DE3221004A1 - Plasma etching process - Google Patents

Plasma etching process

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Hideaki Itami Hyogo Arima
Takaaki Fukumoto
Yoshihiro Amagasaki Hyogo Hirata
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Abstract

A plasma etching process is described in which a substrate is introduced into a gas atmosphere which is active with respect to the constituents of the substrate. The substrate is then irradiated with a convergent energy beam which generates free-radical and active ions in a plasma. The effect of the free-radical and active ions is that the substrate is only etched in the areas irradiated by the energy beam. <IMAGE>

Description

Plasmaätzverfahren Plasma etching process

Die Erfindung betrifft ein Plasmaätzverfahren und in besondere ein Verfahren zur Bildung von feinen Mustern auf einem Halbleitersubstrat ohne fotomechanisches Verfahren.The invention relates to a plasma etching process and in particular to one Method of forming fine patterns on a semiconductor substrate without photomechanical Procedure.

Zur Bildung von Mustern auf einem Substrat werden in der Regel fotomechanische Verfahren angewendet. Dabei wird auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats ein Fotolack aufgebracht. Der Fotolack wird durch Belichten und Entwickeln zu einem gewünschten Muster geformt. Das durch den Foto lack gebildete Muster wird dann als Maske für das Halbleitersubstrat verwendet, welches mittels eines Plasmas oder durch Aktivionen und dergleichen geätzt wird, unter Ausbile ng eines Musters darauf.Photomechanical processes are usually used to form patterns on a substrate Procedure applied. This is done on the surface of the semiconductor substrate Photoresist applied. The photoresist becomes one through exposure and development desired pattern. That patterns formed by the photo lacquer is then used as a mask for the semiconductor substrate, which by means of a Plasma or by activations and the like is etched to form a Pattern on it.

Wird ein Muster in üblicher Weise hergestellt, dann wird die Grösse des Musters nicht gleichmässig ausgebildet. Infolgedessen ergeben sich durch die Verwendung des Fotolacks Veränderungen in der Fertiggrösse und die Grösse des Fotolacks wird durch Veränderungen der während der Belichtung verwendeten Maske beeinflusst. Das übliche fotomechanische Verfahren hat den Nachteil, weil man die bei einem solchen Verfahren auftretenden Veränderungen nur schwierig vermindern kann und weil ein solches Verfahren viele Stufen und eine lange Zeit benötigt. Deshalb sind bei einem solchen Verfahren auch erhebliche Möglichkeiten zur Ausbildung von Fehlern vorhanden.If a sample is made in the usual way, then the size becomes of the pattern is not formed evenly. As a result, the Use of the photoresist Changes in the finished size and the size of the photoresist is influenced by changes in the mask used during exposure. The usual photomechanical method has the disadvantage, because one of these Process changes that occur can only be reduced with difficulty and because a such a procedure takes many steps and a long time. Therefore are with one such procedures also have considerable opportunities for the formation of errors.

Eine Aufgabe der Erfindung ist, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Substrat, das sich in einer Gasatmosphäre befindet und wobei die Atmosphäre aktiv gegenüber bestimmten Elementen in dem Substrat ist, vorgesehen ist. Dann wird ein Energiestrahl, welcher das Gas anregen kann, auf das Substrat gerichtet.One object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages. This object is achieved by a method in which a substrate, which is in a gas atmosphere is located and wherein the atmosphere is active against certain Elements in the substrate is provided. Then an energy beam becomes which can excite the gas, directed at the substrate.

Das Ätzen des Substrats wird durch radikale und aktive Ionen in dem Gasplasma, welches durch den Energiestrahl angeregt wurde, durchgeführt. Die Bewegung der Strahlungsenergie wird so überwacht, dass sich ein Muster bildet.The etching of the substrate is done by radical and active ions in the Gas plasma, which was excited by the energy beam, carried out. The movement the radiant energy is monitored in such a way that a pattern is formed.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer esten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention, Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.Fig. 1 shows a first embodiment of the invention.

Dabei bedeutet 1 einen Strahlungserzeuger für geladene Teilchen, 2 eine ein Magnetfeld erzeugende Spule, die zum Konvergieren des Strahls aus den geladenen Teilchen verwendet wird, 3 Ablenkelektroden, die zum Ablenken der in dem Strahl enthaltenen geladenen Teilchen in Richtung der X-Achse und der Y-Achse angewendet werden, so dass man den Strahl in Richtung eines bestimmten Musters bewegen kann, 4 den zu ätzenden Gegenstand, 5 eine Auflage für den Gegenstand (wobei die Auflage genau in der Richtung der X-Achse und der Y-Achse bewegt werden kann) und 6 einen Gaseinlass für das Xtzgas.1 means a radiation generator for charged particles, 2 a magnetic field generating coil that is used to converge the beam from the charged Particle is used, 3 deflection electrodes, which are used to deflect the in the beam contained charged particles are applied in the X-axis and Y-axis directions so that one can move the beam in the direction of a certain pattern, 4 the object to be etched, 5 an overlay for the object (where the overlay can be moved exactly in the direction of the X-axis and Y-axis) and 6 a Gas inlet for the Xtzgas.

Das nachfolgende Beispiel bezieht sich auf eine Probe, bei-welcher Silizium geätzt wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Silizium beschränkt.The following example relates to a sample in which Silicon is etched. However, the invention is not limited to the use of silicon limited.

Das Siliziumsubstrat 4 wird einem Fluorkohlenstoffgas, wie CF4, ausgesetzt, welches in eine Hochvakuumkammer 11 eingeleitet wird. Ein Strahl 10 aus geladenen Teilchen wird auf den Teil, der auf dem Siliziumteil 4 zu ätzenden Fläche geleitet. In dem geladenen Teilchenstrahl dissoziiert das CF4-Gas in angeregte F-Atome (F-Radikaie und F*) oder aktive Ionen (z.B. F+, CF3+). Der Teil des Substrats, welcher der Bestrahlung durch die geladenen Teilchen ausgesetzt ist, reagiert nur mit F*, F und dergleichen und dadurch wird das Silizium geätzt.The silicon substrate 4 is exposed to a fluorocarbon gas such as CF4, which is introduced into a high vacuum chamber 11. A beam 10 of charged Particle is directed onto the part of the surface to be etched on the silicon part 4. In the charged particle beam the CF4 gas dissociates into excited F atoms (F radicals and F *) or active ions (e.g. F +, CF3 +). The part of the substrate whichever is exposed to the radiation from the charged particles only reacts with F *, F and the like and thereby the silicon is etched.

Die Atzreaktion kann noch beschleunigt werden, wenn man das Substrat 4 erhitzt. Silizium wird physikalisch durch Zusammenstösse.der geladenen Teilchen damit geätzt.The etching reaction can be accelerated if you touch the substrate 4 heated. Silicon is physically formed by the collisions of the charged particles etched with it.

Wenn somit ein Muster direkt durch die geladenen Teilchen gebildet wird1 kann man auf diese Weise jedes Muster bilden. Unter Anwendung dieses Verfahrens kann man sehr leicht feine Muster ausbilden, indem man den Durchmesser des Stroms aus den geladenen Teilchen einstellt. Auf diese Weise kann man die Nachteile des üblichen fotomechanischen Verfahrens vollständig vermeiden.Thus when a pattern is formed directly by the charged particles one can create any pattern in this way. Using this procedure One can very easily form fine patterns by measuring the diameter of the stream adjusts from the charged particles. This way, one can take advantage of the disadvantages of the Avoid common photomechanical processes entirely.

Bei der vorerwähnten Ausführungsform wird als Energiestrahl ein Strahl aus geladenen Teilchen verwendet.In the aforementioned embodiment, a beam is used as the energy beam used from charged particles.

Man kann jedoch den Strahl aus geladenen Teilchen auch durch elektromagnetische Wellen, z.B. durch einen laserstrahl, durch Röntgenstrahlen oder durch ultraviolettstrahlen ersetzen. Jedes Gas, das in der Lage ist, gegenüber den wesentlichen Elementen des Substrats 4 aktiv zu sein, kann verwendet werden. Beispielsweise kann man ein Halogengas verwenden, wenn das Substrat aus Si aufgebaut ist, oder ein inertes Gas, wie He oder Ar, wenn das Substrat aus GaAs aufgebaut ist.However, one can also make the beam of charged particles by electromagnetic Waves, e.g. by a laser beam, by X-rays or by ultraviolet rays substitute. Any gas that is capable of opposing the essential elements of the Substrate 4 to be active can be used. For example, you can use a halogen gas use if the substrate is made of Si, or an inert gas such as He or Ar if the substrate is made of GaAs.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei wird ein elektromagnetischer Wellenerzeuger 7 und eine Ablenkvorrichtung 8, z.B. ein optisches System, verwendet. Gemäss dieser Ausführungsform muss man die Atmosphäre nicht in einem Hochvakuumsystem, wie gemäss der Ausführungsform nach Fig.Fig. 2 shows another embodiment of the present Invention. An electromagnetic wave generator 7 and a deflection device 8, e.g., an optical system is used. According to this embodiment, you have to Atmosphere not in a high vacuum system, as according to the embodiment according to Fig.

halten. Bei dieser Ausführungsform kann man eine Atmosphäre unter hohem Druck, Normaldruck oder unter niedrigem Druck verwenden.keep. In this embodiment one can have an atmosphere below use high pressure, normal pressure or under low pressure.

Wie bereits erwähnt, kann man die vorliegende Erfindung verwendenr um ein Muster auszubilden, indem man direkt mit einem Energiestrahl zeichnet. Auf. diese Weise wird die Anzahl der Verfahrensstufen vermindert und ein Muster kann ohne Fehler ausgebildet werden.As mentioned earlier, the present invention can be used to form a pattern by drawing directly with an energy beam. On. in this way the number of process steps is reduced and a pattern can be trained without errors.

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Claims (6)

Plasmaätzverfahren PATENTANSPRÜCHE Plasmaätzverfahren zur Bildung eines Musters auf einem Substrat, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dass man folgende Stufen durchführt: dass man das zu bearbeitende Substrat auf einem Trägerteil aufbringt, dass man eine Gasatmosphäre oberhalb einer Oberfläche des Substrats schafft, wobei das Gas mit der Oberfläche des Substrats chemisch reagieren kann, dass man das Substrat mit einem Energiestrahl bestrahlt, wobei der Energiestrahl durch die Atmosphäre hindurchgeht und in dem Gas radikale und aktive Ionen in einem Plasma bildet, und dass man die Oberfläche des Substrats mittels der Ionen, die in dem Teil des Plasmas auf der Oberfläche auf welche der Energiestrahl gerichtet ist, gebildet wurden, ätzt. Plasma Etching Process PATENT CLAIMS Plasma Etching Process for Formation of a pattern on a substrate, thereby g e k e n n n z e i c h -n e t that one the following steps are carried out: that the substrate to be processed is placed on a carrier part applies that a gas atmosphere is created above a surface of the substrate, whereby the gas can chemically react with the surface of the substrate, that the substrate is irradiated with an energy beam, the energy beam passing through the atmosphere passes through it and in the gas radical and active ions in a plasma forms, and that the surface of the substrate by means of the ions that are in the Part of the plasma on the surface on which the energy beam is directed, were formed, etches. 2. Plasmaätzverfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Energiestrahl ein elektromagnetischer Energiestrahl ist.2. Plasma etching process according to claim 1, characterized in that it is e k e n n z e i n e t that the energy beam is an electromagnetic energy beam. 3. Plasmaäthverfahren gemäss Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der elektromagnetische Energiestrahl ausgewählt ist aus ultravioletten Strahlen, Röntgenstrahlen und Laserstrahlen.3. Plasma etching process according to claim 2, characterized in that it is e k e n n z e i n e t that the electromagnetic energy beam is selected from ultraviolet Rays, x-rays and laser beams. 4. Plasmaätzverfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass man das Atzen durchführt, indem man den Strahl über die Oberfläche in einem gewünschten Muster lenkt.4. Plasma etching process according to claim 1, characterized in that it is e k e n n z e i n e t that the etching can be done by passing the beam over the surface steers in a desired pattern. 5. Plasmaätzverfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass man das Substrat vor dem Ätzen erhitzt.5. Plasma etching process according to claim 1, characterized in that it is e k e n n z e i c h n e t that the substrate is heated prior to etching. 6. Plasmaätzverfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Energiestrahl ein Strahl aus geladenen Teilchen ist.6. Plasma etching process according to claim 1, characterized in that it is e k e n n z e i n e t that the energy beam is a beam of charged particles.
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