JPS594506B2 - イオン・エッチング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン・エッチングに関する。

従来のプラズマ・エッチングは、プラズマ放電下で生じ
た自由な電子群、イオン群等多くの構成粒子が同時に力
を及ぼし合いランダムな状態になつており、又エネルギ
ー、運動方向のみならず不特定多数のガス、イオンが褌
々存在している１０−１、〜１Ｔｏｒｒ程度の圧力状態
にある加工室内において、不必要なガス、イオンを取り
除く特別の手段を施すことなく、加工室内部に設けてあ
るエッチングすべき試料上に反応させ行われている。

即ち従来のプラズマ・エッチングは、一般に必フ 要以
外のイオン価に荷電したもの、反対の荷電をもつもの等
の必要以外のガス分子、及びイオンが生成され、これら
全てが、加工室内に存在し、これらを被カロエ物表面で
反応させる形で行われていた。しかも、種々の構成粒子
はそれらのもつ運動５ エネルギーによりマツクズウェ
ル・ボルツマン分布に従つた統計的分布を有しており、
更にこれらの生成物は従来のガス圧、１０−１〜１Ｔｏ
ｒｒ程度では互いに衝突する頻度が極めて高く、エッチ
ングを必要とするイオンは高い運動エネルギーをもワ
てない。そのような理由のために試料へのエッチングは
可成等方的に行われてしまつている。次に具体的な例と
して、エッチングすべき試料としてシリコン或いはシリ
コンの化合物から成る基板を用い、これにＣＦ４ガスを
使つてプラズマ・、 ′、エッチングする場合を説明す
る。ＣＦ４ガスはプラズマ放電下でフッ素ラジカルＦ＊
（励起状態にあるフッ素原子）になり、これ力籾ロエ室
内でシリコン或いはシリコン化合物と反応して、気体の
ＳｉＦ４を生成する。

’１ フ 電界の下でのＣＦ４ガス分解プロセスは、Ｃ
Ｆ４→Ｆ＊＋ＣＦ３、ＣＦ３＝ＣＦ２＋Ｆ＊、ＣＦ２■
ＣＦ＋ Ｆ ＊、ＣＦ＃Ｃ＋Ｆ＊、ＣＦ３＋ＣＦ３＝Ｃ
２Ｆ６、Ｆ＊＋Ｆ＊＝Ｆ２等となる。

即ち、プラズマ放電下ではＣＦ４ガスは分解してＣＦ３
、ｊ： ・ Ｆ＊が生成されるが、ＣＦ３の再結合及び
ＣＦ３の分解により、電離した或いはしてないＣ２Ｆ６
、ＣＦ２、ＣＦ、、Ｆ＊等のガス又はフッ化してないガ
ス等多くのガスが生成される。そして、シリコン或いは
シリコンの化合物から成る基板へのエツチングは、上述
のガス分子、イオンが全て試料表面に衝突して反応させ
行われる。

このように従来のプラズマ・エツチングは、加工室内に
必要以外のガス分子、イオンが多数生成され、かつそれ
らが個々に統計的分布をもつている等の状態のもとで行
われる為加工効率が非常に悪く、加工精度にしてもせい
ぜい通常の溶液エツチング法程度までいけば上々という
状態であり、更に反応イオン以外のものも全て試料に衝
突するため試料の表面状態を損ねてしまう等多くの欠点
を有している。その上全てのガス、イオン等が試料表面
との反応にあずかるため、選択加工をする上で良いマス
ク材を選び難いという欠点を有している。本発明は叙上
の従来技術の欠点を除去するもので、その目的は加工工
程における効率が良く、しかも被加工物の加工精度、均
一性に優れたイオン・エツチングを提供することにある
。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明のイオン・エツチングは、被加工物を有する加工
室の真空度を少くとも１０−４Ｔ０ｒｒ以上に予備排気
したのち、プラズマ発生室から反応ガス、イオンを導入
する、或いはこれに加えて、加工室内にある反応性ガス
に電界、磁界の両方もしくは電界のみを加えることによ
つて行われる。まず、加工室の真空度を少くとも１０−
４Ｔ０ｒｒ以上に予備排気してイオン・エツチングを行
う場合について説明する。第１図は本発明を説明するた
めの装置の一例で、そのプロツク・ダイアグラムである
。

この装置は、反応性ガスをプラズマ状態にイオン化させ
るプラズマ発生装置１、被加工物４が設けてある加工室
３、真空装置５を少くとも具備する。

プラズマ発生装置１は、イオン供給源であるから、イオ
ンエミツタなどで代用することは勿論可能である。ガス
・ボンベ等ガス発生装置からの反応性ガスは、プラズマ
発生装置１においてプラズマ状態にイオン化され、ノズ
ル２を介し、加工室３に導入される。

或いは直接加工室３内部でガス・プラズマを発生させて
もよい。プラズマ発生装置１としては、例えば装置の外
側に電極板、或いはコイルを有し、これに高周波発振器
のような発振器から高周波電界を印加し、高周波電界の
中で反応性ガスをイオン化させるものを用いる。

更に特定励起状態にあるイオンをも発生しうる。この時
はイオンガスレーザと同等な構成をもつてイオンエミツ
タを構成しうる。例えばＣＦ４ガスを使つてシリコン基
板或いは多結晶シリコン、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等のシ
リコン化合物のエツチングを行う場合にはＣＦ４ガスを
プラズマ発生装置１でプラズマ状態にしＦ＊を発生させ
る。プラズマ発生装置１で、完全にプラズマ状態にされ
た反応性ガスは、ノズル２を介し加工室３に導入する。

ノズル２としては、バルブのような流量調節装置を有す
るもので同時にガス圧を変える事ができ、又形状的に図
示した以外のもの等であつてもよい。

加工室３には、内部にエツチングさるべき被加工物４が
所要の場所に直接或いは支持台等を介して載置される。
又、加工室３はこれに接続される真空装置５により、少
くとも１０−４Ｔ０ｒｒ以上の高真空に予備排気してあ
る。なお、図中６は、加工室３と真空装置５とを接続す
るノズルである。

真空装置５により加工室３を少くとも１０−４Ｔ０ｒｒ
以上の高真空にし、予備排気する。

そして、エツチングに必要なＦ＊のみを導入する。この
場合、導入されるＦ＊の圧力は要求される加工精度にょ
り変わってくるが、ノズル２或いは６にバルブを設ける
ことによりエツチングガス圧１０−４Ｔ０ｒｒ以下に任
意に調節できる。Ｆ＊の圧力を下げて、１０分の１から
１００分の１にするとＦ＊の平均自由行程は１０倍から
１００倍に長くでき、Ｆ＊同志の衝突頻度を非常に低く
することによりカロエ物への衝突頻度が高くなり、加工
精度の向上が実現できる。

これは、例えばＣＦ４によるエツチングで、エツチング
ガス圧を０．１Ｔ０ｒｒにした時、サイドエツチ量が８
０％から１００％だつたのがガス圧を０．０１Ｔ０ｒｒ
に下げることによりサイドエツチ量がおよそ１０％程度
に減少した。この具体例ではＦ＊とシリコン基板或いは
シリコン化合物とが反応して生成反応物であるＳｉＦ４
気体となつて飛び出すことを説明したが、本発明はこの
例に限られるものでなく、例えば被加工物としてＡｌ，
ＭＯ，Ａｕ等の金属，ＧａＡｓ，Ｇａｐ，ＩｎＳｐ等の
化合物半導体、フオトレジスト、絶縁用樹脂等の有機物
等を、又反応性ガスとしてＣＦ３Ｃｌ，Ｃ２Ｆ５ｌ，Ｃ
２Ｆ６，Ｃ３Ｆ８，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｏ２，Ａｒ或いはこれ
らの混合ガス等を使用したものでも構わない。

，本発明のイオン・エツチング
は、運動方向を揃え易くする為の真空度の選択ができ、
又余分のイオンが入らないので不必要な反応やダメージ
発生が起らない利点を有する。以上の利点の他に本発明
は、真空度が比較的高く、更に真空装置５の排気速度も
従来のものに比べて略々１０倍以上速くなるので、生成
反応物ＳｉＦ４は直ちに加工室から取り除くことができ
る。

この為従来方式のように、ＳｉＦ４を含めた必要以外の
ガス、イオンが被加工物に指向してくるＦ＊の邪魔にな
るということ減少させることができる。このように従来
のものに比し、高真空の加工室を使い、必要なイオンや
反応ガスを必要な圧力で導入でき、しかも生成反応物は
直ちに排出されるので、加工効率，均一性，加工精度，
加工表面の結晶性が非常に高くできる。

次に、被加工物を有する加工室の真空度を１０−４Ｔ０
ｒｒ以上に予備排気することに加えて、必要なイオン、
ガスに電界、磁界を加える例について説明する。

まず、電界のみを加える場合について説明する。

第２図は本発明の装置の他の例で、加工室と真空装置部
分を示す概略図である。プラズマ状態（こイオン化され
た反応性ガスは、ノズル２を介し加工室３に導入される
。

被加工物４は支持台７上に設けられ、支持台７には電圧
印加用電源Ｐから、ほぼ直流電圧を絶縁物８で絶縁され
ている７に加える。この結果、加工室３内のイオンは同
じ方向に揃い、高い運動エネルギーをも持たせた状態で
、ほぼ直線状に被加工物４に衝突する。この場合負イオ
ンに対しては、被加工物は相対的に正の電位に、正イオ
ンの場合には負の電位になるようにしておく。

これにより、従来のプラズマ・エツチング及び溶液エツ
チングでは出来ないシヤープな加工ができる。第３図は
第２図に示した装置によつて得られた被加工物の断面図
の一例である。

被加工物４を適当なマスク材９で被覆し、その一部に窓
１０をあけエツチングを行う。

本発明のイオン・エツチングは、被加工物４に対し、イ
オンを表面部分に対し垂直方向からも衝突させることが
できるので、設計通りのエツチングを正確にできる。

図中点線で示した１『は従来のプラズマ・エツチングに
より得られたエツチング部の良好な一例であるが、図か
ら明らかな通り、エツチング部表面の長さ１ａと、底面
の長さ１ｂとは、エツチング部の深さｄが３μｍの時、
表面の長さ１ａに殆んど無関係に、底面の長さ１ｂは表
面の長さ１ａより４〜５μｍ程度短かくなつている。

即ち、従来のプラズマ・エツチングは、エツチング部表
面においては設計通りの長さでエツチングできているも
のの、内部にいけばいく程、長さが表面に比べ短かくな
つている。

これに対し本発明のイオン・エツチングは、エツチング
部１０が、表面の長さも底面の長さも全く同一という利
点をも有している。この様にして、マスクの窓と実際に
削られる長さの加工精度を０．１μｍ程度まで上げるこ
とが出来るので、微細加工にも適用できる。

なお、第２図に示した装置においては、被加工物４を支
持台７を介して加工室３に設けてあるが、支持台７にほ
ぼ直流或いは高周波電源を介さず直接加工室３内に載置
してもよい。

又図面には、真空装置を示してないが第１図同様必要な
のは当然で、省略してある。又本発明のイオン・エツチ
ングは、第２図に示した電圧印加装置と並設して質量分
析装置に類する磁界偏向装置を取付け、電磁石或いは永
久磁石を用いて、特定のイオンで特定の運動エネルギー
をもつものに分離させ、必要な特定イオンを或るエネル
ギーに揃えて被加工物に指向させることができる。

この場合には、イオンと被加工物との反応は全て任意に
制脚できるので、加工効率，加工精度，吻一性を高める
ことができる利点に加え、再現性の点でも優れたものが
実現できる。本発明によれば、必要なイオンで必要なエ
ネルギーをもつものだけを被加工物に指向できるので、
エツチングすべき被加工物と最も良く反応しやすい状態
のイオンを選択することが出来るのは勿倫のこと、更に
、マスク材と最も反応しにくい状態のイオンも選択的に
取り出して反応が行える。

従つて適当なイオンとマスク材の組み合わせにより、マ
スクが削られない状態で、しかもアンダー・カツトがな
い加工ができる。これは従来技術では全く望めないこと
である。なお、被加工物に電圧を印加するか或いは接地
するかは、加工条件によつて決めればよい。

前述の方法で特定のエネルギーをもつた特定のイオンを
分離選択しておいてから、このイオンを走査することに
より、被加工物を例えばマスク材を使わずに選択的に加
工することができる。選択的に加工けるための走査する
方法としては、例えば１．静電偏向板に電圧を印加して
イオンを走査する。

２．被加工物を例えば電磁駆動法により精密に移動させ
る。

３．１と２の組み合わせにより走査する。

等の方法が最も良い。

この方法によれば、写真蝕刻技術を全く用いることなく
被加工物の選択加工ば可能となるため、加工精度の向上
だけでなく、歩留りも一段と向上させることができる。

質量分析装置は、Ｎｅ／Ｍ（但しＭは質量、ｎは数、ｅ
は電荷である）で選べると共に、途中衝突があれば速度
でも選べる。

従つて、余りエネルギーの大きいのが当つてスパイクを
作つたりすることを阻止できる。以上説明したように本
発明のイオン・エツチングは、被加工物を設ける加工室
の真空度を１０−４Ｔ０ｒｒ以上に高めるか、或いは更
に加工室内に導入したイオン、ガスに電界もしくは両者
を加えることにより、エツチングに不必要なガス、イオ
ンを取り除き、必要なイオン、ガスのみを必要加工精度
に相当するガス圧で被加工物に衝突させ反応させること
ができ、このことにより加工効率，均一性に優れ、しか
も設計通りの加工精度が得られる等多くの利点を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための装置の一例で、そのプ
ロツク・ダイアグラム、第２図は本発明による装置の他
の例で、加工室と真空装置部分を示す概略図、第３図は
第２図に示した装置によつて得られた被加工物の断面図
の一例である。 ３・・・・・・加工室、４・・・・・・被加工物、５・
・・・・・真空装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に加工物を有する加工室の真空度をエッチング
   を行う前に１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以上に予備排気し、前
   記加工室に導入される反応性ガス中不必要なものに対す
   る必要なものの比率を高める工程と、電界、磁界の両方
   もしくは、電界のみを印加し、被加工物に指向させるこ
   とによつて、該被加工物にエッチングを行うことを特徴
   とするイオン・エツチング。 ２ 内部に被加工物を有する加工室の真空度をエッチン
   グを行う前に１０＾−＾４Ｔｏｒｒ以上に予備排気し、
   前記加工室に導入される反応性ガス中不必要なものに対
   する必要なもので且つ必要なエネルギーをもつたものの
   含有比率を高める工程と、電界、磁界の両方もしくは、
   電界の印加し被加工物に指向させることによつて該被加
   工物にエッチングを行うことを特徴とするイオン・エッ
   チング。