JPH0590213A - ドライエツチング方法およびその装置 - Google Patents
ドライエツチング方法およびその装置Info
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- JPH0590213A JPH0590213A JP3278495A JP27849591A JPH0590213A JP H0590213 A JPH0590213 A JP H0590213A JP 3278495 A JP3278495 A JP 3278495A JP 27849591 A JP27849591 A JP 27849591A JP H0590213 A JPH0590213 A JP H0590213A
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- etching
- molecular beam
- discharge
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低損傷性、高選択性、高異方性を確保しつ
つ、大きな効率を持つドライエッチング方法およびその
装置を提供する。 【構成】 高速分子線を発生させるドライエッチング装
置において、混合ガスを真空装置に導く配管のガス噴出
小孔１２１の近傍にマイクロ波型、コンデンサ型、また
は誘導コイル型の放電機構を具備する。ラジカルを含む
エッチャントガスの指向性のよい高速分子線を発生させ
てエッチングを行うため、垂直性、低損傷性、高選択性
のエッチングが実現できる。
つ、大きな効率を持つドライエッチング方法およびその
装置を提供する。 【構成】 高速分子線を発生させるドライエッチング装
置において、混合ガスを真空装置に導く配管のガス噴出
小孔１２１の近傍にマイクロ波型、コンデンサ型、また
は誘導コイル型の放電機構を具備する。ラジカルを含む
エッチャントガスの指向性のよい高速分子線を発生させ
てエッチングを行うため、垂直性、低損傷性、高選択性
のエッチングが実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体基板のドライエッ
チング方法およびその装置に関する。
チング方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速分子線を用いたドライエッチング
（特公平２−１７６３８号公報参照）では、エッチング
用ガスをそれよりも質量の小さい分子からなるガスに小
量混合して高真空中に噴出させることによって、熱エネ
ルギーより大きな運動エネルギーをエッチング用ガス分
子に与え、さらに噴出した混合ガスを分子線とすること
によって半導体、金属のエッチングにおいて高速、低損
傷、大きな異方性を実現している。
（特公平２−１７６３８号公報参照）では、エッチング
用ガスをそれよりも質量の小さい分子からなるガスに小
量混合して高真空中に噴出させることによって、熱エネ
ルギーより大きな運動エネルギーをエッチング用ガス分
子に与え、さらに噴出した混合ガスを分子線とすること
によって半導体、金属のエッチングにおいて高速、低損
傷、大きな異方性を実現している。
【０００３】例えば、その実施例によると、臭素を５％
含むヘリウムガスをエッチング用混合ガスとして、酸化
シリコンをマスクとする多結晶シリコンをエッチングし
ている。
含むヘリウムガスをエッチング用混合ガスとして、酸化
シリコンをマスクとする多結晶シリコンをエッチングし
ている。
【０００４】このエッチング方法を実現するための装置
は、エッチングガスとキャリアガスを混合する機構と、
それを真空装置に導く配管と、混合ガスを真空中に噴出
させるための小孔と、噴出したガスの噴出方向成分のみ
を通過させる小孔と、真空排気装置と、被エッチング基
板の保持具とから構成されている。
は、エッチングガスとキャリアガスを混合する機構と、
それを真空装置に導く配管と、混合ガスを真空中に噴出
させるための小孔と、噴出したガスの噴出方向成分のみ
を通過させる小孔と、真空排気装置と、被エッチング基
板の保持具とから構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記高速分子線を用い
るドライエッチング方法においては、低損傷性、高選択
性、高異方性が得られるものの、エッチングガス分子が
そのまま分子として被エッチング基板に供給されるた
め、被エッチング基板の表面に吸着せず、エッチング反
応に寄与しないまま表面から離脱する分子の割合も大き
い。そのためエッチングを如何により効率的に進行させ
るかが問題である。
るドライエッチング方法においては、低損傷性、高選択
性、高異方性が得られるものの、エッチングガス分子が
そのまま分子として被エッチング基板に供給されるた
め、被エッチング基板の表面に吸着せず、エッチング反
応に寄与しないまま表面から離脱する分子の割合も大き
い。そのためエッチングを如何により効率的に進行させ
るかが問題である。
【０００６】本発明の目的は、低損傷性、高選択性、高
異方性を確保しつつ、大きな効率を持つドライエッチン
グ方法およびその装置を提供することにある。
異方性を確保しつつ、大きな効率を持つドライエッチン
グ方法およびその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるドライエッチング方法においては、エ
ッチング用ガスを該ガス分子の質量よりも小さい質量の
分子からなるキャリアガスに混合し、該混合ガスを高真
空中に噴出させる工程と、該エッチングガス分子の分子
線を形成させる工程と、該分子線を被エッチング材料に
照射することにより該材料をエッチングする工程と、前
記混合ガスを高真空中に噴出させる工程の前工程として
混合ガスを放電励起する工程とを含むものである。
め、本発明によるドライエッチング方法においては、エ
ッチング用ガスを該ガス分子の質量よりも小さい質量の
分子からなるキャリアガスに混合し、該混合ガスを高真
空中に噴出させる工程と、該エッチングガス分子の分子
線を形成させる工程と、該分子線を被エッチング材料に
照射することにより該材料をエッチングする工程と、前
記混合ガスを高真空中に噴出させる工程の前工程として
混合ガスを放電励起する工程とを含むものである。
【０００８】また本発明のドライエッチング装置におい
ては、エッチング用ガスとキャリアガスを混合する機構
と、それを真空装置に導く配管と、前記混合ガスを真空
中に噴出させるための小孔と、噴出されたガスの内で噴
出方向に飛行するガス分子を通過させる小孔と、噴出さ
れたガスを排気する機構と、小孔を通過した分子線が照
射される位置に被エッチング材料基板を移動させてこれ
を保持させる機構と、前記混合ガスを真空装置に導く配
管のガス噴出小孔の近傍に設置された放電機構とを有す
るものである。
ては、エッチング用ガスとキャリアガスを混合する機構
と、それを真空装置に導く配管と、前記混合ガスを真空
中に噴出させるための小孔と、噴出されたガスの内で噴
出方向に飛行するガス分子を通過させる小孔と、噴出さ
れたガスを排気する機構と、小孔を通過した分子線が照
射される位置に被エッチング材料基板を移動させてこれ
を保持させる機構と、前記混合ガスを真空装置に導く配
管のガス噴出小孔の近傍に設置された放電機構とを有す
るものである。
【０００９】また、放電機構としてのマグネトロンと、
それにより発生するマイクロ波を放電領域に誘導する導
波管と、導波管に接続されるエッチングガス用のガス配
管とを具備するものである。
それにより発生するマイクロ波を放電領域に誘導する導
波管と、導波管に接続されるエッチングガス用のガス配
管とを具備するものである。
【００１０】また、放電機構としての高周波電源と、放
電領域に一対の電極を内部または外部に持つエッチング
ガス用のガス配管とを具備するものである。
電領域に一対の電極を内部または外部に持つエッチング
ガス用のガス配管とを具備するものである。
【００１１】また、放電機構としての高周波電源と、放
電領域にコイル状に電線を巻き付けたエッチングガス用
のガス配管とを具備するものである。
電領域にコイル状に電線を巻き付けたエッチングガス用
のガス配管とを具備するものである。
【００１２】
【作用】高速分子線を用いるドライエッチングにおい
て、混合ガスが真空中に噴出する小孔近傍で混合ガスを
放電励起してプラズマを生成すると、電子励起されたキ
ャリアガス原子とエッチャントガス分子の他に、エッチ
ャントガス分子が分解してラジカルが生成する。
て、混合ガスが真空中に噴出する小孔近傍で混合ガスを
放電励起してプラズマを生成すると、電子励起されたキ
ャリアガス原子とエッチャントガス分子の他に、エッチ
ャントガス分子が分解してラジカルが生成する。
【００１３】従ってプラズマ状態にある混合ガスを小孔
から噴出させると、キャリアガスとエッチャントガスの
他に長寿命の電子励起状態（準安定状態）にあるキャリ
アガス原子と前記ラジカルも被エッチング基板に到達す
る。準安定状態のキャリア原子と基板との衝突の際に、
その励起エネルギーが基板に移行してエッチングの反応
促進に寄与する。
から噴出させると、キャリアガスとエッチャントガスの
他に長寿命の電子励起状態（準安定状態）にあるキャリ
アガス原子と前記ラジカルも被エッチング基板に到達す
る。準安定状態のキャリア原子と基板との衝突の際に、
その励起エネルギーが基板に移行してエッチングの反応
促進に寄与する。
【００１４】またラジカルは容易に基板に吸着するた
め、エッチャント分子と基板との反応に比較して反応性
が高い。さらに、本発明ではこれらの反応促進化学種は
高速分子線化されているため、熱エネルギーより大きな
運動エネルギーによるさらに大きな反応促進効果があ
り、また、鋭い指向性による垂直エッチングが実現され
る。
め、エッチャント分子と基板との反応に比較して反応性
が高い。さらに、本発明ではこれらの反応促進化学種は
高速分子線化されているため、熱エネルギーより大きな
運動エネルギーによるさらに大きな反応促進効果があ
り、また、鋭い指向性による垂直エッチングが実現され
る。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明す
る。図１に本発明装置の構成を示す。本発明装置は、基
板交換室１０５と、反応室１０２と、差動排気室１１９
と、ガス導入室１１４とを有している。
る。図１に本発明装置の構成を示す。本発明装置は、基
板交換室１０５と、反応室１０２と、差動排気室１１９
と、ガス導入室１１４とを有している。
【００１６】基板交換室１０５と反応室１０２との間及
び反応室１０２と差動排気室１１９との間にはゲートバ
ルブ１０３，１２０が設けられ、各室にはそれぞれ真空
排気装置１０７，１０８，１１０，１１１が接続されて
いる。
び反応室１０２と差動排気室１１９との間にはゲートバ
ルブ１０３，１２０が設けられ、各室にはそれぞれ真空
排気装置１０７，１０８，１１０，１１１が接続されて
いる。
【００１７】差動排気室１１９と、ガス導入室１１４と
は、隙間１１２を有する壁面で区画されたものであり、
この隙間１１２に向けてガス導入室１１４内には、ノズ
ル１１３を有するガス導入管１１５が設置され、また、
ガス導入室１１４にはマグネトロン１１８が接続されて
いる。１０６は、基板搬送用のロードロックである。
は、隙間１１２を有する壁面で区画されたものであり、
この隙間１１２に向けてガス導入室１１４内には、ノズ
ル１１３を有するガス導入管１１５が設置され、また、
ガス導入室１１４にはマグネトロン１１８が接続されて
いる。１０６は、基板搬送用のロードロックである。
【００１８】図１の実施例では、本発明のドライエッチ
ング方法および装置を用いて、ＨｅとＣｌ2 の混合ガス
のプラズマを高速分子線化することによって、ＧａＡｓ
基板を高速に垂直エッチングした例を示す。実施例にお
いては、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。
面方位は（１００）である。その抵抗率は（２±１）×
１０-3Ωｃｍで、キャリア濃度は（１．７５±０．７
５）×１０18ｃｍ-3である。
ング方法および装置を用いて、ＨｅとＣｌ2 の混合ガス
のプラズマを高速分子線化することによって、ＧａＡｓ
基板を高速に垂直エッチングした例を示す。実施例にお
いては、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板を用いた。
面方位は（１００）である。その抵抗率は（２±１）×
１０-3Ωｃｍで、キャリア濃度は（１．７５±０．７
５）×１０18ｃｍ-3である。
【００１９】その基板上にＳｉＯ2 膜を１００ｎｍ化学
気相堆積させ、ラインとスペースのパタンを形成した。
パタン幅は１μｍである。そのパタン基板１０９をエタ
ノールに浸漬して超音波洗浄を３回繰り返した後、超純
水および塩酸に浸漬して洗浄した。
気相堆積させ、ラインとスペースのパタンを形成した。
パタン幅は１μｍである。そのパタン基板１０９をエタ
ノールに浸漬して超音波洗浄を３回繰り返した後、超純
水および塩酸に浸漬して洗浄した。
【００２０】洗浄直後に基板１０９を基板交換室１０５
内の基板保持具１０４に装着して真空排気装置１０７で
排気した。基板交換室１０５の圧力が５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ以下に達した後、ゲートバルブ１０３を開け、ロード
ロック１０６を用いて基板１０９を反応室１０２に搬送
した。真空排気装置１０８を用いた排気によって、反応
室１０２の到達圧力は、５×１０-10 Ｔｏｒｒである。
内の基板保持具１０４に装着して真空排気装置１０７で
排気した。基板交換室１０５の圧力が５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ以下に達した後、ゲートバルブ１０３を開け、ロード
ロック１０６を用いて基板１０９を反応室１０２に搬送
した。真空排気装置１０８を用いた排気によって、反応
室１０２の到達圧力は、５×１０-10 Ｔｏｒｒである。
【００２１】基板１０９は、抵抗加熱型ヒータ付き基板
マニピュレータ１０１に保持され、高速分子線の進行方
向に対して直角に置かれた。基板温度は常温とした。Ｃ
ｌ2とＨｅとの混合ガス（Ｃｌ2 濃度１０％）をガス導
入管１１５に流し、直径１４０μｍのノズル１１３から
ガス導入室１１４に噴出させた。流量は７０ｓｃｃｍと
した。この時のガス導入管１１５内の圧力は１３７７Ｔ
ｏｒｒである。
マニピュレータ１０１に保持され、高速分子線の進行方
向に対して直角に置かれた。基板温度は常温とした。Ｃ
ｌ2とＨｅとの混合ガス（Ｃｌ2 濃度１０％）をガス導
入管１１５に流し、直径１４０μｍのノズル１１３から
ガス導入室１１４に噴出させた。流量は７０ｓｃｃｍと
した。この時のガス導入管１１５内の圧力は１３７７Ｔ
ｏｒｒである。
【００２２】ガス導入室１１４は、真空排気装置１１１
を用いて排気され、その圧力は４．９×１０-4Ｔｏｒｒ
であった。ノズル１１３の上流部分に石英窓１１６を設
けて、そこをプラズマ生成領域とした。
を用いて排気され、その圧力は４．９×１０-4Ｔｏｒｒ
であった。ノズル１１３の上流部分に石英窓１１６を設
けて、そこをプラズマ生成領域とした。
【００２３】マグネトロン１１８で発生したマイクロ波
をこの部分に導くために導波管１１７を取り付けた。マ
イクロ波パワー２０Ｗで放電させた。ノズル１１３から
ガス導入室１１４に噴出する放電した混合ガスは、直径
１ｍｍの小孔をその先端部に持つ逆コーン状の隙間１１
２で分子線化された。差動排気室１１９を真空排気装置
１１０で排気し、圧力を１０-7Ｔｏｒｒ程度に保つこと
によって分子線と残留ガスとの散乱を極力抑えて分子線
の消耗を避けた。
をこの部分に導くために導波管１１７を取り付けた。マ
イクロ波パワー２０Ｗで放電させた。ノズル１１３から
ガス導入室１１４に噴出する放電した混合ガスは、直径
１ｍｍの小孔をその先端部に持つ逆コーン状の隙間１１
２で分子線化された。差動排気室１１９を真空排気装置
１１０で排気し、圧力を１０-7Ｔｏｒｒ程度に保つこと
によって分子線と残留ガスとの散乱を極力抑えて分子線
の消耗を避けた。
【００２４】ゲートバルブ１２０を開き、直径３ｍｍの
小孔１２１を通して反応室１０２内に高速分子線を導入
する。このような差動排気系を採用すると、反応室１０
２の圧力は、エッチング中でも７×１０-7Ｔｏｒｒに保
たれる。
小孔１２１を通して反応室１０２内に高速分子線を導入
する。このような差動排気系を採用すると、反応室１０
２の圧力は、エッチング中でも７×１０-7Ｔｏｒｒに保
たれる。
【００２５】放電領域で生成する電子、イオンはノズル
から隙間の間で再結合、あるいは互いの電荷による反発
力のため飛散して、殆ど基板にまで到達せず、エッチン
グには寄与しない。
から隙間の間で再結合、あるいは互いの電荷による反発
力のため飛散して、殆ど基板にまで到達せず、エッチン
グには寄与しない。
【００２６】中性粒子であるキャリアガスのＨｅ原子、
準安定状態のＨｅ原子、Ｃｌ2 分子、Ｃｌラジカルが主
に基板１０９に到達する。Ｃｌラジカルと基板１０９と
の反応性はＣｌ2 分子と基板１０９との反応性よりも大
きいため、エッチングは増速される。
準安定状態のＨｅ原子、Ｃｌ2 分子、Ｃｌラジカルが主
に基板１０９に到達する。Ｃｌラジカルと基板１０９と
の反応性はＣｌ2 分子と基板１０９との反応性よりも大
きいため、エッチングは増速される。
【００２７】さらに、準安定状態のＨｅ原子と基板との
衝突によって準安定Ｈｅ原子の持つ励起エネルギー約２
０ｅＶが基板に移動してエッチングの増速に寄与する。
特にＧａＡｓ／Ｃｌ2 の反応系では、基板１０９の表面
自然酸化膜のエッチングに本発明の効果は大きい。
衝突によって準安定Ｈｅ原子の持つ励起エネルギー約２
０ｅＶが基板に移動してエッチングの増速に寄与する。
特にＧａＡｓ／Ｃｌ2 の反応系では、基板１０９の表面
自然酸化膜のエッチングに本発明の効果は大きい。
【００２８】室温では、Ｃｌ2 分子でＧａＡｓの表面自
然酸化膜はほとんどエッチングされないが、本発明の方
法および装置を用いると表面自然酸化膜は非常に速くエ
ッチングされ、結果的に２０ｎｍ／ｍｉｎのＧａＡｓエ
ッチングレートが得られた。
然酸化膜はほとんどエッチングされないが、本発明の方
法および装置を用いると表面自然酸化膜は非常に速くエ
ッチングされ、結果的に２０ｎｍ／ｍｉｎのＧａＡｓエ
ッチングレートが得られた。
【００２９】これは通常のＣｌラジカルを用いる場合の
エッチングレートの５倍である。さらに、高速分子線の
指向性の良さを反応してほぼ垂直なエッチングが実現で
きた。
エッチングレートの５倍である。さらに、高速分子線の
指向性の良さを反応してほぼ垂直なエッチングが実現で
きた。
【００３０】他のプラズマ生成方法、すなわち、コンデ
ンサ型、誘導コイル型においても以上述べたものと同様
の効果が得られた。また、本発明の方法および装置はＧ
ａＡｓ基板のエッチングに限らず、金属、例えばＡｌの
エッチング、絶縁膜、例えばＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
のエッチング、さらにはＧａＡｓ以外の半導体のエッチ
ングにも有効であった。
ンサ型、誘導コイル型においても以上述べたものと同様
の効果が得られた。また、本発明の方法および装置はＧ
ａＡｓ基板のエッチングに限らず、金属、例えばＡｌの
エッチング、絶縁膜、例えばＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
のエッチング、さらにはＧａＡｓ以外の半導体のエッチ
ングにも有効であった。
【００３１】
【発明の効果】本発明のドライエッチング方法および装
置を用いた金属、半導体、絶縁膜のエッチングでは、従
来のガスエッチング、ラジカルエッチングに比べて垂直
性のよいエッチングが実現できる。さらに、基板にイオ
ンを入射させる通常のプラズマエッチングに比べて表面
損傷のないエッチングが実現できる効果を有する。
置を用いた金属、半導体、絶縁膜のエッチングでは、従
来のガスエッチング、ラジカルエッチングに比べて垂直
性のよいエッチングが実現できる。さらに、基板にイオ
ンを入射させる通常のプラズマエッチングに比べて表面
損傷のないエッチングが実現できる効果を有する。
【図１】ラジカルノズルビーム発生装置の概略図であ
る。
る。
１０１ 基板マニピュレータ １０２ 反応室 １０３ ゲートバルブ １０４ 基板保持具 １０５ 基板交換室 １０６ ロードロック １０７ 真空排気装置 １０８ 真空排気装置 １０９ 基板 １１０ 真空排気装置 １１１ 真空排気装置 １１２ 隙間 １１３ ノズル １１４ カス導入室 １１５ ガス導入管 １１６ 石英窓 １１７ 導波管 １１８ マグネトロン １１９ 差動排気室 １２０ ゲートバルブ １２１ 小孔
Claims (5)
- 【請求項１】 エッチング用ガスを該ガス分子の質量よ
りも小さい質量の分子からなるキャリアガスに混合し、
該混合ガスを高真空中に噴出させる工程と、該エッチン
グガス分子の分子線を形成させる工程と、該分子線を被
エッチング材料に照射することにより該材料をエッチン
グする工程と、前記混合ガスを高真空中に噴出させる工
程の前工程として混合ガスを放電励起する工程とを含む
ことを特徴とするドライエッチング方法。 - 【請求項２】 エッチング用ガスとキャリアガスを混合
する機構と、それを真空装置に導く配管と、前記混合ガ
スを真空中に噴出させるための小孔と、噴出されたガス
の内で噴出方向に飛行するガス分子を通過させる小孔
と、噴出されたガスを排気する機構と、小孔を通過した
分子線が照射される位置に被エッチング材料基板を移動
させてこれを保持させる機構と、前記混合ガスを真空装
置に導く配管のガス噴出小孔の近傍に設置された放電機
構とを有することを特徴とするドライエッチング装置。 - 【請求項３】 放電機構としてのマグネトロンと、それ
により発生するマイクロ波を放電領域に誘導する導波管
と、導波管に接続されるエッチングガス用のガス配管と
を具備することを特徴とする請求項２に記載のドライエ
ッチング装置。 - 【請求項４】 放電機構としての高周波電源と、放電領
域に一対の電極を内部または外部に持つエッチングガス
用のガス配管とを具備することを特徴とする請求項２に
記載のドライエッチング装置。 - 【請求項５】 放電機構としての高周波電源と、放電領
域にコイル状に電線を巻き付けたエッチングガス用のガ
ス配管とを具備することを特徴とする請求項２に記載の
ドライエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3278495A JPH0590213A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | ドライエツチング方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3278495A JPH0590213A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | ドライエツチング方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590213A true JPH0590213A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17598117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3278495A Pending JPH0590213A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | ドライエツチング方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0590213A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05214566A (ja) * | 1991-11-01 | 1993-08-24 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超音波分子ビームエッチング方法及びエッチング装置 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3278495A patent/JPH0590213A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05214566A (ja) * | 1991-11-01 | 1993-08-24 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 超音波分子ビームエッチング方法及びエッチング装置 |
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