JP3322181B2 - ドライエッチング方法および装置 - Google Patents
ドライエッチング方法および装置Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
技術に関し、特に半導体分野において薄膜層の微細加工
に使用される異方性ドライエッチング方法および装置に
関する。
技術に関し、特に半導体分野において薄膜層の微細加工
に使用される異方性ドライエッチング方法および装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＲＡＭなどの半導体メモリの記憶密度
の増大に伴い、半導体基板上の薄膜層の線幅はますます
狭くなり、現在では０．１ミクロン以下の線幅さえも要
求されるようになってきている。
の増大に伴い、半導体基板上の薄膜層の線幅はますます
狭くなり、現在では０．１ミクロン以下の線幅さえも要
求されるようになってきている。
【０００３】このため、薄膜層の微細加工に用いられる
異方性ドライエッチングの高精度化、すなわち基板に平
行な方向でのエッチングを極力抑えながら基板に垂直な
方向でのエッチングの精度を向上させることが要求され
ている。
異方性ドライエッチングの高精度化、すなわち基板に平
行な方向でのエッチングを極力抑えながら基板に垂直な
方向でのエッチングの精度を向上させることが要求され
ている。
【０００４】この要求に答えるために、従来の異方性ド
ライエッチングでは、通常フッ素イオンなどの反応性イ
オンの基板に垂直な方向の速度を電界や磁界の力によっ
て増大させてエッチングをおこなっている。
ライエッチングでは、通常フッ素イオンなどの反応性イ
オンの基板に垂直な方向の速度を電界や磁界の力によっ
て増大させてエッチングをおこなっている。
【０００５】しかしながら、この従来の方法では、反応
性イオンの運動エネルギ一の増大により、イオンによっ
て与えられる半導体層等のダメ一ジが大きくなり、層中
に欠陥が生じたり、層自体が変質してしまうという問題
がある。
性イオンの運動エネルギ一の増大により、イオンによっ
て与えられる半導体層等のダメ一ジが大きくなり、層中
に欠陥が生じたり、層自体が変質してしまうという問題
がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この従来技
術の問題点を解決するべくなされたものであり、その目
的は、ダメ一ジ・フリ一で高精度なドライエッチング技
術を提供することである。
術の問題点を解決するべくなされたものであり、その目
的は、ダメ一ジ・フリ一で高精度なドライエッチング技
術を提供することである。
【０００７】また、本発明の別の目的は、粒子流と光ビ
一ム、特に中性な活性種流と光ビ一ムを用いた新しいド
ライエッチング技術を提供することである。
一ム、特に中性な活性種流と光ビ一ムを用いた新しいド
ライエッチング技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、一般的には、ドライエッチング方
法であって、試料を準備するステップと、粒子流を準備
するステップと、前記粒子流に光ビ一ムを照射して該粒
子の前記試料表面に平行な速度成分を変化させるるステ
ップと、前記平行な速度成分が変化した粒子流を前記試
料に当てて試料をエッチングするステップと、を含むド
ライエッチング方法が提供される。
に、本発明によれば、一般的には、ドライエッチング方
法であって、試料を準備するステップと、粒子流を準備
するステップと、前記粒子流に光ビ一ムを照射して該粒
子の前記試料表面に平行な速度成分を変化させるるステ
ップと、前記平行な速度成分が変化した粒子流を前記試
料に当てて試料をエッチングするステップと、を含むド
ライエッチング方法が提供される。
【０００９】また、本発明によれば、一般的には、ドラ
イエッチング装置であって、真空容器と、前記真空容器
内に設けられた、エッチング試料を保持するための試料
台と、前記試料台の前記試料が保持される表面に対向す
る位置に設けられ、粒子流を前記試料台上の試料に向け
て放出するための粒子源と、前記試料台と前記粒子源と
の間に設けられ、前記粒子源から放出された粒子流に光
ビ一ムを照射して、前記粒子の前記試料表面に平行な速
度成分を変化させるための光ビ一ム源と、を含むドライ
エッチング装置が提供される。
イエッチング装置であって、真空容器と、前記真空容器
内に設けられた、エッチング試料を保持するための試料
台と、前記試料台の前記試料が保持される表面に対向す
る位置に設けられ、粒子流を前記試料台上の試料に向け
て放出するための粒子源と、前記試料台と前記粒子源と
の間に設けられ、前記粒子源から放出された粒子流に光
ビ一ムを照射して、前記粒子の前記試料表面に平行な速
度成分を変化させるための光ビ一ム源と、を含むドライ
エッチング装置が提供される。
【００１０】そして、より具体的には、試料を準備する
ステップと、中性な活性種流を準備するステップと、前
記中性な活性種流に光ビ一ムを照射して該活性種の前記
試料表面に平行な速度成分を該表面に垂直な速度成分よ
りも小さくするステップと、前記水平な速度成分が小さ
くなった活性種流を前記試料に当てて該試料をエッチン
グするステップと、を含むドライエッチング方法が提供
される。
ステップと、中性な活性種流を準備するステップと、前
記中性な活性種流に光ビ一ムを照射して該活性種の前記
試料表面に平行な速度成分を該表面に垂直な速度成分よ
りも小さくするステップと、前記水平な速度成分が小さ
くなった活性種流を前記試料に当てて該試料をエッチン
グするステップと、を含むドライエッチング方法が提供
される。
【００１１】さらに、本発明によれば、より具体的に
は、真空容器と、前記真空容器内に設けられた、エッチ
ング試料を保持するための試料台と、前記試料台の前記
試料が保持される表面に対向する位置に設けられ、中性
な活性種流を前記試料台上の試料に向けて放出するため
の活性種流源と、前記試料台と前記活性種流源との間に
設けられ、前記活性種流源から放出された中性な活性種
流に光ビ一ムを照射して、前記中性な活性種の前記試料
表面に平行な速度成分を該表面に垂直な速度成分よりも
小さくするための光ビ一ム源と、を含むドライエッチン
グ装置が提供される。
は、真空容器と、前記真空容器内に設けられた、エッチ
ング試料を保持するための試料台と、前記試料台の前記
試料が保持される表面に対向する位置に設けられ、中性
な活性種流を前記試料台上の試料に向けて放出するため
の活性種流源と、前記試料台と前記活性種流源との間に
設けられ、前記活性種流源から放出された中性な活性種
流に光ビ一ムを照射して、前記中性な活性種の前記試料
表面に平行な速度成分を該表面に垂直な速度成分よりも
小さくするための光ビ一ム源と、を含むドライエッチン
グ装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例のドライ
エッチング装置５０を横（側壁）方向から見た場合の断
面図である。
エッチング装置５０を横（側壁）方向から見た場合の断
面図である。
【００１３】真空容器（チャンバ）１０の下部にはエッ
チング試料１２を保持するための試料台１４と排気用の
開口１６が設けられている。開口１６には排気用配管１
８が接続され、配管１８の先はタ一ボ分子ポンプ（図示
なし）などの真空ポンプに接続されている。
チング試料１２を保持するための試料台１４と排気用の
開口１６が設けられている。開口１６には排気用配管１
８が接続され、配管１８の先はタ一ボ分子ポンプ（図示
なし）などの真空ポンプに接続されている。
【００１４】試料台１４に対向する真空容器１０の上部
の位置に中性な活性種流を試料に向けて放出するための
活性種流源（「ラジカルガン」とも呼ぶ）２０が設けら
れている。活性種流源２０には中性な活性種（ラジカ
ル）の原料ガスであるＦ２、ＳＦ６、ＮＦ３あるいはＣ
Ｆ４などを導入するための開口２２が設けられている。
また、活性種流源２０には電極２３が設けられている。
さらにこの電極間において原料ガスの分解、イオンと活
性種の分離等を行うために、電極２３にはＲＦ／ＤＣ電
源２４が接続されている。なお、ＲＦ／ＤＣ電源の代わ
りにマイクロ波源などを用いて原料ガスの分解をおこな
ってもよい。活性種流源２０は開口２６と導波部２８を
有しており、導波部２８は真空容器１０に設けられた開
口３０を覆うように真空容器１０に接続されている。
の位置に中性な活性種流を試料に向けて放出するための
活性種流源（「ラジカルガン」とも呼ぶ）２０が設けら
れている。活性種流源２０には中性な活性種（ラジカ
ル）の原料ガスであるＦ２、ＳＦ６、ＮＦ３あるいはＣ
Ｆ４などを導入するための開口２２が設けられている。
また、活性種流源２０には電極２３が設けられている。
さらにこの電極間において原料ガスの分解、イオンと活
性種の分離等を行うために、電極２３にはＲＦ／ＤＣ電
源２４が接続されている。なお、ＲＦ／ＤＣ電源の代わ
りにマイクロ波源などを用いて原料ガスの分解をおこな
ってもよい。活性種流源２０は開口２６と導波部２８を
有しており、導波部２８は真空容器１０に設けられた開
口３０を覆うように真空容器１０に接続されている。
【００１５】真空容器１０の側壁には透明な窓３４が設
けられ、この窓３４に対向する位置に光ビ一ム源３６が
設けられている。光ビ一ム源３６としてはレ一ザ光源な
どが使用される。また、真空容器１０の窓３４の反対側
の側壁には鏡３８が設けられている。
けられ、この窓３４に対向する位置に光ビ一ム源３６が
設けられている。光ビ一ム源３６としてはレ一ザ光源な
どが使用される。また、真空容器１０の窓３４の反対側
の側壁には鏡３８が設けられている。
【００１６】図２はドライエッチング装置５０を上から
見た場合の装置中央部の断面図である。光ビ一ム源とし
ては、Ｘ軸方向に設けられた３６と、Ｘ軸に直交するＹ
軸方向に設けられた３６'の２つが設けられている。ま
た、光ビ一ム源３６に対して窓３４と鏡３８が、光ビ一
ム源３６'に対して窓３４'と鏡３８'が各々設けられて
いる。
見た場合の装置中央部の断面図である。光ビ一ム源とし
ては、Ｘ軸方向に設けられた３６と、Ｘ軸に直交するＹ
軸方向に設けられた３６'の２つが設けられている。ま
た、光ビ一ム源３６に対して窓３４と鏡３８が、光ビ一
ム源３６'に対して窓３４'と鏡３８'が各々設けられて
いる。
【００１７】図３は本発明のドライエッチング方法のフ
ロ一を示した図である。
ロ一を示した図である。
【００１８】（Ａ）試料の準備 真空容器１０の試料台１４の上にエッチング試料が置か
れ、その後真空容器内は拡散ポンプやタ一ボ分子ポンプ
などの真空ポンプ（図示なし）によって真空排気され
る。なお、エッチング試料としては、例えばパタ一ン化
されたフォトレジスト層が設けられたＳｉＯ２を有する
Ｓｉ基板が用意される。
れ、その後真空容器内は拡散ポンプやタ一ボ分子ポンプ
などの真空ポンプ（図示なし）によって真空排気され
る。なお、エッチング試料としては、例えばパタ一ン化
されたフォトレジスト層が設けられたＳｉＯ２を有する
Ｓｉ基板が用意される。
【００１９】（Ｂ）活性種流の準備 中性な活性種流源２０の開口２２から活性種流の原料と
なるＦ２、ＳＦ６、ＮＦ３あるいはＣＦ４などのガスが
活性種流源２０に導入される。導入された原料ガスはＲ
Ｆ／ＤＣ電源２４から供給されるＲＦ電力によって電極
２３間で分解される。そして、ＤＣ電圧によって作られ
る電界によってイオンとフッ素ラジカルとが分離され、
分離されたフッ素ラジカルのみが開口２６に導かれる。
開口２６を出たフッ素ラジカル流は導波部２８内を通過
し、開口３０から真空容器１０内に導かれる。
なるＦ２、ＳＦ６、ＮＦ３あるいはＣＦ４などのガスが
活性種流源２０に導入される。導入された原料ガスはＲ
Ｆ／ＤＣ電源２４から供給されるＲＦ電力によって電極
２３間で分解される。そして、ＤＣ電圧によって作られ
る電界によってイオンとフッ素ラジカルとが分離され、
分離されたフッ素ラジカルのみが開口２６に導かれる。
開口２６を出たフッ素ラジカル流は導波部２８内を通過
し、開口３０から真空容器１０内に導かれる。
【００２０】この時、活性種流源２０（導波部２８）内
と真空容器１０内の差圧により、フッ素ラジカル流はビ
−ム状になって試料に向かって直進する。ただし、図１
の３２に示されるように、フッ素ラジカル・ビ−ムは試
料に近づくにつれて広がっていく。なお、フッ素ラジカ
ルの有する内部（励起）エネルギ一、速度等はガスの圧
力、ＲＦ電力、ＤＣ電圧、電極間距離などによって制御
される。
と真空容器１０内の差圧により、フッ素ラジカル流はビ
−ム状になって試料に向かって直進する。ただし、図１
の３２に示されるように、フッ素ラジカル・ビ−ムは試
料に近づくにつれて広がっていく。なお、フッ素ラジカ
ルの有する内部（励起）エネルギ一、速度等はガスの圧
力、ＲＦ電力、ＤＣ電圧、電極間距離などによって制御
される。
【００２１】（Ｃ）活性種流の速度成分の調整 真空容器１０内を試料に向かって直進するフッ素ラジカ
ル流に対して光ビ一ム源３６によりＸ軸方向から、さら
に光ビ一ム源３６'によりＹ軸方向から各々光ビ一ム４
０を照射する。この時、光ビ一ム４０はフッ素ラジカル
・ビ一ムの進行方向に略垂直な方向から照射される。ま
た、フッ素ラジカル・ビ一ムを照射した光ビ一ム４０は
鏡３８、３８'で反射して再度フッ素ラジカル・ビ一ム
を照射する。
ル流に対して光ビ一ム源３６によりＸ軸方向から、さら
に光ビ一ム源３６'によりＹ軸方向から各々光ビ一ム４
０を照射する。この時、光ビ一ム４０はフッ素ラジカル
・ビ一ムの進行方向に略垂直な方向から照射される。ま
た、フッ素ラジカル・ビ一ムを照射した光ビ一ム４０は
鏡３８、３８'で反射して再度フッ素ラジカル・ビ一ム
を照射する。
【００２２】フッ素ラジカルからなる活性種流に対する
光ビ一ム源３６としてはレ一ザ光源が使われる。レ一ザ
としては、例えばフッ素原子の３ｓ４Ｐ（５／２）準位
と３ｐ４Ｄ０（７／２）準位との間の遷移エネルギ一の
共鳴波長である６８５．６ｎｍよりも若干長波長な"６
８５．６＋Δ"ｎｍに中心発光波長を有するものが使わ
れる。なお、レ一ザの中心発光波長を共鳴波長よりも若
干大きな波長とするのは、後述するドップラ一冷却効果
を利用するためである。また、"Δ"は１ｎｍよりも小さ
な任意の波長幅を意味する。
光ビ一ム源３６としてはレ一ザ光源が使われる。レ一ザ
としては、例えばフッ素原子の３ｓ４Ｐ（５／２）準位
と３ｐ４Ｄ０（７／２）準位との間の遷移エネルギ一の
共鳴波長である６８５．６ｎｍよりも若干長波長な"６
８５．６＋Δ"ｎｍに中心発光波長を有するものが使わ
れる。なお、レ一ザの中心発光波長を共鳴波長よりも若
干大きな波長とするのは、後述するドップラ一冷却効果
を利用するためである。また、"Δ"は１ｎｍよりも小さ
な任意の波長幅を意味する。
【００２３】レ一ザ・ビ一ムが活性種流に照射される
と、ドップラ一冷却効果によって、活性種の試料表面に
平行な速度成分が小さくなる。すなわち、レ一ザ光源３
６から照射されるレ一ザ・ビ一ム中の光子とフッ素原子
との運動量の交換により、フッ素原子のＸ軸方向（図
２）での速度成分が減少し、また同様に光ビ一ム源３
６'から照射されるレ一ザ・ビ一ム中の光子とフッ素原
子との運動量の交換により、フッ素原子のＹ軸方向（図
２）での速度成分が減少する。その結果、相対的に試料
表面に垂直な（Ｚ方向の）速度成分が増加する。また、
この時フッ素原子のＸ軸およびＹ軸方向での速度成分を
ほとんどゼロにすることも可能であり、その結果、フッ
素ラジカルが試料表面に垂直に入射することになる。こ
れにより、従来困難であるとされてきた中性な活性種の
軌道制御が可能となる。
と、ドップラ一冷却効果によって、活性種の試料表面に
平行な速度成分が小さくなる。すなわち、レ一ザ光源３
６から照射されるレ一ザ・ビ一ム中の光子とフッ素原子
との運動量の交換により、フッ素原子のＸ軸方向（図
２）での速度成分が減少し、また同様に光ビ一ム源３
６'から照射されるレ一ザ・ビ一ム中の光子とフッ素原
子との運動量の交換により、フッ素原子のＹ軸方向（図
２）での速度成分が減少する。その結果、相対的に試料
表面に垂直な（Ｚ方向の）速度成分が増加する。また、
この時フッ素原子のＸ軸およびＹ軸方向での速度成分を
ほとんどゼロにすることも可能であり、その結果、フッ
素ラジカルが試料表面に垂直に入射することになる。こ
れにより、従来困難であるとされてきた中性な活性種の
軌道制御が可能となる。
【００２４】ここで、本明細書で言う"ドップラ一冷却
効果"にさらについて説明する。"ドップラ一冷却効果"
とは、一言で言うと、光学上のドップラ一効果を利用し
て運動中の中性原子を減速させることを言い、詳細は以
下の通りである。
効果"にさらについて説明する。"ドップラ一冷却効果"
とは、一言で言うと、光学上のドップラ一効果を利用し
て運動中の中性原子を減速させることを言い、詳細は以
下の通りである。
【００２５】図４は、ドップラ一冷却効果について説明
するための、原子の共鳴吸収曲線とレ一ザ光の発光スペ
クトルとの関係を示した図である。図中の曲線４２は中
心周波数ｆ０でピ−クを持つ、フッ素原子の共鳴吸収率
と周波数との関係を示した共鳴吸収曲線である。図中の
点線４３、４４、４５は各々中心発光周波数ｆ１、
ｆ２、ｆ３を持つレ一ザ光の発光スペクトルを示したも
のである。なお、中心周波数ｆ０は具体的にはフッ素原
子の３ｓ４Ｐ（５／２）準位と３ｐ４Ｄ０（７／２）準
位との間の遷移エネルギ一の共鳴波長である６８５．６
ｎｍに相当する周波数である。また、上記した波長幅"
Δ"に相当する周波数分だけ周波数ｆ０よりも小さな周
波数である。
するための、原子の共鳴吸収曲線とレ一ザ光の発光スペ
クトルとの関係を示した図である。図中の曲線４２は中
心周波数ｆ０でピ−クを持つ、フッ素原子の共鳴吸収率
と周波数との関係を示した共鳴吸収曲線である。図中の
点線４３、４４、４５は各々中心発光周波数ｆ１、
ｆ２、ｆ３を持つレ一ザ光の発光スペクトルを示したも
のである。なお、中心周波数ｆ０は具体的にはフッ素原
子の３ｓ４Ｐ（５／２）準位と３ｐ４Ｄ０（７／２）準
位との間の遷移エネルギ一の共鳴波長である６８５．６
ｎｍに相当する周波数である。また、上記した波長幅"
Δ"に相当する周波数分だけ周波数ｆ０よりも小さな周
波数である。
【００２６】今例えば図２のレ一ザ光源３６から出たＸ
軸上で振動数（周波数）ｆ１で振動するレ一ザ光に向か
って（光源３６の方向へ向かって）、速度ｖでフッ素原
子が運動していると仮定する。この場合、ドップラ一効
果により、フッ素原子から見たレ一ザ光の振動数ｆ
２は、光速をｃとすると、 ｆ２＝ｆ１／（１一ｖ／ｃ） となる。すなわち、フッ素原子から見たレ一ザ光の発光
スペクトルは、図４の４３ではなく４４となる。次に、
フッ素原子がレ一ザ光と同一の方向（Ｘ軸上の鏡３８の
方向）に速度ｖで運動していると仮定する。この場合、
フッ素原子から見たレ一ザ光の振動数ｆ３は、 ｆ３＝ｆ１／（１＋ｖ／ｃ） となり、その発光スペクトルは、図４の４３ではなく４
５となる。
軸上で振動数（周波数）ｆ１で振動するレ一ザ光に向か
って（光源３６の方向へ向かって）、速度ｖでフッ素原
子が運動していると仮定する。この場合、ドップラ一効
果により、フッ素原子から見たレ一ザ光の振動数ｆ
２は、光速をｃとすると、 ｆ２＝ｆ１／（１一ｖ／ｃ） となる。すなわち、フッ素原子から見たレ一ザ光の発光
スペクトルは、図４の４３ではなく４４となる。次に、
フッ素原子がレ一ザ光と同一の方向（Ｘ軸上の鏡３８の
方向）に速度ｖで運動していると仮定する。この場合、
フッ素原子から見たレ一ザ光の振動数ｆ３は、 ｆ３＝ｆ１／（１＋ｖ／ｃ） となり、その発光スペクトルは、図４の４３ではなく４
５となる。
【００２７】このドップラ一効果によるフッ素原子から
見た光の周波数の変化を共鳴吸収曲線との関係で見る
と、図４から振動数ｆ２（スペクトル４４）に変化した
場合の方が、共鳴吸収のピ−ク周波数に近づくため、振
動数ｆ３（スペクトル４５）に変化した場合よりもより
多く光の共鳴吸収が起こることになる。すなわち、図２
のＸ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動するフッ素原子
の方が、反対の鏡３８に向かって運動するフッ素原子よ
りも多く光を共鳴吸収することになり、両者で光の吸収
量の差が生ずる。
見た光の周波数の変化を共鳴吸収曲線との関係で見る
と、図４から振動数ｆ２（スペクトル４４）に変化した
場合の方が、共鳴吸収のピ−ク周波数に近づくため、振
動数ｆ３（スペクトル４５）に変化した場合よりもより
多く光の共鳴吸収が起こることになる。すなわち、図２
のＸ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動するフッ素原子
の方が、反対の鏡３８に向かって運動するフッ素原子よ
りも多く光を共鳴吸収することになり、両者で光の吸収
量の差が生ずる。
【００２８】光を多く吸収した光源３６に向かって運動
するフッ素原子は励起状態に、すなわちエネルギ一・レ
ベルが励起準位に遷移するが、その後光を放出してエネ
ルギ一的により安定な状態に、すなわちエネルギ一・レ
ベルが低い準位に戻る。この時放出される光は原子から
等方的に放射されるので、この光の放出によってフッ素
原子は特定の方向に力を受けることはない。
するフッ素原子は励起状態に、すなわちエネルギ一・レ
ベルが励起準位に遷移するが、その後光を放出してエネ
ルギ一的により安定な状態に、すなわちエネルギ一・レ
ベルが低い準位に戻る。この時放出される光は原子から
等方的に放射されるので、この光の放出によってフッ素
原子は特定の方向に力を受けることはない。
【００２９】レ一ザ光源３６に向かって運動するフッ素
原子は、運動量保存下で、光の吸収と同時に光子の持っ
ている運動量を受取る。このフッ素原子が受け取った運
動量はフッ素原子をその運動方向と反対の方向に働く力
として作用する。すなわち、運動量保存下で、原子と光
子との間で運動量の交換過程を経て、フッ素原子はＸ軸
上運動方向とは反対の鏡３８の方向に力を受ける。その
結果、Ｘ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動するフッ素
原子は減速されることになる。
原子は、運動量保存下で、光の吸収と同時に光子の持っ
ている運動量を受取る。このフッ素原子が受け取った運
動量はフッ素原子をその運動方向と反対の方向に働く力
として作用する。すなわち、運動量保存下で、原子と光
子との間で運動量の交換過程を経て、フッ素原子はＸ軸
上運動方向とは反対の鏡３８の方向に力を受ける。その
結果、Ｘ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動するフッ素
原子は減速されることになる。
【００３０】一方、鏡３８に向かって運動するフッ素原
子も、同時に光子から運動量を受け取るが、光の吸収が
少ないために、同時に受け取る運動量も少ない。その結
果、鏡３８に向かって運動するフッ素原子はその運動方
向に受ける力が小さく、加速される量も小さいものとな
る。
子も、同時に光子から運動量を受け取るが、光の吸収が
少ないために、同時に受け取る運動量も少ない。その結
果、鏡３８に向かって運動するフッ素原子はその運動方
向に受ける力が小さく、加速される量も小さいものとな
る。
【００３１】同様なことは、鏡３８で反射したレ一ザ光
に対して運動するフッ素ラジカル原子についても成り立
つ。すなわち、この場合、Ｘ軸上レ一ザ光に向かって
（鏡３８に向かって）運動するフッ素ラジカル原子をド
ップラ一冷却効果により減速させることができる。そし
て、先のＸ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動する場合
の減速と合わされた結果、フッ素原子はＸ軸方向で減速
されることになる。なお、以上の説明は、Ｘ軸上を運動
するフッ素原子を仮定したものであるが、実際にはフッ
素原子の速度ベクトルｖのＸ軸上の成分ｖｘが対象とな
り、Ｘ軸方向での速度成分ｖｘが減少することになる。
に対して運動するフッ素ラジカル原子についても成り立
つ。すなわち、この場合、Ｘ軸上レ一ザ光に向かって
（鏡３８に向かって）運動するフッ素ラジカル原子をド
ップラ一冷却効果により減速させることができる。そし
て、先のＸ軸上レ一ザ光源３６に向かって運動する場合
の減速と合わされた結果、フッ素原子はＸ軸方向で減速
されることになる。なお、以上の説明は、Ｘ軸上を運動
するフッ素原子を仮定したものであるが、実際にはフッ
素原子の速度ベクトルｖのＸ軸上の成分ｖｘが対象とな
り、Ｘ軸方向での速度成分ｖｘが減少することになる。
【００３２】また、同様なことは、図２のＹ軸上でも同
様に成り立ち、Ｙ軸方向で運動するフッ素ラジカル原子
をレ一ザ光によるドップラ一冷却効果により減速させる
ことができる。その結果、レ一ザ光を照射されたフッ素
ラジカル原子は相対的に試料表面に垂直な（Ｚ方向の）
速度成分が増加することになる。
様に成り立ち、Ｙ軸方向で運動するフッ素ラジカル原子
をレ一ザ光によるドップラ一冷却効果により減速させる
ことができる。その結果、レ一ザ光を照射されたフッ素
ラジカル原子は相対的に試料表面に垂直な（Ｚ方向の）
速度成分が増加することになる。
【００３３】（Ｄ）ドライエッチング 試料表面に垂直に入射したフッ素ラジカルと試料中の原
子あるいは分子との反応によって試料がその表面に垂直
な方向からエッチングされる。すなわち、試料はフッ素
ラジカルによって異方性エッチングされる。
子あるいは分子との反応によって試料がその表面に垂直
な方向からエッチングされる。すなわち、試料はフッ素
ラジカルによって異方性エッチングされる。
【００３４】試料がパタ一ン化されたフォトレジスト層
が設けられたＳｉＯ２を有するＳｉ基板 の場合は、Ｓ
ｉＯ２の所定のパタ一ンが形成される。この時、ＳｉＯ
２やＳｉ基板にイオンによるダメ一ジの無いパタ一ンが
形成される。また、フッ素ラジカルが試料表面に平行な
速度成分を持たず試料表面に垂直に入射するので、より
異方性の高い微細なパタ一ンを形成することができる。
が設けられたＳｉＯ２を有するＳｉ基板 の場合は、Ｓ
ｉＯ２の所定のパタ一ンが形成される。この時、ＳｉＯ
２やＳｉ基板にイオンによるダメ一ジの無いパタ一ンが
形成される。また、フッ素ラジカルが試料表面に平行な
速度成分を持たず試料表面に垂直に入射するので、より
異方性の高い微細なパタ一ンを形成することができる。
【００３５】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を変更しない範囲内において各種の変更や応用が
可能である。例えば、、上記実施例では、光ビ一ムはフ
ッ素ラジカルの試料表面に平行な速度成分を減少させる
ために用いているが、逆にこれを増加させて相対的に試
料表面に垂直な（Ｚ方向の）速度成分を減少させ、フッ
素ラジカル流を試料表面に対して広げるようにするため
に用いることも可能である。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を変更しない範囲内において各種の変更や応用が
可能である。例えば、、上記実施例では、光ビ一ムはフ
ッ素ラジカルの試料表面に平行な速度成分を減少させる
ために用いているが、逆にこれを増加させて相対的に試
料表面に垂直な（Ｚ方向の）速度成分を減少させ、フッ
素ラジカル流を試料表面に対して広げるようにするため
に用いることも可能である。
【図１】本発明の一実施例のドライエッチング装置を横
（側壁）方向から見た場合の断面図である。
（側壁）方向から見た場合の断面図である。
【図２】本発明の一実施例のドライエッチング装置を上
から見た場合の装置中央部の断面図である。
から見た場合の装置中央部の断面図である。
【図３】本発明のドライエッチング方法のフロ一を示し
た図である。
た図である。
【図４】原子の共鳴吸収曲線とレ一ザ光の発光スペクト
ルとの関係を示した図である。
ルとの関係を示した図である。
１０ 真空容器 １２ エッチング試料 １４ 試料台 １６ 開口 １８ 排気管 ２０ 活性種流源 ２２ 開口 ２３ 電極 ２４ ＲＦ／ＤＣ電源 ２６ 開口 ２８ 導波部 ３０ 開口 ３２ 活性種流 ３４、３４' 窓 ３６、３６' 光ビ−ム源 ３８、３８' 鏡 ４０ 光ビ一ム ４２ 原子の共鳴吸収曲線 ４３、４４、４５ レ一ザ光の発光スペクトル ５０ ドライエッチング装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 599112548 安武 潔 大阪府箕面市小野原東６−25−14−201 (72)発明者 清水 正男 滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地 日本アイ・ビー・エム株式会社 野洲 事業所内 (72)発明者 芳井 熊安 大阪府大阪市生野区林寺４−７−２ (72)発明者 安武 潔 大阪府箕面市小野原東６−25−14−201 (56)参考文献 特開 平７−263353（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−224156（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−293618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−43136（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304626（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/302
Claims (23)
- 【請求項１】 ドライエッチング方法であって、 試料を準備するステップと、前記試料に向かって進行する 中性な活性種流を準備する
ステップと、 前記中性な活性種流の進行方向に略垂直な少なくとも２
つの異なる方向から光ビ一ムを照射して該活性種の前記
試料表面に平行な速度成分を小さくするステップと、 前記平行な速度成分が小さくなった活性種流を前記試料
に当てて試料をエッチングするステップと、 を含む方法。 - 【請求項２】 前記２つの異なる方向が互いにほぼ９０
℃離れていることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記活性種の試料表面に平行な速度成分
を小さくするステップが、 前記光ビ一ム中の光子と前記中性な活性種との間の運動
量の交換（ドップラ一冷却効果）によって該活性種の試
料表面に平行な速度成分を小さくすることを含む請求項
１記載の方法。 - 【請求項４】 前記光が前記中性な活性種の所定の遷移
準位に共鳴する波長"Ｗ"よりも若干大きな波長"Ｗ＋Δ"
を有する請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記中性な活性種がラジカル・フッ素原
子を含む請求項１〜４記載の方法。 - 【請求項６】 前記光ビ一ムがレ一ザ・ビ一ムからなる
請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記レ一ザ・ビ一ムが６８５．６＋Δ
［ｎｍ］に発光波長を有するレ一ザ・ビ一ムからなる請
求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記試料を準備するステップが、真空容
器中に設けられた試料台上に試料を設置することを含む
請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記中性な活性種流を準備するステップ
が、 前記試料台上に設置された試料のエッチング面に対向す
る位置に設けられた中性な活性種流源から中性な活性種
ビ一ムを前記試料に向けて放出することを含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項１０】 前記試料が半導体基板を含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項１１】 ドライエッチング装置であって、 真空容器と、 前記真空容器内に設けられた、エッチング試料を保持す
るための試料台と、 前記試料台の前記試料が保持される表面に対向する位置
に設けられ、中性な活性種流を前記試料台上の試料に向
けて放出するための活性種流源と、 前記試料台と前記活性種流源との間に設けられ、前記活
性種流源から放出された中性な活性種流に光ビ一ムを照
射して、前記中性な活性種の前記試料表面に平行な速度
成分を小さくするための光ビ一ム源とを含み、 前記光ビ一ム源が、光ビ一ムを前記活性種流の進行方向
に略垂直な少なくとも２つの異なる方向から照射するよ
うに設けられていることを特徴とする、 装置。 - 【請求項１２】 前記２つの異なる方向が互いに約９０
℃離れていることを特徴とする請求項１１記載の装置。 - 【請求項１３】 前記活性種流源が、前記真空容器に設
けられた開口を通ってビ一ム状の中性な活性種流を該真
空容器内に導入可能なように前記真空容器に接続されて
いる請求項１１記載の装置。 - 【請求項１４】 前記光ビ一ム源が、前記真空容器の側
壁に設けられた透明な窓を介して光ビ一ムを該真空容器
内に導入可能なように前記真空容器に接続されている請
求項１３記載の装置。 - 【請求項１５】 前記透明な窓が設けられた真空容器の
側壁と対向する側壁の内側に設けられ、前記光ビ一ム源
からの光ビ一ムを反射して再度活性種流を照射するため
のミラ一を有する請求項１４記載の装置。 - 【請求項１６】 前記照射される光ビ一ム中の光子と前
記中性な活性種との間の運動量の交換（ドップラ一冷却
効果）によって該活性種の前記試料表面に平行な速度成
分を小さくすることを含む請求項１１記載の装置。 - 【請求項１７】 前記光が前記中性な活性種の所定の遷
移準位に共鳴する波長"Ｗ"よりも若干大きな波長"Ｗ＋
Δ"を有する請求項１６記載の装置。 - 【請求項１８】 前記中性な活性種がラジカル・フッ素
原子を含む請求項１６記載の装置。 - 【請求項１９】 前記光ビ一ム源がレ一ザ・ビ一ム源か
らなる請求項１８記載の装置。 - 【請求項２０】 前記レ一ザ・ビ一ムが６８５．６＋Δ
［ｎｍ］に発光波長を有するレ一ザ光からなる請求項１
９記載の装置。 - 【請求項２１】 前記活性種流源は、Ｆ ２ 、ＳＦ ６ 、Ｎ
Ｆ ３ およびＣＦ ４ の中から選択される少なくとも一つの
原料ガスから前記中性な活性種を得ることを特徴とす
る、請求項１１記載の装置。 - 【請求項２２】 前記試料が半導体基板を含む請求項１
１記載の装置。 - 【請求項２３】 前記試料がパタ一ン化されたフォトレ
ジスト層が設けられたＳｉＯ ２ を有するＳｉ基板を含む
請求項１１記載の装置。
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|---|---|---|---|
| JP25156997A JP3322181B2 (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | ドライエッチング方法および装置 |
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| US10/043,103 US20020058419A1 (en) | 1997-09-17 | 2002-01-14 | Dry etching method and apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25156997A Expired - Fee Related JP3322181B2 (ja) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | ドライエッチング方法および装置 |
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| JPH0622212B2 (ja) * | 1983-05-31 | 1994-03-23 | 株式会社東芝 | ドライエッチング方法 |
| JPS6175529A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-17 | Toshiba Corp | ドライエツチング方法及び装置 |
| DE4018954A1 (de) * | 1989-06-15 | 1991-01-03 | Mitsubishi Electric Corp | Trockenaetzgeraet |
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- 1998-08-08 KR KR1019980032312A patent/KR19990029282A/ko not_active Application Discontinuation
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-
2002
- 2002-01-14 US US10/043,103 patent/US20020058419A1/en not_active Abandoned
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