JPS6063932A - 反応性イオンビ−ムエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はシリコン基板の主面上に形成さ１また金属膜
や絶縁膜を反応性イオンビームの照射によってエツチン
グする反応性イオンビームエツチング装置に関するもの
である。

〔従来技術〕

第１図は従来の反応性イオンビームエツチング装置の一
例の主要構成要素を模式的に示す図である。

図において、（１）は内部において四塩化炭Ａ（ＯＣＩ
！４）などの塩素系ガスや四フッ化炭素（ＯＦ４）など
のフッ素系ガスの反応性ガスを活性化すなわちプラズマ
状態にして反応性ガスの正のイオン（図示■）を発生さ
せるイオン源室、（２）はイオン源室（１）の側壁の一
部に設けられイオン源室（１）内に反応性ガスを導入す
るガス導入管、（３）はイオン源室（１）内に設けらね
−２５００°Ｃ程度の温度に加熱されてイオン源室（１
）内に導入された反応性ガスを活性化して反応性ガスの
イオンを発生させる熱電子（図示θ′″）を放射するタ
ングステン（Ｗ）フィラメント、（４）はイオン源室（
１）のガス導入管（２）が設けられた側壁以外の側壁の
一部に設けられイオン源室（１）内Ｖｃｇ生した反応性
ガスの正のイオンをイオン源室（１）の外部へ引き出す
ための網状の窓、（５）Ｖｉイオン源室（１）の外部に
窓（４）との間に間隔をおｈて対向するように”設けら
れ窓（４）に対して負の高バイアス電圧が印加されてイ
オン源室（１）内に発生した反応性ガスの正のイオンを
窓（４）を通して図示矢印の方向に引き出す格子状の加
速電極、（６）は加速電極（５）との間に間隔をおいて
対向するように設けられ反応性ガスの正のイオンの照射
によってエツチングされるアルミニウム（Ａｌ）などの
金属膜や酸化シリコン（Ｓ１０□］窒化シリコン（８１
３Ｎ４）などの絶縁膜の被エツチング膜（図示せず）が
主面上に形成されたシリコン（Ｓｌ）ウェーハ、（７）
はＢ１ウェーハ（６）を支持するカセットである。なお
、カセット（７）は水または他の冷媒によって冷却され
るように構成されている。

この従来例の装置では、イオン源室（１）内から加速電
極（５）によって引き出された反応性ガスの正のイオン
をＳｉウェーハ（６）の主面上に形成された被エツチン
グ膜（図示せず）に照射して被エツチング膜のエツチン
グを行う。このエツチングは、反応性イオンビームエツ
チング（ＲよりＢ）と呼ばれているものであって、エツ
チング速度および選択比の大きい化学反応によるプラズ
マエツチングと異方性エツチングが可能で微細加工の容
易な物理的除去によるイオンミーリングとを組合わせた
もので、通常のプラズマエツチングまたは反応性イオン
エツチング（Ｒ工Ｉｃ）では不可能であったアルミニウ
ム（Ａｌ）・シリコン（Ｓｌ）・銅（Ｏｕ）合金などの
Ａ１合金のエツチングを可能にした。例えば、反応性ガ
スとして塩素系ガスを使用すると、’　ＡＩ！・Ｓｌ・
Ｏｕ金合金ＡＡ’元素は揮発性のＡｌ０１ｘに転化し、
８１元素は揮発性の５ｉｎｌ！、に転化して揮発し、Ｏ
ｕ元素は不揮定性のＣｕｒｌに転化するがこのＯｕ　Ｏ
１２は塩素系ガスのイオンによってスノくツタリング除
去される。これによって、Ａｌ　−Ｓｉ・Ｏｕ金合金ど
のＡ１合金のｌｐｍ以下の微細パターンを容易に形成す
ることができる。

しかしながら、この従来例の一装置では、Ｗフィラメン
ト（３）が、イオン源室（１）内の反応性ガスの雰囲中
で高温に加熱されるので、反応性ガスと反応してＷフィ
ラメント（３）の寿命が約２０時間程度の短いものとな
り、実用上問題があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上述の問題点を除去する目的でなされたも
ので、Ｗフィラメントの仕事関数より７４％さい仕事関
数を有しＷフィラメントより低温度で反しち性ガスを活
性化して反応性ガスのイオンを発生さ帥るための熱電子
を放射する六ホウ化ランクン（ＬａＢ６）カソードを不
活性ガスの雰囲気中で安定に動作させるようにすること
によって、　Ｌａ　Ｂｅカソードの寿命がＷフィラメン
トの寿命より長くなるようにして実用上問題のない反応
性イオンビームエツチング装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

第２図はこの発明の一実施例の反応性イオンビームエツ
チング装置の主要構成要素を模式的に示す図である。

図において、第１図に示した従来例の符号と同一符号は
同等部分を示す。（８）はイオン源室（１）のガス導入
管（２）および窓（４）が設けられた側壁以外の側壁の
一部分にこの部分を一方の端部が貫通するように設けら
れこの端部の中心部にイオン源室（１）内に開口する開
孔（８ａ）が形成され内部に後述のＬａ　Ｂｅカソード
が収容されるカソードカッぐ−１（９）ハカソードカバ
ー（８）内に設けられＷの仕事関数より小さい仕事関数
を有し１５００℃程度の温度に加熱されて熱電子を放射
する直熱形のＬａ　Ｂｅカソード、θ０はイオン源室（
１）内にカソードカッ＜　−（８）の開孔（８ａ）が形
成されている端部との間に間隔をおいて対向するように
設けられカソードカバー（８）に対して数百Ｖの正の高
バイアス電圧が印加されてカソードカッ（−（８）内か
らイオン源室（１）内へ電子を引き出すための電子引き
中し電極である。彦お、カソードカッ（−（８）内には
、Ａｒ　、Ｈｅなどの不活性ガスが導入されてＬａ　Ｂ
ｓカソード（９）を保護するように構成されてｂる。

この実施例の構成は、カソードカバー（８）　＊ＬａＢ
ａＬａＢ６カソードよび電子引き出し電極θυ以外は第
１図に示した従来例の構成と同様である。

次に、この実施例の作用について説明する。

寸ず、カソードカバー（８）内へ例えばＡｒガスを導入
し、イオン源室（１）内へ反応性ガスを導入したのちに
、電子引き出し電極（Ｉｄにカソードカバー（８）　ｉ
ｃ対して数百■の正の高バイアス電圧を印加するととも
に加速電極（５）に対して数百■の負の高バイアス電圧
を印加する。次いで、Ｌａ　Ｂｓカソード（９）を１５
００°Ｃ程度の温度に加熱して熱電子を放射させると、
この熱電子によってカソードカバー（８）内のＡｒガス
が活性化さｆｔてＡｒイオンと電子とに分離されたプラ
ズマ状態になる。−このＡｒのプラズマの密度は、電子
引き出し電極００とカソードカバー（８）との間に印加
された高バイアス電圧によって増大し、電子引き出し電
極α０とカソードカバー（８）との間の電圧は数１０Ｖ
Ｋ低下し、これらの電子引き出し電極００とカソードカ
バー（８）との間にＡｒのプラズマが保持される。この
ように、電子引き出し電極θ０とカソードカバー　（８
）との間に保持されたＡｒのプラズマ中の電子によって
イオン源室（１）内の反一応性ガスが活性化される。そ
して、第１図に示した従来例と同様に、この活性化され
た反応性ガスの正のイオンが加速電極（５）に印加され
た負の高バイアス電圧によって窓（３）を通して図示矢
印の方向に引き出されてＳ１ウエーハ（６）の主面上に
形成さｒｔた破エツチング膜（図示せず）を照射し、被
エツチング膜のエツチングを行う。従って、被エツチン
グ膜がＡＩ！φ８１・Ｏｕ金合金どのＡ１合金膜である
場合でも、このＡ１合金膜のエツチングを容易に行うこ
とができる。

この実施例の装置では、ＬａＢ６カソード（９）かカソ
ードカバー（８）内へ４ｙ入されるＡｒ、Ｈｅなとの不
活性ガスによってイオン源室（１）内の反応性ガスと接
触しないように保護されているので、Ｌａ　Ｂｓカソー
ド（９）が反応性ガスと反応することなく長時間安定に
動作することができる。しかも、　ＬａＢ６カソード（
９）の加熱温度がＷフィラメントの加熱温度より低いの
で、ＬａＢ、カソードの寿命がＷフィラメントの寿命よ
り長くなり、実用上の問題点をなくすることができる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、この発明の反応性イオンビーム
エツチング装置では、イオン源室の側壁の一部にこの部
分を一方の端部が貫通するように設けられイオン源室内
に開口する開孔を有し内部へ不活性ガスを導入可能なよ
うに構成されたカソードカバーと、このカソードカバー
内に収容されこのカソードカバー内に導入される不活性
ガスを活性化する熱電子を放射する六ホウ化ランタンカ
ソードと、イオン源室内にカソードカバーの開孔が形成
されている端部との間に間隔をおいて対向するように設
けられカソードカバー内に活性化された不活性ガスの電
子をイオン源室内へ引き出してイオン源室内に導入され
た反応性ガスを活性化する電子引き出し電極とを有し、
イオン源室内に＋□ｌｎハ）１１＋ｔで□１！１訃？、
□ｊも−−１１□□の外部へ導出φ加速し被エツチング
膜に照射してエツチングを行うようにしたので、六ホウ
化うンタンカソードがカソードカバー内へ導入される不
活性ガスによってイオン源室内の反応性ガスと接触しな
いように保護されて込るから、六ホウ化ランタンカソー
ドが反応性ガスと反応することなく長時間安定に動作す
ることができる。しかも、六ホウ化ランタンカソードの
加熱温度がタングステンフィラメントの加熱温度より低
いので、六ホウ化ランタンカソードの寿命がタングステ
ンフィラメントの寿命より長くなり、実用上の問題点を
なくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の反応性イオンビームエツチング装置の一
例の主要構成要素を模式的に示す図、第２図はこの発明
の一実施例の反応性イオンビームエツチング装置の主要
構成要素を模式的に示す図である。 図において、（１）はイオン源室、（４）は窓、（５）
は加Ｑ（ｅは電子引き出し電極である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応性ガスが導入され内部において発生した上記
   反応性ガスのイオンを外部へ導出する窓を有するイオン
   源室、このイオン源室の側壁の一部を一方の端部が貫通
   するように設けられこの端部に上記イオン源室内に開口
   する開孔を有し内部へ不活性ガスを導入可能なように構
   成されたカソードカバー、このカソードカバー内に収容
   されこのカソードカバー内に導入される不活性ガスを活
   性化する熱電子を放射する六ホウ化ランタンカソード、
   上記イオン源室内に上記カソードカバーの上記開孔が形
   成されている端部との間に間隔をおいて対向するように
   設けられ上記カソードカバー内において活性化された不
   活性ガスの電子を上記開孔を通して上記イオン源室内へ
   引き出して上記イオン源室内に導入された反応性ガスを
   活性化する電子引き出し電極、および上記イオン源室の
   上記窓を通して上記イオン源室の外部へ導出された上記
   反応性ガスのイオンを加速する加速電極を備え、加速さ
   れた上記反応性ガスのイオンを照射して被エツチング膜
   のエツチングを行うようにしたことを特徴とする反応性
   イオンビームエツチング装置。