JPS62232927A - Method and device for dry etching - Google Patents

Method and device for dry etching

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JPS62232927A
JPS62232927A JP7583886A JP7583886A JPS62232927A JP S62232927 A JPS62232927 A JP S62232927A JP 7583886 A JP7583886 A JP 7583886A JP 7583886 A JP7583886 A JP 7583886A JP S62232927 A JPS62232927 A JP S62232927A
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JP
Japan
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substrate
gas
processed
dry etching
light
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Application number
JP7583886A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Hayasaka
伸夫 早坂
Haruo Okano
晴雄 岡野
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To perform high-accuracy directional etching controllably to prevent damage to a surface of a processed substrate, by generating ions by optical excitation and then providing the ions with directionality by an electric field so that etching is performed. CONSTITUTION:D-c voltage is impressed on a sample board 13, and an electric field is impressed in the direction vertical to the surface of the substrate 12 at the vapor phase part near the surface of the processed substrate 12, and vacuum ultraviolet rays 26 are radiated close to the surface of the substrate 12. Radiation of the ultraviolet rays 26 causes ions, which are made by ionizing gaseous molecules by light in the vapor phase near the surface of the substrate 12. These ions are made incident to the surface of the substrate 12 by the electric field existing in the surface. Thus, anisotropic etching of P-addition polycrystal Si can be performed in a state of no trailing. Hence, controllable and high-accuracy directional etching is performed, preventing damages on the surface of the substrate 12.

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、半導体素子製造プロセスに用いられるドライ
エツチング技術に係わり、特に光を用いてLSI材料の
異方性エツチングを行うドライエツチング方法及びドラ
イエツチング装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to dry etching technology used in semiconductor device manufacturing processes, and in particular to anisotropic etching of LSI materials using light. The present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus.

(従来の技術) 従来、半導体素子製造プロセスにおける微細加工方法に
おいては、反応性イオンエツチング(RI E)に代表
される荷電粒子を用いたドライエツチング技術が主とし
て用いられている。しかし、この荷電粒子の被処理基体
への入射が素子特性に悪影響を及ぼすことが知られてお
り、荷電粒子を用いたプロセスの問題点が明らかとなっ
てきた。即ち、荷電粒子の入射が被処理基体にダメージ
を与えることが明らかとなっている。
(Prior Art) Conventionally, dry etching techniques using charged particles, typified by reactive ion etching (RIE), have been mainly used in microfabrication methods in semiconductor device manufacturing processes. However, it is known that the incidence of these charged particles on a substrate to be processed has an adverse effect on device characteristics, and problems in processes using charged particles have become clear. That is, it has become clear that the incidence of charged particles damages the substrate to be processed.

そこで最近、荷電粒子によるダメージを生じることなく
エツチングを行う方法の一つとして、光励起エツチング
が提案されている。光励起エツチングにおいては、エツ
チング種のみを被処理基体に供給する方法では、材料に
よってはエツチングが等方向に進行するために、正確な
微細加工を行うことはできない。そこで、エツチング種
と堆積種とを同時に供給し、被処理基体に垂直に光を照
射する光励起による方向性エツチングが提案されている
(例えば、USP、452975)。この先励起エッチ
ング方法においては、アンダーカットのない異方性エツ
チングか達成されるものの、エツチング形状が第6図(
a)に示す如くエツチング底部ですそを引くことがあり
、同図(b)に示す如くより高精度な加工を要求される
プロセスとしては問題となる。なお、第6図中61はエ
ツチング停止層、62は被エツチング物、63はマスク
である。
Recently, photo-excited etching has been proposed as a method for etching without causing damage due to charged particles. In photo-excited etching, if only the etching species is supplied to the substrate, accurate microfabrication cannot be achieved because etching proceeds in the same direction depending on the material. Therefore, directional etching by photoexcitation has been proposed in which an etching species and a deposition species are simultaneously supplied and light is irradiated perpendicularly to the substrate to be processed (for example, USP 452,975). Although this pre-excited etching method achieves anisotropic etching without undercuts, the etching shape is not as shown in Figure 6 (
As shown in (a), the bottom of the etching may draw a ridge, which is a problem in a process that requires higher precision machining, as shown in (b) of the same figure. In FIG. 6, 61 is an etching stop layer, 62 is an object to be etched, and 63 is a mask.

一方、容器内に収容された被処理基体に対し、エツチン
グ種と共に堆積種を供給し、被処理基体に垂直方向から
光を照射して方向性エツチングを行う方法も既に報告さ
れている( USP、4529475或いは1985 
Dry Process 5yIIIp、)。これは、
第7図(a)に示す如くもし光照射がない場合には被処
理基体全面に薄膜B4の堆積が生じエツチングは進行し
ないが、同図(b)に示す如く光照射65がある場合に
は光照射面では堆積膜64が除去されエツチングが進行
する。そして、光照射のないエツチング側面では薄膜6
4が残り、アンダーカットを防ぎ、これにより方向性エ
ツチングが達成されると言うものである。
On the other hand, a method has already been reported in which directional etching is performed by supplying a deposited species together with an etching species to a substrate to be processed housed in a container, and irradiating the substrate with light from a perpendicular direction (USP, 4529475 or 1985
Dry Process 5yIIIp,). this is,
As shown in FIG. 7(a), if there is no light irradiation, the thin film B4 will be deposited on the entire surface of the substrate to be processed and etching will not proceed, but if there is light irradiation 65 as shown in FIG. 7(b), On the light irradiated surface, the deposited film 64 is removed and etching progresses. Then, on the etched side where there is no light irradiation, a thin film 6
4 remains to prevent undercutting and thereby achieve directional etching.

この方法では、アンダーカットのない方向性エツチング
が行われるものの、実際のエツチング形状は前記第6図
(a)に示したように、エツチング底部ですそを引く形
状となる。これは、マスク端部で回折効果のため光強度
が弱くなるためであり、使用する光の波長が長くなる程
顕著になる。
Although this method performs directional etching without undercuts, the actual shape of the etching is as shown in FIG. 6(a), with a ridge drawn at the bottom of the etching. This is because the light intensity becomes weaker at the edge of the mask due to the diffraction effect, and becomes more pronounced as the wavelength of the light used becomes longer.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来の光励起によるドライエツチングでは、
被処理基体のダメージを招(ことなく、高精度な方向性
エツチングを行うことは困難であちた。
(Problems to be solved by the invention) As described above, in the conventional dry etching using optical excitation,
It has been difficult to perform highly accurate directional etching without causing damage to the substrate being processed.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、光励起により生成されたイオンを用い
ることにより、制御性の良い高精度な方向性エツチング
を行うことができ、且つ被処理基体表面へのダメージを
防止し得るドライエツチング方法を提供することにある
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to enable highly controllable and highly accurate directional etching by using ions generated by optical excitation, and to An object of the present invention is to provide a dry etching method that can prevent damage to the surface of a processed substrate.

また本発明の他の目的は、上記方法を実施するためのド
ライエツチング装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a dry etching apparatus for carrying out the above method.

[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、半導体素子製造材料の方向性エツチン
グのために、光励起によりイオンを生成し、そのイオン
に電界により方向性を持たせてエツチングを行うことに
ある。
[Structure of the Invention (Means for Solving Problems)] The gist of the present invention is to generate ions by optical excitation and to give directionality to the ions by an electric field for directional etching of materials for manufacturing semiconductor elements. The purpose is to perform etching.

即ち本発明は、被処理基体の表面を方向性エツチングす
るドライエツチング方法において、被処理基体の表面に
ガスを供給すると共に、該基体基板表面に対し垂直方向
の電界を印加しておき、この状態で上記被処理基体の表
面若しくは表面近傍に光を照射して上記ガスをイオン化
し、イオン化した粒子を上記電界により被処理基体の表
面に入射せしめて該表面をエツチングするようにした方
法である。
That is, the present invention provides a dry etching method for directional etching the surface of a substrate to be processed, in which a gas is supplied to the surface of the substrate and an electric field is applied in a direction perpendicular to the surface of the substrate. In this method, the gas is ionized by irradiating the surface or the vicinity of the surface of the substrate to be processed, and the ionized particles are caused to enter the surface of the substrate to be processed by the electric field to etch the surface.

また本発明は、上記方法を実施するためのドライエツチ
ング装置において、被処理基体を収容する容器と、この
容器内にガスを導入する手段と、上記ガスのイオン化ポ
テンシャル以上のエネルギーを釘する光を前記被処理基
体の表面若しくは表面近傍に照射する手段と、前記被処
理基体の表面に垂直方向の電界を発生させる手段とを設
けるようにしたものである。
The present invention also provides a dry etching apparatus for carrying out the above method, which includes a container for accommodating a substrate to be processed, a means for introducing a gas into the container, and a light source that applies energy higher than the ionization potential of the gas. The apparatus is provided with means for irradiating the surface or near the surface of the substrate to be processed, and means for generating an electric field in a direction perpendicular to the surface of the substrate to be processed.

(作用) 上記の方法であれば、気相中或いは被処理基体表面に吸
若したガスの粒子を光照射により励起してイオンを生成
し、このイオンを電界により気相中で加速するか被処理
基体の表面から内部に向かってイオンを引込むことによ
り、イオンの方向に沿った方向性エツチングを行うこと
が可能となる。そしてこの場合、電界の強さを適切に制
御することにより、イオンの照射による被処理基体への
ダメージをなくすことが可能である。また、この方法に
よるエツチングでは、低速イオンはマスク端で回折効果
がなく、前記第6図(b)に示す如きエツチング形状を
得ることができる。さらに、被処理基体表面上での光強
度がエツチング速度に影響するような物質のエツチング
においても、粒子のイオン化を起こすような光の波長は
一般に短いため、その回折効果は少ない。
(Function) In the above method, ions are generated by exciting gas particles absorbed in the gas phase or on the surface of the substrate to be processed by light irradiation, and these ions are accelerated in the gas phase by an electric field or By drawing ions inward from the surface of the substrate to be treated, directional etching can be performed along the direction of the ions. In this case, by appropriately controlling the strength of the electric field, it is possible to eliminate damage to the substrate to be processed due to ion irradiation. Furthermore, in etching by this method, slow ions have no diffraction effect at the edge of the mask, and an etched shape as shown in FIG. 6(b) can be obtained. Furthermore, even in the etching of a substance in which the light intensity on the surface of the substrate to be processed affects the etching rate, the wavelength of the light that causes ionization of particles is generally short, so that the diffraction effect is small.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。(Example) Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

第1図は本発明の第1の実施例に係わるドライエツチン
グ装置を示す概略構成図である。図中11は真空容器で
あり、この容器11内には被処理基体12を載置する試
料台13が設置されている。容器11にはガス導入口1
4.15が設けられており、ガス導入口14には放電管
1Gの一端が接続されている。放電管16は、マイクロ
波尾71J!17に接続された導波管18にカップリン
グされている。そして、放電管1Bの他端には、F、C
,ffそれぞれを含む2種の反応性ガス(例えばNF3
とC)2)が導入され、これらのガスは放電管lG内で
解離されたのち容器ll内に導入されるものとなってい
る。また、ガス導入口15からは、堆積ガス(例えばM
MA)が導入される。そして、容器ll内のガスはガス
排気口19から排気されるものとなっている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a vacuum container, and a sample stage 13 on which a substrate 12 to be processed is placed is installed inside the container 11. The container 11 has a gas inlet 1
4.15, and one end of the discharge tube 1G is connected to the gas inlet 14. The discharge tube 16 is a microwave tail 71J! It is coupled to a waveguide 18 connected to 17. At the other end of the discharge tube 1B, F, C
, ff, respectively (e.g. NF3
and C)2) are introduced, and these gases are dissociated in the discharge tube 1G and then introduced into the container 11. Further, from the gas inlet 15, a deposition gas (for example, M
MA) is introduced. The gas in the container 11 is exhausted from the gas exhaust port 19.

一方、容器11の上部には窓21が設けられており、こ
の窓21を通してHgランプ等の光源22からの光(第
2の光)23が容器ll内に導入され、前記被処理基体
12の表面に垂直に照射される。また、容器11の右方
部には紫外光透過窓24が設けられており、こ窓24を
通して真空紫外光光源25からの紫外光(第1の光)2
Gが容器11内に導入され、前記被処理基体12の表面
近傍に水平方向に照射されるものとなっている。
On the other hand, a window 21 is provided in the upper part of the container 11, and light (second light) 23 from a light source 22 such as an Hg lamp is introduced into the container 11 through this window 21, and the substrate 12 to be processed is Illuminated perpendicular to the surface. Further, an ultraviolet light transmission window 24 is provided on the right side of the container 11, and ultraviolet light (first light) 2 is emitted from a vacuum ultraviolet light source 25 through this window 24.
G is introduced into the container 11 and irradiated horizontally near the surface of the substrate 12 to be processed.

また、前記試料台13には図示極性の直流電源27が接
続されており、これにより被処理基体12の表面に垂直
方向の電界が発生するものとなっている。
Further, a DC power source 27 with the polarity shown is connected to the sample stage 13, thereby generating an electric field in the vertical direction on the surface of the substrate 12 to be processed.

次に、上記装置を用いたドライエツチング方法について
説明する。ここでは、ガス導入口14から導入する反応
性ガスとしてNF3.C12の混合ガス、ガス導入口1
5から導入する堆積ガスとしてメタクリル酸メチル(M
MA)を用い、P添加多結晶シリコンの異方性エツチン
グを行う場合について説明する。
Next, a dry etching method using the above apparatus will be explained. Here, NF3. C12 mixed gas, gas inlet 1
Methyl methacrylate (M
A case where P-doped polycrystalline silicon is anisotropically etched using MA) will be described.

NF3.Cノ2.MMAをある条件で導入し、Hgラン
プ或いはエキシマレーザ等からの紫外光23を被処理基
体12の表面に垂直方向がら照射することにより、多結
晶Siを異方性エツチングすることができるが、エツチ
ング形状は前記第6図(a)に示す如く、エツチング底
部ですそを引く形となる。
NF3. C-2. Polycrystalline Si can be anisotropically etched by introducing MMA under certain conditions and irradiating the surface of the substrate 12 to be processed with ultraviolet light 23 from an Hg lamp or an excimer laser in a vertical direction. As shown in FIG. 6(a), the shape is such that the etched bottom part has a ridge.

そこで、本実施例においては、試料台13に直流電圧を
印加し、被処理基体12の表面近くの気相部分に基体表
面に垂直方向に電界を印加し、また基体表面すれすれに
真空紫外光26を照射する。真空紫外光2Bの照射によ
り、被処理基体12の表面付近の気相中でガス分子が光
によりイオン化されイオンが生じる。このイオンは、被
処理基体12の表面に存在する電界により基体表面に入
射する。この時、イオンの加速エネルギーが150[e
V]を越えないように直流電圧を調整する。
Therefore, in this embodiment, a DC voltage is applied to the sample stage 13, an electric field is applied to the gas phase portion near the surface of the substrate 12 to be processed in a direction perpendicular to the substrate surface, and vacuum ultraviolet light 26 is applied to the substrate surface. irradiate. By irradiating the vacuum ultraviolet light 2B, gas molecules in the gas phase near the surface of the substrate 12 to be processed are ionized by the light to generate ions. These ions are incident on the surface of the substrate 12 to be processed due to the electric field present on the surface. At this time, the acceleration energy of the ion is 150 [e
Adjust the DC voltage so that it does not exceed V].

このようにして光照射と同時に低速のイオンを被処理基
体12の表面に入射させることができ、この場合のエツ
チング形状は前記第6図(b)に示す如くすそ引きのな
い形状となる。さらに、光照射のみでのエツチングに比
較すると、エツチング速度が約2倍程度速くなる。
In this way, low-velocity ions can be made incident on the surface of the substrate 12 to be processed at the same time as the light irradiation, and the etched shape in this case becomes a shape without flaring as shown in FIG. 6(b). Furthermore, the etching speed is about twice as fast as when compared to etching using only light irradiation.

かくして本実施例によれば、光照射によるイオンを利用
することにより、P添加多結晶S1をすそ引きのない形
状に異方性エツチングすることができ、且つそのエツチ
ング速度を従来の光励起のみによる場合の約2倍に速め
ることができる。しかも、試料台13に印加する電圧を
容器11内で放電が生じる電圧以下に調整することによ
り、イオン照射による被処理基体12の表面へのダメー
ジをなくすことができる。このため、今後の集積回路製
造技術における有用性は絶大である。
Thus, according to this embodiment, by using ions produced by light irradiation, it is possible to anisotropically etch the P-doped polycrystal S1 into a shape without trailing, and at the same time, the etching rate is lower than that achieved by conventional light excitation alone. can be approximately twice as fast. Moreover, by adjusting the voltage applied to the sample stage 13 to be lower than the voltage at which discharge occurs within the container 11, damage to the surface of the substrate 12 to be processed due to ion irradiation can be eliminated. Therefore, it will be extremely useful in future integrated circuit manufacturing technology.

なお、上記実施例では、活性種を供給するガスとしてN
F3.C,l?2を用い、堆積種を生じさせるガスとし
てMMAを用いた系について述べたが、活性種を供給す
るガスとしては、NF3の代りにCF、、c2F8.C
3F8.SF8.F2等のFを含むガスで、放電により
エツチング種を生成するガスであれば用いることができ
る。同様に、C,e2の代すニハ、 CCl2< 、 
  BCI!3゜PCJ23等C,+7を含み、放電に
よりエツチング種を生成するものであれば用いることが
可能である。
Note that in the above embodiment, N is used as the gas for supplying active species.
F3. C, l? 2 and using MMA as the gas for generating the deposited species, but instead of NF3, CF, c2F8. C
3F8. SF8. Any gas containing F, such as F2, that generates etching species by electric discharge can be used. Similarly, C, e2 represents Niha, CCl2< ,
BCI! Any material including C, +7, such as 3° PCJ23, which generates etching species by discharge, can be used.

さらに、この系の場合、C,+7系活性種とMMAとの
反応で堆積を生じるので、活性種を供給するガスとして
C12だけを用いてもよい。また、堆積ガスとしては、
メタクリル、アクリル系の有機系ガス、或いはその他の
有機系ガスをMMAの代りに用いてもよい。また、堆積
ガスとして、SiH4,SiCl2等の無機系ガス、或
いはそれらと酸素、窒素との混合ガスを用いても良く、
この場合には堆積を生じさせるガスをエツチング室とは
別の領域で放電し、予め励起しておいて被処理基体に供
給することにより堆積を生じさせることができる。
Furthermore, in the case of this system, since deposition occurs due to the reaction between the C, +7-based active species and MMA, only C12 may be used as the gas for supplying the active species. In addition, as a deposition gas,
Methacryl, acrylic organic gas, or other organic gas may be used instead of MMA. Further, as the deposition gas, an inorganic gas such as SiH4, SiCl2, or a mixed gas of these gases with oxygen and nitrogen may be used.
In this case, the deposition can be caused by discharging the gas that causes the deposition in a region separate from the etching chamber, exciting it in advance, and supplying it to the substrate to be processed.

また、彼エツチング材料は多結晶Siに限らず、エツチ
ング種としてF系のものを用いれば単結晶S i、S 
i02 、S i3 N4 、W、Mo等をエツチング
でき、Cノ系のものを用いれば AI。
Furthermore, the etching material is not limited to polycrystalline Si, but if an F-based material is used as the etching species, single crystal Si, S
It is possible to etch i02, S i3 N4, W, Mo, etc., and if C-based materials are used, AI is achieved.

G a A s 、  G a A J! A s等の
エツチングができ、ガスの選択により、半導体、金属絶
縁物のあらゆるものの異方性エツチングが達成される。
Ga As, Ga A J! By selecting the gas, anisotropic etching of all kinds of semiconductors and metal insulators can be achieved.

照射する真空紫外光2Bは容器ll内にある粒子をイオ
ン化できるものであれば何でもよい。例えば、Ar、K
r、Xe、He等の希ガス放電によるランプ(例えば共
鳴線ランプやH2,D2ランプ等からの共鳴線や、連続
光又はシンクロトロン放電光(SOR)等を用いてもよ
い。さらに、上記の実施例の場合、光イオン化を促進す
るために、Ar、Kr、Xe、He等を反応性ガスに混
入させ、光エネルギーをまずこれらの不活性ガスに吸収
させ、その励起種との反応で他の粒子をイオン化する、
所謂増感作用、或いは触媒作用等を用いることにより、
イオン化の効率が良くすることが可能である。
The vacuum ultraviolet light 2B to be irradiated may be of any type as long as it can ionize the particles in the container 11. For example, Ar, K
A lamp using a rare gas discharge such as r, In the case of the example, in order to promote photoionization, Ar, Kr, Xe, He, etc. are mixed into the reactive gas, and the light energy is first absorbed by these inert gases, and the other gases are absorbed by the reaction with the excited species. ionize the particles of
By using so-called sensitizing action or catalytic action,
It is possible to improve the efficiency of ionization.

また、放電により励起された粒子は比較的低エネルギー
の光によりイオン化されるため、もし粒子がイオン化す
るならば、普通の紫外光をイオン化光源としてもよい。
Further, since particles excited by the discharge are ionized by relatively low-energy light, if the particles are to be ionized, ordinary ultraviolet light may be used as the ionization light source.

さらに、イオン化用の光2Gは上述の例では、被処理基
体12の表面に平行に入射させて、表面近くでイオンを
生成させているが、第2の光23と同じく、被処理基体
12の表面に垂直に入射させてもよい。ここで、真空紫
外光2Bの入射を行うために窓24を用いているが、1
 [eV]以上の光を通す窓材は限られており、光の透
過率も良くない。従って、真空紫外光の入射光は作動排
気方式により、窓24を用いずに光を入射させる方法を
用いてもよい。
Furthermore, in the above example, the ionizing light 2G is incident parallel to the surface of the substrate 12 to be processed to generate ions near the surface. The light may be incident perpendicularly to the surface. Here, the window 24 is used to allow the vacuum ultraviolet light 2B to enter, but 1
There are a limited number of window materials that allow light of [eV] or higher to pass through, and their light transmittance is also poor. Therefore, a method may be used in which the incident vacuum ultraviolet light is made to enter without using the window 24 by an actuated exhaust system.

また、上述の例ではエツチングと堆積の両方の反応を用
いて方向性エツチングを行う方法について述べたが、イ
オンの方向性を利用する本エツチング方法では、本来エ
ツチングの方向性が良いため、堆積ガスを用いなくても
よい。この場合、エツチング速度は遅くなるものの、エ
ツチング形状は前記第6図(b)に示した如くすそ引き
のない形となり、良好な方向性エツチングが達成される
のを確認している。
In addition, in the above example, a method of performing directional etching using both etching and deposition reactions was described, but in this etching method that utilizes the directionality of ions, since the directionality of etching is originally good, the deposition gas It is not necessary to use In this case, although the etching speed is slow, the etched shape has no hemline as shown in FIG. 6(b), and it has been confirmed that good directional etching is achieved.

第2図は本発明の第2の実施例を示す要部構成図であり
、第1図と同一部分には同一符号を付しである。ガスの
導入、排気系は第1図と同様なのでここでは省略してあ
り、被処理基体12の設置法と光照射の方法についての
装置構成の概略を示す。
FIG. 2 is a block diagram showing the main parts of a second embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. Since the gas introduction and exhaust systems are the same as those shown in FIG. 1, they are omitted here, and the outline of the apparatus configuration regarding the method of installing the substrate 12 to be processed and the method of light irradiation is shown.

被処理基体12は、電界を印加できる試料台13の上に
載置されるが、試料台13は被処理基体12の温度を調
整するための温度調整機構31を有する。イオン化を行
うための光2Gは被処理基体12の表面に垂直方向から
照射されるが、図示しない紫外光光源からの光路の途中
に光学マスク32があり、マスク32のパターンが被処
理基体12の表面に結像されるようになっている。
The substrate 12 to be processed is placed on a sample stand 13 to which an electric field can be applied, and the sample stand 13 has a temperature adjustment mechanism 31 for adjusting the temperature of the substrate 12 to be processed. The light 2G for ionization is irradiated vertically onto the surface of the substrate 12 to be processed, but there is an optical mask 32 in the optical path from an ultraviolet light source (not shown), and the pattern of the mask 32 is irradiated on the surface of the substrate 12 to be processed. The image is formed on the surface.

このような構成であれば、マスク32によりパターニン
グされた光学像を被処理基体12の表面に結像させて照
射することにより、光照射部のみエツチングし、パター
ン転写を行うことができる。第3図にマスクパターンと
エツチング形状の対応を示す概略図を示す。この場合、
マスク32は被処理基体12に近接させて設置する近接
露光方式でも、また被処理基体12とは離して設置し、
光学系を用いてその像を被処理基体12の表面に投影さ
せる投影露光方式でもよい。
With such a configuration, by forming an optical image patterned by the mask 32 on the surface of the substrate 12 to be processed and irradiating it, only the light irradiated area can be etched and the pattern can be transferred. FIG. 3 is a schematic diagram showing the correspondence between mask patterns and etching shapes. in this case,
The mask 32 can be placed close to the substrate 12 to be processed using a close exposure method, or it can be installed away from the substrate 12 to be processed.
A projection exposure method may be used in which the image is projected onto the surface of the substrate 12 to be processed using an optical system.

第4図に示すのは、パターン転写を行う異なる2つの機
構について説明するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining two different mechanisms for pattern transfer.

第4図(a)に示すのは、被処理基体12の表面近傍の
気相中に図中に示す電界E1を印加する方法であり、気
相中の光照射部で生成されるイオン35を電界E1によ
り加速し、被処理基体12の表面に入射させ方向性エツ
チングを行い、パターン転写を行うものである。また、
第4図(b)に示すのは、被処理基体12の表面近傍の
被処理基体内部に電界E2を発生させる方法である。こ
の場合には、表面にガス粒子36を全面に吸着させてお
き、そこで部分的に光26を照射すると、光照射部で吸
着粒子36がイオン化してエツチング種37となり、被
処理基体12の内部の電界E2によりエツチング種37
を内部に引込むことにより、エツチング反応が促進され
、パターン転写を行うものである。
FIG. 4(a) shows a method in which an electric field E1 shown in the figure is applied in the gas phase near the surface of the substrate 12 to be processed, and ions 35 generated at the light irradiation part in the gas phase are It is accelerated by the electric field E1 and made incident on the surface of the substrate 12 to be processed to perform directional etching and pattern transfer. Also,
FIG. 4(b) shows a method of generating an electric field E2 inside the substrate 12 to be processed near its surface. In this case, when the gas particles 36 are adsorbed all over the surface and the light 26 is irradiated partially on the surface, the adsorbed particles 36 are ionized in the light irradiation area and become etching species 37, which causes the inside of the substrate 12 to be processed to be etched. Etching species 37 due to the electric field E2 of
By drawing the material inside, the etching reaction is promoted and the pattern is transferred.

反応種の吸着は低温において起こり易く、吸着量をコン
トロールするために、基板温度を低温で調整する必要が
ある。例えば、基板としてSiを用い、基板温度を−3
0[’C]以下で調整し、反応性ガスとしてF2ガスを
用いると、F2ガスは基板表面に吸着するが、エツチン
グの進行は極めて遅い。そこで、F2ガスをイオン化す
るlo[eV]以上のエネルギーを何する光を照射し、 F2−F2+ のイオン化を起こし、更に基板内部に電界を印加してお
くと、光照射部でのエツチングが生じる。
Adsorption of reactive species tends to occur at low temperatures, and in order to control the amount of adsorption, it is necessary to adjust the substrate temperature to a low temperature. For example, if Si is used as the substrate and the substrate temperature is -3
When the temperature is adjusted to 0['C] or less and F2 gas is used as the reactive gas, the F2 gas is adsorbed to the substrate surface, but etching progresses extremely slowly. Therefore, if we irradiate light with an energy higher than lo [eV] that ionizes F2 gas to cause ionization of F2-F2+ and then apply an electric field inside the substrate, etching will occur in the light irradiated area. .

ここで、表面近傍に発生させる電界は直流電界でなくて
もよい。直流電界の印加では基板表面に正又は負の電荷
のみが入射し、基板がチャージアップする虞れがある。
Here, the electric field generated near the surface does not have to be a DC electric field. When a DC electric field is applied, only positive or negative charges are incident on the substrate surface, and there is a possibility that the substrate will be charged up.

このことは特に、絶縁物のエツチングにおいて顕著とな
る。このチャージアップを防ぐために、交流電界を印加
し、正電荷粒子、負電荷粒子を交互に表面に入射させて
基板内での電荷量を中性に保つ方法があり、チャージア
ップによる入射イオンへの影響がなくなる。
This is particularly noticeable when etching insulators. In order to prevent this charge-up, there is a method of applying an alternating current electric field and making positively charged particles and negatively charged particles alternately inject onto the surface of the substrate to keep the amount of charge inside the substrate neutral. The effect disappears.

第5図は本発明の第3の実施例を示す要部構成図であり
、第1図と同一部分には同一符号を付しである。
FIG. 5 is a block diagram showing a main part of a third embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals.

これは、2つの波長の光を被処理基体12の表面に両方
用垂直に入射させる方法である。図中51は光源22か
らの光23のみを透過し、光源25からの光2Bを反射
させるミラーであり、これを用いることにより、両方の
光23.26を被処理基体12の表面に対し垂直方向か
ら入射させることができる。また、2つの光23.26
は、同時に照射しても、パルス光源を用いて交互に入射
させてもよい。CW光源においても、ミラー51を可動
にすることにより、交互に光を入射させることができる
This is a method in which light of two wavelengths is incident perpendicularly onto the surface of the substrate 12 to be processed. In the figure, 51 is a mirror that transmits only the light 23 from the light source 22 and reflects the light 2B from the light source 25. By using this mirror, both lights 23 and 26 are directed perpendicularly to the surface of the substrate 12 to be processed. It can be made incident from any direction. Also, two lights 23.26
may be irradiated simultaneously or may be irradiated alternately using a pulsed light source. Even in the case of a CW light source, by making the mirror 51 movable, light can be made to enter alternately.

更に、シンクロトロン放射光(SOR)を用いるならば
、SORでは放射光中の波長成分は、軟X線領域から赤
外領域まで極めて広く、不必要な波長域をカットするフ
ィルターを用いることにより、必要な波長を混合して同
時に被処理基体に照射することも可能である。
Furthermore, if synchrotron radiation (SOR) is used, the wavelength components in the synchrotron radiation are extremely wide from the soft X-ray region to the infrared region, and by using a filter that cuts unnecessary wavelength regions, It is also possible to mix the necessary wavelengths and simultaneously irradiate the substrate to be processed.

要するに本発明は、被処理基体を収容する容器、この容
器内にエツチング用ガス等を導入する手段、上記ガスに
紫外光等を照射してイオンを生成する手段、被処理基体
の表面に垂直方向の電界を発生させる手段を基本要素と
し、ガスの種類、光の種類及び照射方向等、仕様に応じ
て適宜変更可能である。
In summary, the present invention provides a container for accommodating a substrate to be processed, a means for introducing an etching gas or the like into the container, a means for generating ions by irradiating the gas with ultraviolet light, etc. The basic element is a means for generating an electric field, and the type of gas, type of light, irradiation direction, etc. can be changed as appropriate according to specifications.

[発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、半導体素子製造に
用いられる材料に対し、エツチング底部のすそ引き等を
招くことなく、高精度に方向性エツチングすることがで
きる。また、彼エツチング基体及びその下地基体にダメ
ージを与えることなくエツチングが行える。従って、超
微細素子。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, materials used for manufacturing semiconductor devices can be directionally etched with high precision without causing the bottom part of the etching to become flabby. Further, etching can be performed without damaging the etching substrate and its underlying substrate. Therefore, it is an ultrafine element.

高速素子或いは超LSIの製造プロセスに好適である。It is suitable for manufacturing processes of high-speed devices or VLSIs.

さらに、エツチングにイオンが関与していることから、
従来の光励起エツチングに比較し、エツチング速度を速
くすることができ、実用上火なる効果も得られる。
Furthermore, since ions are involved in etching,
Compared to conventional photo-excited etching, the etching speed can be increased, and practical effects can also be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例に係わるドライエツチン
グ装置を示す概略構成図、第2図は本発明の第2の実施
例を示す要部構成図、第3図はパターン転写の概念を示
す模式図、第4図はエツチング機構を説明するための模
式図、第5図は本発明の第3の実施例を示す要部構成図
、第6図及び第7図はそれぞれ従来の問題点を説明する
ための断面図である。 11・・・真空容器、12・・・被処理基体、13・・
・試料台、14.15・・・ガス導入口、16・・・放
電管、17・・・マイクロ波電源、18・・・導波管、
19・・・ガス排気口、21.24・・・窓、22.2
5・・・光源、23・・・第2の光、26・・・第1の
光、27・・・直流電源、31・・・冷却機構、32・
・・マスク。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第3図 (a) 第4図 第5図 第6図
FIG. 1 is a schematic diagram showing a dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a main part of a dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conceptual diagram of pattern transfer. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the etching mechanism, FIG. 5 is a configuration diagram of main parts showing the third embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are respectively related to conventional problems. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the points. 11... Vacuum container, 12... Substrate to be processed, 13...
・Sample stage, 14.15...Gas inlet, 16...Discharge tube, 17...Microwave power supply, 18...Waveguide,
19...Gas exhaust port, 21.24...Window, 22.2
5... Light source, 23... Second light, 26... First light, 27... DC power supply, 31... Cooling mechanism, 32...
··mask. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 3 (a) Figure 4 Figure 5 Figure 6

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被処理基体の表面にガスを供給すると共に、該基
体表面に対し垂直方向の電界を印加し、上記被処理基体
の表面若しくは表面近傍に光を照射して上記ガスをイオ
ン化し、イオン化した粒子を上記電界により上記被処理
基体の表面に入射せしめて該表面をエッチングすること
を特徴とするドライエッチング方法。
(1) Gas is supplied to the surface of the substrate to be processed, an electric field is applied in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and light is irradiated on or near the surface of the substrate to be processed to ionize the gas. A dry etching method characterized in that the particles are made incident on the surface of the substrate to be processed by the electric field to etch the surface.
(2)前記ガスとして、少なくともハロゲン元素を含む
エッチング用ガスを用い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方法。
(2) The dry etching method according to claim 1, wherein an etching gas containing at least a halogen element is used as the gas.
(3)前記ガスとして、少なくともハロゲン元素を含む
エッチング用ガスとアクリル、メタクリル系の有機系の
堆積用ガスとの混合ガスを用い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方法。
(3) The dry etching according to claim 1, wherein a mixed gas of an etching gas containing at least a halogen element and an organic deposition gas such as acrylic or methacrylic is used as the gas. Method.
(4)前記ガスとして、少なくともハロゲン元素を含む
エッチング用ガスとシラン系の無機系の堆積用ガスとの
混合ガス、或いはこれに窒素若しくは酸素を添加した混
合ガスを用い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方法。
(4) A patent characterized in that the gas is a mixed gas of an etching gas containing at least a halogen element and a silane-based inorganic deposition gas, or a mixed gas to which nitrogen or oxygen is added. A dry etching method according to claim 1.
(5)前記ガスを、前記光照射の前に予め解離しておく
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
ッチング方法。
(5) The dry etching method according to claim 1, wherein the gas is dissociated in advance before the light irradiation.
(6)前記光を、前記被処理基体の表面に垂直に照射或
いは該基体表面近傍に水平方向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方法
(6) The dry etching method according to claim 1, characterized in that the light is irradiated perpendicularly to the surface of the substrate to be processed or horizontally irradiated near the surface of the substrate.
(7)前記被処理基体には、レジストでマスクがパター
ニングされてい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方法。
(7) The substrate to be processed is patterned with a mask using a resist.
Dry etching method described in section.
(8)前記光は、前記被処理基体の表面に選択的に照射
されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のド
ライエッチング方法。
(8) The dry etching method according to claim 1, wherein the light is selectively irradiated onto the surface of the substrate to be processed.
(9)前記光として、前記エッチング用ガスをイオン化
するための第1の光と、前記堆積用ガス若しくは前記被
処理基体表面を励起するための第2の光を用いたことを
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
グ方法。
(9) A patent characterized in that, as the light, a first light for ionizing the etching gas and a second light for exciting the deposition gas or the surface of the substrate to be processed are used. A dry etching method according to claim 1.
(10)前記被処理基体を、冷却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方法。
(10) The dry etching method according to claim 1, wherein the substrate to be processed is cooled.
(11)被処理基体を収容する容器と、この容器内にガ
スを導入する手段と、上記ガスのイオン化ポテンシャル
以上のエネルギーを有する光を前記被処理基体の表面若
しくは表面近傍に照射する手段と、前記被処理基体の表
面に垂直方向の電界を発生させる手段とを具備してなる
ことを特徴とするドライエッチング装置。
(11) a container for accommodating a substrate to be processed, a means for introducing a gas into the container, and a means for irradiating the surface or near the surface of the substrate to be processed with light having an energy higher than the ionization potential of the gas; A dry etching apparatus comprising means for generating an electric field in a direction perpendicular to the surface of the substrate to be processed.
(12)前記ガスは、少なくともハロゲン元素を含むエ
ッチング用ガスであることを特徴とする特許請求の範囲
第11項記載のドライエッチング装置。
(12) The dry etching apparatus according to claim 11, wherein the gas is an etching gas containing at least a halogen element.
(13)前記ガスは、少なくともハロゲン元素を含むエ
ッチング用ガスと、アクリル、メタクリル系の有機系の
堆積用ガスとの混合ガスであることを特徴とする特許請
求の範囲第11項記載のドライエッチング装置。
(13) The dry etching according to claim 11, wherein the gas is a mixed gas of an etching gas containing at least a halogen element and an organic deposition gas such as acrylic or methacrylic. Device.
(14)前記ガスは、少なくともハロゲン元素を含むエ
ッチング用ガスと、シラン系の無機系の堆積用ガスとの
混合ガス、或いはこれに酸素、窒素を添加した混合ガス
であることを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の
ドライエッチング装置。
(14) A patent characterized in that the gas is a mixed gas of an etching gas containing at least a halogen element and a silane-based inorganic deposition gas, or a mixed gas to which oxygen and nitrogen are added. A dry etching apparatus according to claim 11.
(15)前記ガスは、前記容器と真空で連結された別の
容器内で予め解離されることを特徴とする特許請求の範
囲第11項記載のドライエッチング装置。
(15) The dry etching apparatus according to claim 11, wherein the gas is dissociated in advance in another container connected to the container in a vacuum.
(16)前記被処理基体表面に発生させる電界は、前記
容器内で放電が生じるしきい値電界より小さいものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第11項記載のドラ
イエッチング装置。
(16) The dry etching apparatus according to claim 11, wherein the electric field generated on the surface of the substrate to be processed is smaller than a threshold electric field at which discharge occurs within the container.
(17)前記光は、前記被処理基体の表面に垂直に照射
されるか、又は前記被処理基体の表面近傍を水平方向に
照射されることを特徴とする特許請求の範囲第11項記
載のドライエッチング装置。
(17) The light is irradiated perpendicularly to the surface of the substrate to be processed, or horizontally near the surface of the substrate to be processed, according to claim 11. Dry etching equipment.
(18)前記ガスのイオン化を起こさせる光以外の波長
域の光を、前記被処理基体に垂直に照射する手段を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第11項記載のドライ
エッチング装置。
(18) The dry etching apparatus according to claim 11, further comprising means for perpendicularly irradiating the substrate to be processed with light in a wavelength range other than the light that causes ionization of the gas.
(19)前記被処理基体は、その表面にレジストからな
るマスクパターンが形成されたものであることを特徴と
する特許請求の範囲第11項記載のドライエッチング装
置。
(19) The dry etching apparatus according to claim 11, wherein the substrate to be processed has a mask pattern made of resist formed on its surface.
(20)前記光は、前記被処理基体の表面に選択的に照
射されるものであることを特徴とする特許請求の範囲第
11項記載のドライエッチング装置。
(20) The dry etching apparatus according to claim 11, wherein the light is selectively irradiated onto the surface of the substrate to be processed.
(21)前記被処理基体を冷却する冷却機構が設けられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の
ドライエッチング装置。
(21) The dry etching apparatus according to claim 11, further comprising a cooling mechanism for cooling the substrate to be processed.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63199428A (en) * 1987-02-16 1988-08-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Photo-dry etching device and method
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JPH01293618A (en) * 1988-05-23 1989-11-27 Mitsubishi Electric Corp Plasma etching device
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