JPH05217949A - Dryetching device and its method - Google Patents

Dryetching device and its method

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Publication number
JPH05217949A
JPH05217949A JP5703092A JP5703092A JPH05217949A JP H05217949 A JPH05217949 A JP H05217949A JP 5703092 A JP5703092 A JP 5703092A JP 5703092 A JP5703092 A JP 5703092A JP H05217949 A JPH05217949 A JP H05217949A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
chamber
sample
aperture
neutral particles
Prior art date
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Pending
Application number
JP5703092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Kimura
泰樹 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP5703092A priority Critical patent/JPH05217949A/en
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Abstract

PURPOSE:To acquire fast neutron of specified directional property and monochromatic energy distribution and to realize rapid etching of high anisotropy. CONSTITUTION:A generation chamber 15 of fast neutron is formed in an upper part of an approximately central part of an etching chamber 10 with an aperture 16 formed in an lower end thereof facing toward a sample installation part 21 and a first evacuation tube 14 is provided to one sidewall of the etching chamber 10 for evacuating gas inside the etching chamber 10. A second evacuation tube 18 is provided to a sidewall of the generation chamber 15 with its evacuation port 18a opened externally. Each pressure inside the etching chamber 10 and outside the generation chamber 15 is set at an optimum value, fast neutron is generated using light element such as He, H2, and etching species is generated by etching gas for dryetching the sample 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はICの製造プロセスにお
いて、エッチング種及び中性粒子を用い試料を中性粒子
アシストエッチングするドライエッチング装置及びその
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus and method for assisting a neutral particle assisted etching of a sample by using etching species and neutral particles in an IC manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】エッチング種及び中性粒子を用いて試料
を中性粒子アシストエッチングする、従来のドライエッ
チング装置の一例を図3に示す。図中1はチャンバであ
り、チャンバ1の上部にはエッチング種であるラジカル
を発生させる放電管2が配設され、放電管2にはエッチ
ングガスの供給管6が接続されている。またチャンバ1
の一側壁には、方向性良く加速されたイオンを発生させ
るイオン源3が設けられており、イオン源3にはイオン
発生用ガスのガス供給管7が接続されている。一方、こ
のイオン源3と対向するチャンバ1の他側壁には、数段
のグリッドで構成されたグリッド電極4を介して試料設
置部5が取り付けられており、グリッド電極4によりイ
オン等の荷電粒子の試料設置部5への進入が防止される
ようになっている。さらにチャンバ1の下部には、チャ
ンバ1内のガスを排気するための排気管8が設けられて
いる。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a conventional dry etching apparatus for performing neutral particle assist etching on a sample using an etching species and neutral particles. In the figure, reference numeral 1 denotes a chamber, and a discharge tube 2 for generating radicals as an etching species is disposed above the chamber 1, and an etching gas supply tube 6 is connected to the discharge tube 2. Also chamber 1
An ion source 3 for generating ions that have been accelerated with high directionality is provided on one side wall of the column, and a gas supply pipe 7 for an ion generating gas is connected to the ion source 3. On the other hand, a sample installation unit 5 is attached to the other side wall of the chamber 1 facing the ion source 3 via a grid electrode 4 composed of several stages of grids. Is prevented from entering the sample setting section 5. Further, an exhaust pipe 8 for exhausting the gas in the chamber 1 is provided below the chamber 1.

【0003】上記の如く構成された装置を用いて、表面
にSiO2 が形成されたSiの試料をドライエッチング
する場合には、まず試料設置部5に試料を設置する。次
いで供給管6より放電管2及びチャンバ1内に反応ガス
であるCHF3 を供給し、またガス供給管7よりイオン
源3にイオン発生用ガスであるArを供給する。続いて
放電管2及びチャンバ1内のガスを排気管8より排気量
を調節しながら排気し、チャンバ1内をエッチング速度
と異方性とが両立する所定の圧力、例えば7×10-2
aに設定する。この後グリッド電極4のそれぞれのグリ
ッドを正又は負の電位に印加すると共に、放電管2、イ
オン源3を作動させる。すると、放電管2内のCHF3
がプラズマ化されてチャンバ1内にCHF3 を発生源と
するラジカル、イオン、電子が供給され、またイオン源
3からはAr+がグリッド電極4へ向けて射出される。
途中、射出されたAr+ の一部は、電荷交換散乱により
運動エネルギと方向性とを失うことなく中性化されて高
速中性粒子となり、試料へと向かう。ここで電荷交換散
乱により生じた低速Ar+ 、電荷交換散乱を行わなかっ
た高速Ar+ 、プラズマ中のイオンはグリッド電極4内
の正電位ではじき返され、またプラズマ中の電子もグリ
ッド電極4内の負電位ではじき返される。一方、放電管
2より生じたラジカルはグリッド電極4に影響されるこ
となく試料に達し、試料表面に吸着する。そして、この
吸着したラジカルに高速中性粒子が照射されることによ
ってエッチングが開始され、試料はドライエッチングさ
れる。なお、従来のドライエッチングでは、イオン発生
用ガスとして上記Arの他にNe、Kr等も用いられ
る。
When a Si sample having SiO 2 formed on its surface is dry-etched using the apparatus constructed as described above, first, the sample is set in the sample setting section 5. Then, CHF 3 which is a reaction gas is supplied from the supply pipe 6 into the discharge tube 2 and the chamber 1, and Ar which is an ion generating gas is supplied to the ion source 3 from the gas supply pipe 7. Then, the gas in the discharge tube 2 and the chamber 1 is exhausted from the exhaust tube 8 while adjusting the exhaust amount, and the chamber 1 is exhausted at a predetermined pressure such that the etching rate and the anisotropy are compatible, for example, 7 × 10 -2 P
Set to a. After that, each grid of the grid electrode 4 is applied to a positive or negative potential, and the discharge tube 2 and the ion source 3 are operated. Then, CHF 3 in the discharge tube 2
Are plasmatized to supply radicals, ions, and electrons having CHF 3 as a generation source into the chamber 1, and Ar + is ejected from the ion source 3 toward the grid electrode 4.
On the way, a part of the ejected Ar + is neutralized by the charge exchange scattering without losing the kinetic energy and the directionality, and becomes high-speed neutral particles, and goes to the sample. Here, slow Ar + generated by charge exchange scattering, high speed Ar + without charge exchange scattering, ions in the plasma are repelled by the positive potential in the grid electrode 4, and electrons in the plasma are also in the grid electrode 4. It is repelled by the negative potential of. On the other hand, the radicals generated from the discharge tube 2 reach the sample without being affected by the grid electrode 4 and are adsorbed on the sample surface. Then, the adsorbed radicals are irradiated with high-speed neutral particles to start etching, and the sample is dry-etched. In the conventional dry etching, Ne, Kr or the like is used as the ion generating gas in addition to Ar.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記したようにドライ
エッチング時のチャンバ1内の圧力は、エッチング速度
とエッチングの異方性が両立する値に設定されている。
しかしながらこの設定圧力でドライエッチングを行う
と、高速中性粒子が電荷交換散乱よりも弾性散乱により
発生する確率が高くなるため、高速中性粒子の方向性を
保つことができなかった。つまり、従来の設定圧力は高
速中性粒子の方向性を保つには高く、反対に高速中性粒
子の方向性を保てる圧力値は、エッチング速度とエッチ
ングの異方性とを両立させるには低かった。しかも高速
中性粒子のエネルギも広く分布するという問題も生じて
いた。また上記した従来の装置では、ドライエッチング
時のチャンバ1はエッチングガスとイオン発生用ガスと
が混合した状態となるので、高速中性粒子の方向性と量
の制御を行うのは困難であるという問題もあった。加え
て従来の装置では、エッチングガスがイオン源3に逆流
してしまい、イオン源3が損傷する場合もあった。
As described above, the pressure in the chamber 1 at the time of dry etching is set to a value at which the etching rate and etching anisotropy are compatible with each other.
However, when dry etching is performed at this set pressure, the probability that high-speed neutral particles are generated by elastic scattering is higher than that of charge-exchange scattering, so that the directionality of high-speed neutral particles cannot be maintained. That is, the conventional set pressure is high to maintain the directionality of high-speed neutral particles, and conversely, the pressure value that can maintain the directionality of high-speed neutral particles is low to achieve both etching rate and etching anisotropy. It was Moreover, there has been a problem that the energy of high-speed neutral particles is widely distributed. Further, in the above-mentioned conventional apparatus, since the etching gas and the ion generating gas are mixed in the chamber 1 during the dry etching, it is difficult to control the directionality and the amount of the fast neutral particles. There was also a problem. In addition, in the conventional apparatus, the etching gas may flow back to the ion source 3 and damage the ion source 3.

【0005】さらに従来では、図4(a)、(b)、
(c)に示したように、高速中性粒子を発生させるイオ
ン発生用ガスとして弾性散乱断面積が電荷交換散乱断面
積に対して同程度又はそれ以上の大きさを持つAr、N
e等の重いガスを用いているので、高速中性粒子が弾性
散乱によって多く発生し、このことも高速中性粒子の方
向性とエネルギ分布を劣化させる原因となっていた。な
お、図4(a)、(b)、(c)はそれぞれ、He、N
e、Arの各ガスのイオンエネルギ変化による各散乱断
面積の変化を示し、sは弾性散乱、Tは電荷交換散乱、
tはt=s+Tを示したものである。そして、高速中性
粒子の方向性とエネルギ分布の劣化はエッチングパター
ンの形状の悪化、マイクロローディング効果の増大、エ
ッチング量の制御性の低下を招いていた。
Further, in the prior art, FIG. 4 (a), (b),
As shown in (c), as an ion-generating gas for generating high-speed neutral particles, Ar, N having an elastic scattering cross section whose size is equal to or larger than that of the charge exchange scattering cross section.
Since a heavy gas such as e is used, a large number of high speed neutral particles are generated due to elastic scattering, which also causes deterioration of the directionality and energy distribution of the high speed neutral particles. 4A, 4B, and 4C are He and N, respectively.
e and Ar show changes in each scattering cross section due to changes in ion energy of each gas, s is elastic scattering, T is charge exchange scattering,
t indicates t = s + T. Then, the deterioration of the directionality and energy distribution of the high-speed neutral particles causes the deterioration of the shape of the etching pattern, the increase of the microloading effect, and the deterioration of the controllability of the etching amount.

【0006】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、所定の方向性を有すると共にエネルギ分布が単色
な高速中性粒子を得ることができ、しかも異方性の高い
高速エッチングを実現することができるドライエッチン
グ装置及びその方法の提供を目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to obtain high-speed neutral particles having a predetermined directionality and a monochromatic energy distribution, and also to realize high-speed etching with high anisotropy. An object of the present invention is to provide a dry etching apparatus and a method therefor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、試料設置部を設置したエッチング室を備
え、該エッチング室には中性粒子の発生室をスリット又
はアパーチャーを前記試料設置部に向けて設けた状態で
配置したドライエッチング装置であって、前記エッチン
グ室に第1の排気管を設けると共に、前記発生室には第
2の排気管をその排気口を外部へ向けて開口した状態で
設けるようにしたものである。また上記装置において、
前記試料設置部の上方に、前記発生室の前記スリット又
は前記アパーチャー周辺のガスを排気するための排気部
を、その排気口を外部へ向けて開口した状態で設けるよ
うにしたものである。また本発明のドライエッチング方
法は、少なくともHe又はH2 の軽元素を用いて荷電粒
子を発生させた後、該荷電粒子を中性化して前記中性粒
子を発生させ、該中性粒子とエッチング種を用いてエッ
チング室内に設置した試料をエッチングするようにした
ものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises an etching chamber in which a sample setting section is installed, and a slit or aperture for generating neutral particles is provided in the etching chamber for setting the sample. And a second exhaust pipe is provided in the etching chamber, and a second exhaust pipe is opened in the generation chamber with its exhaust port facing outward. It is arranged to be provided in the state where it is opened. In the above device,
An exhaust unit for exhausting the gas around the slit or the aperture of the generation chamber is provided above the sample installation unit with its exhaust port opened to the outside. In addition, the dry etching method of the present invention uses at least a light element of He or H 2 to generate charged particles, then neutralizes the charged particles to generate the neutral particles, and etches the neutral particles. A sample placed in the etching chamber is etched using seeds.

【0008】[0008]

【作用】本発明のドライエッチング装置によれば、ドラ
イエッチング時において前記エッチング室内の圧力、前
記発生室内の圧力はそれぞれ、第1の排気管、第2の排
気管により独立に制御され、それぞれ最適な圧力に設定
される。また前記発生室と前記エッチング室とは、前記
アパーチャ又はスリットを介して連通した状態となり、
前記イオン源へエッチングガスが逆流することがない。
しかも方向性とエネルギ分布の単色性を失った高速中性
粒子は、前記アパーチャー又はスリットによってその大
部分が除去される。また本発明のドライエッチング方法
によれば、弾性散乱断面積が電荷交換散乱断面積に比べ
て小さい、少なくともHe又はH2 の軽元素を用いて荷
電粒子を発生させた後、該荷電粒子を中性化すると、電
荷交換散乱により高速中性粒子が多く発生し、弾性散乱
による方向性とエネルギ分布の単色性を失った高速中性
粒子の発生が抑制される。
According to the dry etching apparatus of the present invention, during dry etching, the pressure inside the etching chamber and the pressure inside the generation chamber are independently controlled by the first exhaust pipe and the second exhaust pipe, respectively. Is set to a proper pressure. Further, the generation chamber and the etching chamber are in a state of communicating via the aperture or slit,
The etching gas does not flow back to the ion source.
Moreover, most of the high-speed neutral particles having lost the directivity and the monochromaticity of energy distribution are removed by the apertures or slits. Further, according to the dry etching method of the present invention, the elastic scattering cross section is smaller than the charge exchange scattering cross section, and the charged particles are generated after generating the charged particles using at least a light element of He or H 2. When activated, a large amount of high-speed neutral particles are generated due to charge exchange scattering, and the generation of high-speed neutral particles that have lost the directionality and monochromaticity of energy distribution due to elastic scattering is suppressed.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明に係るドライエッチング装置及
びその方法の実施例を図面に基づいて説明する。図1は
本発明のドライエッチング装置の一例を示した断面図で
ある。図中10は断面略矩形のエッチング室であり、エ
ッチング室10の略中央の下部側には試料22を設置す
るための試料設置部21が設けられている。試料設置部
21は図示しない移動機構を備えており、試料設置部2
1はこの移動機構によって、後述するアパーチャー16
と試料22表面との距離を一定に保ったまま水平方向に
移動可能となっている。エッチング室10の略中央の上
部には、中空略円柱状の高速中性粒子の発生室15が、
その下端に形成されたアパーチャー16を試料設置部2
1に向けた状態で形成されており、アパーチャー16は
例えば直径2mm程度の大きさに形成されている。この
発生室15内のアパーチャー16の上方には、荷電粒子
を除去するための第2のグリッド電極17が取り付けら
れており、発生室15の上端には方向性良く加速された
イオンを発生させるイオン源19が配置されている。イ
オン源19にはHe、H2 等の軽元素からなるイオン発
生用ガスの第2のガス導入管20が接続され、また発生
室15の側壁には、第2の排気管18がその排気口18
aを外部へ向けて開口した状態で設けられている。一
方、エッチング室10の一側壁にはエッチング室10内
のガスを排気するための第1の排気管14が設けられて
おり、他側壁にはエッチング種を発生させる放電管11
が連設されている。この放電管11のエッチング室10
側には、荷電粒子を除去するための第1のグリッド電極
13が取り付けられ、また放電管11にはエッチングガ
ス用の第1のガス導入管12が接続されている。
Embodiments of the dry etching apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the dry etching apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes an etching chamber having a substantially rectangular cross section, and a sample mounting portion 21 for mounting a sample 22 is provided on the lower side of the etching chamber 10 at the substantial center. The sample setting unit 21 includes a moving mechanism (not shown), and the sample setting unit 2
1 is an aperture 16 which will be described later by this moving mechanism.
And the surface of the sample 22 can be moved in the horizontal direction while maintaining a constant distance. In the upper part of the substantially center of the etching chamber 10, a hollow substantially cylindrical generation chamber 15 for high-speed neutral particles,
The aperture 16 formed at the lower end of the sample mounting portion 2
The aperture 16 is formed to have a diameter of about 2 mm, for example. A second grid electrode 17 for removing charged particles is attached above the aperture 16 in the generation chamber 15, and the upper end of the generation chamber 15 is an ion for generating ions accelerated in a good direction. A source 19 is arranged. The ion source 19 is connected to a second gas introducing pipe 20 for an ion generating gas composed of a light element such as He and H 2 , and the side wall of the generating chamber 15 is provided with a second exhaust pipe 18 having an exhaust port. 18
It is provided in a state of opening a toward the outside. On the other hand, a first exhaust pipe 14 for exhausting gas in the etching chamber 10 is provided on one side wall of the etching chamber 10, and a discharge tube 11 for generating etching species is provided on the other side wall.
Are lined up. Etching chamber 10 for this discharge tube 11
A first grid electrode 13 for removing charged particles is attached to the side, and a first gas introduction tube 12 for etching gas is connected to the discharge tube 11.

【0010】次に、上記の如く構成されている装置を用
いて試料22の表面に形成されたSiO2 をドライエッ
チングする方法について述べる。まず第2のガス導入管
20より、イオン発生用ガスとしてHeをイオン源19
に導入すると共に、第1のガス導入管12より、反応ガ
スとしてCHF3 を放電管11内に導入する。次いでエ
ッチング室10内のガスを第1の排気管14より排気量
を調節しながら排気し、エッチング室10内を十分なエ
ッチング速度が得られる圧力値、例えば3Paに設定す
る。またこれと同時に、発生室15内のガスを第2の排
気管18より排気量を調節しながら排気し、弾性散乱に
よる高速中性粒子の発生を抑制するために発生室15内
を低圧力に設定する。具体的には発生室15内を、イオ
ン源19から第2のグリッド電極17までの距離よりも
イオン源19より発生したイオンの平均自由行程が長く
なるような圧力値、あるいはイオン源19からアパーチ
ャー16までの距離とイオンの平均自由行程とがほぼ同
じとなるような圧力値に設定する。本実施例では、イオ
ン源19からアパーチャー16までの距離が50cmで
あるので、発生室15内を3×10-2Paに設定する。
またアパーチャー16と試料22表面との距離を、例え
ば1mm程度に設定する。この距離を長くすると、試料
22と発生室15の下端で規定されるコンダクタンスが
増大してアパーチャー16周辺の圧力が増大し、高速中
性粒子の方向性やエネルギ分布の単色性が失われたり、
上記したようにエッチング室10内の圧力、発生室15
内の圧力を独立して設定することが困難となる。続いて
第1のグリッド電極13、第2のグリッド電極17に正
又は負の電位を印加すると共に、イオン源19より発生
させるイオンの加速エネルギを例えば150eVに設定
して作動させ、また放電管11も作動させる。
Next, a method of dry etching SiO 2 formed on the surface of the sample 22 using the apparatus configured as described above will be described. First, He is used as an ion generating gas from the second gas introducing pipe 20 to supply He to the ion source 19
And CHF 3 as a reaction gas is introduced into the discharge tube 11 through the first gas introduction tube 12. Then, the gas in the etching chamber 10 is exhausted from the first exhaust pipe 14 while adjusting the exhaust amount, and the inside of the etching chamber 10 is set to a pressure value, for example, 3 Pa at which a sufficient etching rate is obtained. At the same time, the gas in the generation chamber 15 is exhausted from the second exhaust pipe 18 while adjusting the exhaust amount, and the pressure inside the generation chamber 15 is made low in order to suppress the generation of high-speed neutral particles due to elastic scattering. Set. Specifically, in the generation chamber 15, a pressure value such that the mean free path of the ions generated from the ion source 19 is longer than the distance from the ion source 19 to the second grid electrode 17, or the aperture from the ion source 19 is increased. The pressure value is set so that the distance up to 16 and the mean free path of the ions are almost the same. In this embodiment, since the distance from the ion source 19 to the aperture 16 is 50 cm, the inside of the generation chamber 15 is set to 3 × 10 -2 Pa.
Further, the distance between the aperture 16 and the surface of the sample 22 is set to about 1 mm, for example. If this distance is increased, the conductance defined by the sample 22 and the lower end of the generation chamber 15 increases, the pressure around the aperture 16 increases, and the directionality of the high-speed neutral particles and the monochromaticity of the energy distribution are lost.
As described above, the pressure in the etching chamber 10 and the generation chamber 15
It becomes difficult to set the internal pressure independently. Subsequently, a positive or negative potential is applied to the first grid electrode 13 and the second grid electrode 17, and the acceleration energy of the ions generated from the ion source 19 is set to, for example, 150 eV to operate the discharge tube 11. Also activate.

【0011】すると、放電管11の作動により放電管1
1内のCHF3 はプラズマ化され、エッチング室10内
へと向かう。このとき、プラズマ中のイオン、電子は第
1のグリッド電極13に印加された正電位又は負電位で
はじき返されて試料22に到達せず、またプラズマ中の
ラジカルは第1のグリッド電極13に影響されることな
くエッチング室10内に拡散し、試料22に達して表面
に吸着する。なお、試料22は予め−100℃に冷却さ
れており、表面に吸着したラジカルが自発的に反応する
ことはない。一方、イオン源19の作動により、イオン
源19からはHe+ が発生室15内の第2のグリッド電
極17へ向けて射出され、途中、He+ の約50%が発
生室15内で電荷交換散乱により方向性と運動エネルギ
を失うことなく高速中性粒子に変換される。Heは弾性
散乱断面積が電荷交換散乱断面積に比べて小さいため
に、方向性とエネルギ分布の単色性を失った高速中性粒
子の発生がArの場合と比べて抑制される。第2のグリ
ッド電極17に到達したHe+ のうち、電荷交換散乱に
より生じた低速He+ 、電荷交換散乱を行わなかったH
+ は第2のグリッド電極17に印加された正電位では
じき返されて試料22に到達せず、また僅かに発生した
方向性とエネルギの単色性を失った高速中性粒子はアパ
ーチャー16によってその大部分が除かれる。そして、
所定の方向性とエネルギ分布を有する高速中性粒子のみ
がアパーチャー16より試料22に向けて射出される。
次いで、試料22の表面に吸着したラジカルにアパーチ
ャー16より射出した高速中性粒子が照射されることに
よってエッチングが開始され、試料22はドライエッチ
ングされる。ここで、試料22のエッチング領域がアパ
ーチャー16によって規定されるエッチング領域よりも
大きい場合は、移動機構により試料設置部21を水平移
動させて所望の領域のエッチングを行う。
Then, the operation of the discharge tube 11 causes the discharge tube 1 to operate.
CHF 3 in 1 is turned into plasma and goes into the etching chamber 10. At this time, the ions and electrons in the plasma are repelled by the positive potential or the negative potential applied to the first grid electrode 13 and do not reach the sample 22, and the radicals in the plasma reach the first grid electrode 13. It is diffused into the etching chamber 10 without being affected, reaches the sample 22, and is adsorbed on the surface. The sample 22 is cooled to −100 ° C. in advance, and the radicals adsorbed on the surface do not react spontaneously. On the other hand, due to the operation of the ion source 19, He + is ejected from the ion source 19 toward the second grid electrode 17 in the generation chamber 15, and about 50% of He + is charged in the generation chamber 15 during the charge exchange. It is converted into high-speed neutral particles without losing directionality and kinetic energy due to scattering. Since the elastic scattering cross section of He is smaller than the charge exchange scattering cross section, the generation of high-speed neutral particles that have lost the directionality and monochromaticity of the energy distribution is suppressed as compared with the case of Ar. Of He + that has reached the second grid electrode 17, slow He + generated by charge exchange scattering and H that has not undergone charge exchange scattering
e + is repelled by the positive potential applied to the second grid electrode 17 and does not reach the sample 22, and the slightly generated fast neutral particles that have lost the directionality and the monochromaticity of the energy are generated by the aperture 16. Most of it is removed. And
Only high-speed neutral particles having a predetermined directionality and energy distribution are ejected from the aperture 16 toward the sample 22.
Then, the radicals adsorbed on the surface of the sample 22 are irradiated with the high-speed neutral particles emitted from the aperture 16 to start etching, and the sample 22 is dry-etched. Here, when the etching region of the sample 22 is larger than the etching region defined by the aperture 16, the moving mechanism moves the sample setting part 21 horizontally to etch a desired region.

【0012】なお、上記実施例においては、試料設置部
21側に移動機構を設けた場合について述べたが、試料
設置部21とアパーチャー16とが相対的に移動できれ
ば良く、アパーチャー16側に移動機構を設けてアパー
チャー16側を移動させることも可能である。また上記
実施例では、発生室15の下端にアパーチャー16を形
成した場合について述べたが、これに替えてスリットを
設けることもできる。さらに上記実施例では、イオン発
生用ガスとしてHeを用いた場合について述べたが、H
eに替えてH2 等の軽元素を用いることができる。
In the above embodiment, the case where the moving mechanism is provided on the sample setting section 21 side has been described, but it is sufficient if the sample setting section 21 and the aperture 16 can move relatively, and the moving mechanism moves to the aperture 16 side. It is also possible to move the aperture 16 side by providing. Further, in the above embodiment, the case where the aperture 16 is formed at the lower end of the generating chamber 15 has been described, but a slit may be provided instead of this. Further, in the above embodiment, the case where He was used as the ion generating gas was described.
Instead of e, a light element such as H 2 can be used.

【0013】このように上記実施例によれば、エッチン
グ種であるラジカルが拡散しているエッチング室10
と、高速中性粒子の発生室15の各々に第1の排気管1
4、第2の排気管18を設けているので、エッチング室
10内、発生室15内の圧力を独立に制御することがで
き、それぞれを最適な圧力に設定することができる。従
って、所定の方向性を有すると共にエネルギ分布が単色
な高速中性粒子を得ることができ、しかも異方性の高い
高速エッチングを行うことが可能となる。また本実施例
では、イオン発生用ガスとして弾性散乱断面積が電荷交
換散乱断面積に比べて小さいHeを用いているので、弾
性散乱による方向性とエネルギ分布の単色性を失った高
速中性粒子の発生が抑制されることとなり、高速中性粒
子の方向性とエネルギ分布の単色性を改善することがで
きる。さらに、高速中性粒子の発生室15とエッチング
室10とはアパーチャー16又はスリットを介して連通
しているので、イオン源19へのエッチングガスの逆流
も防止でき、イオン源19の損傷を防ぐことができる。
またHeを用いた場合でも僅かに発生した方向性とエネ
ルギ分布の単色性を失った高速中性粒子は、アパーチャ
ー16又はスリットによってその大部分が除去されるの
で、試料22表面に所定の方向性とエネルギ分布の単色
性を有する高速中性粒子を照射することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, the etching chamber 10 in which the radicals as the etching species are diffused.
And a first exhaust pipe 1 in each of the high-velocity neutral particle generation chambers 15.
4. Since the second exhaust pipe 18 is provided, the pressure in the etching chamber 10 and the pressure in the generation chamber 15 can be independently controlled, and each can be set to an optimum pressure. Therefore, high-speed neutral particles having a predetermined directionality and a monochromatic energy distribution can be obtained, and high-speed anisotropic etching can be performed. Further, in this embodiment, since He whose elastic scattering cross section is smaller than the charge exchange scattering cross section is used as the gas for ion generation, high-speed neutral particles that lose directionality due to elastic scattering and monochromaticity of energy distribution. Thus, the generation of particles is suppressed, and the directionality of the high speed neutral particles and the monochromaticity of the energy distribution can be improved. Furthermore, since the high-speed neutral particle generation chamber 15 and the etching chamber 10 are communicated with each other through the aperture 16 or the slit, it is possible to prevent the backflow of the etching gas to the ion source 19 and prevent the ion source 19 from being damaged. You can
Further, even if He is used, most of the high-speed neutral particles that have slightly lost the directionality and the monochromaticity of the energy distribution are removed by the aperture 16 or the slit. It is possible to irradiate high-speed neutral particles having monochromaticity of energy distribution.

【0014】図2は本発明のドライエッチング装置の他
の例を示した断面図であり、図1と相異するのは、試料
設置部21の上方に、排気部23がその排気口23aを
外部へ向けて開口した状態で設けられている点である。
この排気部23は、発生室15のアパーチャー16又は
スリットの周辺のガスを排気するためのものであり、排
気部23による排気によって、試料22表面の高速中性
粒子が照射される領域におけるエッチング種の吸着量が
制御されるようになっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the dry etching apparatus of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the exhaust unit 23 has an exhaust port 23a above the sample setting unit 21. The point is that it is provided so as to be open to the outside.
The exhaust unit 23 is for exhausting the gas around the aperture 16 or the slit of the generation chamber 15, and the exhaust species of the etching species in the region of the surface of the sample 22 irradiated with the fast neutral particles by the exhaust by the exhaust unit 23. The adsorption amount of is controlled.

【0015】このような装置を用いてSiの試料22を
ドライエッチングする場合には、まず第2のガス導入管
20よりイオン発生用ガスであるHeをイオン源19に
導入すると共に、第1のガス導入管12より反応ガスで
あるCl2 を放電管11内に導入する。次いでエッチン
グ室10内のガスを第1の排気管14より排気量を調節
しながら排気し、エッチング室10内を十分なエッチン
グ速度が得られる圧力値、例えば3Paに設定する。ま
たこれと同時に、発生室15内のガスを第2の排気管1
8より排気量を調節しながら排気し、前述した実施例と
同様に発生室15内を、イオン源19から第2のグリッ
ド電極17までの距離よりもイオン源19より発生した
イオンの平均自由行程が長くなるような圧力値、あるい
はイオン源19からアパーチャー16までの距離とイオ
ンの平均自由行程とがほぼ同じとなるような圧力値に設
定する。本実施例では、イオン源19からアパーチャー
16までの距離が50cmであるので、発生室15内を
1×10-2Paに設定する。さらに排気部23内の圧力
をエッチング種の試料22への吸着量が単層になる1×
10-3Paに設定する。またアパーチャー16と試料2
2表面との距離を、例えば1mm程度に設定する。続い
て第1のグリッド電極13、第2のグリッド電極17に
正又は負の電位を印加すると共に、イオン源19より発
生させるイオンの加速エネルギを例えば100eVに設
定して作動させ、また放電管11も作動させる。
When the Si sample 22 is dry-etched using such an apparatus, first, He, which is an ion generating gas, is introduced into the ion source 19 through the second gas introduction pipe 20, and the first gas is introduced. Cl 2 as a reaction gas is introduced into the discharge tube 11 through the gas introduction tube 12. Then, the gas in the etching chamber 10 is exhausted from the first exhaust pipe 14 while adjusting the exhaust amount, and the inside of the etching chamber 10 is set to a pressure value, for example, 3 Pa at which a sufficient etching rate is obtained. At the same time, the gas in the generation chamber 15 is discharged to the second exhaust pipe 1
Evacuation is performed by adjusting the exhaust amount from No. 8, and the mean free path of the ions generated from the ion source 19 is generated in the generation chamber 15 in the same manner as in the above-described embodiment rather than the distance from the ion source 19 to the second grid electrode 17. Is set to be long, or the pressure value is set so that the distance from the ion source 19 to the aperture 16 and the mean free path of the ions are substantially the same. In this embodiment, since the distance from the ion source 19 to the aperture 16 is 50 cm, the inside of the generation chamber 15 is set to 1 × 10 -2 Pa. Further, the pressure in the exhaust part 23 is set to 1 × so that the adsorption amount of the etching species on the sample 22 becomes a single layer.
Set to 10 −3 Pa. Aperture 16 and sample 2
The distance from the two surfaces is set to about 1 mm, for example. Subsequently, a positive or negative potential is applied to the first grid electrode 13 and the second grid electrode 17, and the acceleration energy of the ions generated by the ion source 19 is set to, for example, 100 eV to operate the discharge tube 11. Also activate.

【0016】すると、放電管11の作動により放電管1
1内のCl2 はプラズマ化され、エッチング室10内へ
と向かう。このとき、プラズマ中のイオン、電子は第1
のグリッド電極13に印加された正電位又は負電位では
じき返されて試料22に到達せず、またプラズマ中のラ
ジカルは第1のグリッド電極13に影響されることなく
エッチング室10内に拡散し、試料22に達して表面に
吸着する。なお、試料22は予め−100℃に冷却され
ており、表面に吸着したラジカルが自発的に反応するこ
とはない。そして試料22表面のエッチング領域に吸着
したラジカルの吸着層のうち、排気部23による排気に
よって不必要な2層目以上の層が排気される。一方、イ
オン源19の作動により、イオン源19からはHe+
発生室15内の第2のグリッド電極17へ向けて射出さ
れ、途中、He+ の約50%が発生室15内で電荷交換
散乱により方向性と運動エネルギを失うことなく高速中
性粒子に変換される。第2のグリッド電極17に到達し
たHe+ のうち、電荷交換散乱により生じた低速H
+ 、電荷交換散乱を行わなかったHe+ は第2のグリ
ッド電極17に印加された正電位ではじき返されて試料
22に到達せず、また僅かに発生した方向性とエネルギ
の単色性を失った高速中性粒子はアパーチャー16によ
ってその大部分が除かれる。そして、所定の方向性とエ
ネルギ分布を有する高速中性粒子のみがアパーチャー1
6より試料22に向けて射出される。そして、試料22
表面に吸着したラジカルにアパーチャー16より射出し
た高速中性粒子が照射されることによってエッチングが
開始され、試料22の単原子層がドライエッチングされ
る。ここで、試料22のエッチング領域がアパーチャー
16によって規定されるエッチング領域よりも大きい場
合は、前述した実施例と同様に移動機構により試料設置
部21を水平移動させて所望の領域のエッチングを行
う。
Then, the operation of the discharge tube 11 causes the discharge tube 1 to operate.
Cl 2 in 1 is turned into plasma and goes into the etching chamber 10. At this time, the ions and electrons in the plasma are the first
Of the positive electrode or negative potential applied to the grid electrode 13 does not reach the sample 22, and radicals in the plasma diffuse into the etching chamber 10 without being affected by the first grid electrode 13. , Reaches the sample 22 and is adsorbed on the surface. The sample 22 is cooled to −100 ° C. in advance, and the radicals adsorbed on the surface do not react spontaneously. Then, of the adsorption layers of the radicals adsorbed in the etching region on the surface of the sample 22, unnecessary second and higher layers are exhausted by the exhaust of the exhaust unit 23. On the other hand, due to the operation of the ion source 19, He + is ejected from the ion source 19 toward the second grid electrode 17 in the generation chamber 15, and about 50% of He + is charged in the generation chamber 15 during the charge exchange. It is converted into high-speed neutral particles without losing directionality and kinetic energy due to scattering. Of He + that has reached the second grid electrode 17, low-speed H generated by charge exchange scattering
e + , He + which has not been subjected to charge exchange scattering, is repelled by the positive potential applied to the second grid electrode 17 and does not reach the sample 22, and a slight directionality and monochromaticity of energy are generated. Most of the lost fast neutral particles are removed by the aperture 16. Then, only the fast neutral particles having a predetermined directionality and energy distribution have the aperture 1
6 is ejected toward the sample 22. And sample 22
The radicals adsorbed on the surface are irradiated with the high-speed neutral particles emitted from the aperture 16 to start etching, and the monoatomic layer of the sample 22 is dry-etched. Here, when the etching region of the sample 22 is larger than the etching region defined by the aperture 16, the sample mounting portion 21 is horizontally moved by the moving mechanism to etch a desired region, as in the above-described embodiment.

【0017】以上の如くこの実施例によれば、試料設置
部21の上方に、発生室15のアパーチャー16又はス
リットの周辺のガスを排気するための排気部23が設け
られているので、イオン源19に通流するイオン電流、
エッチング室10の圧力、試料設置部21の移動速度だ
けでなく、排気部23の圧力も組み合わせて制御するこ
とによってエッチング種の吸着量を制御することができ
る。従って、この実施例によれば上記実施例の効果に加
えて、エッチング量を厳密に制御することも可能とな
る。
As described above, according to this embodiment, since the exhaust portion 23 for exhausting the gas around the aperture 16 of the generation chamber 15 or the slit is provided above the sample setting portion 21, the ion source is provided. Ion current flowing through 19,
The adsorption amount of the etching species can be controlled by controlling not only the pressure of the etching chamber 10 and the moving speed of the sample setting part 21 but also the pressure of the exhaust part 23. Therefore, according to this embodiment, in addition to the effect of the above embodiment, the etching amount can be strictly controlled.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したように本発明のドライエッ
チング装置によれば、エッチング室内、中性粒子発生室
内の圧力を独立に制御することができ、それぞれを最適
な圧力に設定することができるので、所定の方向性を有
すると共にエネルギ分布が単色な高速中性粒子を得るこ
とができ、しかも異方性の高い高速エッチングを実現す
ることができる。従って、エッチングパターンの形状が
改善すると共に、マイクロローディング効果を低減する
ことができ、エッチング量の制御性も向上させることが
できる。また、中性粒子の発生室とエッチング室とはア
パーチャー又はスリットを介して連通しているので、イ
オン源へのエッチングガスの逆流も防止でき、イオン源
の損傷を防ぐことができる。また、アパーチャー又はス
リットによって方向性とエネルギ分布の単色性を失った
高速中性粒子の大部分が除去することができ、試料表面
に所定の方向性とエネルギ分布の単色性を有する高速中
性粒子のみを射出することができる。さらに試料設置部
の上方に、発生室のアパーチャー又はスリットの周辺の
ガスを排気するための排気部が設けられている場合に
は、エッチング種の吸着量を制御することができるの
で、エッチング量を一層厳密に制御することができる。
また本発明のドライエッチング方法によれば、弾性散乱
断面積が電荷交換散乱断面積に比べて小さいHe、H2
等の軽元素を用いているので、高速中性粒子の方向性と
エネルギ分布の単色性を改善することができ、エッチン
グパターンの形状が改善すると共に、マイクロローディ
ング効果を低減することができ、エッチング量の制御性
も向上させることができる。
As described above, according to the dry etching apparatus of the present invention, the pressures in the etching chamber and the neutral particle generation chamber can be controlled independently, and each can be set to the optimum pressure. Therefore, high-speed neutral particles having a predetermined directionality and a monochromatic energy distribution can be obtained, and high-speed etching with high anisotropy can be realized. Therefore, it is possible to improve the shape of the etching pattern, reduce the microloading effect, and improve the controllability of the etching amount. Further, since the neutral particle generating chamber and the etching chamber are communicated with each other through the aperture or the slit, it is possible to prevent the etching gas from flowing back to the ion source and prevent the ion source from being damaged. Also, most of the high-speed neutral particles that have lost the directionality and monochromaticity of the energy distribution by the aperture or slit can be removed, and the high-speed neutral particles having a predetermined directionality and monochromaticity of the energy distribution on the sample surface. Only can be ejected. Furthermore, when an exhaust unit for exhausting gas around the aperture of the generation chamber or the slit is provided above the sample setting unit, the amount of etching species adsorbed can be controlled, so that the etching amount can be controlled. It can be controlled more tightly.
Further, according to the dry etching method of the present invention, the elastic scattering cross section is smaller than that of the charge exchange scattering cross section He, H 2
Since the light elements such as are used, it is possible to improve the directionality of high-speed neutral particles and the monochromaticity of the energy distribution, improve the shape of the etching pattern, and reduce the microloading effect. The amount controllability can also be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のドライエッチング装置の一例を示した
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a dry etching apparatus of the present invention.

【図2】本発明のドライエッチング装置の他の例を示し
た断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing another example of the dry etching apparatus of the present invention.

【図3】従来のドライエッチング装置の一例を示した断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a conventional dry etching apparatus.

【図4】各ガスの各散乱断面積の変化を示したグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing changes in each scattering cross section of each gas.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 エッチング室 14 第1の排気管 15 発生室 16 アパーチャー 18 第2の排気管 18a 排気口 19 イオン源 21 試料設置部 22 試料 23 排気部 10 Etching Chamber 14 First Exhaust Pipe 15 Generation Chamber 16 Aperture 18 Second Exhaust Pipe 18a Exhaust Port 19 Ion Source 21 Sample Setting Section 22 Sample 23 Exhaust Section

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料設置部を設置したエッチング室を備
え、該エッチング室には中性粒子の発生室をスリット又
はアパーチャーを前記試料設置部に向けて設けた状態で
配置したドライエッチング装置であって、 前記エッチング室に第1の排気管を設けると共に、前記
発生室には第2の排気管をその排気口を外部へ向けて開
口した状態で設けたことを特徴とするドライエッチング
装置。
1. A dry etching apparatus comprising an etching chamber in which a sample setting section is installed, and in which a chamber for generating neutral particles is provided with a slit or an aperture facing the sample setting section. The dry etching apparatus is characterized in that a first exhaust pipe is provided in the etching chamber, and a second exhaust pipe is provided in the generation chamber with its exhaust port opened toward the outside.
【請求項2】 前記試料設置部の上方に、前記発生室の
前記スリット又は前記アパーチャー周辺のガスを排気す
るための排気部を、その排気口を外部へ向けて開口した
状態で設けたことを特徴とする請求項1記載のドライエ
ッチング装置。
2. An exhaust unit for exhausting gas around the slit or the aperture of the generation chamber is provided above the sample setting unit with its exhaust port opened to the outside. The dry etching apparatus according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 エッチング種及び中性粒子を用いてエッ
チング室内に設置した試料をエッチングするドライエッ
チング方法において、 少なくともHe又はH2 の軽元素を用いて荷電粒子を発
生させた後、該荷電粒子を中性化して前記中性粒子を発
生させることを特徴とするドライエッチング方法。
3. A dry etching method for etching a sample placed in an etching chamber by using an etching species and neutral particles, wherein charged particles are generated by using at least a light element of He or H 2 and then the charged particles are generated. Is neutralized to generate the neutral particles.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2019117130A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 東京エレクトロン株式会社 Plasma etching method and plasma etching apparatus

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