JPH0626197B2 - ドライエッチング装置 - Google Patents

ドライエッチング装置

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JPH0626197B2
JPH0626197B2 JP62209831A JP20983187A JPH0626197B2 JP H0626197 B2 JPH0626197 B2 JP H0626197B2 JP 62209831 A JP62209831 A JP 62209831A JP 20983187 A JP20983187 A JP 20983187A JP H0626197 B2 JPH0626197 B2 JP H0626197B2
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進 難波
隆 ▲吉▼永
陽一 荒木
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Tokyo Electron Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0095Solution impregnating; Solution doping; Molecular stuffing, e.g. of porous glass
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体装置の製造等に利用されるドライエッ
チング装置に関する。
(従来の技術) 近年、半導体装置の高集積化に伴い、そのパターンは微
細化される傾向にあり、ウエットエッチングに較べて加
工精度の高いドライエッチングの重要性が高まってい
る。
従来のドライエッチング装置としては、RIE(反応性
イオンエッチング)方式のドライエッチング装置、PE
(プラズマエッチング)方式のドライエッチング装置等
がある。また、最近では、マイクロ波を導波管でイオン
発生室に導入し、磁場との相互作用で電子を螺旋運動さ
せ、電子サイクロトロン共鳴条件下で高密度のプラズマ
を発生させるECR方式のドライエッチング装置も開発
されている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記説明の従来のドライエッチング装置
では、次のような問題がある。
すなわち、RIE方式のドライエッチング装置は、異方
性制御の制御性が悪いという問題があり、PE方式のド
ライエッチング装置は、異方性制御の制御性は良いが、
高エネルギーイオンもエッチングに寄与するため、半導
体ウエハにダメージを与えるという問題がある。また、
ECR方式のドライエッチング装置は、異方性制御の制
御性が良好で、半導体ウエハのダメージも少ないが、現
在のところ高いイオン電流密度を得ることが困難であ
り、エッチングレートが低くなるという問題がある。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、低いイオンエネルギーで、かつ高いイオン電流密度
を得ることができ、半導体ウエハにダメージを与えるこ
となく、高精度で高速なエッチング処理を行うことので
きるドライエッチング装置を提供しようとするものであ
る。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち本発明のドライエッチング装置は、放電用ガス
をプラズマ化する第1のプラズマ化手段と、このプラズ
マから電子を引出し加速する手段と、この手段により加
速された電子の照射によりエッチングガスをプラズマ化
して被処理物のエッチングを行う第2のプラズマ化手段
とを備えたことを特徴とする。
(作 用) 上記構成の本発明のドライエッチング装置では、加速さ
れた電子の照射により高密度のプラズマを発生させるこ
とができ、低エネルギかつ大電流のイオンビームを得る
ことができる。したがって、半導体ウエハにダメージを
与えることなく、高精度で高速なエッチング処理を行う
ことができる。
(実施例) 以下本発明のドライエッチング装置を図面を参照して実
施例について説明する。
例えばステンレス等により円筒状に形成された密閉容器
1内の一方の端部には、中央部に例えばアルゴンガス等
の放電用ガスを導入するための放電用ガス導入孔2aを
備えた外径ほぼ円筒状のカソード電極2が突出して設け
られている。また、密閉容器1内のカソード電極2と反
対側の端部には、シャッター3を有し、半導体ウエハ等
の被処理物を保持するホルダ4が配置されており、カソ
ード電極2とホルダ4との間には、カソード電極2側か
ら順に、それぞれ中央部に貫通孔を有する中間電極5、
中間電極6、アノード電極7、電子ビーム加速用電極8
が配置されている。そして、これらの中間電極5、中間
電極6、アノード電極7、電子ビーム加速用電極8の周
囲には、それぞれ環状に形成されたコイル9〜12が配
置されている。
なお、上記中間電極5、6、アノード電極7、電子ビー
ム加速用電極8の中央部に形成された貫通孔は、中間電
極5の場合直径7mm 、長さ30mm程度、中間電極6の場合
直径15mm、長さ20mm程度、アノード電極7の場合直径 8
mm、長さ15mm程度、電子ビーム加速用電極8の場合直径
20mm、長さ50mm程度とされている。そして、中間電極6
とアノード電極7との間に配置された排気孔13、アノ
ード電極7と電子ビーム加速用電極8との間に配置され
た排気孔14、電子ビーム加速用電極8とホルダ4との
間に配置された排気孔15およびエッチングガス導入孔
16により差動排気し、それぞれの間の圧力を調整可能
に構成されている。
また、上記カソード電極2は、例えば第2図に示すよう
に構成されている。すなわち、中央部に放電用ガス導入
孔2aを備え材質例えばタンタル等からなる丸棒状の補
助カソード2bは、一方の端部を例えばセラミックス等
からなる支持部材2cによって支持されている。なお補
助カソード2bの先端部は、グロー放電を生じ易くする
ため、テーパ状に形成することが好ましい。そして、こ
の補助カソード2bの先端付近には、材質例えばLaB
等からなる環状の主カソード2dが配置されており、
これらの周囲は、材質例えばモリブデン等からなる円筒
状部材2eによって覆われている。
なお、各電極およびホルダ4は、高温となるため、この
実施例のドライエッチング装置では、各電極およびホル
ダ4に図示しない冷却用の冷却水流路を設けて冷却する
よう構成されている。また、電子ビーム加速用電極8と
ホルダ4との間の周囲に例えば複数の永久磁石(図示せ
ず)を配置し多極磁場により、あるいは電界等によりこ
の領域で形成されるプラズマを閉じ込めるよう構成する
ことが好ましい。
上記構成のこの実施例のドライエッチング装置では、カ
ソード電極2とアノード電極7との間が放電領域20と
され、アノード電極7と電子ビーム加速用電極8との間
が電子ビーム加速領域21とされ、電子ビーム加速用電
極8とホルダ4との間がエッチング領域22とされてい
る。
放電領域20では、放電用ガス導入孔2aから例えばア
ルゴンガス等の放電用ガスを導入し、カソード電極2と
中間電極5との間の圧力が例えば 1.0Torr程度となるよ
う排気を行った状態で、カソード電極2と、中間電極
5、6アノード電極7との間に放電電圧Vd を印加して
グロー放電を生起させる。なお、運転中は、カソード電
極2と中間電極5との間の圧力が例えば 0.6Torr程度と
なるよう真空度を高める。
中間電極5、6は、グロー放電を低電圧で起り易くする
ためのもので、最初にカソード電極2と中間電極5との
間でグロー放電が生じ、この後中間電極6、アノード電
極7と移行していく。なお、カソード電極2とアノード
電極7との間で安定したグロー放電が形成された後は、
スイッチS1 、S2 をOFF とする。
また、このグロー放電は、最初に補助カソード2bの先
端部で生じるが、放電により温度が1500℃程度に上昇す
ると、高温でのエミッション特性の優れた主カソード2
dに移行する。
電子ビーム加速領域21の圧力は、例えば10-4Torr程度
とし、電子ビーム加速用電極8には、電子ビーム加速電
圧Vacc を印加する。そして、放電領域20で生じたプ
ラズマ中から電子を引出し、加速してエッチング領域2
2に導入する。
エッチング領域22は、エッチングガス導入孔16から
例えば塩素ガス、アルゴンガス等のエッチングガスを導
入し、排気孔15から排気することにより圧力例えば10
-4〜10-3程度とし、電子ビーム加速用電極8とホルダ4
との間に電圧Viを印加する。そして、電子ビーム加速
領域21から導入された電子ビームによりエッチングガ
スを活性化して高密度のプラズマを発生させる。なお、
このプラズマは、 1%以内の均一さで、例えば直径15cm
程度の領域に形成することができる。
このプラズマ中のイオンは、ホルダ4に保持された半導
体ウエハ等のターゲット表面に形成されたプラズマシー
ス中で加速され、イオンビームとしてターゲットに射突
し、ターゲットがエッチングされる。この時の処理時間
の制御は、シャッタ3または電子ビーム加速用電源のO
N、OFF によりにより行う。
なお、上記処理操作中、各電極の外側に設けられたコイ
ル9〜12に通電することにより、磁場Bを発生させ、
電子を電極の貫通孔部分に集中させて電子引出しの効率
向上を図る。
第3図のグラフは、上記説明のこの実施例のドライエッ
チング装置を用い、SiOをマスクとし、各種条件下
におけるGaAs、Siのエッチングレートを測定した
結果の一例を示している。
このグラフにおいて曲線a、bは、それぞれエッチング
ガスとして塩素ガスを用い、エッチング領域22の圧力
3.3×10-3Torr、イオンビーム電流Ii=20mAで、Ga
As、Siのエッチングを行った結果を示し、曲線cは
エッチングガスとしてアルゴンガスを用い、イオンビー
ム電流Ii= 100mAで、GaAsのエッチングを行った
結果を示している。なおイオンビーム径は2cm である。
このグラフに示されるように本発明のドライエッチング
装置では、低いイオンエネルギーで、かつ高いイオン電
流密度を得ることができ、高いエッチングレートを得る
ことができる。例えば塩素ガスを用いたエッチングで
は、イオンエネルギ60eVで、GaAsの場合 1.73 μm
/min 、Siの場合 0.55 μm/min である。そして、
イオンエネルギが5eV と非常に低い場合でも、GaAs
で 1.2μm/min 、Siで 0.52 μm/min のエッチン
グレートを得ることができた。また上記測定において、
エッチングレートがイオンビーム電流に比例すること、
およびエッチングの異方性が良好であることを確認する
ことができた。さらに、Si/SiOの選択比は、20
〜40程度と高い値であった。
第4図のグラフは、イオンエネルギ5eV 、イオンビーム
電流20mAの条件下におけるエッチング領域22の塩素ガ
ス圧力とエッチングレートとの関係を示すもので、この
グラフにおいて直線d、eは、それぞれGaAs、Si
のエッチングレートを示している。このグラフに示され
るように、本発明のドライエッチング装置では、エッチ
ングガスのガス圧が高くなると、エッチングレートも高
くなる。したがって、エッチングガスのガス圧を適宜選
択することによって、さらにエンチングレートを高める
ことも可能である。
また、(イオンエネルギ)×(イオンビーム電流)を高
めると、エッチングレートを上昇させることができる
が、一般に半導体装置の製造に用いられるレジストの耐
熱温度は、 120〜 130℃程度であり、半導体ウエハの温
度は、上記温度以下に保つ必要がある。第5図のグラフ
は、アルゴンガスを用いたエッチングで(イオンエネル
ギ)×(イオンビーム電流)とターゲットである半導体
ウエハの温度との関係を測定した結果を示している。こ
のグラフに示されるように、半導体ウエハの温度を上記
温度以下に保つためには、(イオンエネルギ)×(イオ
ンビーム電流)の値を1400mW以下とすることが好まし
い。
なお、上記実施例のドライエッチング装置では、各電極
の周囲にコイル9〜12を配置したが、例えば中間電極
5の周囲に配置されたコイル9等は、永久磁石とするこ
ともでき、消費電力の低減化、装置の小型化を図ること
もできる。
また、シャッター3は、例えば第6図および第7図に示
すように構成して、エッチング時間の制御の他に、イオ
ンビーム電流および電子電流の測定に使用することもで
きる。すなわち、例えばタンタル等からなる導電性の円
板3aの周囲および裏面を例えばセラミックス等の絶縁
性部材3bで覆てシャッター3を構成し、このシャッタ
ー3を図示しない駆動機構を介してターゲット30前面
に移動可能に配置するとともに、円板3aに例えばバイ
ポーラ電源31等を接続する。そして、バイポーラ電源
31により円板3aに正または負の電圧を印加して、イ
オンビーム電流および電子電流を測定し、飽和イオン電
流、フローティングポテンシャル、プラズマのポテンシ
ャル等を求めることができる。なお、導電性の円板3a
の周囲および裏面を絶縁性部材3bで覆うのは、イオン
および電子の回り込みを防止するためである。
さらに、この実施例では、グロー放電により、放電用ガ
スをプラズマ化し、このプラズマ中から引出した電子を
ビーム状にして照射するよう構成したが、例えばマイク
ロ波等、グロー放電以外の方法で、放電用ガスをプラズ
マ化してもよく、加速した電子は、ビーム状にすること
なく、例えばシャワー状に照射してもよい。
[発明の効果] 上述のように、本発明のドライエッチング装置では、低
いイオンエネルギーで、かつ高いイオン電流密度を得る
ことができ、半導体ウエハにダメージを与えることな
く、高精度で高速なエッチング処理を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のドライエッチング装置を示
す構成図、第2図はカソード電極を示す縦断面図、第3
図はイオンエネルギとエッチングレートとの関係を示す
グラフ、第4図はエッチングガス圧とエッチングレート
との関係を示すグラフ、第5図は(イオンエネルギ)×
(イオンビーム電流)とターゲット温度との関係を示す
グラフ、第6図はシャッターの構成図、第7図は第6図
の要部を示す正面図である。 1……密閉容器、2……カソード電極、2a……放電用
ガス導入孔、3……シャッター、4……ホルダ、5,6
……中間電極、7……アノード電極、8……電子ビーム
加速用電極、9〜12……コイル、13〜15……排気
孔、16……エッチングガス導入孔、20……放電領
域、21……電子ビーム加速領域、22……エッチング
領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 難波 進 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 (72)発明者 ▲吉▼永 隆 東京都新宿区西新宿1丁目26番2号 東京 エレクトロン株式会社内 (72)発明者 荒木 陽一 東京都新宿区西新宿1丁目26番2号 東京 エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−203642(JP,A) 特開 昭62−177926(JP,A) 特開 昭53−116077(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電用ガスをプラズマ化する第1のプラズ
    マ化手段と、このプラズマから電子を引出し加速する手
    段と、この手段により加速された電子の照射によりエッ
    チングガスをプラズマ化して被処理物のエッチングを行
    う第2のプラズマ化手段とを備えたことを特徴とするド
    ライエッチング装置。
JP62209831A 1987-08-24 1987-08-24 ドライエッチング装置 Expired - Fee Related JPH0626197B2 (ja)

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JPS6453422A JPS6453422A (en) 1989-03-01
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