JP2709058B2 - Optical dry etching apparatus and method - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板等の加工に用いる真空紫外光を
励起光源とする光ドライエッチング装置と方法に関する
ものである。 〔従来の技術〕 従来、この種の光ドライエッチング装置及び方法とし
ては、エキシマレーザ光や水銀ランプ光などの遠紫外光
（波長約3000Å〜1000Å）を光源とした装置・方法が提
案・方法が提案・開発されている。第６図に従来の光ド
ライエッチング装置の構成を示す。この従来の光ドライ
エッチング装置及び方法は、エキシマレーザや水銀ラン
プなどの遠紫外光源１で発生した遠紫外光２を遠紫外光
を透過する石英ガラスやフッ化カルシウム等の材料から
成る窓３を介してチェンバー４内に導き、エッチングガ
ス導入口５から塩素等のエッチングガスをチェンバー４
内に導入して所定のエッチングガス圧力とし、エッチン
グガスまたはエッチングガスと基板支持台６に保持され
た被加工基板７の表面を遠紫外光２′で励起して被加工
基板７をエッチングするものであった。 これらの従来の技術は、例えば、堀池，岡野，関根
「応用物理」第53巻第11号（1984）pp979、あるいは、
ティー：フジイ，アール．カワバタ，エイチ．コミヤ，
アンド エイチ．シミズ，エクステンデド アブストラ
クト オブ ザ エイティーンス コンファレンス オ
ン ソリッド・ステート デバイセズ アンド マテリ
アルズ（T.Fujii,R.Kawabata,H.Komiya and H.Simizu,E
xteded Abstraets of the 18−th Conference on Solid
−State Devices and Materials）（1986）pp201〜204
に記載されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 通常良く用いられるエッチングガスの光励起や光イオ
ン化の断面積は約10eV以上のホトンエネルギーをもつ光
（波長にしておおよそ1000Å以下）に対して大きくなっ
ていることが知られている。第７図にその一例としてエ
ッチングガスとして良く知られている六フッ化イオウ
（SF₆）ガスと酸素（O₂）ガスとの吸収断面積のスペク
トルデータ（“Photoabsorption,Photoionization,and
Photoelectron Spectroseopy"J.Berkowitz,Academic Pr
ess,New York（1979））を示す。 この図から明らかなようにこれらのエッチングガスの
吸収断面積は波長1000Å〜100Å程度の真空紫外光の範
囲で大きく、これらの波長の光は良く吸収される。そし
てこれらの波長の光は、ホトンエネルギーにして10eV以
上なので、エッチングガス分子を励起・イオン化・分離
させるエネルギーを充分に持っており、光ドライエッチ
ングに最も適した光であると考えられていた。 従来の遠紫外光を用いたドライエッチング法では、10
00Å以上の波長の光を光源としていたため、エッチング
ガスの吸収断面積が小さいばかりでなく、ホトンエネル
ギーも小さいためエッチングガスを励起させるのに励起
で消費するパワーよりもはるかに大きなパワーの光を供
給せねばならなかった。あるいは遠紫外光でも割合に分
解し易い塩素（Cl₂）ガスをエッチングガスに用いる等
の方法をとらねばならなかった。 真空紫外光が光ドライエッチング用の光源として適し
ていると考えられていたにもかかわらず、適用すること
ができなかった理由がいくつかある。その一つは、真空
紫外光がどのような物質に対しても吸収され易いため真
空中でしか存在できないことであり、例えば第６図の従
来の光ドライエッチング装置では遠紫外光２の通路が大
気であったりヘリウムガス中であったりすることができ
ないばかりでなく、窓３も使用することができない。窓
３を極く薄く（0.2μｍ以下程度）することによって真
空紫外光を透過させることができるが、エッチングを起
こさせるに必要なパワー密度を持つ真空紫外光を透過さ
せようとするとこのような極く薄い窓は耐えることがで
きずに破れてしまう。この欠点は、光源が超高真空状態
である電子シンクロトロン放射光発生装置を光ドライエ
ッチングの真空紫外用光源として用いることを困難なら
しめていた。また、ガスで満たされた電極間を電気的に
放電させて得られる放電ガスプラズマから真空紫外光を
得ることができるが、この真空紫外光についても光源と
エッチングガスを導入するチェンバーとの仕切りに窓を
用いることができず、また、発生する真空紫外光のパワ
ー密度が小さいために光ドライエッチングへの利用は困
難であった。真空紫外光のこのような物質に吸収され易
い性質は、凹面鏡等を用いて集光しそのパワー密度を大
きくすることをも困難ならしめている。 以上のような理由により真空紫外光を用いた光ドライ
エッチングはその実現が困難であった。 〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題点を解決するため本発明は、 （１） 電子シンクロトロンから放射される真空紫外光
を、差圧排気手段を通してエッチングチェンバー内に導
き、前記チャンバーにエッチングガスを導入して被加工
基板を光ドライエッチングする光ドライエッチング装置
において、 被加工基板に対向してその中心部が開孔している電極
を配置し、かつ前記電極に直流電圧を印加する電源を設
け、前記真空紫外光が前記電極の開孔部を通過すること
を特徴とする光ドライエッチング装置、 および、 （２） 電子シンクロトロンから放射される真空紫外光
を、差圧排気手段を通してエッチングチャンバー内に導
き、前記紫外光を前記エッチングチャンバー内に供給さ
れたエッチングガスと被加工基板に照射して、前記被加
工基板上の被エッチング物を前記真空紫外光の照射部分
のみエッチングする光ドライエッチング方法において、 前記エッチングガスが六フッ化イオウガス（SF₆）と
酸素ガス（O₂）の混合ガスであり、六フッ化イオウ（SF
₆）ガスに対する酸素ガス（O₂）の混合比が８％以上で
あり、前記被加工基板がシリコン（Si）であり、かつ被
エッチング物が二酸化シリコン（SiO₂）であることを特
徴とする光ドライエッチング方法、 を提案するものである。 〔作 用〕 上記の電子シンクロトロン放射光発生装置は、指向性
が鋭どくパワー密度の大きい真空紫外光を放射せしめ
る。 上記の集光装置は電子シンクロトロン放射光発生装置
から放射される放射光を集光しそのパワー密度を大きく
する。また、上記の差圧排気部は超高真空状態で動作す
る電子シンクロトロン放射光発生装置と低真空状態のエ
ッチングチェンバーとを窓なしで接続せしめる。さら
に、上記の電子シンクロトロンからの真空紫外光はエッ
チングガスを効率良く励起せしめ、他の励起光源とは異
なるエッチング特性を生じせしめる。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 第１図は本発明の光ドライエッチング装置の実施例を
説明するための基本的な構成を示す模式図である。第１
図において、Ｕで示した部分は電子シンクロトロン放射
光発生装置（電子蓄積リングの場合もある）を示し、10
は電子軌道リング、11は偏向磁石を示す。電子軌道リン
グ10内でほぼ光速に等しい速度に加速された電子はこの
偏向磁石11によってその軌道が曲げられ、曲線軌道部か
ら曲線の接線方向にシンクロトロン放射光12を放出す
る。このシンクロトロン放射光12は鋭い指向性を有して
おり、その強度の波長分布（スペクトル）は第２図に示
すような連続分布を有している。第２図のスペクトル
は、電子の加速電圧が2.5GeVで曲線部の曲率半径が8.66
mの電子シンクロトロン放射光発生装置から放射される
放射光のスペクトルであり、縦軸のフォトン数は、電子
軌道に蓄積された電子による電流（リング電流という）
が100mAのとき放射される光のうち水平方向に1mradの開
き角以内に放射される分であって注目する波長を中心に
して10％の波長幅以内に入るホトンをカウントしたとき
の数である。この図から分かるように、シンクロトロン
放射光は波長の短かいＸ線から紫外光よりも波長の長い
光までを連続的に放射する。同図にはレーザの発振限界
も示したが、シンクロトロン放射光にはレーザでは得ら
れないしかもパワー密度の高い真空紫外光が含まれてい
る。本発明者らはこの真空紫外光を用いた光ドライエッ
チングに初めて成功し、ここにその光ドライエッチング
装置と方法を提案するものである。なお、電子シンクロ
トロン放射光発生装置の詳細については、単行本「ハン
ドブック オン シンクロトロン ラジエーション 1
A,1B」イー．イー．コック編ノース・ホーランド出版
（1983年）（“HANDBOOK ON SYNCHROTRON RADIATION 1
A,1B"ed.by E.−E.KOCH,NORTH−HOLLAND PUB.CO.（198
3））が詳しいので参照されたい。 偏向磁石11によって発生せられたシンクロトロン放射
光12は、電子軌道リング10に連結された光取り出し部13
から取り出され、速断パルプ14を介してミラーチェンバ
ー27中のトロイダルミラー28に導かれ、集光されて差圧
排気部15及び16を介してチェンバ17内に導かれる。ここ
で、シンクロトロン放射光12が導出される光取り出し部
13から差圧排気部16までの真空経路をビームラインと呼
び、電子軌道リングに近い方をビームラインの上流側、
遠い方を下流側と呼ぶことにする。電子軌道リング10、
ビームライン及びチェンバー17は一続きの空間でつなが
っている。 チェンバー17にはエッチングガス導入口18、基板支持
台19、電極20及び被加工基板21が図示のように配置され
ている。電極20に電圧を印加する電源22はエッチングを
増速させるものであるが、これは必ずしも必要ではな
い。基板支持台19の接地に関しても同様である。エッチ
ングガス導入口18からエッチングガスを導入し、差圧排
気部15,16を動作させてシンクロトロン放射光12をチェ
ンバー17内に導入すれば被加工基板21をエッチングする
ことができる。 チェンバー17内に導入されたエッチングガスは排気部
23及びビームライン下流の差圧排気部15及び16によって
排気されるが、排気部23は必ずしも必要ではない。差圧
排気部15及び16に関しては、チェンバー17内でエッチン
グを行なうに必要なエッチングガス圧力が0.1Torr程度
のオーダーである一方、ミラーチェンバー27とそれより
も上流側のビームライン及び電子軌道リング10を超高真
空状態（10^-9Torr以上の真空度）に保つ必要があるの
で、このような圧力差を保てるだけの性能を有していな
ければならない。差圧排気の性能を上げるにはガスが流
れる経路の真空コンダクタンスを小さくし、排気能力を
大きくすれば良い。ただし、真空コンダクタンスを小さ
くするためにビームラインの径をしぼるとその分シンク
ロトロン放射光がしぼられるのでなるべく多くのシンク
ロトロン放射光がチェンバー17内に導入されるように差
圧排気部を設計する。この差圧排気部とチェンバー17内
の被加工基板21との位置関係については、その設計によ
っては真空紫外光がエッチングガスによって吸収されて
被加工基板21の近くに到達しなくなることもあり得るの
で注意を要する。 ビームライン上流に設けられている速断バルブ14は、
それよりも下流側のミラーチェンバー27や差圧排気部15
などの真空度が許容範囲よりも悪化したときに閉じるよ
うになされているがこれは安全のために設けられてい
る。また、図示を省略してたが、差圧排気部15、及び16
の部分にも電磁バルブが設けられており、下流側の圧力
が異常に高くなった時に閉じるようになされている。 トロイダルミラー28は、シンクロトロン放射光12を集
光してそのパワー密度を大きくするために設置されてお
り、シンクロトロン放射光12がチェンバー17近傍で焦点
を結ぶような曲率の曲面を持たせてある。シンクロトロ
ン放射光12は、このトロイダルミラー28の曲面に平均の
入射角にして４度程度で斜めに入射される。このような
浅い角度で入射するのは真空紫外光を充分に反射させる
ためである。このトロイダルミラー28は波長の短かいＸ
線が反射させず除去（カットオフ）する働きも持ってい
る。光の各波長に対するミラーの反射率は、ミラー表面
の材質と入射角度に寄り、所望のカットオフ特性をもつ
ミラーをこの部位に設置することができる。トロイダル
ミラー28及びミラーチェンバー27は、シンクロトロン放
射光12のパワー密度がエッチングを生じさせるのに充分
大きければ設けなくとも良い。 第１図に示した装置においては、被加工基板21の主面
がシンクロトロン放射光12に平行に置かれる構造のもの
を示したが、第３図に示すようなシンクロトロン放射光
12が被加工基板21の表面を照射するような構造のものも
第１図のものに変わって設置される場合もある。第３図
において第１図と同じ番号のものは同じものを示してい
るが、24はその中心に穴の明いた電極、25は縦形の基板
支持台、26は基板支持台25を上下に移動させるための移
動機構である。 次に、上記の光ドライエッチング装置を用いて行なう
本発明の光ドライエッチング方法について実施例に基い
て詳細に説明する。 以下、本発明を成すに至った一実施例について述べ
る。本実施例においては第３図に示した構造のエッチン
グチェンバーを用いシンクロトロン放射光12が直接被加
工基板21を照射するようにした。エッチングガス導入口
18により六フッ化イオウ（SF₆）ガスをチェンバー17内
の圧力が0.1Torrになるように導入し、これに酸素
（O₂）ガスを混入した。このとき差圧排気系15及び16の
動作によりミラーチェンバー27よりも上流側は10^-9Torr
台以上の真空度を保つようにした。排気部23はチェンバ
ー内のエッチングガス圧力を上げるために停止した。ま
た、電源22も停止し電極24には電圧を印加しなかった。
基板21には面方位（100）のｎ型単結晶シリコン（Si）
基板と、この基板を熱酸化して形成した酸化シリコン
（SiO₂）膜がその表面に形成された基板を用いた。エッ
チング実験は電子軌道リング10の電子蓄積電流（リング
電流）が90〜200mAのときに行なった。また、トロイダ
ルミラー28は表面が白金でコートされたものを用い、シ
ンクロトロン放射光12の入射各を約４度とした。この場
合、計算によれば約10Å以下の波長のＸ線はカットオフ
されている。 第４図はSF₆ガスとO₂ガスの混合ガスのO₂ガス濃度
（％）に対するSiとSiO₂のエッチング速度（Å/min）を
示す実験結果である。リング電流を100mAに規格化して
示した。この図から、シンクロトロン放射光を励起光源
としてSiとSiO₂のエッチングが可能であること。この実
験系ではSiO₂の方がSiよりもエッチング速度が大きいこ
と。酸素ガス濃度を大きくして行くに従いSiO₂のエッチ
ング速度は余り減少しないがSiのエッチング速度は急激
に減少し、酸素ガス濃度が約８％でエッチングされなく
なること等がわかる。 この実験系でのSiとSiO₂のエッチング速度は、半導体
装置の製造工程で通常用いられている反応性イオンエッ
チング（RIE）（平行平板電極の一方に被加工基板を置
き、エッチングガスを導入して平行平板電極間で高周波
放電させ、エッチングガスプラズマ中のイオン成分を被
加工基板に多量に衝突させることによって方向性エッチ
ングを行なうもの）でのSiとSiO₂のエッチング速度の傾
向と異なっている。すなわち、反応性イオンエッチング
（エッチングガスには通常四フッ化炭素（CF₄）又はCF₄
＋O₂が用いられる）ではSiとSiO₂のエッチング速度比
（Si/SiO₂）が30〜70程度であるのに対して、本実験系
ではエッチングのされ易さがSiとSiO₂で逆になってお
り、しかも、酸素濃度を８％以上とするとエッチング速
度比は無限大となり、極めて高いエッチング選択比が得
られている。この違いは、高周波励起と光励起による違
いであると考えられる。第７図のエッチングガスの吸収
断面積のスペクトルからエッチングガスはシンクロトロ
ン放射光のうち真空紫外光（波長100Å〜1000Å）を良
く吸収することがわかるので、実際にも真空紫外光によ
って励起されエッチングを生じせしめているものと考え
られる。 次に、第５図に光照射部と非照射部のエッチング段差
形状を測定した結果を示す。このエッチング実験ではエ
ッチングガスにはSF₆ガスのみを用いた。第５図からわ
かるように、SiO₂の方は段差が急峻で光照射部のみがエ
ッチングされているのに対し、Siの方は段差がなだらか
で非照射部もエッチングされている。この傾向はSF₆ガ
スにO₂ガスを添加しても同様であった。SiO₂の方が光照
射部のみがエッチングされるのは表面励起光化学反応が
支配的であることを意味し、Siの方が非照射部もエッチ
ングされるのはエッチングガス分子が気相中で励起され
て生ずる活性種によってエッチングが進行していること
を示唆している。 このような性質を用いると、第１図に示した構造のエ
ッチングチェンバーで上述の実験と同様な実験を行なっ
た場合、被加工基板21の表面にシンクロトロン放射光を
照射しないようにすれば、SiO₂をほとんどエッチングせ
ずにSiのみをエッチングすることも可能である。この場
合にも高い選択比が得られることが第４図と第５図のデ
ータから明らかであり、従って、基板配置をこのように
変えることによってSiとSiO₂のいずれか一方のみを高い
選択比をもってエッチングすることが可能となる。 上記の実験ではチェンバー17内の電極24に電圧を印加
しなかったが、これに負の直流電圧を印加するとエッチ
ングが増速されることが観測された。これは、シンクロ
トロン放射光で励起されたエッチングガスのイオンが電
界によって被加工基板に集められるためと考えられる。
この方法はエッチング速度を上げるのに有効である。 このように、本発明の光ドライエッチング方法では従
来のドライエッチング法には見られないエッチング特性
が生じ、このようなエッチング特性は、半導体装置の製
造や将来の超薄膜デバイスの製造等に大いに貢献し得る
ものと考えられる。 上述の実施例ではエッチングガスにはSF₆ガスとO₂ガ
スを、被加工基板にはSiとSiO₂を用いたが、本発明がこ
れらの材料に限られることがないことは、通常のドライ
エッチングの傾向から明らかである。すなわち、他のエ
ッチングガスと基板の組み合わせに対しても、シンクロ
トロン放射光のパワー密度と差圧排気部の性能とエッチ
ングチェンバー内の被加工基板の配置、エッチングガス
圧力やそれらの混合比、さらには電極に印加する電圧の
大きさ等を適当に設定することによってエッチングを生
じせしめることが可能である。この場合、本実施例で示
したような従来のドライエッチングでは見られないエッ
チング特性が得られるであろう。 〔発明の効果〕 本発明の光ドライエッチング装置は、電子シンクロト
ロン放射光発生装置を光源に用いており、これを直接エ
ッチングチェンバー内に導入しているので、強力な真空
紫外光でエッチングガスを励起することができる。真空
紫外光はそのホトンエネルギーが分子を励起するのに必
要なエネルギーよりも大きいためあらゆる種類のエッチ
ングガスを励起することができる。従って、従来のエキ
シマレーザ光等を光源に用いた光ドライエッチングと比
較してエッチングガスと被加工基板の種類に対する適用
範囲を格段に広げることができる。また、従来のエッチ
ング技術では得られないエッチング特性が得られるの
で、半導体装置の製造等に適用した場合に有益である。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical dry etching apparatus and method using vacuum ultraviolet light as an excitation light source for processing a semiconductor substrate or the like. [Prior art] Conventionally, as an optical dry etching apparatus and method of this kind, an apparatus and method using far ultraviolet light (wavelength of about 3000 to 1000 mm) such as excimer laser light or mercury lamp light as a light source has been proposed. Proposed and developed. FIG. 6 shows the configuration of a conventional optical dry etching apparatus. This conventional optical dry etching apparatus and method uses a window 3 made of a material such as quartz glass or calcium fluoride, which transmits far ultraviolet light 2 generated by a far ultraviolet light source 1 such as an excimer laser or a mercury lamp. The etching gas such as chlorine is introduced into the chamber 4 through the etching gas inlet 5 through the chamber 4.
A predetermined etching gas pressure introduced therein, and etching the processing substrate 7 by exciting the etching gas or the etching gas and the surface of the processing substrate 7 held by the substrate support 6 with far ultraviolet light 2 ′. Met. These conventional techniques are described, for example, in Horiike, Okano, Sekine "Applied Physics" Vol. 53, No. 11, (1984) pp979, or
Tee: Fujii, Earl. Kawabata, H. Komiya,
And H. Shimizu, Extended Abstract of the Eighteens Conference on Solid State Devices and Materials (T.Fujii, R.Kawabata, H.Komiya and H.Simizu, E
xteded Abstraets of the 18-th Conference on Solid
−State Devices and Materials) (1986) pp201-204
It is described in. [Problems to be Solved by the Invention] The cross-sectional area of photoexcitation and photoionization of commonly used etching gas is large for light with photon energy of about 10 eV or more (about 1000 mm or less in wavelength). It has been known. FIG. 7 shows, as an example, spectral data of absorption cross sections of sulfur hexafluoride (SF ₆ ) gas and oxygen (O ₂ ) gas, which are well known as etching gases (“Photoabsorption, Photoionization, and
Photoelectron Spectroseopy "J. Berkowitz, Academic Pr
ess, New York (1979)). As is apparent from this figure, the absorption cross section of these etching gases is large in the range of vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 1000 ° to 100 °, and light of these wavelengths is well absorbed. Since the light having these wavelengths is 10 eV or more in photon energy, it has been considered that the light has the energy enough to excite, ionize, and separate the etching gas molecules and is most suitable for optical dry etching. In the conventional dry etching method using far-ultraviolet light, 10
Since the light having a wavelength of 00 ° or more was used as the light source, not only the absorption cross section of the etching gas was small, but also the photon energy was small, so that light having a power much larger than the power consumed by the excitation to excite the etching gas was generated. I had to supply. Alternatively, a method such as using a chlorine (Cl ₂ ) gas which is easily decomposed even by far ultraviolet light as an etching gas has to be adopted. Although vacuum ultraviolet light was considered to be suitable as a light source for optical dry etching, there were several reasons why it could not be applied. One is that vacuum ultraviolet light is easily absorbed by any substance and therefore can exist only in vacuum. For example, in the conventional optical dry etching apparatus shown in FIG. Not only can it be in air or in helium gas, but also the window 3 cannot be used. By making the window 3 extremely thin (about 0.2 μm or less), it is possible to transmit vacuum ultraviolet light. However, if it is attempted to transmit vacuum ultraviolet light having a power density required to cause etching, such an electrode is required. Thin windows can't stand and break. This drawback has made it difficult to use an electron synchrotron radiation light generator in which the light source is in an ultra-high vacuum state as a vacuum ultraviolet light source for optical dry etching. In addition, vacuum ultraviolet light can be obtained from a discharge gas plasma obtained by electrically discharging between electrodes filled with gas, and this vacuum ultraviolet light is also used as a partition between a light source and a chamber for introducing an etching gas. Since a window could not be used and the power density of the generated vacuum ultraviolet light was low, it was difficult to use it for optical dry etching. The property of vacuum ultraviolet light that is easily absorbed by such a substance makes it difficult to increase the power density by condensing the light using a concave mirror or the like. For the above reasons, it has been difficult to realize optical dry etching using vacuum ultraviolet light. [Means for Solving the Problems] To solve the above problems, the present invention provides: (1) vacuum ultraviolet light emitted from an electron synchrotron is guided into an etching chamber through a differential pressure evacuation means; In an optical dry etching apparatus for optically dry-etching a substrate to be processed by introducing an etching gas into the substrate, an electrode having a central portion opened in opposition to the substrate to be processed is arranged, and a DC voltage is applied to the electrode. An optical dry etching apparatus, wherein the vacuum ultraviolet light passes through an opening of the electrode, and (2) a vacuum pump which emits vacuum ultraviolet light radiated from an electronic synchrotron. Through the etching chamber to irradiate the ultraviolet light to the etching gas supplied into the etching chamber and the substrate to be processed, In an optical dry etching method for etching an object to be etched on a processing substrate only at a portion irradiated with the vacuum ultraviolet light, the etching gas is a mixed gas of sulfur hexafluoride gas (SF ₆ ) and oxygen gas (O ₂ ). Sulfur fluoride (SF
₆ ) The mixture ratio of oxygen gas (O ₂ ) to gas is 8% or more, the substrate to be processed is silicon (Si), and the object to be etched is silicon dioxide (SiO ₂ ). And a light dry etching method. [Operation] The above-mentioned electron synchrotron radiation light generator emits vacuum ultraviolet light having a sharp directivity and a large power density. The above condensing device condenses radiation emitted from the electron synchrotron radiation generator and increases its power density. Further, the above differential pressure evacuation unit connects the electron synchrotron radiation light generator operating in the ultra-high vacuum state and the etching chamber in the low vacuum state without a window. Further, the vacuum ultraviolet light from the above-mentioned electron synchrotron efficiently excites the etching gas, and causes etching characteristics different from those of other excitation light sources. EXAMPLES Next, the present invention will be described in detail based on examples. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration for explaining an embodiment of an optical dry etching apparatus according to the present invention. First
In the figure, the portion indicated by U indicates an electron synchrotron radiation light generating device (in some cases, an electron storage ring).
Denotes an electron orbital ring, and 11 denotes a deflection magnet. Electrons accelerated to a speed substantially equal to the speed of light in the electron orbit ring 10 have their trajectories bent by the deflecting magnet 11, and emit synchrotron radiation 12 from the curved orbital portion in the tangential direction of the curve. The synchrotron radiation 12 has a sharp directivity, and its wavelength distribution (spectrum) has a continuous distribution as shown in FIG. The spectrum in FIG. 2 shows that the electron acceleration voltage is 2.5 GeV and the radius of curvature of the curved part is 8.66.
m is the spectrum of the emitted light emitted from the electron synchrotron radiation light generator, and the number of photons on the vertical axis is the current (called the ring current) due to the electrons accumulated in the electron orbit.
Is the number of photons that are emitted within 1 mrad of the opening angle in the horizontal direction and are within 10% of the wavelength width around the wavelength of interest out of the light emitted when is 100 mA. . As can be seen from this figure, synchrotron radiation continuously radiates from X-rays having a short wavelength to light having a longer wavelength than ultraviolet light. Although the oscillation limit of the laser is also shown in the figure, the synchrotron radiation includes vacuum ultraviolet light which cannot be obtained with the laser and has a high power density. The present inventors have succeeded in optical dry etching using vacuum ultraviolet light for the first time, and propose here an optical dry etching apparatus and method. For details of the electronic synchrotron radiation generator, see the Handbook on Synchrotron Radiation 1
A, 1B "e. E. Cook, North Holland Publishing (1983) (“HANDBOOK ON SYNCHROTRON RADIATION 1
A, 1B "ed.by E.-E.KOCH, NORTH-HOLLAND PUB.CO. (198
Please refer to 3)) for details. The synchrotron radiation 12 generated by the deflection magnet 11 is converted into a light extraction unit 13 connected to the electron orbital ring 10.
Is guided to the toroidal mirror 28 in the mirror chamber 27 via the fast-pulp pulp 14, is collected, and is guided into the chamber 17 via the differential pressure exhaust units 15 and 16. Here, a light extraction unit from which the synchrotron radiation light 12 is led out
The vacuum path from 13 to the differential pressure exhaust unit 16 is called a beam line, and the one near the electron orbital ring is the upstream side of the beam line,
The far side is called the downstream side. Electron orbital ring 10,
The beam line and the chamber 17 are connected by a continuous space. An etching gas inlet 18, a substrate support 19, an electrode 20, and a substrate 21 to be processed are arranged in the chamber 17 as shown in the figure. The power supply 22 for applying a voltage to the electrode 20 speeds up the etching, but this is not necessary. The same applies to the grounding of the substrate support 19. The substrate 21 can be etched by introducing an etching gas from the etching gas inlet 18 and operating the differential pressure exhaust units 15 and 16 to introduce the synchrotron radiation 12 into the chamber 17. The etching gas introduced into the chamber 17 is exhausted.
Although exhaust is performed by the differential pressure exhaust units 15 and 16 downstream of the beam line 23, the exhaust unit 23 is not always necessary. With respect to the differential pressure evacuation units 15 and 16, the etching gas pressure required for performing etching in the chamber 17 is on the order of about 0.1 Torr, while the mirror chamber 27 and the beam line and the electron orbit ring 10 upstream of the mirror chamber 27 are provided. Must be maintained in an ultra-high vacuum state (a degree of vacuum of 10 ^-9 Torr or more), and therefore, must have a performance capable of maintaining such a pressure difference. In order to improve the performance of the differential pressure exhaust, the vacuum conductance of the gas flow path may be reduced and the exhaust capacity may be increased. However, when the diameter of the beam line is reduced in order to reduce the vacuum conductance, the synchrotron radiation is reduced accordingly. . Regarding the positional relationship between the differential pressure evacuation section and the substrate 21 in the chamber 17, depending on the design, the vacuum ultraviolet light may be absorbed by the etching gas and may not reach near the substrate 21. Be careful. The quick disconnect valve 14 provided upstream of the beam line is
The mirror chamber 27 and differential pressure exhaust section 15
When the degree of vacuum becomes worse than the allowable range, it closes, but this is provided for safety. Although not shown, the differential pressure exhaust units 15 and 16
Is also provided with an electromagnetic valve, which closes when the pressure on the downstream side becomes abnormally high. The toroidal mirror 28 is provided to condense the synchrotron radiation 12 and increase its power density. is there. The synchrotron radiation light 12 is obliquely incident on the curved surface of the toroidal mirror 28 at an average incident angle of about 4 degrees. The reason why the light is incident at such a shallow angle is to sufficiently reflect the vacuum ultraviolet light. This toroidal mirror 28 has a short wavelength X
It also has the function of removing (cut off) lines without reflecting them. The reflectivity of the mirror for each wavelength of light depends on the material of the mirror surface and the angle of incidence, and a mirror having desired cutoff characteristics can be installed at this site. The toroidal mirror 28 and the mirror chamber 27 need not be provided if the power density of the synchrotron radiation 12 is large enough to cause etching. Although the apparatus shown in FIG. 1 has a structure in which the main surface of the substrate 21 to be processed is placed in parallel with the synchrotron radiation 12, the synchrotron radiation as shown in FIG.
A structure in which the structure 12 irradiates the surface of the substrate 21 to be processed may be installed instead of the structure shown in FIG. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, but reference numeral 24 denotes an electrode having a hole at the center thereof, reference numeral 25 denotes a vertical substrate support, and reference numeral 26 denotes a vertical movement of the substrate support 25. It is a moving mechanism for causing the movement. Next, the optical dry etching method of the present invention performed using the above optical dry etching apparatus will be described in detail based on examples. Hereinafter, an embodiment which has led to the present invention will be described. In the present embodiment, the synchrotron radiation light 12 directly irradiates the substrate 21 using the etching chamber having the structure shown in FIG. Etching gas inlet
Sulfur hexafluoride (SF ₆ ) gas was introduced by 18 so that the pressure in the chamber 17 became 0.1 Torr, and oxygen (O ₂ ) gas was mixed therein. At this time, the upstream of the mirror chamber 27 is 10 ^-9 Torr due to the operation of the differential pressure exhaust systems 15 and 16.
The vacuum was maintained at a level higher than that of the stage. The exhaust unit 23 was stopped to increase the etching gas pressure in the chamber. Also, the power supply 22 was stopped, and no voltage was applied to the electrode 24.
Substrate 21 has n-type single crystal silicon (Si) with plane orientation (100)
A substrate having a substrate and a silicon oxide (SiO ₂ ) film formed by thermally oxidizing the substrate on the surface thereof was used. The etching experiment was performed when the electron storage current (ring current) of the electron orbital ring 10 was 90 to 200 mA. The toroidal mirror 28 used had a surface coated with platinum, and the incidence of the synchrotron radiation 12 was set to about 4 degrees. In this case, according to the calculation, X-rays having a wavelength of about 10 ° or less are cut off. FIG. 4 is an experimental result showing an etching rate (Å / min) of Si and SiO ₂ with respect to an O ₂ gas concentration (%) of a mixed gas of SF ₆ gas and O ₂ gas. The ring current is shown normalized to 100 mA. From this figure, it should be possible to etch Si and SiO _{2 using} synchrotron radiation as an excitation light source. In this experimental system, SiO _{2 has} a higher etching rate than Si. It can be seen that as the oxygen gas concentration is increased, the etching rate of SiO ₂ does not decrease so much, but the etching rate of Si decreases rapidly, and the etching stops at an oxygen gas concentration of about 8%. In this experimental system, the etching rate of Si and SiO ₂ was determined by reactive ion etching (RIE), which is commonly used in the manufacturing process of semiconductor devices. is a high frequency discharge between parallel plate electrodes Te is different from the Si and SiO ₂ trends etch rate at performs directional etch) the ionic components in the etching gas plasma by causing a large amount to collide with the substrate to be processed . That is, reactive ion etching (etching gas is usually carbon tetrafluoride (CF ₄ ) or CF ₄
+ O ₂ is used), the etching rate ratio of Si to SiO ₂ (Si / SiO ₂ ) is about 30 to 70, whereas in this experimental system, the etching easiness is opposite for Si and SiO ₂ When the oxygen concentration is 8% or more, the etching rate ratio becomes infinite, and an extremely high etching selectivity is obtained. This difference is considered to be a difference between high-frequency excitation and optical excitation. From the spectrum of the absorption cross section of the etching gas shown in FIG. 7, it can be seen that the etching gas absorbs vacuum ultraviolet light (wavelength: 100 to 1000) out of synchrotron radiation well, so that it is actually excited by vacuum ultraviolet light and etched. It is considered that this is caused. Next, FIG. 5 shows the results of measuring the etching step shapes of the light irradiation part and the non-irradiation part. In this etching experiment, only SF ₆ gas was used as an etching gas. As can be seen from FIG. 5, SiO ₂ has a steep step and only the light-irradiated portion is etched, while Si has a gentle step and the non-irradiated portion is also etched. This tendency was the same even when O ₂ gas was added to SF ₆ gas. The fact that only the light-irradiated part of SiO ₂ is etched means that the surface-excited photochemical reaction is dominant, and that the non-irradiated part of Si is also etched is that the etching gas molecules are in the gas phase. This suggests that the etching is progressing by the active species generated by the excitation. Using such a property, when an experiment similar to the above-described experiment is performed using an etching chamber having the structure shown in FIG. 1, if the surface of the substrate 21 to be processed is not irradiated with synchrotron radiation, It is also possible to etch only Si while hardly etching SiO ₂ . It is clear from the data in FIGS. 4 and 5 that a high selectivity can be obtained also in this case. Therefore, by changing the substrate arrangement in this manner, only one of Si and SiO ₂ can be obtained with a high selectivity. It becomes possible to carry out etching. In the above experiment, no voltage was applied to the electrode 24 in the chamber 17, but it was observed that the application of a negative DC voltage to this accelerated the etching. This is presumably because ions of the etching gas excited by the synchrotron radiation are collected on the substrate to be processed by the electric field.
This method is effective for increasing the etching rate. As described above, the optical dry etching method of the present invention produces etching characteristics not seen in the conventional dry etching method, and such etching characteristics greatly contribute to the manufacture of semiconductor devices and the manufacture of future ultra-thin devices. It is considered possible. In the above embodiment, SF ₆ gas and O ₂ gas were used as the etching gas, and Si and SiO ₂ were used as the substrate to be processed. However, the present invention is not limited to these materials. This is apparent from the tendency of etching. That is, for other combinations of etching gas and substrate, the power density of synchrotron radiation, the performance of the differential pressure exhaust unit, the arrangement of the substrate to be processed in the etching chamber, the etching gas pressure and their mixing ratio, and Etching can be caused by appropriately setting the magnitude of the voltage applied to the electrode and the like. In this case, an etching characteristic not seen in the conventional dry etching as shown in this embodiment will be obtained. [Effects of the Invention] The optical dry etching apparatus of the present invention uses an electron synchrotron radiation light generator as a light source and directly introduces it into the etching chamber. Can be excited. Vacuum ultraviolet light can excite all types of etching gases because its photon energy is greater than the energy required to excite molecules. Therefore, as compared with the conventional dry etching using excimer laser light or the like as a light source, the applicable range for the etching gas and the type of the substrate to be processed can be remarkably expanded. Further, since etching characteristics that cannot be obtained by the conventional etching technology can be obtained, it is useful when applied to the manufacture of semiconductor devices and the like.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の特徴を最も良く表わしている光ドライ
エッチング装置の一実施例の基本的構成を示す模式図、
第２図は電子シンクロトロン放射光発生装置が放出する
放射光の強度スペクトルを示す図、第３図はエッチング
チェンバー部の別の構成を示す図、第４図及び第５図は
本発明の光ドライエッチング法を用いて得られる一実験
結果（エッチング特性）を表わす図、第６図は従来の光
ドライエッチング装置と方法を説明するための模式図、
第７図はエッチングガスの吸収スペクトルを示す図であ
る。 １……遠紫外光源、2,2′……遠紫外光、３……窓、4,1
7……チェンバー、5,18……エッチングガス導入口、6,1
9,25……基板支持台、7,21……被加工基板、10……電子
軌道リング、11……偏光磁石、12……シンクロトロン放
射光、13……光取り出し部、14……速断バルブ、15,16
……差圧排気部、20,24……電極、22……電源、23……
排気部、26……移動機構、27……トロイダルミラー、28
……ミラーチェンバー。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of one embodiment of an optical dry etching apparatus which best illustrates the features of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing the intensity spectrum of the emitted light emitted from the electron synchrotron radiation light generating device, FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the etching chamber part, and FIGS. 4 and 5 are light beams of the present invention. FIG. 6 shows an experimental result (etching characteristic) obtained by using a dry etching method. FIG. 6 is a schematic view for explaining a conventional optical dry etching apparatus and method.
FIG. 7 is a diagram showing an absorption spectrum of an etching gas. 1 ... far ultraviolet light source, 2,2 '... far ultraviolet light, 3 ... window, 4,1
7 …… Chamber, 5,18 …… Etching gas inlet, 6,1
9,25 ... substrate support, 7,21 ... substrate to be processed, 10 ... electron orbital ring, 11 ... polarizing magnet, 12 ... synchrotron radiation, 13 ... light extraction part, 14 ... fast cutting Valve, 15,16
…… Differential pressure exhaust section, 20,24 …… Electrode, 22 …… Power supply, 23 ……
Exhaust part, 26 ... Moving mechanism, 27 ... Toroidal mirror, 28
...... mirror chamber.

フロントページの続き (72)発明者 内海 裕一 厚木市森の里若宮３番１号 日本電信電 話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−35522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216558（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−53025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−232927（ＪＰ，Ａ)Continuation of front page    (72) Inventor Yuichi Utsumi               3-1 Morinosato Wakamiya, Atsugi Nippon Telegraph and Telephone               Atsugi Electric Communication Laboratory Co., Ltd.                (56) References JP-A-61-35522 (JP, A)                 JP-A-60-216558 (JP, A)                 JP-A-60-53025 (JP, A)                 JP-A-62-232927 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．電子シンクロトロンから放射される真空紫外光を、
差圧排気手段を通してエッチングチェンバー内に導き、
前記チャンバーにエッチングガスを導入して被加工基板
を光ドライエッチングする光ドライエッチング装置にお
いて、 被加工基板に対向してその中心部が開孔している電極を
配置し、かつ前記電極に直流電圧を印加する電源を設
け、前記真空紫外光が前記電極の開孔部を通過すること
を特徴とする光ドライエッチング装置。 ２．電子シンクロトロンから放射される真空紫外光を、
差圧排気手段を通してエッチングチャンバー内に導き、
前記紫外光を前記エッチングチャンバー内に供給された
エッチングガスと被加工基板に照射して、前記被加工基
板上の被エッチング物を前記真空紫外光の照射部分のみ
エッチングする光ドライエッチング方法において、 前記エッチングガスが六フッ化イオウガス（SF₆）と酸
素ガス（O₂）の混合ガスであり、六フッ化イオウ（S
F₆）ガスに対する酸素ガス（O₂）の混合比が８％以上で
あり、前記被加工基板がシリコン（Si）であり、かつ被
エッチング物が二酸化シリコン（SiO₂）であることを特
徴とする光ドライエッチング方法。(57) [Claims] The vacuum ultraviolet light emitted from the electron synchrotron is
Guided into the etching chamber through differential pressure exhaust means,
In an optical dry etching apparatus for optically dry-etching a substrate to be processed by introducing an etching gas into the chamber, an electrode having an opening at the center thereof is disposed opposite to the substrate to be processed, and a DC voltage is applied to the electrode. An optical dry etching apparatus, wherein a power supply for applying a voltage is applied, and the vacuum ultraviolet light passes through an opening of the electrode. 2. The vacuum ultraviolet light emitted from the electron synchrotron is
Guided into the etching chamber through the differential pressure exhaust means,
An optical dry etching method for irradiating the ultraviolet light to an etching gas and a substrate to be processed supplied into the etching chamber to etch only an irradiated portion of the workpiece on the substrate to be processed by the vacuum ultraviolet light, The etching gas is a mixed gas of sulfur hexafluoride gas (SF ₆ ) and oxygen gas (O ₂ ).
F ₆ ) The mixing ratio of oxygen gas (O ₂ ) to gas is 8% or more, the substrate to be processed is silicon (Si), and the object to be etched is silicon dioxide (SiO ₂ ). Dry etching method.