JPS61234038A - ドライエツチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体をドライエツチングする装置に係り、さ
らに詳しくは、感光剤（レジスト）を使わずに半導体表
面に所望のパターンを形成するドライエツチング装置に
関するものである。

〔発明の背景］ 集積回路の製造工程で使用されるドライエツチングには
、プラズマエツチング法や反応性スパッタエツチング法
などがある。従来これらのプロセスにおいては、レジス
ト塗布、パターン露光、現象、エツチング、レジストの
剥離などの多くの工程を経て所望の回路パターンが形成
される。このような繁雑な工程を大幅に短縮してパター
ン形成を行う方法が公知化され、公開特許公報昭５９−
９０９３０号に示されている。又、同様のエツチング方
法の現象を説明する論文がレーザー研究第１２巻第７号
３〜１１ページ等に記載され公知となっている。。

これらの公知の方法に於ては、塩素を含有するガスを導
入した反応室内に設置したｐ型もしくは無添加のシリコ
ン基板に波長３００ｎｍ前後の光（Ｈｇ−Ｘｅランプや
ＸｅＣＱエキシマレーザ−の光など）を照射すると、光
の当った部分だけがエツチングされる例が示されている
。この現象の機構は十分解明されているとはいえないが
、塩素分子３００ｎｍ前後の波長の光を吸収することに
よりラジカルに分解すると共に、光励起によりシリコン
基板表面に生じた電子が塩素原子と結びつきＣＱ−を形
成して正電位のシリコン格子中に引き込まれ、シリコン
結晶の結合を切断し、Ｓ　ｉＣ（１’ｓの形で気化蒸発
する結果エツチングが起きると考案されている。

前記の方法により、大規模集積回路の製造工程を大幅に
削減することが可能であるが、塩素ガスを効率よく分光
解するために、又基板のエツチング速度を速めるために
は、３００ｎｍ付近に高輝度の光を放射する光源が不可
欠であり、ＸａＣΩなどのエキシマ−レーザーが有効と
されている。

しかしながら、高いエネルギーを有する紫外光を直接基
板面に照射する場合、放射損傷を引き起こす可能性が高
いという問題点を備えている。

いっぽう前記公知例のうち後者のレーザー研究に記述さ
れた論文に於て、前記エツチングのメカニズムを考察す
る為に実施した実験例が紹介されている。それによれば
、基板面（多結晶シリコン）に垂直にＡｒ”　レーザー
光を照射すると共に紫外光を基板に平行に入射すれば、
わずかにエツチングが起きることも指適されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記問題点を克服し基板面の放射損傷
を低減してレジストレスエツチングを実施する装置を提
供することにある。本発明の他の目的は、前記レーザー
研究に記述された現象（Ａ　ｒ”　レーザー光を基板面
に照射すると共に紫外光を基板に平行に入射すれば、わ
ずかながらエツチングが起きる現象）を工業的に有効活
用できる装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する為に、本発明は反応室内に設置され
た被エツチング基板にマスクのパターン情報を投影・転
写する第１の光源、前記反応室に反応性ガスを導入する
手段、該反応性ガスを活性化する為の第２の光源を備え
、前記第２の光源から放射する光ビームを前記基板面の
極近傍を該基板面に対して平行に通過させることを特徴
としている。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
反応室、２は排気装置、３は被エツチング基板、４は所
望のパターンを描いたマスク、５は第１の光源、６はレ
ンズ、７は第２の光源、８は第２の光源７から放射する
光ビーム、９は反応性ガスの供給源、１０は弁、１１，
１２．１３は光透過窓である６本実施例に於ては、基板
面にパターン情報を照射するに際して、基板３に対向す
る位置に所望のパターンを等倍に描いたマスク４を設置
し、該マスクに垂直な方向から第１の光源５の光を照射
すると共に、基板３とマスク４とのなす狭い間隙に細く
絞った光８を通過させている。

第１図の系に於て塩素ガスを反応性ガスとし、ｐ型もし
くは無添加のシリコン基板をエツチングする場合を例に
してのべる。この系では、基板３とマスク４の間隙を１
００〜１５０μｍとなるように両者を平行に設置し、そ
の間隙にエキシマレーザ（ＸｅＣｊｌ）光を細く絞って
導いている。いっぽう第１の光源５からは、塩素ガスの
活性化に関与しない波長の光（たとえば、Ｈａ　−Ｎ　
ｅレーザー光、タングステンランプ等）を照射し、マス
ク４に対応したパターン情報を基板３上に投影する。

この結果、前記の反応メカニズムにより、光照射された
基板面が選択的にエツチングされる１本実施例では、基
板面を照射する第１の光源５は、比較的低エネルギーの
可視光を放射する光源で良い。

いっぽう第２の光源７から放射する強力な紫外光８（Ｘ
ａＣΩのエキシマレーザ−）は基板３とマスク４の間隙
を通過したのち窓１２を経て反応室１の外へ出る。その
結果、紫外線による基板面の損傷を受けることなくレジ
ストレスエツチングを実施できる。また、基板３とマス
ク４間は１００〜１５０μｍに保たれている為両者の間
隙で生じた塩素ラジカルは自由に反応室１内に拡散する
こと無く、基板３のエツチングに効果的に利用できる。

第２図は１本発明の第２の実施例であり、第２の光源か
ら放射される光ビームにスキャニングの機構をもたせた
ものである０本実施例では一部の装置構成が省略され、
かつ第２の光源の設置形態が若干変更されているが、第
１図の実施例を真上（第１の光源５）の方向から眺めた
状況に相当するものである。１４は反応室、１５はマス
ク。

１６は第２の光源、１７は第２の光ｉ［１６から放射さ
れる光ビーム、１８は反射板であり、１８で反射した光
は反応室に設けられた透過窓２２から反応室１４に入射
し、基板（図では省略）近傍を通過したのち窓２３から
系外へ出射する０反射板１８にはＡ方向への移動機構が
設けられ、該反射板の移動と共に反射光も又Ａ方向に移
動する。そして反射板１８の位置での反射光が１９であ
るのに対し、反射板が２０の位置に移動した時１反射光
は２１の位置を通過することになる。第２図の装置構成
を第１図の実施例に適用した場合、第２の光源から放射
された光は、基板３とマスク４の間隙を基板面に平行に
除々にシフトして行くことになる。

第３図は本発明の第３番目の実施例であり、マスクを反
応室外に設置し、縮小投影露光方式により所望のパター
ン像を基板面に照射する実施形態を示している。２４は
反応室、２５は排気装置、２６は被エツチング基板、２
７はマスク、２８は基板２６を照射する第１の光源、２
９はレンズ、３０は反応性ガスの供給源、３１は弁、３
２は反応性ガスを活性化するに適した波長の光を放射す
る第２の光源、３３は第２の光源から放射される光ビー
ム、３４，３５．３６は光透過窓である。

本実施例に於ては、マスク２７と基板２６の間は十分広
く保たれているため、第２の光源３２から放射される光
ビーム３３の基板２６上の通過位置については、第１図
の実施形態はど厳密を帰する必要はないが、光ビーム３
３の通過位置が基板２６面から離れるに従いエツチング
効率が低下することから、できる限り基板面に接近して
通過させることが望ましい０本実施例に於て、光ビーム
３３は基板２６面から５ｍ以内の空間を通過させた場合
良好なエツチングがａｍされた。

第４図は本発明の第４番目の実施例であり、第２の光源
から放射する光エネルギーで反応性ガスを活性化させる
のと並行して、基板面近傍に準安定励起分子（原子）を
導入することにより１反応性ガスの活性化効率を高めん
としたものである。

第４図では、装置構成の大部分が省略され、マスク並び
に基板設置部近傍を中心とした装置の部分構成図が示さ
れている。第４図に於て３７は基板、３８は基板台、３
９はマスク、４０は第１の光源から放射される光ビーム
、４１は第２の光源がら放射される光ビームで基板３７
とマスク３９の間隙を通過する。４２は反応性ガスの供
給源（第４図（Ａ）では省略）、該ガス源からリークし
た反応性ガスは、弁４３を経たあと流路は４４．４５に
２分割され、反応室（図では省略されている）に設けら
れたガス導入口４６．４７より反応室に導かれる。４８
は準安定励起分子（原子）発生用ガスの供給源、該ガス
源４８からリークしたガスは、弁４９を経たあと準安定
励起分子（原子）発生部５０で準安定励起分子（原子）
に変換される。

５０で生成した準安定励起分子は、２つの流路５１．５
２に分岐したのち反応室に設けられたガス導入口５３．
５４より反応室に導かれる。前記の準安定励起分子（原
子）の発生手段としては、マイクロ波放電や２電極放電
が適している６本実施例で有効活用できる準安定励起分
子（原子）は。

比較的長寿命を有するものであり、５０で準安定励起分
子（ＪＪＸ子）に変換された後、流路５１゜５２を経て
反応室に導入された段階に於ても励起状態に留まってい
るものが適している。このように励起状態に留まって反
応室に導入された準安定励起分子Ｃ１原子）は、別のガ
ス導入口４６．４７から導入された反応性ガスと衝突す
る。その折励起エネルギーを相手のガスに伝達し、反応
性ガスを活性化させる。前記の比較的長寿命を有する準
安定励起分子（原子）には、６．１７　　ｅＶの励起エ
ネルギー、２．１秒の励起寿命を有するＮ、”（Ａ”Σ
Ｉ）、約１２ｅＶの励起エネルギー、約１０μ秒の寿命
をもつＡ　ｒ　（”Ｐｌ、　’Ｐｌ）や約２ｓＶの励起
エネルギー、約１５０秒の寿命をもつＯ（’Ｄ　）など
、多種存在しプロセスの目的に応じて利用することがで
きる。前記の準安定励起分子（ＪＪＸ子）による反応は
、該準安定励起分子（原子）発生部から離れた場所で行
われる為、同時に発生する荷電粒子による影響を受けず
、かつ光プロセス同様低温で実施できるという長所も保
持している。尚第４図の実施例に於ては、第２の光源か
らの光４１を基板３７とマスク３９の間隙に正確に通過
させる必要がある。その為、基板台３８には上下方向に
移動する機構が備えられている。

第５図は本発明の第５番目の実施例であり、光。

と準安定励起分子との相乗効果を利用する方法を第３図
の実施形態（マスクを反応室外に設置し縮小投影露光方
式でパターン像を基板面に投影する形態）に適用したも
のである。第５図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）はその上
面図である１本実施例に於ては反応性ガスの供給源（図
示せず）から出た反応性ガスは、管５５、分岐管５６及
び５６′（第５図（Ａ）に於ては図示を省略）、更には
環状管５７に設けられた噴出口５８，５９，６０゜６１
から反応室６２に導入される。いっぽう、反応室外で別
に形成された準安定励起分子Ｃ１原子）ガスは、管６３
１分岐管６４及び６４′　（第５図（Ａ）では図示を省
略）、更には環状管６５に設けられた噴出口６６．・６
７．６８，６９から反応室６２に導入される０反応性ガ
スを導く環状管５７から下方に延びた噴出口５８，５９
，６０゜６１は、環状管５７の下方に設けられた、準安
定励起分子（原子）を導く環状管６５と同一平面に設置
されている。すなわち、反応性ガスの噴出口５８〜６１
及び準安定励起分子（原子）の噴出口６６〜６９は同一
平面で互いに等間隔の位置にある。被エツチング基板７
０は基本台７１に設置された後該基板台の移動機構によ
り上方へ（環状管６５に接近する如く）移動し、環状管
６５の下面より約５ｍ付近で停止させる。そして環状管
６５と基板７０との間隙に第２の光源（図では省略）か
ら放射される光７２を導く、なお１反応室外に設置され
たマスク（図では省略）のパターン情報を含んだ光７３
は、基板７０の真上から照射される０本実施例では、基
板７０の表面近傍で光ビーム７２による反応性ガスの光
活性化が行われると共に、反応性ガスと準安定励起分子
（原子）との反応も進行する為、エツチングに関与する
ラジカルが効率よく生成する。

尚第２図の実施例では、第２の光源１６から放射される
光ビームを走査する為に反射板を移動させたが、該光源
からの光を光フアイバーケーブル、更にはマイクロレン
ズ等を組み込んだホトカプラーを経て出射する装置を利
用する場合は、ホトカプラーを移動させてもよい、また
レーザー光の通過する位置を固定し、基板ないしは基板
台を基板に対して水平な方向に移動させることによって
も同様の効果が得られる。

第４図の実施例では１反応性ガス並びに準安定励起分子
（［子）の導入口はそれぞれ２箇所、第５図の実施例で
はそれぞれ４箇所設けられているが、所望の数に増減す
ることは可能である。

尚すべでの実施例に於て、第１の光源から放射する光は
、反応性ガスの活性化に関与する波長の光を含む必要は
無いが、含んでいてもよい、後者の場合１反応性ガスは
両方の光源から放射される光エネルギーにより活性化さ
れる為、効率良い光エッチングができる。たとえば、紫
外線照射の結果もたらされる基板のダメージの程度が許
容される範囲内である場合は、第１並びに第２の光源は
共に紫外線を放射する光源を利用できる。

〔発明の効果〕

以上のべた如く本発明によれば、第１の光源は反応性ガ
スの活性化に関与しない、比較的低エネルギーの光を放
射するものを利用できる。その結果、基板面の照射損傷
の影響を低減してレジストレスエツチングを実施できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板とマスクの間隙に光を導〈実施例の装置構
成図、第２図は第２の光源から放射する光ビームに走査
機能をもたせた実施例の装置構成図、第３図は縮小投影
露光方式を採用した実施例の装置構成図、第４図及び第
５図は準安定励起分子（原子）の導入機能を兼ね備えた
実施例の装置構成図である。 １．１４，２４．６２・・・反応室、２．２５・・・排
気装置、３，２６，３７，７０・・・基板、４，１５゜
２７．３９・・・マスク、５．２８・・・第１の光源、
７゜１６．３２・・・第２の光源、８，１７，１９，２
１゜３３．４０，４１，７２．７３・・・光ビーム、９
゜３０．４２・・・反応性ガスの供給源、１１〜１３゜
２２．２３．３４〜３６・・・光透過窓、１８．２０・
・・反射板、４８・・・準安定励起分子（原子）発生用
ガス供給源、５０・・・準安定励起分子（原子）発生部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応室内に設置された被エッチング基板にマスクの
   パターン情報を投影・転写する第１の光源、前記反応室
   に反応性ガスを導入する手段、該反応性ガスを活性化す
   る為の第２の光源を備え、前記第２の光源から放射する
   光ビームを前記基板面の極近傍を該基板面に対して平行
   に通過させることを特徴とするドライエッチング装置。 ２、前記パターン情報を有する光が前記反応性ガスの活
   性化には関与しない波長域の光であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置。 ３、所望のパターンを描いたマスクと前記基板とを対向
   した状態で共に反応室内に設置し、前記マスクに対して
   垂直な方向から第１の光源の光を放射すると共に、前記
   マスクと基板とのなす間隙を通して第２の光源の光を照
   射することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のド
   ライエッチング装置。 ４、反応室外に設置したマスクの縮小投影露光像を前記
   基板に照射することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエッチング装置。 ５、前記第２の光源から放射される光を走査する機能を
   もたせたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ドライエッチング装置。 ６、準安定励起分子（原子）を前記反応室に導入する機
   能を兼ね備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のドライエッチング装置。 ７、前記第１の光源並びに第２の光源から放射する光が
   共に反応性ガスの活性化に関与する波長の光を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドライエッチ
   ング装置。 ８、前記基板とマスクとを対向した状態で共に反応室内
   に設置する実施態様に於いて、両者の間隙にレーザービ
   ームを通すことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   のドライエッチング装置。 ９、前記第２の光源から放射される光ビームに対して垂
   直な方向に基板を移動させる機構を備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のドライエッチング装置
   。