれば、磁場の向きは一方から他方に向かう磁場が形成できる。
【００１１】
また、第１のコイル１０６、該コイル１０６と対向した第２のコイル１０７内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８の貫通、垂下部のコア形状は図３（ａ）の鳥瞰図及び図３（ｂ）コイルの対向方向から見た形状図に示すように貫通部３００及び垂下部３０１の何れも断面が矩型である。また、垂下型コア付シールド１０８の材質は、比透磁率が１００〜１００００の範囲にある磁性体が有効であり、なかでも鉄を主材料としたものが簡便である。
【００１２】
本発明によれば、上記ステージ電極１０２及び上部電極１０４の間隙において水平方向成分が支配的な磁場が形成できる。また、磁場の均一性も各々のコイルに近づくにつれ磁場強度は大きくなる傾向はあるが、上記ステージ電極１０２上領域に限れば±１０％程度の均一性に抑えることができる。その結果、磁場を印加することにより、エッチング速度の均一な増大を図ることができる。
【００１３】
本一実施例では、ステージ電極１０２及び上部電極１０４は、第１のコイル１０６と第２のコイルの対向スペースより下方の真空処理室１０１内に設置されているが、前記コイルの設置方法の工夫或いはステージ電極１０２及び上部電極１０４に上下可動機構を付加することにより元来水平方向成分が支配的なコイルの対向スペース内の磁場を有効に利用するとともにバッファ室１００を介したウェハの搬送を行うことも可能である。しかし、この場合の装置構造は複雑になりコスト高となる。
【００１４】
また、プラズマ形成用の第２の高周波電源１０５の周波数とステージ電極１０２及び上部電極１０４の間隙における磁場強度を電子サイクロトン共鳴を満たす条件に設定し、然る圧力範囲で放電することにより一層の高密度プラズマを形成できる。その例として、第２の高周波電源１０５の周波数が商用周波数である６８ＭＨｚを代表とする５０〜１００ＭＨｚの範囲であり、磁場強度がそれらの周波数に対応して２４ガウス或いは１０〜５０ガウスの範囲に設定すれば良い。
【００１５】
上述した高周波電界と磁場の相互作用を起こす領域は、ステージ電極１０２と上部電極１０４の間隙において、電子サイクロトン共鳴を活かす場合は上部電極１０４近傍になり、マグネトロン放電を活かす場合にはステージ電極１０２の近傍になる。
【００１６】
上述した一実施例では第１のコイル１０６、該コイル１０６と対向した第２のコイル１０７の形状は図２に示したような矩型型のコイルを用いているが、図４に示すように湾曲型コイル４００の凹部を対向させてステージ電極４０１を挟むようにしても同様の効果が得られる。その場合、上記垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８は前記湾曲部を有する鞍型コイルに適合した形状となる。該湾曲部を有する鞍型コイルを用いることにより、コイルの占めるスペースを小さくできるメリットがある。
【００１７】
上述した一実施例で用いたコイル形状は図２（ｃ）及び図４（ｃ）に示すように、コイル巻形状の高さは一定であり、コイル対向スペースにおいて均一な磁場を形成するのに好適である。しかし、磁場条件及びエッチング条件によっては、均一な磁場が必ずしも良好なエッチング特性をもたらさない。該要因として、電場と磁場の相互作用によるドリフト効果によりプラズマ中の電子の偏在化が上げられる。この影響を回避する為の手段として、磁場強度をドリフトの方向に対して変えることによりプラズマの均一化を図る方法がある。
【００１８】
コイルを用いて磁場強度分布を変える手段として、図５のコイル形状図に示す巻形状のように高さを横方向に対して変えることが挙げられる。
【００１９】
また、図６の垂下型コア形状図に示すようにコイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド１０８の貫通部６００の高さを変化させることにより磁場強度分布を変えるが可能となる。磁場強度分布に変化を与える他の方法として、図７のコイル配置図に示すように対向する第１のコイル７００と第２のコイル７０１のコイル面が１０〜６０°の範囲で角度θをなしてステージ電極７０２位置を挟むように設置することにより磁場強度分布を変えるも可能である。
【００２０】
実施例２
本発明の他の実施例を図８に示すエッチング装置概略図、図２に示すコイル形状図、及び図９に示すヨーク形状図を用いて説明する。
【００２１】
本発明によるエッチング装置は、バッファ室８００を介して真空処理室８０１にウェハを投入する所謂ロードロック式の装置であり、前記真空処理室８０１にはウェハを搭載するステージ電極８０２が具備され、バイアス印加用の第１の高周波電源８０３が接続されている。該ステージ電極８０２と対向して上部電極８０４が具備され、プラズマ形成用の第２の高周波電源８０５が接続されている。
【００２２】
前記した第１の高周波電源８０３及び第２の高周波電源８０５からの電力を効率良く投入するためにマッチングボックス等を用いて入反射電力の制御を行うことは言うまでもない。
【００２３】
上記ステージ電極８０２と上部電極８０４の間隙に水平方向成分が支配的な磁場を形成するためのユニットは、真空処理室８０１上に設置された第１のコイル８０６、該コイルと対向した第２のコイル８０７及び両コイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド８０８からなっている。該垂下型コアの先端は真空処理室８０１内にステージ電極８０２と上部電極８０４と横近傍に至るまで垂下している。
【００２４】
エッチングガスの供給は流量コントローラ８０９を介して所望の材料ガスボンベ８１０より供給される。上述した第１のコイル８０６、該コイルと対向した第２のコイル８０７の形状は図２（ａ）の鳥瞰図で示すように矩型のコイルが対向しており、図２（ｂ）の上面図に示すように両コイルはステージ電極８０２を挟んで平行に対向している。各コイルの形状を対向方向から見た形状は図２（ｃ）に示すように矩型の枠に巻つけた形状をしている。各コイルを流れる電流の向きは矩型の上辺部において同一方向に流れるように設定すれば、磁場の向きは一方から他方に向かう磁場が形成できる。
【００２５】
また、第１のコイル８０６、該コイルと対向した第２のコイル内をコイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド８０８を挟んでバッファ室８００から真空処理室８０１にウェハを投入するためには、前記垂下部のバッファ室８００側のコアには図９（ａ）の鳥瞰図及び図９（ｂ）コイルの対向方向から見た形状図に示すように垂下部９０１にウェハをやり取りするスリット９０２が設けられている。
【００２６】
本一実施例によれば、垂下型コアの先端は真空処理室８０１内のステージ電極８０２と上部電極８０４の間隙の横近傍に至るまで垂下しているので、前記電極間隙において垂直成分の殆ど無い水平磁場を形成できる。
【００２７】
また、磁場の均一性も各々のコイルに近づくにつれ磁場強度は大きくなる傾向はあるが、上記ステージ電極８０２上領域に限れば±５％程度の均一性に抑えることができる。その結果、磁場を印加することにより、エッチング速度の均一な増大を図ることができる。
【００２８】
また、プラズマ形成用の第２の高周波電源８０５の周波数とステージ電極８０２及び上部電極８０４の間隙における磁場強度を電子サイクロトン共鳴を満たす条件に設定し、然る圧力範囲で放電することにより一層の高密度プラズマを形成できる。その例として、第２の高周波電源８０５の周波数が商用周波数である６８ＭＨｚを代表とする５０〜１００ＭＨｚの範囲であり、磁場強度がそれらの周波数に対応して２４ガウス或いは１０〜５０ガウスの範囲に設定すれば良い。
【００２９】
上述した一実施例では第１のコイル８０６、該コイルと対向した第２のコイル８０７の形状は図２に示したような矩型型のコイルを用いているが、図４に示すように湾曲部を有する鞍型コイルの凹部を対向させて用いても同様の効果が得られる。その場合、上記垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールド８０８は前記湾曲部を有する鞍型コイルに適合した形状となる。該湾曲部を有する鞍型コイルを用いることにより、コイルの占めるスペースを小さくできるメリットがある。
【００３０】
実施例３
本発明の他の実施例を図１０及び図１１に示すコイル配置図を用いて説明する。エッチング装置の概略は上述した実施例１及び実施例２と同様であるが、コイル及びコイル内を貫通し、垂下した構造を有する磁性体を含む垂下型コア付シールドの個数及び配置が後述するように異なる。
【００３１】
本一実施例では図１０のコイル配置図に示したようにステージ電極Ａ０を囲むように６個のコイルＡ１〜Ａ６を配置している。各コイル及び前記垂下型コア部Ａ７の形状は上述した実施例１及び実施例２と基本的には同じである。各コイルを流れる電流の向きを第１の時間帯ではＡ１、Ａ２、Ａ３に対してＡ４、Ａ５、Ａ６が逆方向となるように設定し、第２の時間帯ではＡ２、Ａ３、Ａ４に対してＡ５、Ａ６、Ａ１が逆方向となるように設定し、該要領で各コイル電流を時間変調することによりステージ電極Ａ０上の磁場の向きを回転させることが可能である。磁場回転の周波数は５〜５０Ｈｚ程度が好適であるが、さらに高速回転にしても同様の効果はある。前記電流の時間変調は位相を変えた電流の供給或いはスイッチング素子を用いたデジタル制御等でも実現できる。
【００３２】
本一実施例では、ステージ電極Ａ０上の磁場の向きを回転させることが可能であるため、上述した実施例１及び実施例２の場合に比べ、磁場の均一性が向上すると共に、電場と磁場の相互作用によるドリフト効果によりプラズマ中の電子の偏在化が緩和される。
【００３３】
また、本実施例のように６個のコイルを設置すると、コイル設置間隔の影響により起磁力が僅かながら低下し、均一性も変わる。該影響を抑制する為には、図１１に示すように、コイルＢ１〜Ｂ６内を貫通、垂下した垂下型コア部Ｂ７の幅を拡げることが有効であり、隣接する垂下型コア部Ｂ７と接触する程度まで幅を拡げても構わない。
【００３４】
本一実施例では６個のコイルを用いて回転磁場を形成しているが、３個以上のコイルを用いて実現可能であり、コストの面から３〜９個程度のコイルを用いることが適当である。上記の実施例を用いると、真空処理室上に設置した対向コイルを用いて、真空処理室内の上部電極及びステージ電極近傍において、外電極に該電極に対して水平方向成分が支配的な磁場を均一性良く、形成できる。そのため、前記電極による電場と水平磁場の相互作用により電極間のプラズマ密度を高めることが可能であり、エッチング速度の向上を図ることが可能である。また、本発明では真空処理室内にコイル等を設置していないため、バッファ室を経由したステージ電極上への試料の搬送系が簡便となり、装置のコストが抑えられる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング性能が均一で構造が簡便なエッチング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のエッチング装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図３】本発明の一実施例の垂下型コア形状図である。
【図４】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図５】本発明の一実施例のコイル形状図である。
【図６】本発明の一実施例の垂下型コア形状図である。
【図７】本発明の一実施例のコイル配置図である。
【図８】本発明の他の実施例のエッチング装置概略図である。
【図９】本発明の他の実施例の垂下型コア形状図である。
【図１０】本発明の他の実施例のコイル配置図である。
【図１１】本発明の他の実施例のコイル配置図である。
【符号の説明】
１００…バッファ室、１０１…真空処理室、１０２…ステージ電極、１０３…第１の高周波電源、１０４…上部電極、１０５…第２の高周波電源、１０６…第１のコイル、１０７…第２のコイル、１０８…垂下型コア付シールド、１０９…流量コントローラ、１１０…材料ガスボンベ、２００…矩型コイル、２０１…ステージ電極、３００…貫通部、３０１…垂下部、４００…湾曲型コイル、４０１…ステージ電極、６００…貫通部、６０１…垂下部、７００…第１のコイル、７０１…第２のコイル、７０２…ステージ電極、８００…バッファ室、８０１…真空処理室、８０２…ステージ電極、、８０３…第１の高周波電源、８０４…上部電極、８０５…第２の高周波電源、８０６…第１のコイル、８０７…第２のコイル、８０８…垂下型コア付シールド、８０９…流量コントローラ、８１０…材料ガスボンベ、９００…貫通部、９０１…垂下部、９０２…スリット、Ａ０…ステージ電極、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６…コイル、、Ａ７…垂下型コア部、Ｂ０…ステージ電極、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６…コイル、Ｂ７…垂下型コア部。

Claims (3)

  1. 内側が排気される真空処理室と、前記真空処理室に隣接して配置されその内部に配置された試料がこの真空処理室内に投入されるバッファ室と、前記真空処理室の内側に配置され第１の電源に接続された平板状の電極と、この電極の下方の前記真空処理室内でこの電極と対向して配置され第２の電源に接続されてその上に前記試料が搭載されるステージと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記真空処理室内に形成したプラズマを用いて前記試料をエッチングするエッチング装置であって、
    前記磁場形成手段が、前記真空処理室の上方に配置され、電力が供給され前記ステージを挟んで対向して配置された一対のコイルと、このコイルの各々を貫通する部分及びこの貫通する部分から下方に垂下する部分とを有するコアとを備えたエッチング装置。
  2. 内側が排気される真空処理室と、前記真空処理室に隣接して配置されその内部に配置された試料がこの真空処理室内に投入されるバッファ室と、前記真空処理室の内側に配置され第１の電源に接続された平板状の電極と、この電極の下方の前記真空処理室内でこの電極と対向して配置され第２の電源に接続されてその上に前記試料が搭載されるステージと、前記真空処理室内に磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記真空処理室内に形成したプラズマを用いて前記試料をエッチングするエッチング装置であって、
    前記磁場形成手段が、前記真空処理室の上方に配置され、電力が供給され前記ステージを挟んで対向して配置されたコイルの複数の対と、これらコイルの各々を貫通する部分及びこの貫通する部分から下方に垂下する部分とを有するコアとを備えたエッチング装置。
  3. 請求項２に記載のエッチング装置において、前記磁場形成手段の各々のコイルに時間変調した電力を供給して前記真空処理室内に形成される磁場を回転させるエッチング装置。
JP07306397A 1997-03-26 1997-03-26 エッチング装置 Expired - Fee Related JP3582287B2 (ja)

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