JP2752807B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に関
し、詳しくは、半導体基板に深い溝の形成などの処理を
行うのに好適なプラズマ処理装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】単結晶シリコンのエッチングについて
は、たとえば、プロシーディング オブ１９８４ ドラ
イプロセスシンポジウム ｐ．１２１（１９８４）（Pr
oc. DryProcess Symposium p.121 (1984)）など、多く
報告されており、多くの方法が提案されている。また、
単結晶シリコン基板にドライエッチングによって深い溝
を形成する方法については、たとえば、久礼，他，応用
物理学会，秋期４４，講演予講集，１９８３年，第２６
３頁などに示されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記従来のＳｉエッチ
ングは、ＣＣｌ₄，ＳｉＣｌ₄等の塩化物ガスもしくはＣ
ＢｒＦ₃などの臭化物ガス等を主反応ガスとして使って
行なわれているが、エッチング速度が約１０００Å／分
と遅く、例えば、溝巾１.０μｍ，深さ３μｍの溝を形
成するためには３０分要し、かつ、エッチングに要する
時間が長いため、エッチングの途中におけるマスクの後
退によって、溝の幅も０.１μｍ程度変化してしまい、
溝を高い精度で形成するのは困難である等の問題があっ
た。またエッチングの際に用いられるマスクについて
も、３０分間のエッチングに耐えるだけの膜厚を持った
マスクパターンを形成しなければならず、マスクの材料
としても、十分なエッチング耐性を有する材料を使用す
ることが必要であった。 【０００４】本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、極めて高い精度の加工が可能で、溝幅が小さく、か
つ、アスペクト比の大きな溝を高い精度で迅速に形成す
ることのに特に好適なドライエッチング装置を提供する
ことである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的は、処理すべき
試料を置くための試料台の温度を、所定の温度に正確に
制御することによって達成される。この温度制御は、上
記試料台の温度を検出するための温度センサーを設け、
この温度センサーの出力を用いることによって、極めて
高い精度で行うことができる。 【０００６】 【作用】ドライエッチングでは、プラズマ中に発生した
正イオン，中性粒子等が被エッチング物表面に入射し、
表面原子と反応する正イオンは被エッチング物に対し垂
直に入射するが、中性粒子は熱運動であり方向性はな
い。ここで、エッチングされる表面を、図１に示すよう
に、マスク３０の水平面Ａ，マスク３０の側面Ｂ，被エ
ッチング物３１の底面Ｃ，被エッチング面の側面Ｄに分
けて、各面でのエッチング現象を取り扱かうことができ
る。エッチング時には、水平な面ＡとＣにはプラズマ中
の正イオンと中性粒子（ガス分子，解離した中性原子，
分子）が入射し、いわゆるイオンアシスト反応が起きて
いる。一方、側面であるＢとＤでは、第一近似として
は、プラズマ中で解離した電気的に中性の原子，分子が
入射するだけでイオンの入射はない。但し、ガス圧力が
０.１Torrから１Torrと高くなると、ガス分子とイオン
との散乱により側面にもイオンが入射する現象が起こ
り、第一近似が成り立たなくなる。したがって、第一近
似の成立する範囲として０.１Torr以下の圧力を考え
る。ただし０.１〜０.５Torrにおいても散乱されるイオ
ンの量が少なく第一近似を行なって実用上支障はない。 【０００７】第一近似の成り立つ場合、側面Ｂ，Ｄで
は、ガス分子とガス分子が解離してできた原子、分子が
表面原子と反応する。これに対し、水平面ＡとＣでは上
記原子と分子とイオンとの相乗効果による表面原子のエ
ッチング反応がすすむ。いずれの反応においても、表面
に吸着した化学的に活性な粒子が表面原子と反応し、蒸
気圧の高い反応生成物を形成して、表面から脱離し、ガ
ス状になって排気されることにより表面のエッチュング
がすすむ。ここで、エッチングでは固体表面との反応性
が高くても、反応生成物の蒸気圧が著しく低い場合は、
表面から生成物が脱離せず、固体表面に残ってエッチン
グの進行が阻害されることになる。また、ガス分子は表
面に入射しても反応せず、その分子の状態で脱離し排気
され、直接エッチングに寄与しない。反応生成物の蒸気
圧は、被エッチング物である固体表面の温度に依存する
ので、エッチング時には温度が重要な因子である。反応
確率も温度に依存するので、エッチング速度は温度によ
って変化する。 【０００８】通常のエッチングにおいては、被エッチン
グ物は水冷（約１５℃）された試料台上に載置され、プ
ラズマにさらされる。したがって、被エッチング物やマ
スクの側面Ｂ，Ｄでは、その水温における活性種の反応
確率と反応生成物の蒸気圧によって、エッチング速度の
大小が決まることになる。 【０００９】例えば、反応種がＦ原子、被エッチング物
の表面原子がＳｉである場合の反応確率は約０.０１で
あり、反応生成物の蒸気圧は、エッチングガス圧の１０
⁶倍以上である。これらの値とＦ原子がプラズマ中では
多量に発生していることを考え合わせると、水冷したエ
ッチングでは大きなＳｉの側面Ｄのエッチングが起るこ
とになる。マスク材として有機レジストを使ったときに
も、Ｆ原子との反応確率がＳｉの場合と同程度となっ
て、マスクの側面もエッチングが起る。すなわち、Ｆ原
子が活性種となる放電を用いた場合、マスクとＳｉの両
方とも、著しいサイドエッチングを起こすことになり、
微細加工性がそこなわれてしまう。また、少量のＦ原子
によりエッチングを行なう場合でも、側面でエッチング
が大きくない反面、底面であるＡ，Ｃ面のエッチングも
遅くなり、両者は相殺されて、結局サイドエッチングは
大きくなってしまう。 【００１０】上記説明から明らかなように、水冷しただ
けの被エッチング物では、Ｆ原子が活性種となるエッチ
ングによって高精度の微細加工を行なうのは困難であ
る。そのため、従来、溝型キャパシターや素子間分離な
どに用いられ微細な溝を形成するためのエッチングで
は、弗素系ガスは使用されず、塩素系ガスや臭素系ガス
が使われている。これは、水冷温度においてもプラズマ
中に発生する塩素原子や臭素原子とＳｉ、レジストの反
応確率が弗素原子とＳｉの反応確率の１／１００以下で
非常に小さく、かつ、反応生成物の蒸気圧が、十分高い
ので、サイドエッチが起り難いためである。 【００１１】水平面Ａ，Ｃでは、イオンもエッチングに
関与し、イオンアシスト反応が起きる。エッチングの反
応確率は、イオンのもつエネルギーにより反応が活性化
されて大きくなる。ジャーナル オブ バキューム サ
イエンス アンド テクノロジＢ４，No. (２）（１９
８６）４５９−４６７（J. Vac, Sci, Technol B4, No.
(2) (1986) 459-467）に記載されているようにイオン照
射面では、弗素系ガス，塩素系ガス，臭素系ガスの全て
の場合でエッチング反応確率は、０.１〜０.５と同程度
であって、深さ方向のエッチング速度は、Ｆ，Ｃｌ，Ｂ
ｉ原子とＳｉの反応では、大差ないことになる。しか
し、同論文でも述べられているように、ＣＣｌ₄，Ｓｉ
Ｃｌ₄，ＣＢｒＦ₃もしくはＣ₂Ｂｒ₂Ｆ₄などをエッチン
グガスとして用いると、これらのガスには、ガス分子中
にハロゲン元素のほかにＣやＳｉが含まれており、エッ
チング中に被エッチング物の表面にＣやＳｉが堆積し、
Ｓｉのエッチングを阻害する大きな要因となる。すなわ
ち、単結晶Ｓｉのエッチングに、上記ガスをエッチング
ガスとして用いると、深さ方向のエッチング速度は、１
０００Å／分程度と非常に小さくなる。一方、マスクの
水平面Ａでは、同様のイオンアシスト反応が有機膜の表
面で起りエッチング速度は５００Å／分程度と大きいの
で、深い溝を形成するときにはＳｉＯ₂などのエッチン
グ耐性の高い厚い膜をマスクとして用いることが多かっ
た。 【００１２】しかし、ＳｉやＣを含まないエッチングガ
スを用い、かつ、被エッチング物の温度を上記のように
低くしてエッチングを行なうことにより、上記問題はす
べて解決され、サイドエッチを効果的に防止しながら、
極めて迅速にエッチングを行なうことができる。 【００１３】すなわち、エッチングガスがＳｉやＣを含
まないため、エッチングの際に被エッチング表面上での
堆積物の堆積が無く、深さ方向のエッチング速度が大き
くなって、深い溝を迅速に形成できる。また、上記のよ
うな低温に被エッチング物が保たれた状態でエッチング
が行なわれるため、シリコンのサイドエッチが著しく減
少するばかりでなく、マスクのサイドエッチも著しく減
少できるので、レジスト膜をマスクに用いて高い精度の
エッチングを行なうことが可能である。この場合、レジ
スト膜表面のエッチング速度も、低温になるほど低下す
ることが認められ、レジスト膜の膜厚をあまり大きくす
る必要はないことがわかった。 【００１４】本発明者の検討によれば、単結晶シリコン
と弗素原子との反応確率は、被エッチング物の温度が２
０℃において、０.００８±０.００３であるが、−２０
℃では、０.００５±０.００３となり、−４０℃で、
０.００２±０.００１となり、−６０℃では、０.００
０８±０.０００５となって、−６０℃に冷却すると２
０℃の値の１／１０となることが認められた。 【００１５】弗素ガスおよび弗化物ガスのプラズマを用
いたシリコンのエッチングでは、この弗素原子とシリコ
ンの反応確率が小さくなると、サイドエッチング量が、
これに対応して減少し、被エッチング物の温度を下げる
ことが、サイドエッチングを減少させるのに極めて有効
であることがわかった。すなわち、反応確率が１／１０
になると、サイドエッチング量も１／５〜１／１０に減
少し、従来の方法では困難であった幅が小さく、アスペ
クト比の大きな溝を高い精度で形成できることが確めら
れた。したがって、弗素を含むガスを用いたシリコンの
異方性加工には被エッチング物を−６０℃以下の温度と
するのが好適である。このような低温では、プラズマか
らの粒子が、冷却された被エッチング物の表面に吸着し
やすくなる。深さ方向のエッチング速度は、この吸着量
の増加によって増大する。すなわち、被エッチング物が
上記低温になると、シリコン基板の表面に吸着する弗素
の量は著しく増加するが、吸着された弗素に、プラズマ
からのイオンが照射されると、イオンの有するエネルギ
によって、弗素とシリコンのエッチング反応が行なわれ
る。この場合、シリコン基板表面に吸着された弗素の量
が多いほど、上記エッチングの速度が大きくなるのは、
いうまでもないことであり、その結果被エッチング物で
あるシリコン基板を−６０℃以下に冷却することによっ
て、エッチング速度が大きく、かつ、異方性加工ができ
るという２重の効果が得られる。 【００１６】塩素原子とシリコンの反応確率は、２０℃
において１０~³〜１０~⁴であり、この確率が１／１０と
なる温度は−４０℃であった。従って、塩素ガスまた
は、塩素化合物ガスを用いて、エッチングする場合は、
−４０℃以下にすると高速かつ異方性のすぐれた加工が
できる。 【００１７】臭素原子とシリコンでは、反応確率が２０
℃における反応確率１／１０となる温度は−１０℃であ
った。したがって臭素ガスまたは臭化物ガスプラズマに
よりシリコンを高速異方性エッチングする時には、被エ
ッチング物の温度を−１０℃以下に保持することが好ま
しい。 【００１８】上記のように、ハロゲンの種類により、温
度域が異なるのは、各々のハロゲン原子とシリコンの反
応の活性化エネルギーが異なることによる。弗素原子
は、活性化エネルギーが最も低く、塩素，臭素の順で大
きい。このため、臭素を含むガスの場合で、エッチング
に適する温度が、他のハロゲンより高くなる。 【００１９】エッチングを速く行ない得ることは、所要
時間の短縮につながる。高速化にはエッチングに寄与で
きる粒子を増やすことが必要であり、低温になるほど被
エッチング物表面のハロゲン原子の吸着量が増えるとい
う低温特有の現象により、高速化が達成される。 【００２０】上記のように、ＳｉおよびＣを含まず、
Ｆ，ＣｌおよびＢｒの少なくとも一種を含むガスが、エ
ッチングガスとして好ましい。 【００２１】このようなガスとしては、たとえば、
Ｆ₂，ＳＦ₆，ＮＦ₃，ＰＦ₃，Ｃｌ₂およびＢｒ₂などがあ
り、これらのガスを単独もしくは複数種使用できる。 【００２２】エッチング装置としては、周知の平行平板
形エッチング装置やマイクロ波プラズマエッチング装置
などを使用できる。また、ガス圧力なども、従来用いら
れた値を使用できる。 【００２３】 【実施例】 〈実施例１〉図２は、単結晶シリコンの低温エッチング
を行なうために用いた平行平板型高周波放電プラズマエ
ッチング装置の一例を示したものであり、被エッチング
物８は冷却された試料台７上に載置され、プラズマによ
り処理された後、後処理室２へ搬送される。上記真空容
器１内にもうけられた冷却試料台７は、ヒータ９と冷媒
１０を用いて加熱と冷却を行ない熱電対１８の出力を制
御することにより被エッチング物８の温度が制御され
る。ガスプラズマは、ガス導入口４からガス導入と高周
波電力１１の印加によって発生し、被エッチング物８を
エッチングする。温度制御は、熱電対１８の出力検出器
１９とフィードバック機構２２により冷媒供給制御系２
３とヒータ電源１２を動作させることにより行なう。被
エッチング物８はエッチングした後、後処理室２に移
し、石英台１６上で加熱機構１５により加熱処理を行な
うことができる。 【００２４】本装置を用いて、有機レジスト膜をマスク
として単結晶シリコンの深溝エッチングを行なった。こ
こで深溝エッチングとは、幅１.０μｍ以下のマスクを
用い、エッチングの深さが開口部の寸法の２倍以上とな
りさらに、サイドエッチングが加工幅の１／１０以下で
あるエッチングを示すことにする。 【００２５】エッチングガスとしてＦ₂ガスを用い、ガ
ス圧力１００ｍTorr，入力電力３００Ｗ，流量１０sccm
とし、シリコン基板温度を−１００℃以下にしてエッチ
ングを行なうことにより、１.０μｍのマスク幅でマス
ク間隔１.０μｍ，深さ２.０μｍのエッチングをサイド
エッチング幅０.０５μｍで行なうことができた。入力
電力を４００Ｗおよび５００Ｗと大きくし、他の条件を
変えない場合の最適温度範囲は各々−９０℃以下、−８
０℃以下となった。入力電力を４００Ｗとし、ガス圧力
を、８０ｍTorr，６０ｍTorr，４０ｍTorr，２０ｍTor
r，１０ｍTorr，６ｍTorrと低下させた場合では、上記
良好なエッチングが各々−８５℃，−８０℃，−７５
℃，−７３℃，−７０℃，−６０℃以下において達成さ
れ、ガス圧力を低くするほど、温度範囲が広くなること
がわかった。すなわち、Ｆ₂ガスによりＳｉ深溝形成を
行なうには、−６０℃以下の低温に保ち、入力電力を大
きく、かつガス圧力を低くすることが好ましかった。し
かし、深さ方向エッチング速度は、ガス圧力が高く、入
力電力が大きい方が、大であった。３００Ｗ，１０ｍTo
rr，−７０℃においては、２５００Å／minであった。
１００ｍTorrでは５０００Å／min以上のエッチング速
度であった。 【００２６】温度を−９０℃以下に保てばサイドエッチ
ング幅を０.０３μｍ以下にできることが認められた。
一方、−１５０℃以下になるとＳｉＦ₄の蒸気圧が低下
するため、より高いイオンエネルギーをもつイオンが必
要となり、低ガス圧と高入力電力を必要とした。 【００２７】Ｆ₂ガスは低温エッチングに用いるとＳｉ
深溝加工のエッチング速度，サイドエッチングの両面で
優れたガスであることが認められた。 【００２８】マスクとしては有機レジスト膜が使用で
き、ＳｉＯ₂等をマスクとして使用した場合より著しく
工程数を減じることができた。 【００２９】〈実施例２〉ＳＦ₆を主放電ガスとしてプ
ラズマエッチングを行なう場合、ガス圧力１００ｍTor
r，入力電力３００Ｗのでは、冷却温度を−１００℃以
下にすると、深さ２μｍ、幅１μｍの溝を、単結晶シリ
コン基板にサイドエッチング幅０.０５μｍで形成でき
た。この場合のエッチング速度は、４０００Å／min以
上であり、従来の深溝形成に要する時間を１／４にする
ことが可能であった。Ｆ₂ガスに比較するとエッチング
速度は２０％程度小さいことがわかった。ガス圧力を変
化させるとＦ₂ガスの場合と同様、深溝加工に適する温
度が変わる。サイドエッチング量０.０５μｍを達成さ
せる時の上限温度は、図３曲線ａのようであった。曲線
ａの下の領域が深溝エッチングに好適な温度領域であ
る。このエッチング温度域は、入力電力を変化させると
変わる。入力電力が３００Ｗから４００Ｗと大きくなる
と、同じガス圧力下でも温度が約１０℃高い温度でも深
溝の形成が可能であった。５００Ｗでは、３００Ｗに比
して約１５℃高い温度でも深溝を形成できた。すなわ
ち、入力電力を高くすることにより、さらに広い温度範
囲での深溝形成が可能であることが認められた。エッチ
ング速度の面からも、入力電圧を高くすることが好まし
いが、過度に高くすると、選択比（下地やマスクのエッ
チング速度とシリコンのエッチング速度の比）が小さく
なってしまうので、入力電圧をあまり大きくするのは避
けた方がよい。 【００３０】ＳＦ₆ガスプラズマをエッチングに用いた
場合も、有機レジスト膜をエッチングマスクとして使用
して、良好なエッチングのできることが認められた。 【００３１】〈実施例３〉ＮＦ₃ガスを主放電ガスとし
て使用した場合、シリコンのエッチングはＦ₂を用いた
場合と類似の傾向が見られた、ＳＦ₆を用いた場合に比
べると、ＳＦ₆では表面にＳの堆積が生ずるのに対し、
ＮＦ₃中のＮはＮ₂となって排気されるためエッチング速
度が大きく、表面汚染も非常に少ない、という利点があ
る。 【００３２】良好な深溝エッチングは、反応ガスの圧力
と被エッチング物の温度を図４曲線ｂの下の領域内に選
べばよいことがわかった。図４は入力電力を３００Ｗと
したときに得られた条件であり、入力電力が大きくなる
と、曲線ｂよりも温度を約１０度高くしても良好な深溝
のエッチングが可能であった。 【００３３】マスクとしては、有機レジスト膜が使用で
き、Ｆ₂，ＳＦ₆をガスに用いた場合と同様に、従来の深
溝加工の際にマスクとして使用されたＳｉＯ₂にくら
べ、工程数を大幅に減少できた。 【００３４】ＰＦ₅を主放電ガスとした場合は、ＳＦ₆ガ
スを用いた場合と類似の結果が得られ、Ｓｉ深溝加工用
ガスとして使用できる。良好な結果の得られる条件は図
３に示したＳＦ₆を用いたときとほぼ等しいことが認め
られた。 【００３５】上記Ｆ₂，ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＮＦ₃を加工幅
１.０μｍ以下の深溝Ｓｉエッチングに用いると、エッ
チング速度が大きく、サイドエッチング幅も０.０５μ
ｍ以下と極めて小さいので、微細な溝を高い精度で迅速
にエッチするのに特に好適であることが認められた。 【００３６】〈実施例４〉本実施例は、Ｃｌ₂ガスを主
放電ガスとして用いて単結晶シリコンの深溝エッチング
を行なった例である。本実施例においても上記実施例と
同程度の深さ方向エッチング速度が得られ、さらに、サ
イドエッチング幅を弗素系ガスを用いたときのサイドエ
ッチング幅の１／２以下とすることができた。また、マ
スクとして有機レジスト膜が使用でき、そのエッチング
速度は、弗速系ガスを使った場合よりも５０〜７０％程
度小さくなった。 【００３７】すなわち、Ｃｌ₂ガスは加工幅よりも加工
深さの深い単結晶Ｓｉのエッチングに極めて有効であ
る。入力電力を５００Ｗとしてシリコン基板に深い溝を
形成するのに好適なＣｌ₂ガスの圧力と被エッチング物
濃度の範囲は、図５直線ｃと直線ｄではさまれた領域で
ある。Ｃｌ₂ガスは−１３０℃で約０.１１Torrの蒸気圧
となるため、−１３０℃以下ではエッチングが困難であ
った。直線ｃと直線ｄではさまれた領域内では好適なエ
ッチングが可能であり、入力電力を高くして４００Ｗと
した場合では、下限温度が直線ｄより約５度下がるとと
もに、上限温度が直線約５℃高くなり好適な範囲が広く
なることがわかった。より低い入力電力では温度上限が
やや下がり、下限温度がやや上がるが、両直線ではさま
れた領域内では深溝エッチングが可能であった。 【００３８】〈実施例５〉本実施例ではＢｒ₂ガスを主
放電ガスとして、Ｓｉの深溝エッチングを行なった。 【００３９】入力電力３００Ｗ，ガス圧力を６.５ｍTor
r、被エッチング物に温度を−６０℃としたとき、加工
幅０.５μｍ，エッチング深さ４μｍの加工を約１０分
で行なうことができ、その際に生じたサイドエッチの幅
は０.０５μｍであった。Ｂｒ₂ガスを使った場合に好適
な結果の得られる被エッチング物の温度範囲は−１０℃
から−１００℃であった。−１００℃以下では、Ｂｒ₂
ガスが被エッチング物の表面に堆積が生ずるので、−１
００℃以下にするのは避けた方がよい。 【００４０】〈実施例６〉Ｆ₂，ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＢＦ₃，
Ｃｌ₂，Ｂｒ₂ガスを、それぞれ単独で使用しても深溝エ
ッチングが可能であるが、エッチング速度向上と高選択
比の点から、複数ガスを混合して使用すると、さらに好
ましい結果が得られる。エッチングに好適な被エッチン
グ物の温度範囲は、混合するガスの各々の上限温度の低
い方の温度以下とすれば、非常に好ましい結果を得られ
ることがわかった。 【００４１】複数種のガスを時間的に交互に導入する方
法も選択比の向上に極めて有効であることが確認され
た。 【００４２】〈実施例７〉上記実施例１〜６は、いずれ
も図２に示した平行平板形のエッチング装置を用いて得
られた例であるが、本実施例では、図６に示したマイク
ロ波エッチング装置を用いた。本装置は、周知のマイク
ロ波エッチング装置に新たに、被エッチング物１′を低
温に保つための冷却機構を設けたものであり、本実施例
では、液体窒素デュワー２′により、上下移動機構のつ
いた試料台３′に液体窒素を送りこみ被エッチング物
１′を低温に保った。またヒータ４′により同時に加熱
し、温度制御性を良くした。試料台３′には同時に高周
波電圧が印加でき、これにより被エッチング物１′にバ
イアスを印加することもできる。また、試料台３の表面
は被エッチング物載置面を除き、テフロンで覆った。こ
のテフロンは、冷却面が直接ガスに接触しないようにす
るためのものであるが、通常は、テフロンを使用せず、
試料台３′の表面を露出させてもよい。また、液体窒素
による冷却以外でも、被エッチング物をの所定の温度以
下に保持できる方法であれば、同様に使用できる。 【００４３】エッチングガスとしてＦ₂ガスを用い、上
記マイクロ波エッチング装置によって単結晶シリコンの
エッチングを行なった。バイアス電圧を１５０Ｖとして
エッチングを行なった場合、１０~⁴Torrから１Torrまで
のガス圧力域では、第７図に示した曲線ｌと直線ｆには
されまた領域において、良好な深溝形成を行なうことが
できた。本実施例では、幅が１.０μｍ以下、深さが幅
の少なくとも２倍以上の溝を、高い精度で迅速に形成で
き、その時のサイドエッチ幅はエッチング幅の１／１０
以下とすることができた。 【００４４】被エッチング物の温度を−１３０℃に保
ち、ガス圧力を１００ｍTorrとし、バイアス電圧を１５
０Ｖとすると、エッチング速度は１μｍ／分となった。
この値はＶｆ放電の約２倍のエッチング速度であり、深
溝形成の処理時間低減にさらに効果的であることが確め
られた。 【００４５】したがって、枚葉式エッチング装置に新た
に、低温試料テーブルを設けた装置が、スループット向
上に著しく効果的であり、特に６インチ径以上のシリコ
ン基板の処理に有効であった。 【００４６】〈実施例８〉ＳＦ₆，ＰＦ₅，ＮＦ₃，Ｃｌ₂
をそれぞれエッチングガスとして用いても、マイクロ波
低温エッチングによってＳｉに深溝を形成することが可
能であった。いずれのガスを用いても、−８０℃〜−１
６０℃の温度範囲でバイアス印加を−５０Ｖ以上とする
ことにより、エッチング速度が５０００Å／分以上で、
かつサイドエッングがエッチング幅の１／１０以下の深
溝加工を行なうことができた。バイアスで−５０Ｖより
低いと、エッチング速度が小さくなるが、ダメージが非
常に少なくなるので、エッチングの際のダメージを極度
に少なくする必要があるときは、バイアスを低くしてエ
ッチングを行なうようにすればよい。 【００４７】〈実施例９〉Ｂｒ₂ガスにと上記マイクロ
波低温エッチング装置を用いた場合、試料温度範囲−１
０〜−６０℃において、良好な深溝形成を行なうことが
できた。 【００４８】上記実施例７〜９においても有機レジスト
膜をエッチングマスクとして使用できる。したがって深
溝を形成する際に、ＳｉＯ₂をマスクに用いた従来の方
法よりも工程数の低減が可能である。単結晶シリコン基
板に深い溝を形成し、これをキャパシターや素子間分離
用のアイソレーション溝として用いることが、半導体装
置の集積密度向上に極めて重要になった来た。上記実施
例１〜９から明らかなように、本願発明は、これら、ト
レンチキャパシターやＵ型アイソレーションの実現に特
に有効である。 【００４９】 【発明の効果】本発明によれば、エッチング速度を高速
化でき、かつ、エッチングマスクとして有機レジスト膜
が使用可能となるので、単結晶シリコンの深溝加工の処
理時間短縮と工程数低減に著しい効果がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus.
In detail, processing such as forming deep grooves in the semiconductor substrate
The present invention relates to a plasma processing apparatus suitable for performing the above. [0002] 2. Description of the Related Art Etching of single crystal silicon
Is, for example, the proceedings of 1984
IProcess Symposium p. 121 (1984) (Pr
oc. DryProcess Symposium p.121 (1984))
It has been reported and many methods have been proposed. Also,
Deep trench in single crystal silicon substrate by dry etching
For example, Kure, et al., Application
The Physical Society of Japan, Autumn 44, Preliminary Lectures, 1983, 26th
It is shown on page 3 and the like. [0003] The above-mentioned conventional Si etch
Is CCl_Four, SiCl_FourChloride gas or C
BrF_ThreeUsing bromide gas, etc., as the main reaction gas
It is performed, but the etching rate is about 1000 分 / min.
For example, a groove with a groove width of 1.0 μm and a depth of 3 μm is formed.
It takes 30 minutes to complete and etching
Because of the long time, after the mask during the etching
Due to the retreat, the width of the groove also changes about 0.1 μm,
It is difficult to form grooves with high precision.
Was. Also about the mask used for etching
Had a thickness enough to withstand etching for 30 minutes
A mask pattern must be formed, and the mask material
Use a material that has sufficient etching resistance.
Was necessary. An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems.
And extremely high-precision machining is possible, and the groove width is small.
And quickly form grooves with a large aspect ratio with high precision.
To provide a dry etching apparatus particularly suitable for
That is. [0005] SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to be addressed.
Precisely adjust the temperature of the sample stage for placing the sample to the specified temperature.
Achieved by controlling. This temperature control is
A temperature sensor for detecting the temperature of the sample stage is provided,
By using the output of this temperature sensor,
It can be performed with high accuracy. [0006] [Function] In dry etching, generated in plasma
Positive ions, neutral particles, etc. enter the surface of the workpiece,
Positive ions that react with surface atoms hang on the workpiece.
Although it is incident directly, neutral particles are thermal motion and have no directionality.
No. Here, the surface to be etched is as shown in FIG.
The horizontal plane A of the mask 30, the side B of the mask 30,
The bottom surface C of the etching object 31 and the side surface D of the etched surface are separated.
In addition, it is possible to handle the etching phenomenon on each side
You. During etching, plasma is applied to horizontal surfaces A and C
Positive ions and neutral particles (gas molecules, dissociated neutral atoms,
Molecules) and the so-called ion-assisted reaction occurs
I have. On the other hand, for the sides B and D, as a first approximation
Means that electrically neutral atoms and molecules dissociated in the plasma
There is no ion incidence just incident. However, if the gas pressure is
When the pressure rises from 0.1 Torr to 1 Torr, gas molecules and ions
The phenomenon that ions enter the side due to scattering
Therefore, the first approximation does not hold. Therefore, near first
Consider a pressure below 0.1 Torr as a similar range
You. However, even at 0.1 to 0.5 Torr
There is no practical problem when the first approximation is performed with a small amount of components. When the first approximation holds, the side surfaces B and D
Are the atoms and molecules formed by the dissociation of gas molecules
Reacts with surface atoms. On the other hand, in horizontal planes A and C,
Surface atom due to the synergistic effect of the
The pitching reaction proceeds. In any reaction, the surface
The chemically active particles adsorbed on the surface react with the surface atoms,
Form high pressure reaction products that desorb from the surface and
Etching of the surface by exhausting in the shape of
Go on. Here, in the etching, the reactivity with the solid surface
Is high, but the vapor pressure of the reaction product is extremely low,
The product does not desorb from the surface and remains on the solid surface
Progress of the vehicle is hindered. The gas molecules are
Does not react even if incident on the surface, desorbs in the state of its molecules and exhausts
And does not directly contribute to etching. Reaction product vapor
The pressure depends on the temperature of the solid surface to be etched
Therefore, temperature is an important factor during etching. reaction
Since the probability also depends on the temperature, the etching rate depends on the temperature.
Change. In normal etching, the etching target
The sample is placed on a water-cooled (about 15 ° C)
Exposed to Razuma. Therefore, objects to be etched and
On the sides B and D of the disc, the reaction of active species at the water temperature
Depending on the probability and the vapor pressure of the reaction product, the etching rate
The size will be decided. For example, if the reactive species is F atom, the object to be etched
When the surface atom of is Si, the reaction probability is about 0.01.
The vapor pressure of the reaction product is 10 times the etching gas pressure.
⁶More than double. These values and the F atoms in the plasma
Considering that a large amount is generated, water-cooled
Etching of the side surface D of the large Si occurs in the etching.
And When using organic resist as a mask material
Also has the same probability of reaction with F atoms as Si.
Therefore, etching also occurs on the side surface of the mask. That is, F field
When a discharge in which the element becomes an active species is used, both the mask and the Si
Both will cause significant side etching,
Fine workability is impaired. Also, a small amount of F atom
Etching on the side even when etching by
Is not large, but the etching of the bottom A and C faces
It's late and both are offset, so the side etching is
It gets bigger. [0010] As is clear from the above description, the water was cooled.
In the etching target, the F atom becomes an active species.
It is difficult to perform high-precision micromachining by
You. For this reason, conventionally, trench capacitors and element isolation
Etching used to form fine grooves
Does not use fluorine gas, but chlorine gas or bromine gas.
Is used. This means that the plasma
Chlorine and bromine atoms generated in the reaction with Si and resist
The reaction probability is less than 1/100 of the reaction probability between fluorine atom and Si.
Very small and the vapor pressure of the reaction product is high enough
This is because side etching hardly occurs. On the horizontal planes A and C, ions are also etched.
And an ion-assisted reaction occurs. Anti-etching
The response probability is that the reaction is activated by the energy of the ions
Being bigger. Journal of Vacuum
Science and Technology B4, No. (2) (19)
86) 459-467 (J. Vac, Sci, Technol BFour, No.
(2) Ion irradiation as described in (1986) 459-467).
On the launch surface, all of fluorine-based gas, chlorine-based gas, and bromine-based gas
, The etching reaction probability is about the same as 0.1 to 0.5
And the etching rate in the depth direction is F, Cl, B
There will be no significant difference in the reaction between the i atom and Si. Only
And, as stated in the same paper, CCl_Four, Si
Cl_Four, CBrF_ThreeOr C_TwoBr_TwoF_FourEtchin etc
When used as a gas, these gases contain
Contains C and Si in addition to halogen elements.
C and Si are deposited on the surface of the workpiece during etching,
This is a major factor that hinders the etching of Si. Sand
In addition, the above gas is used for etching single crystal Si.
When used as a gas, the etching rate in the depth direction is 1
It is very small, about 000 ° / min. Meanwhile, the mask
In the horizontal plane A, a similar ion-assisted reaction occurs on the surface of the organic film.
It occurs on the surface and the etching rate is as large as about 500 ° / min.
Therefore, when forming a deep groove, SiO_TwoEtchin
Often, a thick film with high resistance to
Was. However, an etching gas containing no Si or C
And the temperature of the object to be etched is adjusted as described above.
The problem described above can be avoided by performing etching at a low
All are resolved, while effectively preventing side etch,
Etching can be performed very quickly. That is, the etching gas contains Si or C.
The surface on the surface to be etched during etching.
No sediment deposition, high etching rate in the depth direction
As a result, a deep groove can be quickly formed. Also,
Etching with the object to be etched kept at a low temperature
, Silicon side etch is significantly reduced
Not only is it less, but the mask side etch is also significantly reduced
The use of a resist film as a mask
Etching can be performed. In this case, the cash register
The etching rate on the surface of the film also decreases as the temperature decreases.
That the thickness of the resist film is too large.
Turned out to be unnecessary. According to the study of the present inventor, single-crystal silicon
The probability of the reaction between hydrogen and fluorine atoms is that the temperature of the object to be etched is 2
At 0 ° C., 0.008 ± 0.003, but −20.
At ℃, it becomes 0.005 ± 0.003, and at -40 ° C,
0.002 ± 0.001 and at −60 ° C., 0.00
08 ± 0.0005, and when cooled to -60 ° C, 2
It was found to be 1/10 of the value at 0 ° C. Use of plasma of fluorine gas and fluoride gas
In the etching of the silicon, the fluorine atoms and silicon
When the reaction probability of
Correspondingly reduced, lowering the temperature of the workpiece
Is extremely effective in reducing side etching
It turned out to be. That is, the reaction probability is 1/10
, The amount of side etching also decreases to 1/5 to 1/10
The width, which was difficult with the conventional method, is small
It is clear that grooves with a high power ratio can be formed with high precision
Was. Therefore, silicon using a gas containing fluorine
For anisotropic processing, the object to be etched must be kept at a temperature of
It is preferred to do so. At such low temperatures, plasma
These particles are adsorbed on the surface of the cooled
It will be easier. The etching rate in the depth direction is
It increases with the increase. That is, the object to be etched is
The fluorine adsorbs on the surface of the silicon substrate when the temperature becomes low.
Is significantly increased, but the adsorbed fluorine
When the ions from are irradiated, the energy of the ions
Causes an etching reaction between fluorine and silicon.
You. In this case, the amount of fluorine adsorbed on the silicon substrate surface
The more the number is, the faster the etching speed is
Needless to say, as a result,
By cooling a silicon substrate below -60 ° C,
High etching rate and anisotropic processing
A double effect is obtained. The probability of reaction between chlorine atoms and silicon is 20 ° C.
At 10 ~^Three-10 ~^FourAnd this probability is 1/10
The resulting temperature was −40 ° C. Therefore, chlorine gas or
When etching using chlorine compound gas,
If the temperature is lower than -40 ° C, high speed and excellent anisotropic processing can be achieved.
it can. The reaction probability between bromine atoms and silicon is 20.
The temperature at which the reaction probability at 1 ° C is 1/10 is -10 ° C.
Was. Therefore, bromine gas or bromide gas plasma
When performing high-speed anisotropic etching of silicon,
It is preferable to keep the temperature of the touched object below -10 ° C.
New As described above, depending on the type of halogen,
The difference in the temperature range is due to the reaction between each halogen atom and silicon.
Due to different activation energies. Fluorine atom
Has the lowest activation energy, followed by chlorine and bromine in that order.
Good. Therefore, in the case of a gas containing bromine,
Is higher than other halogens. It is necessary to be able to perform etching quickly.
It will save you time. Contribute to etching for high speed
It is necessary to increase the number of particles that can be cut.
It is said that the adsorption amount of halogen atoms on the etched surface will increase
High speed is achieved by the phenomenon peculiar to the low temperature. As mentioned above, it does not contain Si and C,
The gas containing at least one of F, Cl and Br is
Preferred as a etching gas. As such a gas, for example,
F_Two, SF₆, NF_Three, PF_Three, Cl_TwoAnd Br_TwoEtc.
These gases can be used alone or in combination. As an etching apparatus, a well-known parallel flat plate is used.
Type etching equipment and microwave plasma etching equipment
Etc. can be used. In addition, gas pressure etc.
Value can be used. [0023] 【Example】 <Embodiment 1> FIG. 2 shows low temperature etching of single crystal silicon.
Parallel plate high-frequency discharge plasma
This shows an example of the etching device,
The object 8 is placed on the cooled sample stage 7, and
After being processed, it is transferred to the post-processing chamber 2. Above vacuum volume
The cooling sample stage 7 provided in the vessel 1 has a heater 9 and a refrigerant.
10 to control the output of thermocouple 18 by heating and cooling
By controlling the temperature of the object 8 to be etched,
You. Gas plasma is introduced from gas inlet 4 and high
Generated by the application of the wave power 11,
Etch. The temperature control is based on the output detector of the thermocouple 18.
19 and the feedback mechanism 22 for the refrigerant supply control system 2
3 and the heater power supply 12 are operated. Suffered
After etching, the etching product 8 is moved to the post-processing chamber 2.
Then, a heating process is performed by the heating mechanism 15 on the quartz table 16.
I can. Using this apparatus, an organic resist film is masked.
As a result, a deep groove etching of single crystal silicon was performed. This
Here, the deep groove etching means that a mask having a width of 1.0 μm or less is used.
Used and the etching depth is at least twice the dimension of the opening.
Furthermore, if side etching is 1/10 or less of the processing width
Let us show some etching. F as an etching gas_TwoUsing gas, gas
Pressure 100mTorr, input power 300W, flow rate 10sccm
And set the silicon substrate temperature to -100 ° C or lower
Masking to form a mask with a mask width of 1.0 μm.
Etching at 1.0 μm gap and 2.0 μm depth
The etching was performed with an etching width of 0.05 μm. input
Increase the power to 400W and 500W,
The optimum temperature ranges when not changed are -90 ° C or less and -8, respectively.
It became 0 degreeC or less. Input power 400W, gas pressure
80mTorr, 60mTorr, 40mTorr, 20mTorr
r, 10 mTorr, 6 mTorr
Good etching at -85 ° C, -80 ° C, -75 respectively
℃, -73 ℃, -70 ℃, achieved below -60 ℃
The lower the gas pressure, the wider the temperature range
I understood. That is, F_TwoDeep Si groove formation by gas
To do this, keep the temperature below -60 ° C and increase the input power.
It was preferred that the pressure be low and the gas pressure be low. I
However, the etching rate in the depth direction is
The greater the power, the greater. 300W, 10mTo
At rr, -70 ° C., it was 2500 ° / min.
At 100 mTorr, the etching rate is 5000Å / min or more
Degree. If the temperature is kept below -90 ° C., side etching
It was recognized that the width of the ring could be reduced to 0.03 μm or less.
On the other hand, when the temperature becomes -150 ° C or lower, SiF_FourVapor pressure drops
For this reason, ions with higher ion energy are required.
In short, it required low gas pressure and high input power. F_TwoThe gas is Si
Etching rate for deep groove processing, both side etching
It was found to be an excellent gas. An organic resist film can be used as a mask.
, SiO_TwoRemarkably more than when using as a mask
The number of steps could be reduced. <Example 2> SF₆As the main discharge gas
When performing plasma etching, gas pressure 100mTor
r, when the input power is 300W, the cooling temperature is -100 ° C or less.
Downward, a groove with a depth of 2 μm and a width of 1 μm is
Can be formed on a board with a side etching width of 0.05 μm
Was. In this case, the etching rate is 4000Å / min or less.
The time required for forming a conventional deep groove is reduced to 1/4.
It was possible. F_TwoEtching compared to gas
The speed was found to be as low as 20%. Change gas pressure
F_TwoAs with gas, a temperature suitable for deep groove machining
The degree changes. Achieved 0.05μm side etching amount
The upper limit temperature during the heating was as shown by curve a in FIG. curve
The area under a is a temperature area suitable for deep groove etching.
You. This etching temperature range can be changed by changing the input power.
change. Input power increases from 300W to 400W
And at a temperature about 10 ° C higher even under the same gas pressure,
A groove could be formed. At 500W, compared to 300W
As a result, a deep groove could be formed at a temperature about 15 ° C. higher. Sand
In other words, by increasing the input power,
It was confirmed that deep grooves could be formed in the surrounding area. Etch
It is also desirable to increase the input voltage in terms of
However, if the ratio is too high, the selection
(The ratio of the etching rate to the silicon etching rate) is small.
Do not increase the input voltage too much.
Better to sing. SF₆Gas plasma used for etching
Also, use organic resist film as etching mask
As a result, it was confirmed that good etching was possible. <Embodiment 3> NF_ThreeGas as the main discharge gas
When used, silicon etching is F_TwoUsing
SF similar to the case was observed₆Compared to when
In short, SF₆In this case, S is deposited on the surface,
NF_ThreeN in is N_TwoEtching speed due to exhaust
The advantages are high degree of contamination and very low surface contamination.
You. Good deep groove etching depends on the pressure of the reaction gas.
And the temperature of the object to be etched are selected in the area below curve b in FIG.
I knew it was good. Fig. 4 shows that the input power is 300W
This is the condition obtained when the input power increases
And good deep groove even if the temperature is higher than curve b by about 10 degrees.
Could be etched. An organic resist film is used as a mask.
Come, F_Two, SF₆As in the case of using
SiO used as a mask during groove processing_TwoNikura
In addition, the number of processes was greatly reduced. PF_FiveIs the main discharge gas, SF₆Moth
Results similar to those obtained using
Can be used as gas. The conditions for obtaining good results are shown in the figure.
SF shown in 3₆Is almost the same as when using
Was done. The above F_Two, SF₆, PF_Five, NF_ThreeThe processing width
When used for deep groove Si etching of 1.0 μm or less,
High switching speed and 0.05μ side etching width
m and extremely small, so that fine grooves can be formed quickly with high accuracy
It has been found to be particularly suitable for etching. <Embodiment 4> This embodiment uses Cl_TwoMainly gas
Deep trench etching of single crystal silicon using as discharge gas
This is an example of performing. In this embodiment, too,
The same depth direction etching rate can be obtained.
Side etching when the fluoride etching gas is used
It was possible to reduce the width to 1/2 or less. Also,
Organic resist film can be used as a mask and its etching
The speed is about 50-70% compared with the case of using fluorine gas.
It has become smaller. That is, Cl_TwoGas processing rather than processing width
Extremely effective for etching deep single crystal Si
You. With an input power of 500 W, a deep groove is formed in the silicon substrate.
Cl suitable for forming_TwoGas pressure and workpiece
The range of density is the area between the straight line c and the straight line d in FIG.
is there. Cl_TwoThe gas has a vapor pressure of about 0.11 Torr at -130 ° C.
Therefore, etching is difficult at −130 ° C. or lower.
Was. In the region between the straight line c and the straight line d,
It is possible to increase the input power to 400W
In this case, the lower limit temperature is about 5 degrees lower than the straight line d.
In addition, the upper limit temperature increases linearly by about 5 ° C, and the suitable range is wide.
It turned out to be. At lower input power, the upper temperature limit
The temperature drops slightly and the minimum temperature rises slightly, but
Deep groove etching was possible in the region that was removed. <Embodiment 5> In this embodiment, Br_TwoMainly gas
Deep groove etching of Si was performed as a discharge gas. An input power of 300 W and a gas pressure of 6.5 mTorr
r, when the temperature of the object to be etched is -60 ° C,
Processing of 0.5μm width and 4μm etching depth for about 10 minutes
The width of the side etch generated at that time
Was 0.05 μm. Br_TwoSuitable when using gas
The temperature range of the object to be etched is -10 ° C.
To -100 ° C. Below -100 ° C, Br_Two
Since gas is deposited on the surface of the object to be etched, -1
It is better to avoid setting the temperature below 00 ° C. <Embodiment 6> F_Two, SF₆, PF_Five, BF_Three,
Cl_Two, Br_TwoEven if the gas is used alone,
Etching is possible, but etching speed is improved and high selection is possible.
In terms of ratio, it is even better to mix and use multiple gases.
Good results are obtained. Etchining suitable for etching
The temperature range of the object is lower than the upper limit temperature of each gas to be mixed.
Very good results can be obtained
I found out. Introducing a plurality of gases alternately in time
Method is also very effective in improving the selectivity.
Was. <Embodiment 7> The above-described Embodiments 1 to 6
Was also obtained using the parallel plate type etching apparatus shown in FIG.
In this embodiment, the microphone shown in FIG.
A wave etching apparatus was used. This device is a well-known microphone
New low etching equipment 1 '
In this embodiment, a cooling mechanism for maintaining the temperature is provided.
In this case, the liquid nitrogen dewar 2 'is used to
Liquid nitrogen to the sample stage 3 '
1 'was kept cold. Heated simultaneously by heater 4 '
And improved the temperature controllability. High circumference at the same time on sample stage 3 '
Wave voltage can be applied, thereby causing a
Ias can also be applied. The surface of the sample stage 3
Was covered with Teflon except for the surface to be etched. This
Teflon ensures that the cooling surface does not come into direct gas contact.
It is usually for not using Teflon,
The surface of the sample stage 3 'may be exposed. Also liquid nitrogen
Other than cooling by the
Any method that can be held below can be used as well. F as an etching gas_TwoUsing gas, top
The single-crystal silicon
Etching was performed. Set the bias voltage to 150V
10 ~^FourFrom Torr to 1 Torr
In the gas pressure range of, the curves l and f shown in FIG.
Also, it is necessary to form a good deep groove in the region.
did it. In this embodiment, the width is 1.0 μm or less and the depth is
Groove at least twice as fast as high precision
And the side etch width at that time is 1/10 of the etching width
We could do the following: The temperature of the object to be etched is maintained at -130 ° C.
The gas pressure was 100 mTorr and the bias voltage was 15
At 0 V, the etching rate was 1 μm / min.
This value is about twice the etching rate of Vf discharge,
Confirmed to be more effective in reducing processing time for groove formation
Was done. Therefore, a single wafer type etching apparatus is newly added.
Equipment equipped with a low-temperature sample table
It is extremely effective on silicon, especially silicon with a diameter of 6 inches or more.
It was effective for processing substrates. Embodiment 8 SF₆, PF_Five, NF_Three, Cl_Two
Can be used as an etching gas.
Deep grooves can be formed in Si by low-temperature etching
Noh. Regardless of which gas is used, -80 ° C to -1
Apply a bias of -50 V or more in a temperature range of 60 ° C.
As a result, when the etching rate is 5000 ° / min or more,
And the side etching is 1/10 or less of the etching width.
Grooving could be performed. From -50V with bias
If it is low, the etching rate will be low, but the damage will not be
Extremely low damage due to etching
If it is necessary to reduce the
It is sufficient to perform the switching. <Embodiment 9> Br_TwoGas and above micro
When the wave low-temperature etching device is used, the sample temperature range -1
It is possible to form a good deep groove at 0-60 ° C.
did it. In the above Examples 7 to 9, the organic resist was used.
The film can be used as an etching mask. Therefore deep
When forming the groove, SiO_TwoFor those who used a mask for
The number of steps can be reduced as compared with the method. Single crystal silicon base
Form a deep groove in the plate and separate it between capacitors and elements
Can be used as isolation grooves for semiconductor devices.
Has become extremely important in improving the integration density of devices. Above implementation
As is clear from Examples 1 to 9, the present invention provides
Specially designed for wrench capacitors and U-type isolation
It is effective for [0049] According to the present invention, the etching rate is increased.
Organic resist film as an etching mask
Can be used for deep groove processing of single crystal silicon.
This has a remarkable effect on shortening the processing time and the number of steps.

【図面の簡単な説明】 【図１】低温ドライエッチングを説明するための模式
図。 【図２】本発明の一実施例を示す図。 【図３】被エッチング物の温度とガス圧力の好適範囲を
示す図。 【図４】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。 【図５】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。 【図６】本発明の他の実施例を示す図。 【図７】被エッチング物の温度とガス圧力の好適な範囲
を示す図。 【符号の説明】 １…真空容器、２…後処理室、３…ゲートバルブ、４…
処理ガス供給口、５…メタルＯリング、６…石英カバ
ー、７…試料台、８…試料（ウェーハ）、９…シースヒ
ーター、１０…液体窒素、１１…ＲＦ電源、１２…ヒー
ター用電源、１３…試料台、１４…冷却ガス供給口、１
５…加熱用ランプ、１６…石英台、１７…テフロン台、
１８…温度センサー、１９…温度計、２０…絶縁物、２
１…液体窒素容器、２２…フィードバック回路、２３…
ガス供給制御系、１′…試料、２′…液体窒素デュワ
ー、３′…試料台、４′…ヒーター、５′…ガス、６′
…ゲートバルブ、７′…後処理交換室、８′…マグネッ
ト、９′…導波管、１０′…プラズマ、１１…マグネト
ロン。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for explaining low-temperature dry etching. FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a preferable range of a temperature and a gas pressure of an object to be etched; FIG. 4 is a diagram showing a preferable range of a temperature and a gas pressure of an object to be etched; FIG. 5 is a diagram showing a preferable range of a temperature and a gas pressure of an object to be etched; FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing a preferable range of a temperature and a gas pressure of an object to be etched; [Description of Signs] 1 ... Vacuum container, 2 ... Post-processing chamber, 3 ... Gate valve, 4 ...
Processing gas supply port, 5: metal O-ring, 6: quartz cover, 7: sample table, 8: sample (wafer), 9: sheath heater, 10: liquid nitrogen, 11: RF power supply, 12: power supply for heater, 13 ... sample stage, 14 ... cooling gas supply port, 1
5: heating lamp, 16: quartz table, 17: Teflon table,
18 temperature sensor, 19 thermometer, 20 insulator, 2
1: liquid nitrogen container, 22: feedback circuit, 23:
Gas supply control system, 1 'sample, 2' liquid nitrogen dewar, 3 'sample table, 4' heater, 5 'gas, 6'
... Gate valve, 7 'Post-processing exchange chamber, 8' Magnet, 9 'Waveguide, 10' Plasma, 11 Magnetron.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥平 定之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 向 喜一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−240635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−25233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−238985（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−508836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−161345（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−158627（ＪＰ，Ａ)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Sadayuki Okuhira               1-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo                 Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Kiichiro Mukai               1-280 Higashi Koikebo, Kokubunji-shi, Tokyo                 Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.                (56) References JP-A-61-240635 (JP, A)                 JP-A-60-25233 (JP, A)                 JP-A-61-238985 (JP, A)                 JP-A-59-508836 (JP, A)                 JP-A-58-161345 (JP, A)                 JP-A-60-158627 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．真空容器と、当該真空容器内へガスを導入する手段
と、前記ガスをプラズマ化する手段と、前記真空容器内
に設けられかつその上に試料を載置する第１の試料台
と、当該第１の試料台の温度を−６０℃以下−１６０℃
以上の範囲内で制御して前記試料を前記ガスのプラズマ
によって処理する手段と、前記ガスのプラズマによって
処理された前記試料を載置する第２の試料台と、当該第
２の試料台上の前記試料を加熱機構によって加熱処理す
る手段を有し、前記第２の試料台は、ゲートバルブによ
って前記真空容器と隔離された後処理室内に設けられて
いることを特徴とするプラズマ処理装置。 ２．前記加熱機構は加熱用ランプであることを特徴とす
る請求項１記載のプラズマ処理装置。 ３．前記第１の試料台の温度は、ヒータおよび冷媒を用
いた加熱と冷却によって、前記範囲内に制御されること
を特徴とする請求項１若しくは２に記載のプラズマ処理
装置。 ４．前記プラズマ化する手段は一対の高周波電極であっ
て、当該高周波電極の一方は前記第１の試料台であり、
前記高周波電極の他方は前記第１の試料台に対向して設
けられた平板電極であることを特徴とする請求項１から
３のいずれか一に記載のプラズマ処理装置。 ５．前記プラズマを発生させる手段はマイクロ波である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の
プラズマ処理装置。(57) [Claims] A vacuum vessel, means for introducing a gas into the vacuum vessel, means for converting the gas into plasma, a first sample stage provided in the vacuum vessel and mounting a sample thereon, Set the temperature of the sample stage to -60 ° C or lower and -160 ° C
The sample is controlled within the above range and the sample is plasma
Means for treating by the plasma of said gas
A second sample stage on which the processed sample is placed; and a means for heating the sample on the second sample stage by a heating mechanism, wherein the second sample stage is operated by a gate valve.
Provided in a post-processing chamber separated from the vacuum container
The plasma processing apparatus characterized by there. 2. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the heating mechanism is a heating lamp. 3. The temperature of the first sample stage is determined by using a heater and a refrigerant.
The plasma processing apparatus according to claim 1 , wherein the temperature is controlled within the range by heating and cooling . 4. The means for plasma conversion is a pair of high-frequency electrodes, one of the high-frequency electrodes is the first sample stage,
4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the other of the high-frequency electrodes is a plate electrode provided to face the first sample stage. 5. 5. 5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the means for generating the plasma is a microwave.