JPS6230324A - ドライエツチング方法及び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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体製造プロセス等に用いられるドライエ
ツチング方法の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来、半導体製造プロセスにおけるドライエツチング技
術として、その微細加工性の良さに注目され、反応性イ
オンエツチング（ＲＩＥ）法が主に用いられてきた。し
かし、ＲＩＥ法の場合、プラズマ中で生成された荷電粒
子が被エツチング物表面に入射することにより、被エツ
チング物の下地にイオン打込みによる汚染、結晶性のダ
メージ等を与える。このことは、高精度素子を作成する
のに悪影響を与えることになり、大きな問題となってい
る。

また、荷電粒子の影響のないドライエツチング技術とし
ては、ケミカルドライエツチング（ＣＤＥ）法や光励起
エツチング法等の技術が知られている。しかし、これら
の技術は、液体によるエツチング（ウェットエツチング
）と同様にエツチングが等方的に進むため、高精度のａ
ｍ加工に要求されるプロセスにおいては用いられない。

そこで最近、光励起プロセスを用いた異方性エツチング
技術が開発されている。この方法は、エツチングと同時
に堆積反応を生じさせることにより、異方性エツチング
を達成したものであり、微細加工性も良く、被処理基体
にダメージを与えることもない。このため、今後のＬＳ
Ｉ製造プロセスに適合するものとして注目されている。

しかしながら、その反応速度（エツチング速度）が遅く
、高スループツトを要求される半導体製造プロセスに用
いるには大きな欠点があった。

〔発明の目的〕

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、被エツチング物の下地にダメージを与
えることなく、高精度の微細加工ある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、ある材料をマスクとして被エツチング
物をエツチングする場合、エツチングされるべき被エツ
チング物の領域のうち、上層部においては荷電粒子の入
射を伴うドライエツチングを行い、下層部においてはダ
メージのない光励起エツチングを行うことにある。

即ち本発明は、第１図に示す如く下地基板１上に被エツ
チング物２及びマスク３が形成された試料を用い、まず
荷電粒子の衝撃を伴うエツチングにより被エツチング物
２の上層部４をエツチングし、次いで光励起エツチング
法により被エツチング物２の下層部５をエツチングする
ようにした方法である。

荷電粒子の入射を伴うエツチングにおいては、荷電粒子
により被エツチング物の下地に汚染、結晶性ダメージ等
を与えてしまう。ダメージの種類や程度はそのドライエ
ツチング方法の動作条件及び被エツチング物の種類等に
より異なるが、例えば単結晶Ｓｉを一般に用いられるＲ
ＩＥによりエツチングした帰合には、数１００〜１００
０［人］の深さにダメージが入ると考えられている。そ
こで本発明では、所望の深さのエツチングを行う場合に
、下地のダメージの影響の入らない部分（上層部）まで
荷電粒子によるエツチングを行い、スルーブツトを稼ぐ
。そして、残りの部分（下層部）ではダメージのない光
励起エツチングを行うことにより、下地へのダメージを
なくしている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下地基板等にダメージを与えることな
く、高精度な微細加工を行うことができる。しかも、被
エツチング物の上層部を荷電粒子の衝撃を伴う高速のエ
ツチング法によりエツチングしているので、全体を光励
起エツチング法によりエツチングする方法に比べ、スル
ーブツトの大幅な向上をはかり得る。

ここで、荷電粒子を用いるエツチングは方向性が良く、
その微細加工性は優れている。従って、上層部をなるべ
く深く（ダメージの入らない程度に）荷電粒子を用いた
エツチングによりエツチングし、下層部を等方向な光励
起エツチングを行ったとしてし微細加工性は、左程悪く
ならない。また、方向性を持たせた光励起エツチング法
を用いると、より高精度なエツチングを行うことができ
る。

また、荷電粒子を用いたエツチングはエツチング速度が
速いので、なるべく上層部を多くエツチングすることに
より、全体として平均的にはエツチング速度が速くなる
。即ち本発明方法によれば、下地にダメージを与えるこ
となく、高精度に微細加工することができ、且つプロセ
スとしてのスループットは向上する。また、上層部及び
下層部のエツチング装置を接続し連続処理することによ
り、より高いスルーブツトを得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第２図は本発明の第１の実施例方法に使用したドライエ
ツチング装置を示す概略構成図である。

図中１０はＲＩＥを行うための第１のチャンバであり、
このチャンバ１０内には平行平板電極１１゜１２が配置
されている。上部電極１１は接地され、下部電極１２は
マツチング回路１３を介して高周波電１１１１４に接続
されている。そして、試料３０は下部電極１２上に載置
されるものとなっている。

チャンバ１０内にはガス導入孔１５からエツチングガス
が導入され、チャンバ１０内のガスは排気口１６から排
気される。また、チャンバ１０には、ゲートバルブ１７
を介してサンプル導入系が接続されている。そして、サ
ンプル導入系から搬送機構１８により試料３０がチャン
バ１内に導入され、前記電極１２上に載置されるものと
なっている。

一方、チャンバ１０は、ゲートバルブ１９を介して光励
起エツチングを行うのための第２のチャンバ２０に接続
されている。チャンバ１０．２０間の試料３０の搬送は
搬送機構２１により行われる。チャンバ２０の上方には
、紫外光等を発光する光源２２が配置されている。そし
て、光源２２からの光は、光透過窓２３を介してチャン
バ２０内に導入され、試料台２４上の試料３０の表面に
照射されるものとなっている。また、第２のチャンバ２
０には、前記第１のチャンバ１０と同様に、ガス導入孔
２５及びガス排気口２６が設けられている。そして、チ
ャツバ２０内で処理された試料３０は、ゲートバルブ２
７を介して外部に取出されるものとなっている。

このような装置において、試料３０はまずサンプル導入
系から第１のチャンバ１０内に導入され、電極１２上に
載置される。そこで、ゲートバルブ１７．１９を閉じ、
チャンバ１０内を所定の圧力まで排気し、さらにチャン
バ１０内に所定の圧力になるまで反応ガスを導入する。

その後、電極１１．１２間に高周波電力を印加し該電極
１１．１２間に放電を生起し、所謂反応性イオンエツチ
ングを行う。このＲＩＥにより、試料３０のエツチング
すべき被エツチング物は所定の深さく下地にダメージの
影響のでない深さ）までエツチングされる。その後、ガ
ス導入を止め、チャンバ１０内の真空排気を行う。

チャンバ１０内が所定の真空度に達した後、ゲートバル
ブ１９を開き、予め排気していた第２のチャンバ２０と
接続する。ＲＩＥ終了後の試料３０は、搬送系２１によ
り光励起用のチャンバ２０へと搬送され、試料台２４上
に載置される。そこで、ゲートバルブ１９を閉じ、チャ
ンバ２０内に所定のガスを導入すると共に、光照射する
ことにより、試料３０は光励起エツチングされる。光励
起エツチングされた試料３０は、ゲートバルブ２７を開
いたのちチャンバ２０外に取出されることになる。

このように第１のチャンバ１０への試料３０の搬送・セ
ット、第１のチャンバ１０から第２のチャンバ２０への
試料３０の搬送・セット及び第２のチャンバ２０からそ
の外部への試料３０の搬送を同時に行うことにより、連
続的に試料３０のエツチングが行われていく。

次に、上記装置を用いたポリ３ｉのエツチング方法につ
いて、第３図を参照して説明する。

まず、第３図（ａ＞に示す如く試料３０として、３ｉ基
板３１上ニＳ　ｉ　０２１１Ａ３２及ＵＮ＋ポリＳｉｇ
！（被エツチング物）３３を形成し、その上にレジスト
パターン３４を形成したものを用意する。この試料３０
を、前記第１のチャンバ１０内に設置し、第３図（ｂ）
に示す如＜ＲＩＥによりポリ３ｉ膜３３を１０００［人
］程度残すようにエツチングを行う。つまり、被エツチ
ング物であるポリ３ｉ膜３３の上層部をエツチングする
。この場合、エツチングガスとしては、Ｃ−Ｆ系、Ｃ２
系のガスを用いた。なお、このエツチングは、高速で且
つ方向性のあるエツチングであればよい。

また、荷電粒子のエネルギーは比較的高くても良く、１
０００［人］程度のポリ３ｔを通して下地のｓ　＋　０
２膜３２或いはＳｉ基板３１にダメージを与えない程度
のエネルギーならばよい。

上層部のエツチングが終了したら、試料３０を第２のチ
ャンバ２０内に設置する。そして、光励起エツチングに
より、第３図（Ｃ）に示す如く残りのポリ３ｉ膜３３を
５ｉＯ２ＪＩ１３２に達するまでエツチングする。つま
り、被処理物であるポリＳｉ膜３３の下層部を光励起エ
ツチングによりエツチングする。なお、この光励起エツ
チングは、ＣＱ２ガスをチャンバ２ｏ内に導入し、試料
３０に紫外光を照射することにより行われる。この場合
、エツチングは等方向となり、エツチング形状に僅かに
アンダーカットが生じる。

上記のアンダーカットをなくすためには、試料表面に堆
積を起こすガスを導入し、堆積とエツチングとを同時に
行うことにより、方向性エツチングを行う方法を用いれ
ばよい。即ち、第４図に示す如くエツチング側檗に堆積
膜３５を形成しながら光励起エツチングを行うようにす
ればよい。

ここで、光励起エツチングとは、粒子を光励起により分
解して行うエツチングの他に、エツチング種を他の励起
方法で励起し、被処理基体に供給し、被エツチング物に
光照射を行い、方向性エツチングを行う方法等、光照射
を用いた荷電粒子によるダメージのない全てのエツチン
グを云う。

粒子を光分解してエツチングする方法としては、Ｃり原
子を紫外光で分解して行うエツチングがある。この場合
には、エツチングは等方向に行われ、荷電粒子を用いた
方向性エツチングとの連続の光エッチングでは、前記第
３図（Ｃ）に示す如く僅かなアンダーカットが生じる。

しかし、全部を光エッチングした場合よりも、アンダー
カットは少なく、高精度なエツチングが行われる。また
、堆積膜を付着させながらエツチングを行う光励起エツ
チングを用いると前記第４図に示す如く完全な方向性エ
ツチングを行うことができる。

かくして本実施例方法によれば、Ｎ＋ポリＳｉ膜３３を
、下地のＳｉ基板３１や３ｉ０２膜５２等にダメージを
与えることなく、高速且つ高精度にエツチングすること
ができる。即ち、ＲＩＥの特徴である高速・高精度のエ
ツチングと、光励起エツチングの特徴である無ダメージ
のエツチングと云う双方の利点を生かしたエツチングを
行うことができ、半導体素子の製造等に極めて有効であ
る。

次に、本発明の第２の実施例方法について、第５図を参
照して説明する。この実施例は、被エツチング物として
メタルとポリ３ｉとの多層構造を用いた例である。

試料５０としては、第５図（ａ）に示す如く３ｉ基板５
１上に’ｓ　ｉ　０２膜５２．Ｎ”ポリ３ｉＩＩ！１５
３及びメタル１１１５４を形成し、その上にレジストパ
ターン５５を形成したものを用いた。ここで、被エツチ
ング物は、Ｎ＋ポリ３ｉ膜５３及びメタル膜５４である
。

まず、第５図（ａ）に示す試料５０を前記第２図に示す
装置の第１のチャンバ１０内に設置し、同図（ｂ）に示
す如くレジストパターン５５をマスクとしてＲＩＥによ
りメタルｌｌ１５４をエツチングする。続いて、第５図
（Ｃ）に示す如＜ＲＩＥによりポリＳ１膜５３を１００
０［人］程度まで残してエツチングする。ここで、メタ
ル１５４とポリ５ｉ１５３とでエツチングガスが異なる
場合、途中でエツチングガスを変えるようにすればよい
。

また、後述するように、メタルをエツチングするための
チャンバとポリＳｉをエツチングするためのチャンバと
を分離するようにしてもよい。

次いで、第５図（Ｃ）に示す試料５０を前記第２のチャ
ンバ２０内に設置し、同図（ｄ）に示す如く光励起エツ
チングにより、残りのポリＳｔ膜５３をＳｉＯ２膜５２
に達するまでエツチングする。

かくして本実施例方法によれば、多層構造を有する被エ
ツチング物であっても、先の第１の実施例と同様に、下
地のダメージを招くことなく、高速且つ高精度にエツチ
ングすることができる。

第６図は本発明の第３の実施例方法に使用したドライエ
ツチング装置を示す概略構成図である。

なお、第２図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明は省略する。

この装置が先に説明した第２図の装置と異なる点は、Ｒ
ＩＥを行うためのチャンバをメタルエツチンバ（第３の
チャンバ）とポリ５ｉＲＩＥチヤンバ（第１のチャンバ
）とに分離して設けたことにある。即ち、前記第１のチ
ャンバ１０にはゲートバルブ１９を介して第３のチャン
バ６０が接続されている。第３のチャンバ６０には、第
１のチャンバ１０と同様に平行平板電極６１，６２、マ
ツチング回路６３、高周波電源６４、ガス導入孔６５．
ガス排気口６６が設けられている。そして、第１のチャ
ンバ１０内にはポリＳｉ用のエツチングガスが導入され
、第３のチャンバ６０内にはメタル用のエツチングガス
が導入されるものとなっている。

次に、上記装置を用いたエツチング方法について説明す
る。試料５０としては、前記第５図（ａ）に示すものと
同じものを用いた。

まず、第５図（ａ）に示す試料を上記第６図に示す装置
の第３のチャンバ６０内に設置し、同図（ｂ）に示す如
くレジストパターン５５をマスクとして、ＲＩＥにより
メタル膜５４をエツチングする。次いで、この試料５０
をＭｌのチャンバ１０内に設置し、第５図（Ｃ）に示す
如＜ＲＩＥによりポ！ＪＳ　１１１ｇ５３を１０００　
［Ａ］程度まＦ残してエツチングする。

次いで、第５図（Ｃ）に示す試料５０を第２のチャンバ
２０内に設置し、同図（ｄ）に示す如く光励起エツチン
グにより、残りのポリＳ　ｉ　Ｉｌｌ　５３をＳｉＯ２
膜５２に達するまでエツチングする。

かくして本実施例によれば、先の第２の実施例と同様に
多層構造を有する被エツチング物を、下地のダメージを
招くことなく、異方性で高速にエツチングすることがで
きる。また、多数枚のエツチングを行う際には、メタル
エツチング、ポリＳｉエツチング及び光励起エツチング
を同時に行うことができ、これにより全体としてのスル
ープットのより一層の向上をはかり１りる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記被エツチング物は、ポリ３ｉ膜
やメタル膜に何等限定されるものではなく、各種の薄−
膜のエツチングに適用することが可能である。さらに、
被エツチング物の上層部をエツチングする深さは、その
下地にダメージを与えない範囲で、適宜変更可能である
。また、被エツチング物の上層部をエツチングする手段
としては、ＲＩＥの他に、反応性ガス雰囲気中に置かれ
た被エツチング物に不活性のイオンビームを照射する方
法、或いは不活性イオンビームにより被エツチング物を
スパッタリングする方法を用いることも可能である。ま
た、被エツチング物の下層部をエツチングする手段とし
ては、エツチング種及び堆積種を被エツチング物に同時
に供給すると共に、被エツチング物に対し垂直に光を照
射する光励起エツチング法を用いることが可能である。

さらに、上記の光励起エツチング法において、エツチン
グ種及び堆積種の少なくとも一方を、被エツチング物が
設置される領域とは別の領域で生成するようにしてもよ
い。

また、半導体素子製造プロセスにおいては、第７図に示
す如く材質の異なる多層（４層）の構造の被エツチング
物７２．〜，７５をエツチングすることが必要となる場
合がある。この場合にも、材質の異なる上層部は比較的
材料による選択性のない荷電粒子を用いたＲＩＥ等でエ
ツチングを行い、第１層（最下層）７２の残りの部分を
光励起エツチングによりエツチングすることにより、ダ
メージのない高速なエツチングが達成できる。なお、第
７図中７１は３ｉ基板、７６はレジスト！＜ターンを示
している。また、被エツチング物の第２〜第４層７３．
〜．７５の内に比較的反応性の乏しい金属層がある場合
には、イオンビームを用いたスパッタエツチング等を行
うことも可能である。これは、ＲＩＥ装置等でスパッタ
レートの高い条件、例えばＡｒガスで１０４［ｔｏｒｒ
］程度の圧力で、印加高周波電力の周波数を低くして用
いればよい。

また、多層構造の被エツチング物をエツチングする場合
、材料によっても異なるが、荷電粒子の動作条件、ガス
種を変えて連続的に材料の異なるものをエツチングする
ことは勿論である。さらに、一層一層毎に別の装置を用
いてエツチングを行うようにしてもよい。この場合、各
層のエツチング装置を別々に設けて行ってもよいが、各
エツチング装置を真空系で接続し、順次被処理物を移動
させるべく搬送系を持つ装置にすることにより、連続的
にエツチング処理が行なえ、製造のスループットを考え
た場合に有利である。

要するに本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための模式図、第２図
は本発明の第１の実施例方法に使用したドライエツチン
グ装置を示す概略構成図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は上記
装置を用いたポリＳｉのエツチング方法を示す工程断面
図、第４図は被エツチング物の下層部のエツチングに光
励起異方性エツチングを用いた例を示す断面図、第５図
（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施例方法を説明する
ための工程断面図、第６図は本発明の第３の実施例方法
に使用したドライエツチング装置を示す概略構成図、第
７図は変形例を説明するための断面図である。 １・・・下地基板、２・・・被エツチング物、３・・・
エツチングマスク、４・・・上層部、５・・・下層部、
１０゜２０．６０・・・チャンバ、１１，１２．６１．
６２・・・平行平板電橿、１４．６４・・・高周波電源
、２２・・・光源、３１．５１・・・３ｉ基板、３２．
５２・・・Ｓ　ｉ　０２膜、３３．５３・・・Ｎ＋ポリ
５１ｇ１（被エツチング物）、３４．５５・・・レジス
トパターン、３５・・・堆積膜、　５４・・・メタル膜
（被エツチング物）、。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　５　旨

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子の衝撃を伴うエッチング法により被エッ
   チング物の上層部をエッチングする工程と、次いで光励
   起エッチング法により上記被エッチング物の下層部をエ
   ッチングする工程とを含むことを特徴とするドライエッ
   チング方法。
2. （２）前記被エッチング物の上層部のエッチング深さを
   、被エッチング物の下地にダメージを与えない範囲に設
   定し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. （３）前記被エッチング物の上層部をエッチングする工
   程として、少なくともハロゲン元素を含む反応性のプラ
   ズマ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. （４）前記被エッチング物の上層部をエッチングする工
   程は、少なくともハロゲン元素を含む反応性のイオンビ
   ームを被エッチング物に照射する方法、反応性ガス雰囲
   気中に置かれた被エッチング物に不活性のイオンビーム
   を照射する方法、或いは不活性イオンビームににより被
   エッチング物をスパッタリングする方法のいずれかであ
   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
   エッチング方法。
5. （５）前記被エッチング物は、単一物質であることを特
   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
   方法。
6. （６）前記被エッチング物は、材料の異なる多層構造を
   有し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. （７）前記光励起エッチング法として、エッチング種と
   堆積種とを前記被処理エッチング物に同時に供給し、且
   つ被エッチング物に対し垂直に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方
   法。
8. （８）前記光励起エッチング法として、エッチング種及
   び堆積種を前記被処理物に供給すると共に、該エッチン
   グ種及び堆積種の少なくとも一方を被エッチング物の設
   置された領域とは別の領域で生成し、且つ被エッチング
   物に対し垂直に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方法。
9. （９）荷電粒子の衝撃を伴うエッチングを行うための第
   １の真空容器と、光励起エッチングを行うための第２の
   真空容器と、これらの容器を真空的に接続する手段と、
   被処理基体を上記第１の容器から上記第２の容器に搬送
   する搬送機構とを具備してな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。