JP3704965B2 - Dry etching method and apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧又はその近傍の圧力下でプラズマ放電により、安定なガスから生成される反応性ガスを用いて被処理物にドライエッチングを行うための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にドライエッチング方法として、物理的反応又は物理的かつ化学的反応によるスパッタエッチング、イオンビームエッチングに加えて、プラズマ放電による励起活性種を用いて化学的反応によりエッチングを行うプラズマエッチングが知られている。プラズマエッチングは、化学的に安定で安全なＣＦ₄ などのガスを用いてプラズマを作ることにより、フッ素イオン、フッ素ラジカルなどの励起活性種を生成し、これと被処理物（例えば、シリコン）とを反応させて揮発性のガス（例えば、ＳｉＦ₄ ）を生成し、蒸発・排気させてエッチングを行う。最近は、従来の真空又は減圧下でのプラズマ放電に対して、設備・装置が簡単かつ小型で低コストな大気圧又はその近傍の圧力下での放電を利用した大気圧プラズマエッチングが開発されている。
【０００３】
また、大気圧下でＨＦ、Ｆ₂ などの反応性フッ化ガスを直接利用したエッチングが従来から行われている。一般にこれらの反応性フッ化ガスは、通常ガスボンベなどの容器に貯蔵し、必要に応じて該ボンベから供給して被処理物と直接反応させ、又は前記フッ化ガスに加えて水、アルコールなどを被処理物表面又はその近傍に導入して反応を促進させ、エッチングを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の大気圧プラズマエッチング方法は、一般に被処理物を電極との間で直接放電させてプラズマに晒すため、高いエッチングレートが得られる反面、放電自体が被処理物の形状・構造に左右されて十分なプラズマの発生が困難な場合があり、プラズマに晒され易い部分とそうでない部分とで処理の程度に差が生じ、被処理物を一様にエッチングできなくなる虞があった。また、直接放電は被処理物に電気的・物理的なダメージを生じさせる虞がある。これを防止するため、ガス種を適当に選択してグロー放電に類似した放電を起こさせる方法もあるが、このような放電は、それ以上に被処理物の構造に左右され易いという問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決するため、プラズマ放電部で生成した反応性ガスを離隔配置した被処理物まで輸送してエッチングを行う間接処理方式が提案されている。しかしながら、フッ素イオンやフッ素ラジカルは不安定で寿命が短く、プラズマ放電部からの輸送途中で活性を失い、その結果エッチングレートが大幅に低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、ＨＦ、Ｆ₂ などの反応性フッ化ガスを直接用いる従来の方法では、第一に、使用するガス種の多くが毒性を有するため、取扱いが不便で相当の注意を要する。このようなガスを供給又は貯蔵するボンべや配管などには、安全面で相当の配慮が必要で、そのための設備やメンテナンスに、エッチング装置自体のコストを上回る多大のコストを要するという問題がある。
【０００７】
更に、ＨＦなどの水素結合物質は多会合分子を形成してクラスタ状になり易い性質があり、多会合分子の状態で用いるとエッチングが不均一になってしまう虞がある。多会合は前記フッ化ガスを加熱することにより防止できるが、配管などの設備がより複雑になってコストが一層高くなる。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大気圧付近の圧力下での気体放電を利用して、取扱い及び保管などが容易で安全な不活性ガスから比較的寿命の長い反応性ガスを生成しかつ離隔された位置に輸送し、この反応性ガスを用いて被処理物を低コストで安全にエッチングすることができる方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、上記方法を実現するために、比較的簡単な構成で小型化することができ、安全かつ低価格なエッチング装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上述した目的を達成するために、不活性で安定なハロゲン系ガス中に大気圧又はその近傍の圧力下で放電を発生させることにより、前記ハロゲン系ガスから安定な反応性ガスを生成する過程と、前記反応性ガスを離隔した位置に輸送する過程と、前記離隔位置において、前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行う過程とからなることを特徴とするドライエッチング方法が提供される。
【００１１】
前記ハロゲン系ガスには、ＣＦ₄ 、ＳＦ₆ 又はＣＨＦ₃ などのフッ素系ガスを用いることができ、それから反応性ガスとしてシリコンなどのエッチングに適したＨＦ、ＣＯＦ₂ 又はＦ₂ などの安定な反応性フッ化ガスが生成される。また、前記ハロゲン系ガスには、被エッチング材料によって塩素系ガスを用いることができる。
【００１２】
また、放電による前記反応性ガスの生成反応を促進するために、原料のハロゲン系ガスに別の安全なガスを組み合わせた混合ガスを用いることができる。原料ガスがフッ素系ガスの場合には、酸素又は水素（水蒸気などの水素を含んだガスを含む）を混合する。
【００１３】
生成される安定な反応性フッ化ガスは或る程度の距離・時間を輸送してもその活性が失われず、従って被処理物を放電部から離隔した位置に設置できるので、如何なる放電方式であっても、放電によるダメージ無しに被処理物をエッチングすることができる。そのため、被処理物の構造や大きさ、作られるプラズマの分布などに拘わりなく、原料のハロゲン系ガスから所望の反応性ガスをより多く生成し得るように、使用するガス種の選択、それと他のガス種との組合せ、放電方式、電極の構造・材質、電極への印加電圧・周波数などを自由に決定することができる。
【００１４】
また、エッチングを不均一にする多会合分子を作るＨＦは、前記放電により生成されない場合でも、大気圧下での処理には通常存在する配管内部などの水分と反応性フッ化ガスが反応して生成されることがある。そこで、前記反応性ガスを輸送する過程において加熱すると、該反応性ガスが多会合分子を作り易いＨＦなどを含む場合に、その多会合を防止することができるので好都合である。
【００１５】
エッチングは、放電による反応性ガスが被処理物と反応して揮発性の物質を生成し、これが気化して除去されることにより行われる。前記反応性ガスが被処理物と直接反応しない場合には、被処理物表面又はその付近で該反応性ガスからより活性なガスを生成する過程を追加する。このより活性なガスは、不安定で寿命が短い場合でも、生成されたその場で被処理物と反応させることができるので、エッチングが可能である。
【００１６】
或る実施例によれば、反応性ガスに水又はアルコールを付与することにより、より活性なガスを生成することができる。水又はアルコールは、被処理物表面に付着させておくことにより、前記反応性ガスと反応させることができる。
【００１７】
例えば、ＨＦ、ＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ ではエッチングされないシリコン酸化膜などの材料の場合、これらの反応性フッ化ガスが水又はアルコールと反応して最終的にフッ素イオン又はフッ素分子イオンを生成する。これらがシリコン酸化膜と反応して、大気圧下でも揮発性のＳｉＦ₄ を生成するので、エッチングが行われる。
【００１８】
先ず、前記反応性フッ化ガスと水との反応で、ＨＦが生成される。
ＣＯＦ₂ ＋ Ｈ₂０ → ＣＯ₂ ＋ ２ＨＦ
２Ｆ₂ ＋ ２Ｈ₂０ → ４ＨＦ ＋ Ｏ₂
【００１９】
次に、ＨＦと水とが反応して、シリコン酸化膜と反応するＦ^- 、ＨＦ₂ ^- が生成される。
ＨＦ ＋ Ｈ₂０ → Ｆ^- ＋ Ｈ₃０⁺ 又は
２ＨＦ ＋ Ｈ₂０ → ＨＦ₂ ^- ＋ Ｈ₃０⁺
【００２０】
これらの反応をまとめると、最終的に次のようになり、シリコン酸化膜がエッチングされる。
ＳｉＯ₂ ＋ ４ＨＦ ＋ Ｈ₂０ → ＳｉＦ₄ ＋ ３Ｈ₂Ｏ
【００２１】
別の実施例によれば、被処理物の表面又はその付近で反応性ガスに、レーザ光又は紫外線などの放射線を照射することにより、該反応性ガスを分解してより活性なガスを生成することができる。マスクなどの適当な手段を用いて、前記放射線を被処理物表面に選択的に照射すると、照射部分だけを選択して又は局所的にエッチングできるので好都合である。
【００２２】
また、本発明によれば、被処理物が内部通路を有し、放電により生成された反応性ガスを前記通路の入口まで輸送しかつその中を通過させることにより、前記通路の内部をエッチングすることができる。
【００２３】
本発明の別の側面によれば、大気圧又はその近傍の圧力下で不活性で安定なハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから安定な反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング装置が提供される。
【００２４】
放電部は、被処理物から離隔して設けられるので、被処理物の構造・寸法・形状に左右されることなく、それ自体及び装置全体を小型化することができ、かつ被処理物へのダメージを考慮することなく、より反応性ガスの製造効率の高い電極構造及びその電源を自由に採用することができる。
【００２５】
前記輸送手段が、輸送中の反応性ガスを加熱するための手段を有すると、該反応性ガスに多会合分子を形成し易い成分が含まれている場合に、その多会合を防止できるので好都合である。
【００２６】
前記輸送手段は、輸送中の反応性ガスによる腐食を防止するために、テフロンで形成することが好ましい。
【００２７】
或る実施例では、前記ドライエッチング装置が被処理物を設置するための処理室を更に備え、前記輸送手段が反応性ガスを前記処理室内に導入し、該反応性ガスに被処理物を晒すことによりエッチングを行う。
【００２８】
別の実施例では、前記輸送手段が、反応性ガスを被処理物表面に直接噴射するためのノズルを有し、被処理物を現場でエッチングできると共に、放電部の小型化と併せて装置全体を移動可能に構成することができる。また、被処理物表面のエッチングしたい部分に合わせて、ノズルの先端形状・寸法を適当に設計することにより、被処理物表面の特定の部分を選択的にかつ／又は局所的に処理することかできる。
【００２９】
前記ノズルの周辺に排気口を開設した強制排気装置を更に備えると、反応性ガス及びその反応生成物の雰囲気への拡散、環境汚染を有効に防止できるので好ましい。
【００３０】
また、或る実施例では、被処理物表面又はその付近の反応性ガスに水又はアルコールを付与する手段を設け、被エッチング材料に対応して前記反応性ガスからより活性なガスを生成し、そのエッチングを可能にすることができる。
【００３１】
別の実施例では、被処理物表面又はその付近の反応性ガスに、レーザ光又は紫外線などの放射線を照射する手段を更に備えることにより、同様に前記反応性ガスから被エッチング材料に対応したより活性なガスを生成することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を添付図面に示した実施例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明によるエッチング装置の実施例の構成全体を概略的に示している。本実施例のエッチング装置１は、不活性で安全なハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電ユニット２と、被処理物３にエッチングを行うための処理室４と、放電ユニット２から処理室４に前記反応性ガスを送るための輸送管５とを備える。本実施例では、前記ハロゲン系ガスとしてＣＦ₄ 、ＳＦ₆ 、ＣＨＦ₃ などの安定なフッ素系ガスを用いて反応性フッ化ガスを生成し、シリコンなどをエッチングする場合について説明する。
【００３３】
放電ユニット２は、原料ガスとして上述した安定なフッ素系ガスを供給する外部のガス供給源６例えばボンべに接続されている。前記ボンベ及びそれと放電ユニット２間の配管は、安全なガスを使用することから通常のガス貯蔵・輸送手段を用いることができ、従って反応性フッ化ガスの輸送に比して非常に簡単かつ低コストに構成することができる。
【００３４】
輸送管５は、反応性フッ化ガスに腐食されないように、テフロンなどの材料で形成される。また、前記反応性フッ化ガスに多会合分子が含まれていると、上述したようにエッチングを不均一にするだけではなく、輸送管などに付着して機械的なトラブルを起こしたり、エッチングの再現性を損なう虞がある。そこで本実施例の輸送管５には、輸送中の前記反応性フッ化ガスを加熱して多会合分子の形成を防止し、又は多会合分子が作られた場合にその結合を崩すためにヒータ７が設けられている。
【００３５】
処理室４には、前記反応性フッ化ガス及び前記被処理物との反応生成物を外部に排出するための排気装置８が接続されている。更に処理室４には、その雰囲気内に水蒸気を導入して反応を促進するために、加湿器などの水蒸気供給手段９が接続されている。前記処理室雰囲気に加える水分量は、流量制御弁１０により調整することができる。
【００３６】
放電ユニット２は、被処理物３が処理室４内に配置されるので、安定な前記フッ素系ガスを分解・反応させて輸送可能な寿命の長い反応性フッ化ガスを製造し得るのに十分な大きさの空間があればよく、コンパクトに設計できる。また、プラズマ放電に直接曝露して被処理物にダメージを与える虞が無いので、従来から使用されているコロナ放電、アーク放電、グロー放電などの様々な放電方式を適宜選択して採用することができる。従って、放電ユニット２は電極構造を簡単にかつ低コストに製造できる。
【００３７】
図２は、このようなコンパクトな放電ユニット２の実施例を示している。放電ユニット２は、図２Ａに示すように、アルミナ又はセラミック製の絶縁板１１を２枚のアルミニウムからなるくしば構造の電極板１２、１３で挟んだサンドイッチ構造からなり、電極板１２、１３は外部の交流電源１４に接続されている。前記電極構造は長さ５０mm×幅３０mm×高さ１５mmのアルミニウム製ケース内に収容され、放電ユニット２全体が非常にコンパクトである。
【００３８】
図２Ｂに併せて示すように、電極板１２、１３と絶縁板１１との間には、長手方向に延長する多数の細長い溝状のガス流路１５が画定される。この構造において、ガス供給源６から送られたフッ素系ガスが図示するようにガス流路１５を通過する際に、電源１４から両電極板１２、１３に所定の電圧を印加すると、前記電極板と絶縁板との間で沿面放電が起こる。この放電により、ガス流路１５内にフッ素系活性種及びその再反応による反応性フッ化ガスが生成される。
【００３９】
前記電極板、ケース及び絶縁板は、それぞれ上述したようにアルミニウム又はアルミナで形成したことにより、前記放電より生成されるフッ素系活性種及び反応性フッ化ガスによる腐食が防止される。しかしながら、放電ユニットには他の様々な材料を用いることができ、またその放電形態、電極構造及び寸法、使用する電源の電圧・周波数などは任意に選択することができる。
【００４０】
或る実施例では、ガス供給源６からの安全で不活性なＣＦ₄ と図示されない別の供給源からの酸素との混合ガスを図２の放電ユニット２に導入し、１ＯｋＶ、２０ｋＨ_Z の交流電源を用いて放電を発生させる。ガス流路１５内では、ＣＦ₄ 及び酸素が分解されて次の１次反応が起こる。
ＣＦ₄ ＋ ｅ → ＣＦ₃ ⁺ ＋ Ｆ^- ＋ ｅ
Ｏ₂ ＋ ｅ → ２Ｏ 又は Ｏ₂ ^-
【００４１】
次に、この分解されて活性となった原子、分子が衝突して次の２次反応が起こり、比較的安定で寿命が長く、或る程度の距離・時間を輸送しても活性を失わない反応性フッ化ガスであるＣＯＦ₂ 及びＦ₂ が生成される。
２ＣＦ₃ ⁺ ＋ ２Ｆ^- ＋ ２Ｏ → ２ＣＯＦ₂ ＋ ２Ｆ₂
【００４２】
尚、この実施例におけるＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ の製造効率（即ち、導入したＣＦ₄ の何パーセントがＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ に変わったか）は、ＣＦ₄ 流量２０ＣＣＭ、酸素流量３０ＣＣＭの時にピークを示し、その値は４パーセントであった。しかしながら、この製造効率の値は、使用する放電形態、放電ユニットの構造、電源の電圧・周波数などで変化する。
【００４３】
別の実施例では、ＣＦ₄ 及び酸素に更に水を加えた混合ガスを図２の放電ユニット２に導入し、同様に放電を発生させる。これにより、先ず、上述したと同様の１次反応及び２次反応が起こり、ＣＯＦ₂ 及びＦ₂ が生成される。更に、１次反応で生成された活性原子Ｆ^- 及び分子ＣＦ₃ ⁺と水との直接反応が起こる。
Ｆ^- ＋ ＣＦ₃ ⁺ ＋ ２Ｈ₂Ｏ → ４ＨＦ ＋ ＣＯ₂ 又は
Ｆ^- ＋ ＣＦ₃ ⁺ ＋ Ｈ₂Ｏ → ２ＨＦ ＋ ＣＯＦ₂
【００４４】
これに加え、１次反応によるフッ素系活性種と酸素との２次反応で生じたＦ^- 又はＦ単原子とＨ₂Ｏとが次のように反応する。
２Ｆ^- 又は ２Ｆ ＋ Ｈ₂Ｏ → ２ＨＦ ＋ Ｏ₂
【００４５】
更に別の実施例では、ＣＦ₄ と水素との混合ガスを原料ガスに用いることができる。この場合、水素は、純粋な水素ガスの形で使用する必要はなく、水素を含む安全なガス、例えば水蒸気として混合することができる。
【００４６】
このようにＦ₂ 及びＣＯＦ₂ に加えて、比較的安定で寿命が長く、或る程度の距離・時間を輸送しても活性を失わない反応性フッ化ガスであるＨＦが生成される。水が、ＣＦ₄ の１次反応によるフッ素系活性種だけでなく、ＣＦ₄ と酸素との１次及び２次反応によるフッ素系活性種とも反応するので、フッ素系活性種が水と衝突する確率が非常に高く、従って製造効率が高くなり、高濃度の反応性フッ化ガスが得られる。この反応性フッ化ガスは多会合分子を形成するＨＦを含んでいるので、テフロン製輸送管５をヒータ７により例えば約８０℃で加熱しながら、処理室４内に導入する。
【００４７】
放電ユニット２に供給するＣＦ₄ 及び酸素への水の混合は、例えば図３Ａに示すように、放電ユニット２への管路１６に設けたタンク１７の水１８中に、ガス供給源６からＣＦ₄ と酸素との混合ガスを放出し、前記タンクの上部空間から回収して再び管路１６に戻すことにより、水蒸気として含ませることができる。別の実施例では、図３Ｂに示すように、管路１６を分岐させたバイパス１９にタンク１７を接続し、可変流量切換弁２０で前記タンクに送る流量即ち混合する水蒸気の量を調整することができる。更に別の実施例では、図３Ｃに示すように、加湿器のような水蒸気発生手段２１を管路１６に接続して、直接混合することができる。
【００４８】
放電ユニット２から輸送管５を処理室４内に導入された反応性フッ化ガスは、被処理物３と直接反応して揮発性の物質を生成し、反応生成物は気体となって前記被処理物のエッチングが行なわれる。処理室４内の前記反応生成物及び反応に使用されなかった残りの前記反応性フッ化ガスは、排気装置８により強制的に排出される。このとき、排気ガスを図示されない除害装置で浄化した後、大気中に放出するのが好ましい。除害方法及び装置は、工場レベルの大型設備から小型のものまで従来から公知の様々なタイプを適当に選択することができる。特に現場でエッチングを行う場合には、小型でドライタイプの除害装置が望ましい。
【００４９】
また、処理室４内に導入した反応性フッ化ガスと被処理物３とが直接反応しない場合には、水蒸気供給手段９から水蒸気を処理室雰囲気に導入し、前記反応性フッ化ガスと水とを反応させて、より反応性の高いフッ素イオンを生成する。水は、吹き付けなどにより被処理物表面又はその付近に直接供給することができ、又は被処理物３を処理室４内に置く前に、予め適当な手段によりその表面に与えることができる。また、図３Ａに関連して上述した場合と同様に、水中に通して水蒸気を添加した適当なガスを処理室４に導入することもできる。
【００５０】
例えば、被処理物がシリコン又はシリコン酸化物の場合、ＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを直接使用しても十分にエッチングできず、又はエッチングレートが遅くなる。上述したように、水はＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ と反応してＨＦを生成し、ＨＦは更に水と反応して、フッ素イオンＦ^- 又はフッ素分子イオンＨＦ₂ ^-を生成する。これらがシリコンと反応してＳｉＦ₄ となり、大気圧下でも気化するので、エッチングが行われる。
【００５１】
添加する水の量は、これらの反応即ち最終的なエッチングを左右するので、十分に制御しなければならない。また、大気圧下での処理であるから、空気中の湿度が、水の導入と同様の影響を与える虞がある。従って、エッチングを精密に行なうためには、併せて処理室内の湿度制御、被処理物の保管に注意することが重要になる。更に、反応の促進、被処理物への余分な水滴の付着防止を図り、かつ添加する水分量を積極的に制御するために、被処理物３の温度を適当な加熱手段で制御することが望ましい。
【００５２】
別の実施例では、水の代わりにアルコールを添加することができる。アルコールは、上述した水と同様の方法により処理室４に導入することができる。この場合、次の反応によりＨＦから化学的により活性で反応性の高いＨＦ₂ ^-が生成される。
ＣＨ₃ＯＨ ＋ ２ＨＦ → ＣＨ₃ＯＨ₂ ⁺ ＋ ＨＦ₂ ^-
【００５３】
更に別の実施例によれば、レーザ、紫外線などの放射線を被処理物表面に照射することにより、その加熱作用で又は前記放射線の波長によるガスの分解を利用して、被処理物表面又はその近傍にフッ素系イオンを生成することができる。熱分解による場合を除いて、更に水やアルコールを添加すると、より一層エッチングレートを向上させることができる。
【００５４】
図４には、レーザ光を照射してフッ素系イオンを生成することにより被処理物をエッチングするのに適した処理室４の構成が示されている。処理室４は、その上部に透明な保護ガラスからなる窓２２が設けられ、かつその上方にレーザ光源２３が配設されている。シリコンからなる被処理物３を設置した処理室４に、放電ユニット２から輸送管５を介して上記実施例と同様にＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを流しながら、レーザ光源２３からレーザ光Ｂを被処理物表面に照射する。
【００５５】
前記反応性フッ化ガス雰囲気に晒された被処理物表面及びその付近では、レーザ光Ｂの熱又はその波長により前記反応性フッ化ガスが分解されて、化学的により活性な反応種が生成され、エッチングが行われる。上述したようにシリコンはＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ 、ＨＦなどではエッチングされ難いので、レーザ光Ｂが照射されない被処理物表面では反応が進まない。従って、レーザ光源２３を移動させるなどしてレーザ光を選択的に照射することにより、局所的なエッチングが可能になる。
【００５６】
他方、被処理物３の表面全体又はより広い面積をエッチングしたい場合には、むしろ紫外光ランプなどを用いて、同時に広い範囲に均一に放射線を照射するのが、エッチングを均一にできることから好ましい。また、適当なマスクを用いて放射線を照射し、被処理物表面の特定の部分だけをエッチングすることも可能である。
【００５７】
図５は、処理室４に収容できない大きな被処理物や移動できない被処理物の場合などに、現場でエッチングを行うのに適した別の実施例を示している。この実施例は、処理室４の代わりに、放電ユニット２から送られる反応性フッ化ガスを被処理物３表面に噴射するために、輸送管５の先端に設けられたノズルユニット２４を備える。放電ユニット２を上述したように小型化できるので、輸送管５及びノズルユニット２４を含む装置全体を小型にかつ移動可能に構成することができる。
【００５８】
本実施例のエッチング装置では、噴射した反応性フッ化ガスの大気への拡散を防止し、かつ被処理物のエッチングで生じた反応生成物を除去することが、環境汚染の防止及び安全確保の観点から重要である。そのために、強制排気装置２５をノズルユニット２４の周辺に配置する。排気装置２５は、必要に応じてノズルユニット２４と一体に又は別個に設けることができる。
【００５９】
ノズルユニット２４は、被処理物の構造、その処理すべき範囲・形状、目的などの条件に対応して、ノズル先端の形状・寸法を様々に構成することができる。また、現場でノズルユニット２４を手動又は自動で自在に操作し、かつ／又は任意の位置に移動できるように、輸送管５は少なくとも部分的に可撓管で形成するのが好ましい。
【００６０】
この実施例において被処理物３を局所的にエッチングする場合には、ノズルユニット２４から噴射するガス流を細く制御し、かつその直ぐ外側から素早く排気する必要がある。図６Ａ及びＢは、このような局所的エッチングに適したノズルユニットの実施例を示しており、中心に設けた反応性フッ化ガスの噴射ノズル２６と、その外側に同心に配置した排気管２７とからなる。図６Ｂに示すように、被処理物３表面のエッチングによる揮発性の反応生成物、及び噴射ノズル２６から吹き付けられた反応性フッ化ガスの残りは、排気管２７と噴射ノズル２６間の排気通路２８から強制的に排気される。
【００６１】
また、本発明によれば、パイプの内面や様々部材・構造物などの狭い内部通路をエッチングすることができる。図７は、被処理物であるパイプ２９の内面のみをエッチングする場合を示している。パイプ２９の一方の端部には、放電ユニット２から延長する輸送管５の端部が直接又は適当な連結具を介して接続される。前記パイプの他方の端部は、図示しない排気及び除害装置に接続されている。構造物の内部通路をエッチングする場合には、同様に該通路の一端に輸送管５を接続すればよい。
【００６２】
本実施例において、パイプ２９の内面がシリコン酸化膜で覆われている場合、ＣＦ₄ と酸素との混合ガスに、例えば図３Ａに示す方法により水を添加して放電ユニット２に供給し、放電によりＣＯＦ₂ 、Ｆ₂ 、ＨＦなどの反応性フッ化ガスを生成し、輸送管５を介してパイプ２９内に導入する。前記パイプ内面には、予め水分を付着させておく。また、パイプ２９が透明なガラス管であって外側から見える部分を処理する場合には、外側からレーザ光や紫外線を照射することにより、内面のシリコン酸化膜をエッチングすることができる。
【００６３】
これにより、パイプの外側はエッチングしないで内部のみをエッチングすることができる。パイプ２９内部の反応生成物及びエッチングに使用されなかった反応性フッ化ガスは、放電ユニット２から連続的に送られるガス流により前記排気及び除害装置に送られる。
【００６４】
更に、本発明のエッチング方法は、放電により反応性ガスを生成するための安全かつ不活性な原料ガスとして、上記各実施例で使用したフッ素系ガスだけでなく、塩素系ガスなどの他のハロゲン系ガスを用いることができる。即ち、使用するガス種を適当に選択することにより、各種材料のエッチングを同様に行うことができる。
【００６５】
本発明によれば、上記実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。放電ユニットは図２以外の様々な構造にすることができ、輸送管にはテフロン以外の様々な材質を用いることができる。また、レーザ光などの放射線を照射する場合、図４のように外部から窓を介して照射するのではなく、その光源を処理室の内部に設けることができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明のエッチング方法によれば、使用する原料ガスが安定かつ不活性で比較的安全なため、その保管・取扱いが容易で、エッチング装置への配管などに特別な安全設備を要せず、設備コストの低減及び安全性の向上を同時に実現することができる。また、使用するガス種や電極構造・電源などの放電条件を自由に選択できるので、反応性ガスの製造効率及びエッチングレートが向上し、コストの低減及び生産性の向上が図られる。更に、従来の直接放電方式では困難であった異形部品などの複雑な構造・形状を有するものや大型の被処理物、又は被処理物の局所的部分や内部構造も簡単にエッチングできるので、従来は不可能又は困難であった様々な用途に実用化することができる。
【００６７】
また、本発明のエッチング装置によれば、上述した安全性の確保などの作用効果に加えて、放電部がより簡単かつ小型で効率的な構造にできるので、装置全体の小型化及び低価格化を実現することができる。更に、処理室の設計や被処理物の設置、現場でのエッチングが可能になるなど、作業性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエッチング装置の実施例を概略的に示す全体構成図である。
【図２】Ａ図は放電ユニットの実施例を示す斜視図、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ図はそれぞれ不活性な原料ガスに水を添加する構成を示すブロック図である。
【図４】処理室内の被処理物にレーザ光を照射するための構成を示す概略図である。
【図５】現場での処理に適したエッチング装置の構成を示す概略図である。
【図６】Ａ図は局所的エッチングに使用するノズルユニット先端部の斜視図、Ｂ図はその断面図である。
【図７】パイプの内面をエッチングするための構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ エッチング装置
２ 放電ユニット
３ 被処理物
４ 処理室
５ 輸送管
６ ガス供給源
７ ヒータ
８ 排気装置
９ 水蒸気供給手段
１０ 流量制御弁
１１ 絶縁板
１２、１３ 電極板
１４ 交流電源
１５ ガス流路
１６ 管路
１７ タンク
１８ 水
１９ バイパス
２０ 可変流量切換弁
２１ 水蒸気発生手段
２２ 窓
２３ レーザ光源
２４ ノズルユニット
２５ 排気装置
２６ 噴射ノズル
２７ 排気管
２８ 排気通路
２９ パイプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for performing dry etching on an object to be processed using a reactive gas generated from a stable gas by plasma discharge under atmospheric pressure or a pressure in the vicinity thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, as a dry etching method, in addition to sputter etching and ion beam etching by physical reaction or physical and chemical reaction, plasma etching is known in which etching is performed by chemical reaction using excited active species by plasma discharge. . Plasma etching is a chemically stable and safe CF_Four By generating plasma using a gas such as fluorine, excited active species such as fluorine ions and fluorine radicals are generated, and this is reacted with an object to be processed (for example, silicon) to generate a volatile gas (for example, SiF)._Four ) Is generated and evaporated and exhausted for etching. Recently, atmospheric pressure plasma etching has been developed that uses a discharge under atmospheric pressure at or near atmospheric pressure, which is simple, compact, and low in cost, compared to conventional plasma discharge under vacuum or reduced pressure. Yes.
[0003]
Also, HF, F under atmospheric pressure₂ Etching using a reactive fluoride gas such as the above has been conventionally performed. In general, these reactive fluorinated gases are usually stored in a container such as a gas cylinder, and supplied from the cylinder as needed to directly react with the object to be processed, or in addition to the fluorinated gas, water, alcohol, etc. Etching is performed by introducing it on the surface of the workpiece or in the vicinity thereof to promote the reaction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned conventional atmospheric pressure plasma etching method generally discharges the object to be processed directly to the plasma and exposes it to the plasma, so that a high etching rate is obtained, but the discharge itself is the shape and structure of the object to be processed. Depending on the process, it may be difficult to generate sufficient plasma, and there is a possibility that the processing object may not be uniformly etched due to the difference in the degree of processing between the part that is easily exposed to the plasma and the part that is not. . Direct discharge may cause electrical and physical damage to the object to be processed. In order to prevent this, there is a method in which a gas type is appropriately selected to cause a discharge similar to a glow discharge. However, such a discharge has a problem that it is more susceptible to the structure of the object to be processed. .
[0005]
In order to solve these problems, an indirect processing method has been proposed in which etching is performed by transporting a reactive gas generated in a plasma discharge section to an object to be disposed separately. However, fluorine ions and fluorine radicals are unstable and have a short lifetime, and lose their activity during transportation from the plasma discharge part, resulting in a problem that the etching rate is greatly reduced.
[0006]
HF, F₂ In the conventional method using a reactive fluorinated gas directly, for example, first, many of the gas species used are toxic, so handling is inconvenient and requires considerable care. Such cylinders and pipes that supply or store such gas require considerable consideration in terms of safety, and there is a problem that the equipment and maintenance for that require a great cost that exceeds the cost of the etching apparatus itself. .
[0007]
Furthermore, hydrogen bonding substances such as HF tend to form a multi-association molecule and easily form a cluster, and when used in the state of a multi-association molecule, there is a possibility that etching becomes non-uniform. Multi-association can be prevented by heating the fluorinated gas, but the equipment such as piping becomes more complicated and the cost is further increased.
[0008]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to make it easy and safe to handle and store using gas discharge under a pressure near atmospheric pressure. Providing a method capable of generating a reactive gas having a relatively long lifetime from an active gas and transporting it to a remote location, and safely etching an object to be processed using the reactive gas at a low cost. is there.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a safe and low-cost etching apparatus that can be miniaturized with a relatively simple configuration in order to realize the above method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above-described object, a stable reactivity is generated from the halogen-based gas by generating a discharge in an inert and stable halogen-based gas at or near atmospheric pressure. A dry process comprising: a process of generating a gas; a process of transporting the reactive gas to a separated position; and a process of etching an object to be processed using the reactive gas at the separated position. An etching method is provided.
[0011]
The halogen-based gas includes CF_Four , SF₆ Or CHF_Three HF and COF suitable for etching silicon etc. as reactive gas₂ Or F₂ A stable reactive fluoride gas is generated. The halogen gas may be a chlorine gas depending on the material to be etched.
[0012]
In addition, in order to promote the production reaction of the reactive gas by discharge, a mixed gas in which another halogen gas is combined with the halogen gas of the raw material can be used. When the source gas is a fluorine-based gas, oxygen or hydrogen (including a gas containing hydrogen such as water vapor) is mixed.
[0013]
The generated stable reactive fluorinated gas does not lose its activity even when transported for a certain distance and time, and therefore the object to be processed can be placed at a position separated from the discharge part. However, the object to be processed can be etched without damage caused by discharge. Therefore, regardless of the structure and size of the object to be processed, the distribution of the generated plasma, etc., the selection of the gas type to be used, and others, so that more of the desired reactive gas can be generated from the halogen gas of the raw material. It is possible to freely determine a combination with a gas type, a discharge method, an electrode structure / material, an applied voltage / frequency to the electrode, and the like.
[0014]
In addition, HF that forms multi-association molecules that make etching non-uniform is caused by a reaction between moisture and reactive fluoride gas that normally exists in a pipe or the like in a process under atmospheric pressure, even when the HF is not generated by the discharge. May be generated. Therefore, heating in the process of transporting the reactive gas is advantageous because the multi-association can be prevented when the reactive gas contains HF or the like that easily forms multi-associated molecules.
[0015]
Etching is performed by reacting the reactive gas from the discharge with the object to be processed to generate a volatile substance, which is vaporized and removed. When the reactive gas does not directly react with the object to be processed, a process of generating a more active gas from the reactive gas on or near the surface of the object to be processed is added. Even if this more active gas is unstable and has a short life, it can be reacted with the object to be processed in the generated state, and thus can be etched.
[0016]
According to one embodiment, a more active gas can be generated by adding water or alcohol to the reactive gas. Water or alcohol can be reacted with the reactive gas by adhering to the surface of the workpiece.
[0017]
For example, HF, COF₂ , F₂ Then, in the case of a material such as a silicon oxide film that is not etched, these reactive fluoride gases react with water or alcohol to finally generate fluorine ions or fluorine molecular ions. These react with the silicon oxide film and are volatile SiF even under atmospheric pressure._Four Etching is performed.
[0018]
First, HF is generated by the reaction between the reactive fluorinated gas and water.
COF₂ + H₂0 → CO₂ + 2HF
2F₂ + 2H₂0 → 4HF + O₂
[0019]
Next, HF reacts with water to react with the silicon oxide film.^- , HF₂ ^- Is generated.
HF + H₂0 → F^- + H_Three0⁺  Or
2HF + H₂0 → HF₂ ^- + H_Three0⁺
[0020]
Summarizing these reactions, the silicon oxide film is etched finally as follows.
SiO₂ + 4HF + H₂0 → SiF_Four + 3H₂O
[0021]
According to another embodiment, the reactive gas is irradiated with radiation such as laser light or ultraviolet light at or near the surface of the object to be processed to decompose the reactive gas to generate a more active gas. be able to. It is advantageous to selectively irradiate the surface of the workpiece with an appropriate means such as a mask because only the irradiated portion can be selected or locally etched.
[0022]
Further, according to the present invention, the object to be processed has an internal passage, and the inside of the passage is etched by transporting the reactive gas generated by the discharge to the inlet of the passage and passing through it. be able to.
[0023]
According to another aspect of the present invention, a discharge is generated for generating a stable reactive gas from the halogen-based gas by generating a discharge in an inert and stable halogen-based gas at or near atmospheric pressure. And a means for transporting the reactive gas to an object to be processed at a position separated from the discharge part, and a dry etching apparatus characterized in that the object to be processed is etched using the reactive gas Is done.
[0024]
Since the discharge part is provided apart from the object to be processed, it is possible to reduce the size of the apparatus itself and the entire apparatus without being influenced by the structure, dimensions, and shape of the object to be processed. Without considering damage, it is possible to freely employ an electrode structure with a higher production efficiency of reactive gas and its power source.
[0025]
Conveniently, if the transport means has a means for heating the reactive gas being transported, when the reactive gas contains a component that easily forms multi-associated molecules, the multi-association can be prevented. It is.
[0026]
The transportation means is preferably formed of Teflon in order to prevent corrosion due to reactive gas during transportation.
[0027]
In one embodiment, the dry etching apparatus further includes a processing chamber for placing an object to be processed, and the transport means introduces a reactive gas into the processing chamber and exposes the object to be processed to the reactive gas. Etching is performed.
[0028]
In another embodiment, the transport means has a nozzle for directly injecting a reactive gas onto the surface of the object to be processed, and the object to be processed can be etched in the field, and the entire apparatus is combined with downsizing of the discharge part. Can be configured to be movable. Whether a specific part of the surface of the object to be processed can be selectively and / or locally processed by appropriately designing the tip shape and dimensions of the nozzle according to the part to be etched on the surface of the object to be processed. it can.
[0029]
It is preferable to further provide a forced exhaust device having an exhaust port around the nozzle, because it is possible to effectively prevent diffusion of reactive gas and its reaction product into the atmosphere and environmental pollution.
[0030]
In one embodiment, a means for imparting water or alcohol to a reactive gas on or near the surface of the object to be processed is provided, and a more active gas is generated from the reactive gas corresponding to the material to be etched. The etching can be made possible.
[0031]
In another embodiment, the reactive gas on the surface of the object to be processed or the vicinity thereof is further provided with means for irradiating a radiation such as a laser beam or an ultraviolet ray, so that the reactive gas correspondingly corresponds to the material to be etched. An active gas can be generated.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 schematically shows the entire configuration of an embodiment of an etching apparatus according to the present invention. The etching apparatus 1 of this embodiment includes a discharge unit 2 for generating a reactive gas from an inert and safe halogen-based gas, a processing chamber 4 for etching an object 3 to be processed, and a discharge unit 2. And a transport pipe 5 for sending the reactive gas to the processing chamber 4. In this embodiment, CF is used as the halogen-based gas._Four , SF₆ , CHF_Three A case where reactive fluorine gas is generated using a stable fluorine-based gas such as silicon and silicon is etched will be described.
[0033]
The discharge unit 2 is connected to an external gas supply source 6 that supplies the above-described stable fluorine-based gas as a source gas, for example, a cylinder. Since the cylinder and the pipe between it and the discharge unit 2 use safe gas, ordinary gas storage / transport means can be used, and therefore, it is very simple and low in comparison with the transport of reactive fluoride gas. Cost can be configured.
[0034]
The transport pipe 5 is made of a material such as Teflon so as not to be corroded by the reactive fluoride gas. In addition, if the reactive fluoride gas contains multi-association molecules, not only the etching becomes non-uniform as described above, but also adheres to the transport pipe and causes mechanical troubles. There is a risk of reproducibility being impaired. Therefore, in the transport pipe 5 of this embodiment, the reactive fluoride gas being transported is heated to prevent the formation of multi-associated molecules, or when a multi-associated molecule is formed, a heater is used to break the bond. 7 is provided.
[0035]
The processing chamber 4 is connected to an exhaust device 8 for discharging the reactive fluoride gas and a reaction product with the object to be processed to the outside. In addition, a steam supply means 9 such as a humidifier is connected to the processing chamber 4 in order to introduce steam into the atmosphere and promote the reaction. The amount of water added to the processing chamber atmosphere can be adjusted by the flow control valve 10.
[0036]
The discharge unit 2 is sufficient to be able to produce a reactive fluoride gas with a long life that can be transported by decomposing and reacting the stable fluorine-based gas since the object to be processed 3 is disposed in the processing chamber 4. It is sufficient if there is a large space, and it can be designed compactly. In addition, since there is no possibility of damaging the workpiece by direct exposure to plasma discharge, various discharge methods such as corona discharge, arc discharge, glow discharge, etc. that have been used in the past can be appropriately selected and adopted. it can. Therefore, the discharge unit 2 can manufacture the electrode structure easily and at low cost.
[0037]
FIG. 2 shows an embodiment of such a compact discharge unit 2. As shown in FIG. 2A, the discharge unit 2 has a sandwich structure in which an insulating plate 11 made of alumina or ceramic is sandwiched between two electrode plates 12 and 13 made of aluminum, and the electrode plates 12 and 13 are It is connected to an external AC power supply 14. The electrode structure is accommodated in an aluminum case having a length of 50 mm, a width of 30 mm, and a height of 15 mm, and the entire discharge unit 2 is very compact.
[0038]
As shown in FIG. 2B, a large number of elongated groove-like gas flow paths 15 extending in the longitudinal direction are defined between the electrode plates 12 and 13 and the insulating plate 11. In this structure, when a predetermined voltage is applied to both electrode plates 12 and 13 from the power source 14 when the fluorine-based gas sent from the gas supply source 6 passes through the gas flow path 15 as shown in the drawing, the electrode plate A creeping discharge occurs between the insulating plate and the insulating plate. By this discharge, a fluorine-based active species and a reactive fluoride gas due to re-reaction are generated in the gas flow path 15.
[0039]
Since the electrode plate, the case, and the insulating plate are made of aluminum or alumina as described above, corrosion due to the fluorine-based active species and reactive fluoride gas generated by the discharge is prevented. However, various other materials can be used for the discharge unit, and the discharge form, the electrode structure and dimensions, the voltage / frequency of the power source to be used, and the like can be arbitrarily selected.
[0040]
In one embodiment, a safe and inert CF from the gas source 6_Four And a mixed gas of oxygen from another source not shown in the figure is introduced into the discharge unit 2 of FIG._Z A discharge is generated using an AC power source. In the gas flow path 15, CF_Four And oxygen is decomposed and the following primary reaction occurs.
CF_Four + E → CF_Three ⁺ + F^- + E
O₂ + E → 2O or O₂ ^-
[0041]
Next, the decomposed and activated atoms and molecules collide to cause the following secondary reaction, which is relatively stable and has a long life, and does not lose its activity even after transporting a certain distance and time. COF, a reactive fluorinated gas₂ And F₂ Is generated.
2CF_Three ⁺ + 2F^- + 2O → 2COF₂ + 2F₂
[0042]
The COF in this example₂ , F₂ Production efficiency (ie, introduced CF_Four Percent of COF₂ , F₂ Is CF)_Four A peak was exhibited at a flow rate of 20 CCM and an oxygen flow rate of 30 CCM, and the value was 4 percent. However, the value of the manufacturing efficiency varies depending on the discharge form to be used, the structure of the discharge unit, the voltage / frequency of the power source, and the like.
[0043]
In another embodiment, CF_Four And the mixed gas which added water further to oxygen is introduce | transduced into the discharge unit 2 of FIG. 2, and discharge is generated similarly. As a result, first, the same primary reaction and secondary reaction as described above occur, and COF₂ And F₂ Is generated. Further, the active atom F generated in the primary reaction^- And molecule CF_Three ⁺Direct reaction between water and water occurs.
F^- + CF_Three ⁺ + 2H₂O → 4HF + CO₂  Or
F^- + CF_Three ⁺ + H₂O → 2HF + COF₂
[0044]
In addition to this, F generated by the secondary reaction between the fluorine-based active species and oxygen by the primary reaction.^- Or F single atom and H₂O reacts as follows.
2F^- Or 2F + H₂O → 2HF + O₂
[0045]
In yet another embodiment, CF_Four A mixed gas of hydrogen and hydrogen can be used as the raw material gas. In this case, hydrogen does not have to be used in the form of pure hydrogen gas, but can be mixed as a safe gas containing hydrogen, such as water vapor.
[0046]
F₂ And COF₂ In addition, HF, which is a reactive fluoride gas that is relatively stable and has a long life and does not lose its activity even when transported for some distance and time, is produced. Water is CF_Four Not only fluorine-based active species by the primary reaction of_Four Reacts with fluorine-based active species by primary and secondary reactions between oxygen and oxygen, so the probability that the fluorine-based active species collides with water is very high, and thus the production efficiency is increased, and a high concentration of reactive fluoride gas. Is obtained. Since this reactive fluorinated gas contains HF that forms multi-associated molecules, the Teflon transport pipe 5 is introduced into the processing chamber 4 while being heated by the heater 7 at about 80 ° C., for example.
[0047]
CF supplied to the discharge unit 2_Four As shown in FIG. 3A, for example, water is mixed with oxygen from the gas supply source 6 into the water 18 of the tank 17 provided in the pipe line 16 to the discharge unit 2._Four A gas mixture of oxygen and oxygen is released, recovered from the upper space of the tank, and returned to the pipe line 16 to be contained as water vapor. In another embodiment, as shown in FIG. 3B, a tank 17 is connected to a bypass 19 branched from a pipe 16, and a flow rate to be sent to the tank, that is, an amount of water vapor to be mixed is adjusted by a variable flow rate switching valve 20. Can do. In yet another embodiment, as shown in FIG. 3C, water vapor generating means 21 such as a humidifier can be connected to the line 16 and mixed directly.
[0048]
The reactive fluoride gas introduced into the processing chamber 4 from the discharge unit 2 into the processing chamber 4 reacts directly with the object to be processed 3 to generate a volatile substance, and the reaction product becomes a gas and becomes the aforementioned object. The processed material is etched. The reaction product in the processing chamber 4 and the remaining reactive fluoride gas that has not been used for the reaction are forcibly exhausted by the exhaust device 8. At this time, it is preferable to exhaust the exhaust gas into the atmosphere after purifying it with a detoxification device (not shown). As the detoxification method and apparatus, various types conventionally known from a large facility at a factory level to a small one can be appropriately selected. In particular, when etching is performed on site, a small and dry type abatement apparatus is desirable.
[0049]
When the reactive fluoride gas introduced into the processing chamber 4 and the object to be processed 3 do not directly react, water vapor is introduced from the steam supply means 9 into the processing chamber atmosphere, and the reactive fluoride gas and water To produce more reactive fluorine ions. Water can be directly supplied to or near the surface of the object to be treated by spraying or the like, or can be given to the surface by an appropriate means in advance before placing the object to be treated 3 in the processing chamber 4. Further, similarly to the case described above with reference to FIG. 3A, an appropriate gas in which water vapor is added through water can be introduced into the processing chamber 4.
[0050]
For example, when the workpiece is silicon or silicon oxide, COF₂ , F₂ Even if a reactive fluoride gas such as HF is used directly, etching cannot be performed sufficiently, or the etching rate is slow. As mentioned above, water is COF₂ , F₂ To produce HF, which further reacts with water to produce fluorine ions F^- Or fluorine molecular ion HF₂ ^-Is generated. These react with silicon to form SiF_Four Then, since it is vaporized even under atmospheric pressure, etching is performed.
[0051]
The amount of water added must be well controlled as it affects these reactions or final etching. Moreover, since the treatment is performed under atmospheric pressure, the humidity in the air may have the same influence as the introduction of water. Therefore, in order to perform etching precisely, it is important to pay attention to humidity control in the processing chamber and storage of the object to be processed. Furthermore, the temperature of the object to be treated 3 can be controlled by an appropriate heating means in order to promote the reaction, prevent the adhesion of extra water droplets to the object to be treated, and actively control the amount of water added. desirable.
[0052]
In another embodiment, alcohol can be added instead of water. Alcohol can be introduced into the processing chamber 4 by the same method as the water described above. In this case, HF is chemically more active and reactive from HF by the following reaction.₂ ^-Is generated.
CH_ThreeOH + 2HF → CH_ThreeOH₂ ⁺ + HF₂ ^-
[0053]
According to still another embodiment, by irradiating the surface of the object to be treated with radiation such as laser or ultraviolet light, the surface of the object to be treated or its Fluorine ions can be generated in the vicinity. Except in the case of thermal decomposition, the addition of water or alcohol can further improve the etching rate.
[0054]
FIG. 4 shows a configuration of a processing chamber 4 suitable for etching a workpiece by irradiating a laser beam to generate fluorine-based ions. The processing chamber 4 is provided with a window 22 made of a transparent protective glass at the top thereof, and a laser light source 23 is provided above the window 22. In the same manner as in the above embodiment, the COF is supplied from the discharge unit 2 to the processing chamber 4 in which the processing object 3 made of silicon is installed.₂ , F₂ The surface of the object to be processed is irradiated with the laser beam B from the laser light source 23 while flowing a reactive fluoride gas such as HF.
[0055]
The reactive fluoride gas is decomposed by the heat of the laser beam B or its wavelength on the surface of the workpiece exposed to the reactive fluoride gas atmosphere and in the vicinity thereof, and chemically reactive species are generated. Etching is performed. As mentioned above, silicon is COF₂ , F₂ Since it is difficult to etch with HF or the like, the reaction does not proceed on the surface of the workpiece to which the laser beam B is not irradiated. Therefore, local etching can be performed by selectively irradiating the laser beam by moving the laser light source 23 or the like.
[0056]
On the other hand, when it is desired to etch the entire surface of the workpiece 3 or a wider area, it is preferable to irradiate the radiation uniformly over a wide range using an ultraviolet lamp or the like because etching can be made uniform. It is also possible to etch only a specific portion of the surface of the workpiece by irradiating with radiation using an appropriate mask.
[0057]
FIG. 5 shows another embodiment suitable for performing on-site etching in the case of a large workpiece that cannot be accommodated in the processing chamber 4 or a workpiece that cannot be moved. In this embodiment, in place of the processing chamber 4, a nozzle unit 24 provided at the tip of the transport pipe 5 is provided in order to inject the reactive fluoride gas sent from the discharge unit 2 onto the surface of the workpiece 3. Since the discharge unit 2 can be reduced in size as described above, the entire apparatus including the transport pipe 5 and the nozzle unit 24 can be configured to be small and movable.
[0058]
In the etching apparatus of the present embodiment, it is possible to prevent diffusion of the injected reactive fluoride gas to the atmosphere and to remove reaction products generated by etching of the object to be processed, thereby preventing environmental pollution and ensuring safety. Important from the point of view. For this purpose, the forced exhaust device 25 is arranged around the nozzle unit 24. The exhaust device 25 can be provided integrally with or separately from the nozzle unit 24 as necessary.
[0059]
The nozzle unit 24 can be configured in various shapes and dimensions at the tip of the nozzle in accordance with conditions such as the structure of the object to be processed, the range / shape to be processed, and the purpose. Further, it is preferable that the transport pipe 5 is formed at least partially from a flexible pipe so that the nozzle unit 24 can be freely and manually operated on site and / or moved to an arbitrary position.
[0060]
In this embodiment, when the object to be processed 3 is locally etched, it is necessary to control the gas flow ejected from the nozzle unit 24 to be thin and to quickly exhaust from the outside. FIGS. 6A and 6B show an embodiment of a nozzle unit suitable for such local etching, in which a reactive fluoride gas injection nozzle 26 provided at the center and an exhaust pipe 27 arranged concentrically on the outer side thereof. It consists of. As shown in FIG. 6B, the volatile reaction product resulting from the etching of the surface of the workpiece 3 and the remaining reactive fluoride gas blown from the injection nozzle 26 are exhaust passages between the exhaust pipe 27 and the injection nozzle 26. 28 is forcibly exhausted.
[0061]
Further, according to the present invention, it is possible to etch a narrow internal passage such as the inner surface of the pipe and various members / structures. FIG. 7 shows a case where only the inner surface of the pipe 29 that is the object to be processed is etched. One end portion of the pipe 29 is connected to the end portion of the transport pipe 5 extending from the discharge unit 2 directly or via an appropriate connector. The other end of the pipe is connected to an exhaust and abatement device (not shown). When the internal passage of the structure is etched, the transport pipe 5 may be connected to one end of the passage in the same manner.
[0062]
In this embodiment, when the inner surface of the pipe 29 is covered with a silicon oxide film, CF_Four For example, water is added to the mixed gas of oxygen and oxygen by the method shown in FIG. 3A and supplied to the discharge unit 2, and COF is discharged by discharge.₂ , F₂ , Reactive fluoride gas such as HF is generated and introduced into the pipe 29 through the transport pipe 5. Moisture is attached to the inner surface of the pipe in advance. Further, when the pipe 29 is a transparent glass tube and the portion visible from the outside is processed, the silicon oxide film on the inner surface can be etched by irradiating laser light or ultraviolet rays from the outside.
[0063]
Thereby, only the inside can be etched without etching the outside of the pipe. The reaction product inside the pipe 29 and the reactive fluoride gas that has not been used for etching are sent to the exhaust and abatement device by a gas flow continuously sent from the discharge unit 2.
[0064]
Furthermore, the etching method of the present invention is not limited to the fluorine-based gas used in each of the above-described examples, but other halogens such as a chlorine-based gas as a safe and inert source gas for generating a reactive gas by discharge. System gases can be used. That is, various materials can be etched in the same manner by appropriately selecting the gas species to be used.
[0065]
According to the present invention, various changes and modifications can be made to the above embodiment. The discharge unit can have various structures other than those shown in FIG. 2, and various materials other than Teflon can be used for the transport pipe. In the case of irradiating radiation such as laser light, the light source can be provided inside the processing chamber instead of irradiating from the outside as shown in FIG.
[0066]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as described below.
According to the etching method of the present invention, since the source gas used is stable, inert and relatively safe, its storage and handling are easy, and no special safety equipment is required for piping to the etching apparatus, and the equipment. Cost reduction and safety improvement can be realized at the same time. In addition, since the discharge conditions such as the type of gas to be used, the electrode structure, and the power source can be freely selected, the production efficiency and etching rate of the reactive gas are improved, and the cost is reduced and the productivity is improved. Furthermore, it is possible to easily etch parts having a complicated structure and shape such as deformed parts that have been difficult with the conventional direct discharge method, large objects to be processed, or local parts and internal structures of objects to be processed. Can be put to practical use in various applications that were impossible or difficult.
[0067]
Further, according to the etching apparatus of the present invention, in addition to the above-described effects such as ensuring safety, the discharge part can be made simpler, smaller and more efficient, so that the entire apparatus can be reduced in size and cost. Can be realized. Furthermore, the workability is remarkably improved, such as design of the processing chamber, installation of the object to be processed, and on-site etching.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing an embodiment of an etching apparatus according to the present invention.
FIG. 2A is a perspective view showing an embodiment of a discharge unit, and FIG. 2B is a sectional view taken along line BB of FIG.
FIGS. 3A to 3C are block diagrams each showing a configuration in which water is added to an inert source gas.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration for irradiating a workpiece in a processing chamber with laser light.
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of an etching apparatus suitable for on-site processing.
6A is a perspective view of the tip of a nozzle unit used for local etching, and FIG. B is a cross-sectional view thereof.
FIG. 7 is a schematic view showing a configuration for etching an inner surface of a pipe.
[Explanation of symbols]
1 Etching equipment
2 Discharge unit
3 Workpiece
4 treatment room
5 Transport pipe
6 Gas supply source
7 Heater
8 Exhaust device
9 Steam supply means
10 Flow control valve
11 Insulation plate
12, 13 Electrode plate
14 AC power supply
15 Gas flow path
16 pipelines
17 tanks
18 water
19 Bypass
20 Variable flow rate switching valve
21 Water vapor generation means
22 windows
23 Laser light source
24 Nozzle unit
25 Exhaust device
26 Injection nozzle
27 Exhaust pipe
28 Exhaust passage
29 Pipe

Claims (17)

ハロゲン系ガス中に大気圧下で放電を発生させることにより、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成する過程と、前記反応性ガスを前記放電から離隔した位置に輸送する過程と、前記離隔位置で前記反応性ガスを用いて被処理物にエッチングを行う過程とからなり、
前記被処理物表面に水又はアルコールを付着させ、前記水又はアルコールを前記反応性ガスと反応させて、より活性なガスを前記被処理物表面又はその付近に生成することにより、前記被処理物のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。A process of generating a reactive gas from the halogen-based gas by generating a discharge in the halogen-based gas at atmospheric pressure; a process of transporting the reactive gas to a position separated from the discharge; and the separation position And the process of etching the object to be processed using the reactive gas .
Water or alcohol is attached to the surface of the object to be processed, and the water or alcohol is reacted with the reactive gas to generate a more active gas at or near the surface of the object to be processed. A dry etching method characterized by performing etching. 前記ハロゲン系ガスと酸素又は水素との混合ガス中に放電を発生させることを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。2. The dry etching method according to claim 1, wherein a discharge is generated in a mixed gas of the halogen-based gas and oxygen or hydrogen . 前記ハロゲン系ガスがフッ素系ガスであり、前記反応性ガスが前記放電により活性化した前記フッ素系ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。The dry etching method according to claim 1, wherein the halogen-based gas is a fluorine-based gas, and the reactive gas is the fluorine-based gas activated by the discharge . 前記反応性ガスを輸送する過程において、前記反応性ガスを加熱することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドライエッチング方法。 In the process of transporting the reactive gas, a dry etching method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that heating the reactive gas. 前記被処理物の表面又はその付近で前記反応性ガスに放射線を照射することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング方法。The dry etching method according to claim 1, characterized in that radiation to the reactive gas at or near the surface of the object to be processed. 前記放射線を前記被処理物表面に局所的に照射することを特徴とする請求項５に記載のドライエッチング方法。The dry etching method according to claim 5 , wherein the surface of the object to be processed is irradiated with the radiation locally. 前記被処理物が内部通路を有し、前記反応性ガスを前記内部通路の入口まで輸送しかつその中を通過させることにより、前記内部通路の内部をエッチングすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のドライエッチング方法。The processing object has an internal passage, and the inside of the internal passage is etched by transporting the reactive gas to the inlet of the internal passage and passing through the inside. 7. The dry etching method according to any one of 6 . 大気圧力下でハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを前記放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて前記被処理物にエッチングを行うドライエッチング装置において、A discharge is generated in the halogen-based gas under atmospheric pressure, and a discharge part for generating a reactive gas from the halogen-based gas, and the reactive gas is transported to an object to be processed at a position separated from the discharge part. A dry etching apparatus that performs etching on the object to be processed using the reactive gas.
前記放電部が、絶縁板と前記絶縁板を挟むように装着された１対の電極板とを有し、前記各電極板がそれぞれ前記絶縁板と接する面に、前記絶縁板との間に複数のガス流路を画定するように形成された複数の平行な細長い溝を有し、前記ガス流路に前記反応性ガスを流通させかつ前記両電極板間に所定の電圧を印加して前記放電を発生させることにより、前記ガス流路内に前記反応性ガスを生成するようにしたことを特徴とするドライエッチング装置。The discharge part has an insulating plate and a pair of electrode plates mounted so as to sandwich the insulating plate, and a plurality of the electrode plates are respectively in contact with the insulating plate and between the insulating plates. A plurality of parallel elongated grooves formed so as to define a gas flow path of the gas, the reactive gas is allowed to flow through the gas flow path, and a predetermined voltage is applied between the electrode plates. Generating a reactive gas in the gas flow path by generating a gas. 大気圧力下でハロゲン系ガス中に放電を発生させ、前記ハロゲン系ガスから反応性ガスを生成するための放電部と、前記反応性ガスを前記放電部から離隔した位置の被処理物まで輸送する手段とを備え、前記反応性ガスを用いて前記被処理物にエッチングを行うドライエッチング装置において、
前記被処理物表面に水又はアルコールを付着させる手段を更に備え、前記水又はアルコールを前記反応性ガスと反応させて、より活性なガスを前記被処理物の表面又はその付近に生成し、前記より活性なガスによって前記被処理物のエッチングを行うことを特徴とするドライエッチング装置。 A discharge is generated in the halogen-based gas under atmospheric pressure, and a discharge part for generating a reactive gas from the halogen-based gas, and the reactive gas is transported to an object to be processed at a position separated from the discharge part. A dry etching apparatus that performs etching on the object to be processed using the reactive gas .
Further comprising means for adhering water or alcohol to the surface of the object to be processed, reacting the water or alcohol with the reactive gas to generate a more active gas on or near the surface of the object to be processed, A dry etching apparatus , wherein the object to be processed is etched with a more active gas . 前記輸送手段が、輸送中の前記反応性ガスを加熱するための手段を有することを特徴とする請求項８又は９に記載のドライエッチング装置。The dry etching apparatus according to claim 8 or 9 , wherein the transport means includes means for heating the reactive gas being transported. 前記輸送手段がテフロンで形成されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のドライエッチング装置。11. The dry etching apparatus according to claim 8, wherein the transporting means is made of Teflon. 前記被処理物を設置するための処理室を更に備え、前記輸送手段が前記反応性ガスを前記処理室内に導入することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のドライエッチング装置。The dry etching apparatus according to any one of claims 8 to 11 , further comprising a processing chamber for installing the object to be processed, wherein the transport means introduces the reactive gas into the processing chamber. 前記輸送手段が、前記反応性ガスを前記被処理物表面に直接噴射するためのノズルを有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のドライエッチング装置。The dry etching apparatus according to any one of claims 8 to 11 , wherein the transport means includes a nozzle for directly injecting the reactive gas onto the surface of the object to be processed. 前記ノズルの周辺に排気口を開設した強制排気装置を更に有することを特徴とする請求項１３に記載のドライエッチング装置。The dry etching apparatus according to claim 13 , further comprising a forced exhaust device having an exhaust port formed around the nozzle. 前記被処理物表面又はその付近の前記反応性ガスに水又はアルコールを付与する手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のドライエッチング装置。9. The dry etching apparatus according to claim 8 , further comprising means for imparting water or alcohol to the reactive gas on or near the surface of the object to be processed. 前記被処理物表面又はその付近の前記反応性ガスに放射線を照射する手段を更に備えることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれかに記載のドライエッチング装置。 16. The dry etching apparatus according to claim 8 , further comprising means for irradiating the reactive gas on or near the surface of the object to be processed. 前記放射線を前記被処理物表面に選択的に照射するためのマスク手段を更に有することを特徴とする請求項１６に記載のドライエッチング装置。The dry etching apparatus according to claim 16 , further comprising mask means for selectively irradiating the surface of the workpiece with the radiation.

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