JPS618924A - エツチング方法及び装置 - 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】 本発明は、エツチング技術に関し、特にプラズマを利用
したエツチングに利用して有効な技術に関する。

〔背景技術〕

平行平板形ドライエツチング装置には、７ノードカツプ
リング形とカソードカップリング形とカソードカップリ
ング形がある（電子材料１９８１年別冊、工業調査会発
行、昭和５６年１１月１０日発行、Ｐ１３１〜Ｐ１３６
）。

これらは、クエへを置いた電極側、またはその対向電極
へのＲＦｔ源のつなぎ方で区分される。

どちらの場合も、平行平板電極に高周波が印加され、エ
ツチング室に反応ガスが導入されたときに発生するプラ
ズマ反応と、電界内で加速されたイオンとでエツチング
が行われる。

カソードカップリング形では、シェフ１面側にイオン鞘
が形成され、このイオン鞘内ではイオンが加速されるの
で、アノードカップリング形よシも異方性が強い。

プラズマエツチングは、圧力のやや高い領域（１０〜１
０　　Ｔｏｒｒ）でエツチング反応が起こり、反応性イ
オンエツチングは、圧力の低い領域（１０〜１０　　Ｔ
□ｒｒ）で起こる。エツチング速度は、プ“２ズマエツ
チングの方が速い。

ところで本発明者は、圧力のやや高い領域で所望の部分
だけエツチングすること、つまシ選択的領域を高精度に
エツチングすることを考えた。これは、圧力の低い領域
でエツチングを行なえば、Ｊ　　　　　　　　エツチン
グ精度は向上するものの、低い圧力を保つためにエツチ
ング室の気密性を高める必要があると共に、圧力を下げ
るための排気系の能力も高める必要があるため、装置を
容易に造れないことや、装置が高価なものになってしま
うことを考えたためである。

そこで本発明者は、エツチング室内に、ポリマ生成ガス
としての有機ガス、例えばＣＨＣ１４等を導入し、被エ
ツチ材のエツチングされる部分側壁に、ポリマを堆積さ
せながら、ポリマの保饅によって前記側壁方向にエツチ
ングが進行しないようにして、圧力のやや高い領域でも
所望の部分だけエツチングすることを試みた。

しかしながら、本発明者は、上述したエツチング技術に
よっても、被エツチ材のエツチングされる部分側壁方向
に、エツチングが進行してしまい所望の部分だけをエツ
チングすることは、困難であることを見い出した。

本発明者は、被エツチ材のエツチングされる部分側壁へ
、ポリマが充分堆積しないために高精度に”ｙ　ｆ　７
　／　Ｔき７″も０″″あ６と考え・前記側　　　　　
　）壁へ、ポリマをうまく堆積して高精度にエツチング
すべく鋭意検討を重ねた結果本発明にいたった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、所望の部分だけをエツチングすること
、つまシ高精度にエツチングできるエツチング技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から、あきらかになるで
あろう。

〔発明の概要〕

本顯において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおシである。

すなわち、ポリマ生成ガスとしての有機ガスを予め活性
化することによシ、被処理体の、ポリマを堆積すべく部
分に、ポリマをうまく堆積させることができるため、ポ
リマの保籐によシ高精度にエツチングでき得るものであ
る。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるエツチング技術を説明
するだめのエツチング装置を示す概略図である。

図において１は、エツチング室としての反応容器であり
、開閉可能で気密性が良い構造になっている。２．３は
、それぞれ平板形状の上部電極、下部電極で、相方の電
極が平行状態に配置されている。前記下部電極３には、
被処理体としてのウェーハ４を試料台５に載置されてい
る。そして下部電極３は、図示しない回転駆動機構によ
シ水千回転自在となっておシ、マツチングボックス６を
介して、高周波電源７に接続され、高周波電源７の他方
はアースしている。

一方上部電極２は、円筒形状の予備放電室８に接続され
、アース（図示せず）している。前記予備放電室８外゛
周には、コイルが形成され、高周波電源９によシ、高周
波電力が印加され得るようになっている。この予備放電
室８内には、０．３トル（Ｔｏｒｒ）程度のガス圧力状
態となるようにポリマ生成ガスとしての有機ガスが導入
され、前記高周波電源９の高周波電力印加によシ、前記
有機ガスが活性化されるものである。その後有機ガスは
、上部電極２′内を通って、反応容器１内に導入される
ものである。ｌＯは、反応容器１内に、エッチガスとし
ての反応ガスを導入するための、ガス導入管である。１
１は、ポンプ等（図示せず）によシ反応容器１内のガス
を排気するためのガス排気口である。

なお、図中Ｐは、プラズマを示す・ 第２図は、被処理体としてのウェーノーの拡大断面図で
ある。

図において、１２は基板であシ、その表面に形成された
１３は、レジスト膜である０１４は、マスクである。仮
相線で示される部分は、エツチングすべき部分を示す。

以下上述した装置の作用を説明する・ 本実施例では、ウェーハ４の基板１２表面に形成された
レジスト膜１３を選択的に、０１等の反応ガスを用いて
エツチングする具体例を用いて説明する。なお、ポリマ
生成ガスとしては、ＣＨ４′　　　　　　　ガスを用い
ることにする。

ガス排気口１１を介して反応容器１内は、粗引きされた
状態となる。

一方、予備放電室８内に、ポリマ生成ガスとしてのＯＨ
，ガスが導入され、高周波ｔ６ｆ１９によシ十ｉＭＨ２
程度の高周波電力が印加される。すると予備放電室８内
のＣＨ４ガスは、活性化された状態となる。その後反応
容器ｌ内には、ガス導入管１０から反応ガスとしての０
置ガスが連続的に導入されると共に、活性化されたＯＨ
，ガスも、上部電極２を介して連続的に導入され、反応
容器１内は、１０　トル（Ｔｏｒｒ）程度のガス圧力状
態に保たれる。そこで、高周波電源７によって上部電極
２．下部電極３閣に高周波電力が印加される。

するとグロー放電が生じＰで示されるプラズマが発生し
、下部電極３が回転しながらウェーノＳ４の基板１２表
面に形成されたレジスト族１３が選択的にエツチングさ
れる・ 以下、クエーハ４の基板１２表面に形成されたレジスト
ｌｌＫ１３ｔ−選択的にエツチングする部分について詳
しく説明する・　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ヤ第３図は、第２図において、レジスト族１３のエツチ
ングが進行している状態を示す図である。

つまシ、第３図において、レジスト族１３がエツチング
される一方、レジスト族１３のエラチン゛　　グされた
くない部分側壁に、ポリマ１５、倒木ば、ポリエチレン
（ＣＨＩ　ｃｎ、）、　　等が堆積し、前記側壁面を保
護することになシ、前記１ｌＩｌ壁方向にエツチングが
進行するのを防ぐ。この際レジスト膜１３のエツチング
される部分表面１６にも、前記と同様なポリマ（図示せ
ず）が堆積することになや。しかしながら、プラズマ中
の電子とイオンは、前者の移動度が後者のそれよシ圧倒
的に大きいため、下部電極３が負にバイアスされ、プラ
ズマ中の正イオンは、負電圧によシ引き出され加速され
る一方、直流電界によって、ウェーハ４主表面に直交す
る方向に方向づけされるため、前記表面１６は、スパッ
タリングされることになる。つまシ、基板１２表面に形
成されたレジスト族１３のうち、マスク１４によシミス
フされていない部分だけがエツチングされることになシ
、所望の部分だけをエツチングできることになる。

また、圧力のやや高い領域（１０トル程度）でエツチン
グが行なわれるのモ、絶対的な反応ガスの量が多く、反
応ガス分子が、プラズマ中の電子によってイオン化する
量が多いため、エツチング速度を大きくすることができ
る。

さらに、圧力のやや高い領域でエツチングできるため、
低圧力でエツチングするものく比べ、反応容器の気密性
という点において条件がゆるやかになると共に、排気系
についても、それほど大きい排気能力が要求されるもの
ではないことから、装置製造が安価にできる。

なお本実施例では、ポリマー生成ガスとしてＣＨ，ガス
を用いているが、Ｃ＊　Ｈａ　　ＩＣＨＣ１＠　−等の
種々の有機ガスを用いることができる。

また、本実施例では、レジストｍを選択的にエツチング
する例を用いて説明したが、反応ガス等、種々の条件を
変えることによシ、Ａ／膜等の種々の膜を所望通シに高
精度にエツチングできる。

本実施例では、ポリマー生成ガスとしての有機ガスを活
性化するのに、コイル屋の高周波放電によって行なって
いるが、容量屋のものでもよく、またマイクロ波放電や
、光等によって有機ガスを活性化することも考えられる
。

さらに、本実施例では、反応容器内への反応ガスと、有
機ガスの導入を別々に、連続的に行なっているが、それ
ぞれ交互に導入してもよく、その場合に蝋、同一のガス
導入管を用いて反応容器内にそれらのガスを導入するこ
とも考えられる。

本実施例では、反応容器内への有機ガスの導入を、上部
電極を介して行なっているが、種々の導入方法が考えら
れ、反応ガスの導入においても同様である。

〔実施例２〕 ＡＩ膜をエツチングする際に社、反応ガスとしてＣｌ系
のガスなどを用いることが考えられるが、たとえば、Ｃ
１系のガス社、空気中の水分等と反応して、危険性を有
するＨＣＩ　郷が形成される可能性がある。

′　　　　　　　　そこで、本発明者は、反応容器から
離間した位置に、Ｃｌ系のガスボンベを収納する収納容
器を設け、そこから反応容器内へ二重構造の配管を行な
い、前記（Ｊ系ボンベ周囲、前記配管周囲を、Ｎ１等の
不活性ガスを循環させた雰囲気中において前記配管のう
ち内部の配管を介して反応容器内にＣ）系のガスを導入
することを考えた。

しかしながら、上述した方法によると、配管を二重にす
る必要があること等から、とても高価なものになってし
まうということが本発明者によりて見い出された。

本実施例では、上述したように、エツチングガスとして
、危険性を有するガスを使用する場合でも、安全、かつ
比較的容易（装置が安価にできる等）に対応でき得るド
ライエツチング技術の一実施例を説明する。

第４図は、本発明の他の実施例であるエツチング技術を
説明するためのエツチング装置を示す概略図でおる。

図において２１は、エツチング室としての反応・、櫂 容器であシ、開閉可能で気密性が良い構造になつ　　　
　　　□ている。２２．２３は、それぞれ平板形状の上
部電極、下部電極で、相方の電極が平行状態に配置され
ている。前記下部電極２３には、被処理体としてのウェ
ーＩ・２４を試料台２５に載置されている。そして下部
電極２３は、図示しない回転駆動機構によ）水子回転自
在となっておシ、マツチングボックス２６を介して、高
周波電源２７に接続され、高周波電源２７の他方はアー
スしている。

一方上部電極２２は、円筒形状の予備放電室２８に接続
され、アース（図示せず）している前記予備放電室２８
外局に鉱、コイルが形成され、高周波電源２９によシ、
高周波電力が印加され得・るようになっている。この予
備放電室２８内には、０６３トル（Ｔｏｒｒ）程度のガ
ス圧力状態となるようにポリ！生成ガスとしての有機ガ
スが導入され、前記高周波電源２９の高周波電力印加に
よシ、前記有機ガスが活性化されるものである。その後
有機ガス状上部電極２２内を通って、反応容器２１内に
導入されるものである−３０は、図示しないポンプ等に
より、反応容器２７内のガスを排気し得るガス排気口で
ある。３１は、ボンベを収納するための収納容器として
のボンベボックスでメジ、反応容器２１に隣接して設け
られるもので、開閉可能で気密性が良い構造になってい
る。３２は、ガスボンベでアル、例えば、Ｃｌ系のガス
が入りている。前記ガスボンベ３２は、レギ纂レータ３
３に接続され、ガスボンベ３２内部に入っている（Ｊ系
ガスは、パルプ３４を有するガス導入管３５を介して反
応容器２１内に供給される。３６は、ガス導入管でアシ
、例えばＮ、ガス等が導入しされる。３７は、ガス排気
口であル、図示しないポンプ等によシ、ボンベボックス
３１内のガスを排気、し得るものである。つまシ、ボン
ベボックス３１内は、ガス導入管３６、ガス排気口３７
によ！＞、Ｎｓパージされていることになる。３８は、
センサであシ、ボンベボックス３１内でガスボンベ３２
内のＣｔ系ガスが漏れている場合、それを検知し得るも
ので、図示しない警報器等に接続されているものでめる
。３９は真空計であシ、ボンベボックス３１内の圧力を
検出し、外部にその圧力を表示し得るように構成されて
いるものである。

第５図は、被処理体としてのウェーハの拡大断面図であ
る。

図において、４０は基板でＬＪ）、その表面に形成され
た４１は、Ａノ膜である。４２は、マスクである。仮相
線で示される部分は、エツチングすべき部分を示す・ 以下上述した構成のエツチング装置について、その作用
を説明する。

本実施例では、ウェーハ２４の基板４０表面に形成され
たＡｌｌ膜４１を選択的に、Ｃ１，、ＢＣＪ。

等の反応ガスを用いてエツチングする具体例を用いて説
明する。なお、ポリマ生成ガスとしては、ＣＨ４ガスを
用いることにする。

ガス排気口３０を介して反応容器２１内は、粗引きされ
た状態となる。

一方、予備放を室２８内に、ポリマ生成ガスとしてのＣ
Ｈ４ガスが導入され、高周波電源２９によｐ十数ＭＨ，
程度の高周波電力が印加される。

′　　　　　　　すると予備放電室２８内のＣＨ，ガス
は、活性化された状態となる。その後反応容器２１内に
は、ガス導入管３５を介し、ボンベボックス３１内のガ
スボンベ３２から反応ガスとしてのＣ１嵩、ＢＣ１＆ガ
スが連続的に導入されると共に、活性化されたＣＨ，ガ
スも、上部電極２２を介して連続的に導入され、反応容
器２１内は、１０　　）　Ａ／　（Ｔｏｒｒ）程度のガ
ス圧力状態°に保たれる。そこで、高周波電源２７によ
って上部電極２２．下部電極２３間に高周波電力が印加
される。するとグロー放電が生じ、Ｐで示されるプラズ
マが発生し、下部電極２３が回転しながら、ウェーハ２
４の基板４０表面に形成されたＡｌ膜４１が選択的にエ
ツチングされる。

以下、ウェーハ２４基板４０表面に形成されたＡＪａ４
１を選択的にエツチングする部分について詳しく説明す
る。

第６図は、第５図において、ＡＪ膜４１のエツチングが
進行している状態を示す図である。

つまシ、第６図において、ＡＪ膜４１がエッチ、せ ングされる一方、ＡＩ膜４１のエツチングされた　　　
　　　　。

くない部分側壁に１ポリマ４３、例えば、ボリエテレン
モＣＨＩＣ皇（＊　３’。等が堆積し、前記ｌ！ｌｌ壁
面を保題することくなシ、前記側壁方向にエツチングが
進行するのを防ぐ。この際ＡＪｉ４１のエツチングされ
る部分表面４４にも、前記と同様なポリマ（図示せず）
が堆積することになる。しかしながら、プラズマ中の電
子とイオンは、前者の移動度が後者のそれより圧倒的に
大きいため、下部電極２３が員にバイアスされ、プラズ
マ中の正イオンは、負電圧により引き出され加速される
一方、直流電界によって、ウェーハ２４主表面に直交す
る方向に方向づけされるため、前記表面４４は、スパッ
タリングされることになる。２まシ、基板４０表面に形
成されたＡＪ膜４１のうち、マスク４２によシマスフさ
れていない部分だけがエツチングされることになシ、所
望の部分だけをエツチングできることになる。

また、圧力のやや高い領域（１０トル程度）でエツチン
グが行なわれるので、絶対的な反応ガスの量が多く、反
応ガス分子が、プ２ズア中の電子によりてイオン化する
量が多いため、エツチング速度を大きくすることができ
る。

さらに、圧力のやや高い領域でエツチングできるため、
低圧力でエツチングするものに比べ、反応容器の気密性
という点において条件がゆるやかになると共に、排気系
についても、それはど−大きい排気能力が要求されるも
のではないことから、装置製造が安価にできる。

本実施例では、Ｃノ、ガスが入っているガスボンベ３２
を、Ｎ嘗パージされたボンベボックス３１内に収納して
いること、さらに反応容器２１に隣接して前記ボンベボ
ックス３１を設けていることによシ、反応容器から離間
してボンベボックスが設けられているものに比べ、配管
が短かくできること等から、反応ガスとして危険性を有
するガス、例えばＣ１ｔ等を用いた場合でも、人体等に
影響を与えることなく安全にエツチングを行なうことが
できる。

なお本実施例では、ガスボンベを収納するボンベボック
スを、反応容器側面に位置させているが、反応容器上面
に前記ボンベボックスを設けてもよい６ ボンベボックス内は、Ｎ、イく一ジするものに限らず、
減圧状態であってもよく、っ筐シ、危険性を有するガス
と反応し易いガス、水分等ができるだけ少ない状態で、
かつ危険性を有するガスが漏れた場合でも、ボンベボッ
クス内に充満しないような構成であればよい。

また、本実施例では、予備放電室を有するドライエツチ
ング装置に適用した場合について説明したが、種々のド
ライエツチング装置等に適用できる。

〔効果〕

１、ポリマ生成ガスを予め活性化しておくことによシ、
被処理体のエツチングされたくない部分側壁に充分ポリ
マを堆積できるという効果が得られる。

２、被処理体のエツチングされたくない部分側壁に充分
ポリｉを堆積できることにより、前記側壁ｌ　　　　　
　　方向へのエツチングを低減させることができるとい
う効果が得られる。

３、被処理体のエツチングされたくない部分側壁方向へ
のエツチングが低減できることによシ、被処理体を、所
望通りに高精度にエツチングできるという効果が得られ
る。

４、被処理体のエツチングされたくない部分側壁方向へ
のエツチングが低減できることによシ、被処理体の、エ
ツチングすべき部分の深さが深い場合でも、被処理体を
所望通シに高精度にエツチングできるという効果が得ら
れる・ ５、被処理体のエツチングされたくない部分側壁に充分
ポリマを堆積できるため、圧力のやや高い領域において
も、前記側壁に堆積したポリマの保蝕作用で、被処理体
を所望通シに高精度にエツチングできるという効果が得
られる。

６、圧力のやや高い領域においてエツチングが行なわれ
るため、絶対的な反応ガスの量が多く、反応ガス分子が
プラズマ中の電子によってイオン化する量が多いため、
エツチング速度を大きくすることができるという効果が
得られる。　　　　　　　　　　　　ヴＬ　圧力のやや
高い領域においても被処理体のエツチングすべき部分側
壁に充分ポリマを堆積できるため１．エツチング速度が
大きく、しかも所望通９に高精度に被処理体をエツチン
グできるという効果が得られる。

８、所望通シに高精度にエツチングできるため、さらに
微細加工（エツチング）できるという効果が得られる。

９、圧力のやや高い領域において、被処理体を所望通り
に高精度にエツチングできるため、低圧力でエツチング
するものに比べ、反応容器の気密性という点において条
件がゆるやかになると共に、排気系についても、それほ
ど大きい排気能力が要求されるものではないことから、
装置製造が安価にできるという効果が得られる。

１０、　　危険性を有するガスが入っているガスボンベ
を収納・したボンベボックスを、反応容器に隣接して設
けることにより、反応容器から離間して前記ボンベボッ
クスを設けたものに比べ反応容器内へ前記ガスを導入す
るための配管が短かくできるため、ガス漏れの可能性が
低減されるという効果が得られる。

１１、危険性を有するガスが入っているガスボンベを収
納したボンベボックスを、反応容器に隣接して設けるこ
とによシ、反応容器内へ前記ガスを導入するための配管
を、ボンベボックス、および反応容器外にさらすことな
く設けることができるため、配管を二重構造にする必要
がなく、それによって、配管設置に要する費用が低減で
きるという効果が得られる。

１２、ボンベボックス内だけに、ガス漏れを検出するた
めのセンナを設ければよいため、広い範囲にわたってガ
ス漏れを検出する必要がなくなシ、センサによるガス漏
れの見逃しを低減できるという効果が得られる。

１３、ガス漏れの可能性が低減されること、さらにガス
漏れの見逃しを低減できることによシ、危険性を有する
ガスを用いて処理する場合でも、人体等に影響を及＃ｒ
すことなく安全に作業できるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であるということはいうまでもない。

〔利用分野〕 以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明を、その背景となった利用分野である半導体装置の製
造技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、プラズマを用いた電子部品あるい
は物体表面処理技術などに適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるドライエツチング技
術を説明するためのドライエツチング装置を示す概略図
、 第２図は、被処理体としてのウェーハの拡大断面図、 第３図は、第２図におけるレジスト族のエッチ、　　　
　　　　ングが進行している状態を示す図、第４図拡、
本発明の他の実施例であるドライエツチング技術を説明
するためのドライエツチング装置を示す概略図、 第５図は、被処理体としてのウェーハの拡大断面図、 第６図は、第５図におけるＡＡ’膜のエツチングが進行
している状態を示す図である。 １．２１・・・反応容器、２．２２・・・上部電極、３
゜２３川下部電極、４．２４・−・ウエーノ＼、５．２
５・・・試料台。６．２６・・・マツチングボックス、
７゜９　、２７　、２９・・・高周波電源、８，２８・
・・予備放電室、１０．３５．３６・・・ガス導入管、
１１゜３０．３７・・・ガス排気口、１２．４０・・・
基板、１３・・・レジスト膜、１４．４２・・・マスク
、１５゜４３・・・ポリマ、１６．４４・・・エツチン
グすべき部分子ｉｇ、３１・・・ボンベボックス、３２
・・・ガスボンベ、３３・・・レギユレータ、３４・・
・バルブ、３８・・・センサ、３９・・・に生計、４１
・・・ｋｌ膜。 第　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被処理体が収納されている反応容器内に、被処理体
   のエッチングに寄与する第１のガスと、前記被処理体の
   エッチングを阻止するための阻止膜形成に寄与する第２
   のガスを導入し、前記被処理体がエッチングされるのを
   阻止する阻止膜を、前記被処理体の一部に、形成しなが
   ら、被処理体をエッチングするエッチング方法であって
   、前記第２のガスを、前記膜を形成できるような反応ガ
   スにした後に、前記反応容器内に導入し、反応容器内に
   おいてさらに前記膜を形成できるような反応ガスにする
   ことを特徴とするエッチング方法。 ２、第２のガスとしては、有機ガスが用いられることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエッチング方法
   。 ３、反応容器内に、被処理体のエッチングに寄与する第
   １のガスと、前記被処理体のエッチングを阻止するため
   の阻止膜形成に寄与する第２のガスを導入し、被処理体
   をエッチングするエッチング装置であつて、前記反応容
   器外に、前記第２のガスを、前記膜が形成できるような
   反応ガスにし得る手段が設けられていることを特徴とす
   るエッチング装置。 ４、反応ガスにし得る手段としては、高周波電力が印加
   される放電室であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載のエッチング装置。