JPH0774466B2 - エツチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空容器内に収納された試料をドライエッ
チングするエッチング装置に関し、特に、イオンビーム
エッチングとイオンエッチングとを切替え可能にしたエ
ッチング装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のエッチング装置の一例を示す概略図で
ある。この装置はイオンビームエッチング装置であり、
真空容器16内に、駆動装置20によって高速回転させられ
るディスク18が設けられており、当該ディスク18上の周
辺部には複数枚の試料22が装着されている。そしてこの
試料22にイオン源２からイオンビーム14を照射してエッ
チングするようにしている。

詳述すると、イオン源２は、ECR形イオン源であり、プ
ラズマを作るためのプラズマ室４、プラズマ閉じ込めの
ための磁場コイル６、プラズマ室４からイオンビーム14
を引き出すための引出し電極系８等を備えており、プラ
ズマ室４には、マイクロ波発振器10から例えば2.45GHz
のマイクロ波電力が供給され、ガス源11から流量調節用
のマスフローコントローラ12を介してガス（例えば反応
性ガス）が供給され、それによって当該イオン源２にお
いて、そこに供給された前記ガスおよびマイクロ波電力
を用いてプラズマを生成して、当該プラズマから例えば
反応性イオンを含むイオンビーム14が引き出される。

イオン源２からのイオンビーム14の経路上には、当該イ
オンビーム14を断続する開閉可能なシャッタ24が設けら
れている。26はその駆動装置である。また28および30
は、シャッタ24あるいはディスク18に照射されるイオン
ビーム14のビーム電流計測用のアンプである。尚、ディ
スク18およびシャッタ24はアースからそれぞれ絶縁され
ている。

試料22は、例えば第５図に示すように、例えばシリコン
から成る基板221の表面を例えば酸化シリコンから成る
エッチング層222で覆い、更にその上を所望のパターン
をしたレジスト223で覆ったようなものである。

試料22をエッチングするに際しては、例えば、シャッタ
24等を用いてイオンビーム14のビーム電流を所定値に調
整した後、当該シャッタ24を開いて高速回転しているデ
ィスク18上の試料22にイオンビーム14を照射する。これ
によって各試料22は、例えば第５図中に破線で示すよう
に、そのレジスト223のパターンに従ってエッチング層2
22がエッチングされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようにイオンビーム14を用いて試料22のエッチン
グを行う場合、エッチングの前段階ではイオンビーム14
のエネルギーが高くても試料22のエッチングによる損傷
部分（例えば格子欠陥等の部分）は次の段階のエッチン
グによって削り取られるため問題となりにくいけれど
も、エッチングの終了段階になるとこの損傷部分が試料
22内にある程度残り、これが当該試料22を用いてデバイ
ス等を製作する上で種々の問題を引き起こす。

これに対しては、エッチングの終了段階付近でイオンビ
ーム14のエネルギーを極力低下させて試料22の損傷を極
力抑える考えがあるけれども、そのようにすると、イオ
ン源２の特性からイオンビーム14のビーム電流が必然的
に著しく低下し、そのためエッチングレートが低下して
生産性の面で新たな問題が生じる。

そこでこの発明は、試料の損傷を極力抑えると共にエッ
チングレートの低下を防ぐことができ、しかも装置構成
の簡略化を図ることができるエッチング装置を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のエッチング装置は、真空容器内に収納された
回転式のディスク上の試料をドライエッチングする装置
において、前記ディスク上の試料にイオンビームを照射
するECR形のイオン源と、このイオン源と前記ディスク
との間に設けられていて同イオン源から引き出したイオ
ンビームを断続する開閉可能なシャッタであってそれを
閉じたときに前記ディスクの試料を含む面との間にプラ
ズマ生成空間を形成するものと、ガスを供給するガス源
と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発振器と、前
記ガス源からのガスを前記イオン源と前記プラズマ生成
空間とに切り替えて供給するガス切替手段と、前記マイ
クロ波発振器からのマイクロ波電力を前記イオン源と前
記プラズマ生成空間とに切り替えて供給するマイクロ波
切替手段とを備え、前記シャッタの開閉、前記ガス切替
手段および前記マイクロ波切替手段の切り替えによっ
て、前記イオン源から、そこに供給された前記ガスおよ
びマイクロ波電力を用いてイオンビームを引き出してそ
れをディスク上の試料に照射することと、前記プラズマ
生成空間に、そこに供給された前記ガスおよびマイクロ
波電力を用いてプラズマを生成することとを切り替えて
行うよう構成したことを特徴とする。

〔作用〕

ガス切替手段およびマイクロ波切替手段をイオン源側に
切り替えることによって、イオン源からディスク上の試
料にイオンビームを照射することができ、それによって
試料に対して大きなエッチングレートでしかも異方性に
優れたイオンビームエッチングが行われる。一方、シャ
ッタを閉じ、かつガス切替手段およびマイクロ波切替手
段を前記プラズマ生成空間側に切り替えることによっ
て、試料の近傍でマイクロ波放電を生ぜしめてプラズマ
を発生させることができ、それによって試料の損傷を極
力抑えつつ大きなエッチングレートでイオンエッチング
が行われる。従ってこのエッチング装置においては、例
えばエッチングの前段階ではイオンビームエッチング
を、エッチングの後段階ではイオンエッチングを行うよ
うに切り替えることができ、これによって試料の損傷を
極力抑えると共にエッチングレートの低下を防ぐことが
できる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るエッチング装置を
示す概略図である。第４図と同一または対応する部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

この実施例においては、前記シャッタ24を閉じることに
よって、当該シャッタ24とディスク18の試料22を含む面
との間に、プラズマ生成空間が形成される。

また、ガス切替手段としてガス分岐スイッチ36等を備え
ており、前述したようなガス源11からマスフローコント
ローラ12を介して供給されるガスを、当該ガス分岐スイ
ッチ36を用いて、イオン源２のプラズマ室４と前記プラ
ズマ生成空間とに切り替えて供給するようにしている。
37a、37bはそのための配管である。

またマイクロ波切替手段としてサーキュレータ38等を備
えており、前述したようなマイクロ波発振器10から出力
されるマイクロ波電力を、当該サーキュレータ38を用い
て、イオン源２のプラズマ室４と前記プラズマ生成空間
とに切り替えて供給するようにしている。39a、39bはそ
のための導波管である。

更にこの実施例では、上記ガス分岐スイッチ36、サーキ
ュレータ38の切り替えやその他の機器の各種制御を司る
制御装置48を備えている。

従って、シャッタ24を開きかつガス分岐スイッチ36およ
びサーキュレータ38をイオン源２側に切り替えることに
よって、イオン源２から、そこに供給されたガスおよび
マイクロ波電力を用いてイオンビーム14を引き出してそ
れをディスク18上の試料22に照射してイオンビームエッ
チングを行うことができる。反対にシャッタ24を閉じか
つガス分岐スイッチ36およびサーキュレータ38を前記プ
ラズマ生成空間側に切り替えることによって、ディスク
18とシャッタ24間のプラズマ生成空間に、そこに供給さ
れたガスおよびマイクロ波電力を用いてマイクロ波放電
によるプラズマ50を発生させて試料22のイオンエッチン
グを行うことができる。

次に上記装置の全体的な動作の一例を説明する。例えば
最初からエッチングの所定段階、例えば試料22の損傷が
問題になる終了段階付近まではイオンビーム14を用いて
試料22をエッチングする。即ち、まず例えば荒引用の真
空排気装置32および高真空引用の真空排気装置34を用い
る等して真空容器16内を所定の真空度（例えば10^-4〜10
^-5Torr程度）に排気しておき、かつガス分岐スイッチ36
およびサーキュレータ38をイオン源２側にしておき、シ
ャッタ24を閉じておいてイオン源２から所望の大きさの
イオンビーム14を引き出し、アンプ28等を介してビーム
電流を計測して所望のものにする。その後シャッタ24を
開いて、高速回転しているディスク18上の試料22にイオ
ンビーム14を照射して各試料22をエッチングする。

その場合、試料22に対する損傷の問題は後のプラズマ50
によるイオンエッチングにより解決することができるの
で、イオンビーム14のエネルギーを高めてエッチングす
ることができ、従って大きなエッチングレートで、しか
もイオンビームエッチングであるから異方性に優れたエ
ッチングを行うことができる。

次にエッチングが所定段階、例えば上述した終了段階付
近に達したら、イオンビーム14を停止させその代わり
に、上述したようにしてプラズマ50を発生させて試料22
をエッチングする。

その場合、エッチングが所定段階に達したことの検出
は、例えばエッチングの時間管理をする等の公知の手段
によっても良いけれども、ここでは、ディスク18上に１
枚の試料22の代わりに装着された検出体42と検出装置44
および計数装置46から成るエッチング量検出装置を用い
てある。検出体42は例えば第２図に示すように、試料22
のエッチングされる領域、即ちエッチング層222と同一
物質から成る層422と、層422とは異物質から成る薄膜層
423とが交互に積層されたものを基板421上に有する。薄
膜層423の積層の間隔Ｔは任意のもので良いけれども、
等間隔とする方が後述する計算等が容易となるので好ま
しい。検出装置44は、例えば発光分析装置あるいは質量
分析装置であり、検出体42中の薄膜層423がエッチング
されたことを、発光分光分析法あるいは質量分析法等に
よって検出してその度に例えばパルス状の検出信号Ｓを
出力する。その一例を第３図に示す。計数装置46は、例
えばカウンタ等を備えており、検出装置44からの検出信
号Ｓの数を数える。

ディスク18上の検出体42は、イオンビーム14によって
（あるいはプラズマ50によって）試料22と共に、それと
ほぼ同一のエッチングレートでエッチングされ、上記の
ような検出信号Ｓが得られる。この場合、薄膜層423の
間隔Ｔは予め定まっているので、上記検出信号Ｓの数は
検出体42のエッチング量（エッチング厚み）、ひいては
試料22のエッチング量に対応している。従って、試料22
の任意の段階におけるエッチング量を、（検出信号Ｓの
数）×（間隔Ｔ）で正確に検出することができる。

従って例えば上記のようなエッチング量検出装置を用い
て、試料22のエッチングが終了段階付近（例えば最終エ
ッチング量の前記間隔Ｔで言えば一つ二つ手前）まで進
行したことを検出し、例えばその信号を制御装置48に与
える。制御装置48はそれに応答して、イオンビーム14に
よるイオンビームエッチングとプラズマ50によるイオン
エッチングとを切り替える。

即ち、シャッタ24を閉じ、かつガス分岐スイッチ36およ
びサーキュレータ38を切り替えてガス源11からのガスお
よびマイクロ波発振器10からのマイクロ波電力を試料22
側に切り替える。その場合、真空容器16内の真空度は、
例えば高真空引用の真空排気装置34を停止させる、ある
いは荒引用の真空排気装置32のみを運転する等して、プ
ラズマ50の生成に都合の良い真空度（例えば10^-1〜10^-2
Torr程度）にする。

これによって、高速回転しているディスク18とシャッタ
24巻のプラズマ生成空間に高密度プラズマ50が生成さ
れ、ディスク18上に装着されている複数枚の試料22およ
び検出体42は当該プラズマ50の領域を通過し、その際に
プラズマ50中のイオンによってエッチングされる。この
場合、エッチングレートは大きく、しかもイオンの持つ
エネルギーは小さい（例えば数十eV程度）ので試料22に
与える損傷は非常に小さい。従って試料22に損傷を与え
ることを極力抑えつつ、また見方を変えれば先工程のイ
オンビームエッチングで発生した損傷部分をイオンエッ
チングで削り取りつつ、試料22を所定の最終段階までエ
ッチングすることができる。エッチングが当該最終段階
に達したことは前述したエッチング量検出装置で検出さ
れ、それによってプラズマ50の発生を停止してエッチン
グを停止する。

従って上記のようなエッチング装置によれば、試料22の
損傷を極力抑えると共にエッチングレートの低下を防ぐ
ことができる。

尚、上記においては、制御装置48を用いて自動的にイオ
ンビームエッチングとイオンエッチングとを切り替える
例を説明したけれども、制御装置48を設けずに例えばマ
ニュアルによって両エッチングを切り替えるようにして
も良い。

〔発明の効果〕

この発明は上記のとおり構成されているので、次のよう
な効果を奏する。

同一の試料に対して、イオンビームエッチングとイ
オンエッチングとを切り替えて行うことができ、それに
よって試料の損傷を極力抑えると共にエッチングレート
の低下を防ぐことができる。

ガス源とマイクロ波発振器とを、イオン源からイオ
ンビームを引き出すことと、プラズマ生成空間にプラズ
マを生成することとに、それぞれの切替手段を用いて共
用していて、ガス源およびマイクロ波発振器を、イオン
源用とプラズマ生成用とに個別に設ける必要がないの
で、当該エッチング装置の簡略化を図ることができる。

イオン源から引き出したイオンビームを断続するシ
ャッタを閉じることによって、当該シャッタとディスク
の試料を含む面との間に、一定のプラズマ生成空間を形
成することができるので、単にディスク上近傍にガスお
よびマイクロ波電力を供給する場合に比べて、ディスク
上の試料の近傍に密度の高いプラズマを生成することが
できる。その結果、イオンビームエッチングのエッチン
グレートが高まり、処理速度が向上する。しかも、この
ようなプラズマ生成空間を形成するのに、イオンビーム
を断続するシャッタを兼用しているので、この意味から
も装置構成の簡略化を図ることができる。

ディスク上のプラズマ生成空間においても、マイク
ロ波を用いてプラズマを生成するので、ガスの電離効率
が高く、冷気活性種の生成効率が高い。従ってこの意味
からも、イオンビームエッチングのエッチングレートが
高まり、処理速度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るエッチング装置を
示す概略図である。第２図は、第１図の装置に用いられ
ている検出体の一例を拡大して示す部分断面図である。
第３図は、第１図の検出装置から出力される検出信号の
一例を示す概略図である。第４図は、従来のエッチング
装置の一例を示す概略図である。第５図は、試料の一例
を示す部分断面図である。 ２……ECR形イオン源、10……マイクロ波発振器、11…
…ガス源、14……イオンビーム、16……真空容器、18…
…ディスク、22……試料、24……シャッタ、36……ガス
分岐スイッチ、38……サーキュレータ、42……検出体、
44……検出装置、46……計数装置、48……制御装置、50
……プラズマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に収納された回転式のディスク
   上の試料をドライエッチングする装置において、前記デ
   ィスク上の試料にイオンビームを照射するECR形のイオ
   ン源と、このイオン源と前記ディスクとの間に設けられ
   ていて同イオン源から引き出したイオンビームを断続す
   る開閉可能なシャッタであってそれを閉じたときに前記
   ディスクの試料を含む面との間にプラズマ生成空間を形
   成するものと、ガスを供給するガス源と、マイクロ波電
   力を発生するマイクロ波発振器と、前記ガス源からのガ
   スを前記イオン源と前記プラズマ生成空間とに切り替え
   て供給するガス切替手段と、前記マイクロ波発振器から
   のマイクロ波電力を前記イオン源と前記プラズマ生成空
   間とに切り替えて供給するマイクロ波切替手段とを備
   え、前記シャッタの開閉、前記ガス切替手段および前記
   マイクロ波切替手段の切り替えによって、前記イオン源
   から、そこに供給された前記ガスおよびマイクロ波電力
   を用いてイオンビームを引き出してそれをディスク上の
   試料に照射することと、前記プラズマ生成空間に、そこ
   に供給された前記ガスおよびマイクロ波電力を用いてプ
   ラズマを生成することとを切り替えて行うよう構成した
   ことを特徴とするエッチング装置。