JPS639935A - Dry etching device - Google Patents

Dry etching device

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JPS639935A
JPS639935A JP15267386A JP15267386A JPS639935A JP S639935 A JPS639935 A JP S639935A JP 15267386 A JP15267386 A JP 15267386A JP 15267386 A JP15267386 A JP 15267386A JP S639935 A JPS639935 A JP S639935A
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JP
Japan
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reaction chamber
substrate
dry etching
etched
gas
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JP15267386A
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Japanese (ja)
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Kanji Tsujii
辻井 完次
Yusuke Yajima
裕介 矢島
Seiichi Murayama
村山 精一
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable dry etching, through which damage is hardly generated, by controlling a reaching to a substrate to be etched of charged particles by an ion collector. CONSTITUTION:A reaching inhibiting means for inhibiting a reaching to a substrate to be etched of charged particles generated together with metastable excitation species by a metastable excitation-seed generating section 6 is provided. An ion collector 7 is used as the reaching inhibiting means, and the connecting section of a reaction chamber 1 and the metastable excitation-species generating section 6 is fitted. An silicon substrate 2 is employed as the substrate to be etched, and nitrogen gas, argon gas or xenon gas is used as a gas for generating the metastable excitation species When conducting microwave discharge, partial charged particles hold charges even at a stage when they reach to the connecting section of the reaction chamber 1 and an introducing pipe 31, but the greater part of such charged particles are removed by the ion collector 7. Accordingly, the damage of the surface of the substrate to be etched 2 by charged particles can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体集積回路等を製造する工程に利用する
ドライエツチング装置に関するものである。。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a dry etching apparatus used in the process of manufacturing semiconductor integrated circuits and the like. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路等の製造工程で使用されるドライエツチ
ング装置には、プラズマエツチング装置や反応性スパッ
タエツチング装置等があり、現在広く使用されている。
Dry etching equipment used in the manufacturing process of semiconductor integrated circuits, etc. includes plasma etching equipment, reactive sputter etching equipment, etc., and these are currently widely used.

これらのエツチング装置においては、ハロゲン元素を含
有するプロセスガスを減圧下で放電して、ラジカルやイ
オン等の反応種を発生させ、この反応種と被エツチング
基板の表面とを反応させて、被エツチング基板のエツチ
ングを行なっている。
In these etching devices, a process gas containing a halogen element is discharged under reduced pressure to generate reactive species such as radicals and ions, and these reactive species react with the surface of the substrate to be etched. Etching the substrate.

このようなドライエツチング装置は加工精度において溶
液エツチング装置より優れているため。
This is because such dry etching equipment is superior to solution etching equipment in terms of processing accuracy.

加工寸法が微細化して1趨レベルのパターンの加工が必
要となっている現状下では、益々重要な技術となっ゛て
いる。しかしながら、プラズマエツチング装置や反応性
スパッタエツチング装置においては、放電容器内に被エ
ツチング基板を設置するため、荷電粒子によって被エツ
チング基板が損傷され易く、またプラズマの熱輻射等に
よりレジストが劣化する等の問題点がある。
Under the current situation where processing dimensions are becoming finer and it is necessary to process single-level patterns, this technology is becoming more and more important. However, in plasma etching equipment and reactive sputter etching equipment, the substrate to be etched is placed inside a discharge vessel, so the substrate to be etched is easily damaged by charged particles, and the resist may deteriorate due to heat radiation from the plasma. There is a problem.

このような問題点を解決する新しいドライエツチング装
置(特開昭61−22628号)が本発明者等によって
提案されている。このドライエツチング装置においては
、被エツチング基板を収容する反応室と、その反応室を
排気する排気手段と、準安定励起種を発生する準安定励
起種発生手段と、その準安定励起種を反応室に導入する
手段と、ハロゲン元素を含有するプロセスガスを反応室
に導入する手段とを有しており、準安定励起種の脱励起
反応により活性化したプロセスガスによって被エツチン
グ基板をエツチングする。
A new dry etching apparatus (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-22628) has been proposed by the present inventors to solve these problems. This dry etching apparatus includes a reaction chamber for accommodating a substrate to be etched, an exhaust means for evacuating the reaction chamber, a means for generating metastable excited species for generating metastable excited species, and a means for generating metastable excited species for evacuation of the reaction chamber. and a means for introducing a process gas containing a halogen element into the reaction chamber, and the substrate to be etched is etched with the process gas activated by a deexcitation reaction of metastable excited species.

このようなエツチング装置においては、被エツチング基
板を収容する反応室内で放電を行なわないので、荷電粒
子による被エツチング基板の損傷やプラズマからの熱輻
射によるレジストの劣化等の問題点を大幅に低減するこ
とができる。
In such an etching apparatus, since no discharge is performed in the reaction chamber that houses the substrate to be etched, problems such as damage to the substrate to be etched due to charged particles and deterioration of the resist due to heat radiation from the plasma are greatly reduced. be able to.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、このドライエツチング装置においては、
準安定励起種発生手段で準安定励起種と共に生成したイ
オンの一部が反応室内に流入する。
However, in this dry etching device,
Some of the ions generated together with the metastable excited species by the metastable excited species generation means flow into the reaction chamber.

たとえば、準安定励起種発生用のガスとして希ガスを利
用した場合には、 He”、 Ar”、Ne”、Kr+
等が反応室内に流入する。このことは準安定励起種発生
用のガスとしてたとえばHaガスを用いた場合に、反応
室内にCO□ガスを別に導入すると、He+とCO2ガ
スとの解離性電荷移動反応によるG O”(A −X)
の発光がWA察されることから明らかである。また、準
安定励起種発生用のガスとして窒素ガスを使用した場合
にも、16aVの高エネルギーをもつN 、 + (x
 12g4″)が生成し、これが反応室内に流入する。
For example, when a rare gas is used as a gas for generating metastable excited species, He", Ar", Ne", Kr+
etc. flow into the reaction chamber. This means that when, for example, Ha gas is used as the gas for generating metastable excited species, if CO□ gas is separately introduced into the reaction chamber, G O" (A - X)
This is clear from the fact that the luminescence of WA is observed. Furthermore, even when nitrogen gas is used as a gas for generating metastable excited species, N , + (x
12g4'') is produced and flows into the reaction chamber.

このように、反応室内にイオン等の荷電粒子が流入する
と、荷電粒子により被エツチング基板の表面が損傷され
てしまう。
In this way, when charged particles such as ions flow into the reaction chamber, the surface of the substrate to be etched is damaged by the charged particles.

この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、荷電粒子により被エツチング基板の表面が損傷され
ることのないドライエツチング装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a dry etching apparatus in which the surface of a substrate to be etched is not damaged by charged particles.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この目的を達成するため、この発明においては。 To achieve this objective, in this invention.

被エツチング基板を収容する反応室と、その反応室を排
気する排気手段と、準安定励起種を発生する準安定励起
種発生手段と、上記準安定励起種を上記反応室に導入す
る準安定励起種尋人手段と。
a reaction chamber for accommodating a substrate to be etched, an exhaust means for evacuating the reaction chamber, a metastable excited species generation means for generating a metastable excited species, and a metastable excitation for introducing the metastable excited species into the reaction chamber. With different means.

ハロゲン元素を含有するプロセスガスを上記反応室に導
入するプロセスガス導入手段とを有するドライエツチン
グ装置において、上記準安定励起種発生手段において準
安定励起種と共に生成した荷電粒子が上記被エツチング
基板に到達するのを抑制するための到達抑制手段を設け
る。
In a dry etching apparatus having a process gas introducing means for introducing a process gas containing a halogen element into the reaction chamber, charged particles generated together with the metastable excited species in the metastable excited species generating means reach the substrate to be etched. A reach suppression means is provided to suppress this.

〔作用〕[Effect]

このドライエツチング装置においては、到達抑制手段に
より荷電粒子が被エツチング基板に到達するのを抑制す
ることができ、荷電粒子により被エツチング基板の表面
が損傷されるのを防止することができる。
In this dry etching apparatus, it is possible to suppress the charged particles from reaching the substrate to be etched by the arrival suppressing means, and it is possible to prevent the surface of the substrate to be etched from being damaged by the charged particles.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明に係るドライエツチング装置を示す図
である0図において、1は反応室、2は反応室1内に収
容されたシリコン基板、3は窒素ガス貯蔵部、31は貯
蔵部3と反応室1とを接続する導入管、4は導入管31
に設けられた弁、5は導入管31に設けられたマスフロ
ーコントローラ、6は導入管31に設けられた準安定励
起種発生部で。
FIG. 1 is a diagram showing a dry etching apparatus according to the present invention. In FIG. 0, 1 is a reaction chamber, 2 is a silicon substrate housed in the reaction chamber 1, 3 is a nitrogen gas storage section, and 31 is a storage section 3. and the reaction chamber 1, 4 is an introduction pipe 31
5 is a mass flow controller provided in the introduction pipe 31, and 6 is a metastable excited species generator provided in the introduction pipe 31.

準安定励起種発生部6は2.45GHzのマイクロ波放
電を利用して準安定励起種を発生させるものであり、準
安定励起種発生部6のガス流出側端面と反応室1の導入
管31との接続部との距離は20cm以上である。7は
反応室1と導入管31との接続部に設けられたイオンコ
レクタ、8はハロゲン元素を含有するプロセスガスの貯
蔵部、32は貯蔵部8と反応室1とを接続する導入管、
9は導入管32に設けられた弁、10は導入管32に設
けられたマスフローコントローラ、11.12は導入管
32のガス噴出口で。
The metastable excited species generating section 6 generates metastable excited species using microwave discharge of 2.45 GHz, and the gas outflow side end face of the metastable excited species generating section 6 and the inlet pipe 31 of the reaction chamber 1 are connected to each other. The distance between the connecting portion and the connecting portion is 20 cm or more. 7 is an ion collector provided at the connection between the reaction chamber 1 and the introduction tube 31; 8 is a storage section for a process gas containing a halogen element; 32 is an introduction tube that connects the storage section 8 and the reaction chamber 1;
9 is a valve provided in the introduction pipe 32, 10 is a mass flow controller provided in the introduction pipe 32, and 11.12 is a gas ejection port of the introduction pipe 32.

ガス噴出口11.12は反応室1内に開口している。Gas outlets 11 , 12 open into the reaction chamber 1 .

13は反応室1内を排気する排気装置である。そして、
最上流側に反応室1と導入管31との接続部が設けられ
、その下流側にガス噴出口11.12が設けられ、その
下流側にシリコン基板2が設けられ、その下流側に反応
室1と排気袋@13との接続部が設けられている。
13 is an exhaust device for exhausting the inside of the reaction chamber 1. and,
A connection part between the reaction chamber 1 and the introduction pipe 31 is provided on the most upstream side, a gas outlet 11.12 is provided on the downstream side, a silicon substrate 2 is provided on the downstream side, and a reaction chamber is provided on the downstream side. 1 and the exhaust bag @13 are provided.

このエツチング装置においては、排気装置13で反応室
1内を排気した状態にしたのち、貯蔵部3から流量が5
11IQ/ll1inの窒素ガスを弁4、マスフローコ
ントローラ5を経て準安定励起種発生部6に導き、準安
定励起種発生部6でマイクロ波出力200Wでマイクロ
波放電を行なうと、準安定励起種発生部6においてイオ
ン、電子、ラジカル、準安定励起分子等多くの化学種が
生成される。これらのイオン、電子、ラジカル等は、放
電部から離れるに従って、再結合反応によって消失する
が。
In this etching apparatus, after the inside of the reaction chamber 1 is evacuated by the exhaust device 13, the flow rate from the storage section 3 is 5.
When nitrogen gas of 11IQ/11in is led to the metastable excited species generation section 6 through the valve 4 and the mass flow controller 5, and microwave discharge is performed in the metastable excited species generation section 6 with a microwave output of 200W, metastable excited species are generated. In part 6, many chemical species such as ions, electrons, radicals, and metastable excited molecules are generated. These ions, electrons, radicals, etc. disappear due to recombination reactions as they move away from the discharge part.

一部の荷電粒子は反応室1と導入管31との接続部に到
達した段階でも電荷を保持している。しかし、イオンコ
レクタ7が反応室1と導入管31との接続部に設けられ
ているので、このような荷電粒子の大部分はイオンコレ
クタ7によって除去され、中性の準安定励起分子は反応
室1内に流入する。ここで、窒素分子には種々の励起状
態が存在するが、とくに準安定励起種N2”(A3Σu
+)は長時間(寿命は約2秒)その準位に留まっている
。そのため、準安定励起種N 、 * (A2Σu+)
は反応室1内に流入した段階においてもその準位にある
。一方、貯蔵部8から流出したプロセスガスは弁9、マ
スフローコントローラ10を経たのち二方向に分岐し、
ガス噴出口11.12から反応室1内に流入する。この
ため1反応室1内では準安定励起種N、’(A’Σu+
)とプロセスガスとが反応し、準安定励起種N 、 *
 (A 3Σu+)がプロセスガスを活性化させ、その
結果シリコン基板2がエツチングされる。そして、排気
装置13により反応生成物や未反応窒素ガスさらには未
反応のプロセスガスが排気される。
Some of the charged particles retain their charge even when they reach the connection between the reaction chamber 1 and the introduction pipe 31. However, since the ion collector 7 is provided at the connection between the reaction chamber 1 and the introduction tube 31, most of these charged particles are removed by the ion collector 7, and neutral metastable excited molecules are left in the reaction chamber. 1. Here, nitrogen molecules exist in various excited states, but in particular, the metastable excited state N2'' (A3Σu
+) stays at that level for a long time (lifetime is about 2 seconds). Therefore, the metastable excited species N, *(A2Σu+)
is at that level even when it flows into the reaction chamber 1. On the other hand, the process gas flowing out from the storage section 8 passes through a valve 9 and a mass flow controller 10, and then branches into two directions.
Gas flows into the reaction chamber 1 through the gas outlets 11.12. Therefore, in one reaction chamber 1, the metastable excited species N,'(A'Σu+
) and process gas react, metastable excited species N, *
(A 3Σu+) activates the process gas, and as a result, the silicon substrate 2 is etched. Then, the reaction product, unreacted nitrogen gas, and unreacted process gas are exhausted by the exhaust device 13.

このように、荷電粒子の大部分はイオンコレクタ7によ
って除去され、中性の準安定励起種が反応室1内に流入
するので、荷電粒子によってシリコン基板2が損傷され
ることはない。
In this way, most of the charged particles are removed by the ion collector 7 and neutral metastable excited species flow into the reaction chamber 1, so that the silicon substrate 2 is not damaged by the charged particles.

ところで、被エツチング基板の損傷を誘起する別の原因
として、準安定励起種のもつ励起エネルギーEmも重要
である。すなわち、被エツチング基板の結晶を構成する
原子を正規の結晶格子位置からずらすのに必要なディス
プレイスタンドエネルギーE d (Displace
ment Energy)より高いエネルギーE+sを
もつ準安定励起種が被エツチング基板の表面に到達する
と、被エツチング基板の表面に損傷をもたらす。たとえ
ば、被エツチング基板がシリコン基板2の場合、エネル
ギーEdは12.9eVであり、準安定励起種発生用ガ
スにHeガスやN。
By the way, the excitation energy Em of the metastable excited species is also important as another cause of inducing damage to the substrate to be etched. That is, the display stand energy E d (Displace
When a metastable excited species with an energy E+s higher than ment energy reaches the surface of the substrate to be etched, it causes damage to the surface of the substrate to be etched. For example, when the substrate to be etched is the silicon substrate 2, the energy Ed is 12.9 eV, and the gas for generating metastable excited species is He gas or N.

ガスを用いると1両ガスの準安定励起種のもつエネルギ
ーEm (He”(2LS) ; 20.6aV、 H
e”(2” S); 19.8eV、 N6”(’ P
、) : 16.7eV、 Ne”(3P2) ;16
.6eV)がシリコンのエネルギーEdより高くなるこ
とから、シリコン基板2の表面の結晶格子に乱れを生じ
させるという危険性がある。
When gas is used, the energy of the metastable excited species of both gases Em (He” (2LS); 20.6aV, H
e”(2”S); 19.8eV, N6”('P
, ) : 16.7eV, Ne”(3P2) ;16
.. 6 eV) is higher than the energy Ed of silicon, there is a risk that the crystal lattice on the surface of the silicon substrate 2 will be disturbed.

そして、HeガスやNeガス等の希ガスの準安定励起種
のエネルギーEmより低いエネルギーEmを有する準安
定励起種N −(A320勺を生成する窒素ガスは、低
価格であるという長所もあり、ドライエツチングを実施
するガスとしては適したものである。しかしながら、準
安定励起種発生用ガスとして窒素ガスを用いた場合にも
、放電により準安定励起種を生成する際に、シリコンの
エネルギーEdより高いエネルギーEmをもつ励起種が
生成され、このような高いエネルギーEmをもつ励起種
がシリコン基板2の表面に衝突すれば、シリコン基板2
の表面の結晶格子位置をずらせるおそれがある。
Nitrogen gas, which generates the metastable excited species N-(A320), which has energy Em lower than the energy Em of the metastable excited species of rare gases such as He gas and Ne gas, also has the advantage of being inexpensive. It is suitable as a gas for performing dry etching.However, even when nitrogen gas is used as a gas for generating metastable excited species, when generating metastable excited species by electric discharge, the energy Ed of silicon is When excited species with high energy Em are generated and these excited species with high energy Em collide with the surface of the silicon substrate 2, the silicon substrate 2
There is a risk of shifting the crystal lattice position on the surface.

ところで、高いエネルギーEmをもつ活性種は、放電条
件により異なるが、窒素分子と電子との衝突や準安定励
起窒素分子間の衝突により生成するものと考えられてい
る。そのため、高いエネルギー E raをもつ活性種
は放電により形成されるアフターグローのなかでも比較
的放電部に近い領域に存在する。たとえば、窒素ガスの
流量を0.2+*fi/ff1inとし、マイクロ波出
力200Wで2.45G&のマイクロ波放電を行なった
場合には、準安定励起種発生部6から約10c■下流に
わたってピンク色を呈したアフターグローが形成され、
この領域では高いエネルギーEa+をもつ活性種が多量
に存在する。
By the way, active species with high energy Em are thought to be generated by collisions between nitrogen molecules and electrons or collisions between metastable excited nitrogen molecules, although this varies depending on the discharge conditions. Therefore, active species with high energy E ra exist in a region relatively close to the discharge part in the afterglow formed by the discharge. For example, when the flow rate of nitrogen gas is 0.2+*fi/ff1in, and microwave discharge of 2.45G& is performed with a microwave output of 200W, a pink color appears over approximately 10cm downstream from the metastable excited species generation section 6. Afterglow is formed,
In this region, a large amount of active species with high energy Ea+ exist.

一方、所望の準安定励起種N 2m (A 3Σ、+)
の多くは第1正帯と呼ばれる遷移(Na(B”rIg)
→N、(A3Σu1)〕 を経て形成される。この遷移
の過程では5g0n++の黄色の発光が観測され、目視
によってもその存在が容易に確認できる。このような観
点から、窒素ガスの準安定励起種N−(A’Σu + 
)を利用してドライエツチングを行なうためには、58
0nm付近のアフターグローが支配的となる条件を選定
し、かかる黄色のアフターグローが存在する空間領域も
しくはそれより下流側にプロセスガスとの反応領域を形
成すれば、極めて低損傷でドライエツチングを行なうこ
とができる。
On the other hand, the desired metastable excited species N 2m (A 3Σ, +)
Most of the transition is called the first regular band (Na(B”rIg)
→N, (A3Σu1)]. During this transition process, yellow light emission of 5g0n++ is observed, and its presence can be easily confirmed visually. From this point of view, the metastable excited species N−(A′Σu +
) to perform dry etching using 58
If conditions are selected in which afterglow around 0 nm is dominant, and a reaction region with process gas is formed in a spatial region where such yellow afterglow exists or downstream thereof, dry etching can be performed with extremely low damage. be able to.

そして、第1図に示したドライエツチング装置において
、窒素ガスの流量を5mjl/+ainとし、プロセス
ガスを導入しない状態で、マイクロ波出力200Wで放
電した場合、反応室1内全域にわたり580nmの黄色
が観測された。したがって、第1図に示したドライエツ
チング装置によりエツチングを行なう場合には、シリコ
ン基板2の表面にシリコンのエネルギーEdより高いエ
ネルギーEmをもつ励起種が到達することはなく、準安
定励起種N2”(A”Σu + )がプロセスガスを活
性化させるが、準安定励起種N 、 * (A3Σu+
)のもつエネルギーEmは6..2eVであり、被エツ
チング基板であるシリコン基板2のもつエネルギーEd
は12 、9eVであるから、準安定励起種N、”(A
3Σu + )のもつエネルギー E mはシリコンの
もつエネルギーEdより十分に小さいため、N2′(A
3Σu+)がシリコン基板2の表面に衝突したとしても
、シリコン基板2の表面に損傷が発生することはない。
In the dry etching apparatus shown in FIG. 1, when the nitrogen gas flow rate is 5 mjl/+ain and discharge is performed at a microwave output of 200 W without introducing a process gas, a yellow color of 580 nm is generated throughout the entire interior of the reaction chamber 1. Observed. Therefore, when etching is performed using the dry etching apparatus shown in FIG. 1, the excited species with energy Em higher than the energy Ed of silicon will not reach the surface of the silicon substrate 2, and the metastable excited species N2'' (A”Σu+) activates the process gas, but the metastable excited species N, *(A3Σu+
) has energy Em of 6. .. 2 eV, and the energy Ed of the silicon substrate 2, which is the substrate to be etched.
is 12,9eV, so the metastable excited species N,”(A
Since the energy E m of 3Σu + ) is sufficiently smaller than the energy Ed of silicon, N2'(A
3Σu+) collides with the surface of the silicon substrate 2, the surface of the silicon substrate 2 is not damaged.

なお、第1図に示したドライエツチング装置においては
、到達抑制手段としてイオンコレクタ7を用いたが、到
達抑制手段として磁場を印加して荷電粒子の進路を曲げ
ることによって実質的に被エツチング基板の表面に荷電
粒子が衝突しないような手段を用いてもよい。
In the dry etching apparatus shown in FIG. 1, the ion collector 7 is used as a means for suppressing the arrival of charged particles, but by applying a magnetic field as the means for suppressing the arrival of charged particles and bending the path of the charged particles, the ion collector 7 is used as the means for suppressing the arrival of charged particles. A method that prevents charged particles from colliding with the surface may be used.

また、被エツチング基板の結晶のもつエネルギーEdよ
り小さいエネルギーE11をもつ準安定励起種を利用す
る装置は、被エツチング基板表面全面が単一結晶で構成
され、かかる被エツチング基板の表面を全面的にエツチ
ングする場合はもちろん、半導体プロセスで代表される
ように、エツチングを行なうべき部分が被エツチング基
板の表面の一部であり、他の部分には異なった材質が露
出している場合にも用いることができることはいうまで
もない。
Furthermore, in an apparatus that utilizes a metastable excited species having an energy E11 smaller than the energy Ed of the crystal of the substrate to be etched, the entire surface of the substrate to be etched is composed of a single crystal; It can be used not only when etching, but also when the part to be etched is part of the surface of the substrate to be etched, and different materials are exposed in other parts, as is typical in semiconductor processes. Needless to say, it can be done.

第2図はこの発明に係る他のドライエツチング装置を示
す図である0図において、14は光源、15はレンズ、
16は光透過窓である。
FIG. 2 is a diagram showing another dry etching apparatus according to the present invention. In FIG. 0, 14 is a light source, 15 is a lens,
16 is a light transmission window.

このドライエツチング装置においては、ガス貯蔵部8か
ら流出し反応室1内に導入されたプロセスガスは、準安
定励起種発生部6で生成しイオンコレクタ7を通過して
反応室1内に導入された準安定励起種と反応するととも
に、光源14から投射されレンズ15、光透過窓16を
通過して反応室1内に照射された光のエネルギーによっ
ても反応が励起されるため1両者の相乗効果によって効
率よく反応が進行する。
In this dry etching apparatus, the process gas that flows out from the gas storage section 8 and is introduced into the reaction chamber 1 is generated in the metastable excited species generation section 6, passes through the ion collector 7, and is introduced into the reaction chamber 1. At the same time, the reaction is excited by the energy of the light projected from the light source 14, passed through the lens 15 and the light transmission window 16, and irradiated into the reaction chamber 1, resulting in a synergistic effect between the two. The reaction proceeds efficiently.

なお、このドライエツチング装置においては。In addition, in this dry etching device.

光源14から出た光はシリコン基板2に均一に照射され
ているが、光源14から出た光としてパタン情報をもっ
た光たとえばマスクを通過した光、レーザーのごときビ
ーム状の光等であってもよい。このような場合、シリコ
ン基板2の表面の所望の場所を選択的にエツチングする
ことができるという効果が追加される。また、光源14
としては、炭酸ガスレーザーやエキシマレーザ−のごと
きレーザー光源、Hgランプ、Hg−X5ランプ、メタ
ルハライドランプ等の紫外領域に強いスペクトルを放射
する気体放電管が有効である。さらに、この実施例にお
いては、シリコン基板2に直角に光ビームを照射したが
、シリコン基板2と平行な光ビームを通過させる方式で
もよい。
The light emitted from the light source 14 uniformly irradiates the silicon substrate 2, but the light emitted from the light source 14 may be light with pattern information, such as light that has passed through a mask, beam-like light such as a laser, etc. Good too. In such a case, there is an added effect that a desired location on the surface of the silicon substrate 2 can be selectively etched. In addition, the light source 14
Effective examples include laser light sources such as carbon dioxide lasers and excimer lasers, and gas discharge tubes that emit a strong spectrum in the ultraviolet region, such as Hg lamps, Hg-X5 lamps, and metal halide lamps. Further, in this embodiment, the silicon substrate 2 is irradiated with a light beam at right angles, but a method in which a light beam parallel to the silicon substrate 2 is passed through may also be used.

第3図はこの発明に係る他のドライエツチング装置を示
す図である1図において、17は反応室1にシリコン基
板2を搬入するための前置室、18はエツチング処理終
了後に反応室1からシリコン基板2を搬出するための後
置室、19は反応室1と前置室17との隔壁、20は反
応室1と後置室18との隔壁、23.24はそれぞれ前
置室17、後置室18を排気する排気装置である。
FIG. 3 is a diagram showing another dry etching apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 17 is a pre-chamber for carrying the silicon substrate 2 into the reaction chamber 1, and 18 is a pre-chamber for carrying the silicon substrate 2 into the reaction chamber 1 after the etching process is completed. A rear chamber for carrying out the silicon substrate 2, 19 a partition wall between the reaction chamber 1 and the front chamber 17, 20 a partition wall between the reaction chamber 1 and the rear chamber 18, 23 and 24 each a front chamber 17, This is an exhaust device that exhausts the rear chamber 18.

このドライエツチング装置においては、反応室1におけ
るエツチングの工程が終了すると、隔壁20が開かれ、
反応室1内のシリコン基板2は後置室18に搬送され、
それと同時に隔壁19が開かれ。
In this dry etching apparatus, when the etching process in the reaction chamber 1 is completed, the partition wall 20 is opened,
The silicon substrate 2 in the reaction chamber 1 is transported to the rear chamber 18,
At the same time, bulkhead 19 was opened.

前置室17に設置されているシリコン基板2は反応室1
内に挿入される。続いて、隔壁19.20を閉じたのち
、新たに反応室1内に搬入されたシリコン基板2に対し
てエツチングが行なわれる。
The silicon substrate 2 installed in the pre-chamber 17 is the reaction chamber 1
inserted within. Subsequently, after the partition walls 19 and 20 are closed, the silicon substrate 2 newly introduced into the reaction chamber 1 is etched.

このドライエツチング装置においては1反応室1に隣接
して2つの予備室すなわち前置室17および後置室18
が設けられ、かつ前置室17、後置室18が排気装置i
23.24で連続的に排気されていることから、シリコ
ン基板2のエツチング工程が終了して次のステップに進
む際に1反応室1内に外気が流入することがない。その
結果、反応室1内を所望の真空度に再排気する工程を省
略もしくは短縮できるとともに、外気たとえば空気や水
蒸気が反応室1内に流入することによってもたらされる
ドライエツチング装置固有の問題点、すなわち反応室1
内に吸着した空気や水蒸気は塗安定励起種の活性度を低
下させるため、エツチングに要する時間が長くなるとい
う問題点を克服でき、エツチングのスループットが向上
する。
In this dry etching apparatus, there are two preliminary chambers adjacent to one reaction chamber 1, namely a pre-treatment chamber 17 and a post-treatment chamber 18.
is provided, and the front chamber 17 and the rear chamber 18 are equipped with an exhaust device i.
Since the air is continuously evacuated at steps 23 and 24, outside air does not flow into one reaction chamber 1 when the etching process of the silicon substrate 2 is completed and the process proceeds to the next step. As a result, the step of re-evacuating the inside of the reaction chamber 1 to a desired degree of vacuum can be omitted or shortened, and problems inherent to the dry etching apparatus caused by outside air, such as air or water vapor, flowing into the reaction chamber 1 can be eliminated, i.e. Reaction chamber 1
Since the air and water vapor adsorbed inside reduce the activity of the coating-stabilized excited species, the problem of longer etching time can be overcome, and the etching throughput can be improved.

また、第3図に示した装置に第2図に示したような光源
、レンズ、光透過窓等を付加して、光励起反応と準安定
励起種の脱励起反応との相乗効果を利用すれば、エツチ
ング効率がさらに向上することはいうまでもない。
Furthermore, by adding a light source, lens, light transmission window, etc. as shown in Fig. 2 to the apparatus shown in Fig. 3, the synergistic effect between the photoexcitation reaction and the deexcitation reaction of metastable excited species can be utilized. Needless to say, the etching efficiency is further improved.

なお、上述実施例においては、被エツチング基板がシリ
コン基板2の場合について説明したが、被エツチング基
板が他の基板の場合にもこの発明を適用することができ
る。この場合、被エツチング基板の結晶のもつエネルギ
ーEdがシリコン基板2のエネルギーEdより小さいと
きには、準安定励起種発生用ガスとして窒素ガスを用い
ると、11eV付近のエネルギーEmをもつ励起種N2
(C3rIu)が同時に発生するので、励起種N、(C
3rTu)が被エツチング基板に損傷を与える可能性が
大きい。そのため、励起種N、(C3rIu)が反応室
1内に流入するのを抑える放電条件を設定し、準安定励
起種N 2II(A3Σu+)を支配的に反応室1に流
入させるのがよい。また、上述実施例においては、準安
定励起種発生用ガスとして窒素ガスを使用したが、準安
定励起種発生用ガスとして他のガスたとえばアルゴンガ
ス、キセノンガス等の希ガスを使用してもよい、そして
、アルゴンガスを使用した場合には、エネルギーEmが
11 、7eVのAr’(3Po)、エネルギーEmが
11 、5eVのAr”(’P、)を利用することがで
き、キセノンガスを使用した場合には、エネルギーE1
1が9,5eVのXe”(3P、)、エネルギーE11
が8 、3eVのXe’(3P、)を利用することがで
きる。さらに、上述実施例においては、準安定励起種発
生手段としてマイクロ波放電を利用した準安定励起種発
生部6を用いたが、高周波放電を利用したものを用いて
もよい。
In the above embodiment, the case where the substrate to be etched is the silicon substrate 2 has been described, but the present invention can also be applied to the case where the substrate to be etched is another substrate. In this case, when the energy Ed of the crystal of the substrate to be etched is smaller than the energy Ed of the silicon substrate 2, if nitrogen gas is used as the gas for generating metastable excited species, the excited species N2 with energy Em around 11 eV will be generated.
(C3rIu) are generated at the same time, so the excited species N, (C
3rTu) has a high possibility of damaging the substrate to be etched. Therefore, it is preferable to set discharge conditions that suppress the excited species N, (C3rIu) from flowing into the reaction chamber 1, and allow the metastable excited species N2II (A3Σu+) to flow into the reaction chamber 1 dominantly. Further, in the above embodiment, nitrogen gas was used as the gas for generating metastable excited species, but other gases such as rare gases such as argon gas and xenon gas may also be used as the gas for generating metastable excited species. , when argon gas is used, Ar'(3Po) with energy Em of 11 and 7 eV, Ar'('P,) with energy Em of 11 and 5 eV can be used, and xenon gas can be used. In this case, the energy E1
Xe” (3P, ) where 1 is 9.5eV, energy E11
Xe' (3P, ) with a voltage of 8 and 3 eV can be used. Further, in the above-described embodiment, the metastable excited species generating section 6 that uses microwave discharge is used as a means for generating metastable excited species, but one that uses high frequency discharge may also be used.

また、プロセスガスとしては目的に応じてSF、。In addition, as a process gas, SF or SF can be used depending on the purpose.

CCIいCF、、 C,C1いC,C1,F2などを使
用すればよい。
CCI, CF, C, C1, C1, F2, etc. may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明に係るドライエツチング
装置においては、荷電粒子が被エツチング基板に到達す
るのを防止することができるから、極めて低損傷のドラ
イエツチングを行なうことが可能となる。このように、
この発明の効果は顕著である。
As explained above, in the dry etching apparatus according to the present invention, charged particles can be prevented from reaching the substrate to be etched, so that dry etching can be performed with extremely low damage. in this way,
The effects of this invention are remarkable.

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

第1図ないし第3図はそれぞれこの発明に係るドライエ
ツチング装置を示す図である。 1・・・反応室     2・・・シリコン基板3・・
・窒素ガス貯蔵部 6・・・準安定励起種発生部 7・・・イオンコレクタ 8・・・プロセスガスの貯蔵部 13・・・排気装置 代理人 弁理士  中 村 純之助 t l 図 中2図
1 to 3 are views showing a dry etching apparatus according to the present invention, respectively. 1... Reaction chamber 2... Silicon substrate 3...
・Nitrogen gas storage section 6... Metastable excited species generation section 7... Ion collector 8... Process gas storage section 13... Exhaust device agent Patent attorney Junnosuke Nakamura t l Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、被エッチング基板を収容する反応室と、その反応室
を排気する排気手段と、準安定励起種を発生する準安定
励起種発生手段と、その準安定励起種を上記反応室に導
入する準安定励起種導入手段と、ハロゲン元素を含有す
るプロセスガスを上記反応室に導入するプロセスガス導
入手段とを有するドライエッチング装置において、上記
準安定励起種発生手段により準安定励起種と共に生成し
た荷電粒子が上記被エッチング基板に到達するのを抑制
するための到達抑制手段を具備することを特徴とするド
ライエッチング装置。 2、上記到達抑制手段としてイオンコレクタを用い、そ
のイオンコレクタを上記反応室と上記準安定励起種導入
手段との接続部に設け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。 3、上記準安定励起種発生のためのガスとして窒素ガス
または希ガスを使用したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項または第2項記載のドライエッチング装置。 4、上記被エッチング基板がシリコン基板であり、上記
準安定励起種発生のためのガスとして窒素ガス、アルゴ
ンガスまたはキセノンガスを使用したことを特徴とする
特許請求の範囲第1項または第2項記載のドライエッチ
ング装置。 5、上記被エッチング基板の結晶のもつディスプレイス
タンドエネルギーより低い励起エネルギーを有する準安
定励起種を上記プロセスガスの活性化に利用することを
特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
かに記載のドライエッチング装置。 6、上記準安定励起種発生のためのガスとして窒素ガス
を使用し、上記反応室の上記プロセスガス導入手段との
接続部を、上記プロセスガスが導入されない状態で58
0nmの黄色を呈するアフターグローが観察される空間
領域またはその下流側に位置させたことを特徴とする特
許請求の範囲第5項記載のドライエッチング装置。 7、上記反応室内に光励起反応を誘起するための光を照
射する光照射手段を設けたことを特徴とする特許請求の
範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載のドライエッ
チング装置。 8、上記光照射手段として、パタン情報を有する光を上
記被エッチング基板面に照射するものを用いたことを特
徴とする特許請求の範囲第7項記載のドライエッチング
装置。 9、上記反応室に隣接して排気機能を有する予備室を設
け、その予備室を通して上記被エッチング基板の搬入、
搬出を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第8項のいずれかに記載のドライエッチング装置。 10、上記予備室が上記反応室に上記被エッチング基板
を搬入するための前置室と上記反応室から上記被エッチ
ング基板を搬出するための後置室とに分離されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第9項記載のドライエッ
チング装置。 11、上記反応室の最上流側に上記反応室と上記準安定
励起種導入手段との接続部が設けられ、その下流側にプ
ロセスガス導入手段のガス噴出口が設けられ、その下流
側に上記被エッチング基板が設けられ、その下流側に上
記反応室と上記排気装置との接続部が設けられているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第10項の
いずれかに記載のドライエッチング装置。
[Claims] 1. A reaction chamber for accommodating a substrate to be etched, an exhaust means for evacuating the reaction chamber, a means for generating a metastable excited species for generating a metastable excited species, and the metastable excited species described above. In a dry etching apparatus having a means for introducing a metastable excited species into a reaction chamber and a process gas introducing means for introducing a process gas containing a halogen element into the reaction chamber, the metastable excited species can be excited by the means for generating a metastable excited species. A dry etching apparatus characterized by comprising an arrival suppressing means for suppressing charged particles generated together with the seeds from reaching the substrate to be etched. 2. Dry etching according to claim 1, characterized in that an ion collector is used as the arrival suppressing means, and the ion collector is provided at a connecting portion between the reaction chamber and the metastable excited species introduction means. Device. 3. The dry etching apparatus according to claim 1 or 2, wherein nitrogen gas or rare gas is used as the gas for generating the metastable excited species. 4. Claim 1 or 2, wherein the substrate to be etched is a silicon substrate, and nitrogen gas, argon gas, or xenon gas is used as the gas for generating the metastable excited species. The dry etching device described. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a metastable excited species having an excitation energy lower than the display stand energy of the crystal of the substrate to be etched is used for activating the process gas. The dry etching apparatus according to any one of the above. 6. Using nitrogen gas as the gas for generating the metastable excited species, connect the connection part of the reaction chamber with the process gas introducing means to 58 in a state where the process gas is not introduced.
6. The dry etching apparatus according to claim 5, wherein the dry etching apparatus is located in or downstream of a spatial region where a yellow afterglow of 0 nm is observed. 7. The dry etching apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a light irradiation means for irradiating light for inducing a photoexcitation reaction into the reaction chamber. 8. The dry etching apparatus according to claim 7, wherein the light irradiation means is one that irradiates the surface of the substrate to be etched with light having pattern information. 9. Providing a preliminary chamber with an exhaust function adjacent to the reaction chamber, and carrying in the substrate to be etched through the preliminary chamber;
A dry etching apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the dry etching apparatus carries out unloading. 10. The preliminary chamber is separated into a pre-chamber for carrying the substrate to be etched into the reaction chamber and a post-chamber for carrying out the substrate to be etched from the reaction chamber. A dry etching apparatus according to claim 9. 11. A connecting portion between the reaction chamber and the metastable excited species introduction means is provided on the most upstream side of the reaction chamber, a gas jet port of the process gas introduction means is provided on the downstream side, and the The dryer according to any one of claims 1 to 10, wherein a substrate to be etched is provided, and a connecting portion between the reaction chamber and the exhaust device is provided downstream thereof. Etching equipment.
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