JPS5939508B2 - 乾式エツチング装置 - Google Patents
乾式エツチング装置Info
- Publication number
- JPS5939508B2 JPS5939508B2 JP1071677A JP1071677A JPS5939508B2 JP S5939508 B2 JPS5939508 B2 JP S5939508B2 JP 1071677 A JP1071677 A JP 1071677A JP 1071677 A JP1071677 A JP 1071677A JP S5939508 B2 JPS5939508 B2 JP S5939508B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- discharge
- ions
- sample
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、プラズマを用いたエッチング装置に関するも
のである。
のである。
最近、多分野において微細加工技術に対する要求が高ま
つており、特に半導体素子製造においてはμmオーダさ
らにはμm以下の微細加工技術が 3望まれている。
つており、特に半導体素子製造においてはμmオーダさ
らにはμm以下の微細加工技術が 3望まれている。
目的によつて加工技術に対する要求も異なるが、例えば
半導体工業への応用を考えると次の点が不可欠である。
(ハ 微細パターン(数μm以下)のエッチングが可能
である。
半導体工業への応用を考えると次の点が不可欠である。
(ハ 微細パターン(数μm以下)のエッチングが可能
である。
(2)実用的なエッチング速さ(〜100Λ/分以上)
が得られる。
が得られる。
(3)基板に対する損傷が少ない。
(4)基板に対する汚染(特に金属汚染)が少ない。
(3)の基板損傷には、加速されたイオンの衝撃による
基板格子の欠陥や、温度上昇によるひずみ等が含まれる
。現在の半導体工業では、基板の上にマスクパターンを
形成し、この上からマスクの開口を通して基板材料のエ
ッチングを行なつている。一般にマスク材料としてはフ
ォトレジストを用いており、微細パターンのマスクを形
成するにはマスクの厚さを薄くする必要がある。このた
め前記1の微細パターンのエッチングを可能にするには
、次の点が要求される。(a)基板材料のみがエッチン
グされ、マスク材料がエッチングされない。
基板格子の欠陥や、温度上昇によるひずみ等が含まれる
。現在の半導体工業では、基板の上にマスクパターンを
形成し、この上からマスクの開口を通して基板材料のエ
ッチングを行なつている。一般にマスク材料としてはフ
ォトレジストを用いており、微細パターンのマスクを形
成するにはマスクの厚さを薄くする必要がある。このた
め前記1の微細パターンのエッチングを可能にするには
、次の点が要求される。(a)基板材料のみがエッチン
グされ、マスク材料がエッチングされない。
即ち、選択性が良い。(b)アンダカツトがない。(c
)マスクと基板との密着性がよくマスクの剥れがない。
)マスクと基板との密着性がよくマスクの剥れがない。
上記aは、薄いマスクが基板材料と共にエッチングされ
て消滅しないための要求である。
て消滅しないための要求である。
アンダカツトは、第1図に示したごとくマスク2の下側
までエッチングが進み、マスク2の下の基板1の断面が
台形または三角形状にエッチングされることをいう。上
記cはマスクが基板から剥れてその隙間からエッチング
が進行しないための条件である。工ツチング技術は、水
溶液を用いたエッチング技術すなわち湿式エッチングと
、イオンビームやプラズマを用いた乾式エッチングに大
別される。
までエッチングが進み、マスク2の下の基板1の断面が
台形または三角形状にエッチングされることをいう。上
記cはマスクが基板から剥れてその隙間からエッチング
が進行しないための条件である。工ツチング技術は、水
溶液を用いたエッチング技術すなわち湿式エッチングと
、イオンビームやプラズマを用いた乾式エッチングに大
別される。
湿式エッチングでは、マスクの剥れやアンダカツトが大
きいため、微細加工技術としては、乾式エッチングが優
れている。乾式エッチングは、イオンビームを用いたス
パッタリング(イオンビームスパツタリング)、プラズ
マ中でのスパツタリング(プラズマヌパツタリング)お
よびプラズマ中での化学反応を用いたプラズマ化学エツ
チングに分類される。イオンビームスパツタリングとブ
ラズマスパツタリングは、高エネルギー(一般に1ke
以上)に加速されたイオンによるスパツタ現象を用いて
いる。スパツタ現象では、被エツチング材料の選択性が
悪く、高エネルギーのイオンが基板に衝突するため基板
損傷や基板加熱が生じる。また、試料をはずれたイオン
が試料台をスパツタして試料台材料が試料表面に再付着
するという汚染の問題もある。以上の点を考えると半導
体応用としては、プラズマ化学エツチングが適している
。プラズマ化学エツチングは最近盛んに研究されている
。
きいため、微細加工技術としては、乾式エッチングが優
れている。乾式エッチングは、イオンビームを用いたス
パッタリング(イオンビームスパツタリング)、プラズ
マ中でのスパツタリング(プラズマヌパツタリング)お
よびプラズマ中での化学反応を用いたプラズマ化学エツ
チングに分類される。イオンビームスパツタリングとブ
ラズマスパツタリングは、高エネルギー(一般に1ke
以上)に加速されたイオンによるスパツタ現象を用いて
いる。スパツタ現象では、被エツチング材料の選択性が
悪く、高エネルギーのイオンが基板に衝突するため基板
損傷や基板加熱が生じる。また、試料をはずれたイオン
が試料台をスパツタして試料台材料が試料表面に再付着
するという汚染の問題もある。以上の点を考えると半導
体応用としては、プラズマ化学エツチングが適している
。プラズマ化学エツチングは最近盛んに研究されている
。
従来のプラズマ化学エツチング装置の大部分はRF(R
adiOFrequency)放電を用いたものである
。第2図は、従来のRF放電を用いたプラズマ化学エツ
チング装置の概略図である。RF電源18で発生したR
F波(通常13.56MHz)は反応管19の外側に設
置された対向電極に印加される。反応管内部は、例えば
Si,SiO2をエツチングする時にはCF4と02と
の混合ガスが導入され〜0.1T0rrのガス圧力にな
るようにしている。試料5は反応管19の内部に電気的
に絶縁された状態で設置されており、放電で生じた活性
原子,分子,イオンによりエツチングされる。プラズマ
化学エツチングでは、エツチングが純粋に化学反応で行
なわれるため基板損傷や加熱が少なく、被エツチング材
料の選択性が良い。しかし、従来のプラズマ化学エツチ
ング装置では、アンダカツトが大きく微細パターンのエ
ツチングが困難になる。第3図に示したごとく、基板に
対して垂直力向にエツチングしたのと同程度横力向にも
エツチングが進み底辺の角度θは〜45力となる。即ち
エツチングは等方向である。アンダカツトの大きくなつ
た理由は次のようである。放電ガス圧力が〜0.1T0
rrで高いため、エツチングに寄与すると思われる活性
原子,分子,イオン(以下、活性粒子)の平均自由行程
は〜0.1mm程度となり放電領域から試料までの距離
(数CWL)に比べてきわめて短い。このため、活性粒
子がプラズマ中で形成されて試料表面に到達するまでに
何回も衝突をくり返えし、ほぼ等力的に(あらゆる力向
から)基板表面に入射する。この結果、エツチングは等
力的となりアンダカツトは大きくなる。従来のプラズマ
化学エツチング技術の置かれている状況をまとめると次
のようになる。
adiOFrequency)放電を用いたものである
。第2図は、従来のRF放電を用いたプラズマ化学エツ
チング装置の概略図である。RF電源18で発生したR
F波(通常13.56MHz)は反応管19の外側に設
置された対向電極に印加される。反応管内部は、例えば
Si,SiO2をエツチングする時にはCF4と02と
の混合ガスが導入され〜0.1T0rrのガス圧力にな
るようにしている。試料5は反応管19の内部に電気的
に絶縁された状態で設置されており、放電で生じた活性
原子,分子,イオンによりエツチングされる。プラズマ
化学エツチングでは、エツチングが純粋に化学反応で行
なわれるため基板損傷や加熱が少なく、被エツチング材
料の選択性が良い。しかし、従来のプラズマ化学エツチ
ング装置では、アンダカツトが大きく微細パターンのエ
ツチングが困難になる。第3図に示したごとく、基板に
対して垂直力向にエツチングしたのと同程度横力向にも
エツチングが進み底辺の角度θは〜45力となる。即ち
エツチングは等方向である。アンダカツトの大きくなつ
た理由は次のようである。放電ガス圧力が〜0.1T0
rrで高いため、エツチングに寄与すると思われる活性
原子,分子,イオン(以下、活性粒子)の平均自由行程
は〜0.1mm程度となり放電領域から試料までの距離
(数CWL)に比べてきわめて短い。このため、活性粒
子がプラズマ中で形成されて試料表面に到達するまでに
何回も衝突をくり返えし、ほぼ等力的に(あらゆる力向
から)基板表面に入射する。この結果、エツチングは等
力的となりアンダカツトは大きくなる。従来のプラズマ
化学エツチング技術の置かれている状況をまとめると次
のようになる。
即ち、(CF4あるいはC2Cl2+02)等混合ガス
の放電により活性粒子のできるガスを用いることにより
、基板損傷、加熱、汚染が少なく被エツチング材料の選
択性が良いという他の乾式エツチングに見られない長所
を持つている。しかし、エツチングが等力的でアンダカ
ツトが大きいため、結局微細パターンのエツチングとい
う乾式エツチングの最大の目的を果たすことができない
。即ち、プラズマ中での化学反応を用いたという効果が
、微細パターンのエツチングという最終目標に生かされ
ていない。このような結果になつた最大の原因は、高ガ
ス圧力でしか放電しない放電方式(RF放電)を用いて
いたことにある。低ガス圧力で高密度のプラズマが得ら
れる放電力式を用いれば、上述したプラズマ化学エツチ
ングの長所を生かしたまま、アンダカツトの少ないエツ
チングが可能になり、従来にない画期的なエツチング技
術が得られる。本発明は、低ガス圧力、高密度のプラズ
マを用いたプラズマ化学エツチングを主張し、この具体
的力式を提供するものである。本発明の目的は、アンダ
ーカツトの少ないエツチングをすることができるエツチ
ング装置を提供することにある。
の放電により活性粒子のできるガスを用いることにより
、基板損傷、加熱、汚染が少なく被エツチング材料の選
択性が良いという他の乾式エツチングに見られない長所
を持つている。しかし、エツチングが等力的でアンダカ
ツトが大きいため、結局微細パターンのエツチングとい
う乾式エツチングの最大の目的を果たすことができない
。即ち、プラズマ中での化学反応を用いたという効果が
、微細パターンのエツチングという最終目標に生かされ
ていない。このような結果になつた最大の原因は、高ガ
ス圧力でしか放電しない放電方式(RF放電)を用いて
いたことにある。低ガス圧力で高密度のプラズマが得ら
れる放電力式を用いれば、上述したプラズマ化学エツチ
ングの長所を生かしたまま、アンダカツトの少ないエツ
チングが可能になり、従来にない画期的なエツチング技
術が得られる。本発明は、低ガス圧力、高密度のプラズ
マを用いたプラズマ化学エツチングを主張し、この具体
的力式を提供するものである。本発明の目的は、アンダ
ーカツトの少ないエツチングをすることができるエツチ
ング装置を提供することにある。
本発明は、上記の目的を達成するために、その特徴とす
るところは、マイクロ波を発生させる手段と、上記マイ
クロ波を伝達する手段と、上記マイクロ波を吸収して放
電を発生させる放電部分に磁界を発生させる手段とを備
え、上記放電により活性な原子,分子またはイオンが形
成される5×10−3T0rr以下のガヌを上記放電部
分に導入して放電を発生させ、上記活性原子,分子また
はイオンによつて試料をエツチングするエツチング装置
にある。
るところは、マイクロ波を発生させる手段と、上記マイ
クロ波を伝達する手段と、上記マイクロ波を吸収して放
電を発生させる放電部分に磁界を発生させる手段とを備
え、上記放電により活性な原子,分子またはイオンが形
成される5×10−3T0rr以下のガヌを上記放電部
分に導入して放電を発生させ、上記活性原子,分子また
はイオンによつて試料をエツチングするエツチング装置
にある。
以下、本発明を具体的実施例により説明する。
第4図は、本発明の実施例の一つを示す。マグネトロン
7で発生したマイクロ波は、矩形導波管8,円形導波管
9を通つて石英管で被われた放電室10に導入される。
放電室には2つのコイル11,1Vと1つの永久磁石1
2によりミラー磁場が形成されている。磁場強度(磁束
密度)の最大値、最小値は〜2kGauss,〜0.5
kGaussが適当であつた。磁場強度および形状は、
厳密な最適値はなく、広範囲に可変である。周波数fの
マイクロ波と電子サイクロトロン共鳴を起こすための磁
束密度Becはf:マイクロ波周波数〔Hz〕 m:電子の質量 e:電子の電荷 で与えられる。
7で発生したマイクロ波は、矩形導波管8,円形導波管
9を通つて石英管で被われた放電室10に導入される。
放電室には2つのコイル11,1Vと1つの永久磁石1
2によりミラー磁場が形成されている。磁場強度(磁束
密度)の最大値、最小値は〜2kGauss,〜0.5
kGaussが適当であつた。磁場強度および形状は、
厳密な最適値はなく、広範囲に可変である。周波数fの
マイクロ波と電子サイクロトロン共鳴を起こすための磁
束密度Becはf:マイクロ波周波数〔Hz〕 m:電子の質量 e:電子の電荷 で与えられる。
例えば、家電品用に大量生産されているマグネトロンを
用いると周波数は2.45GHzであり、この時のBe
cは875Gaussとなる。一般に、磁束密度をこの
Becよりも大きくするとマイクロ波は効率良くプラズ
マに吸収され、安定した高密度の放電が得られる。磁場
形状をミラータイプにしたのはこの力が放電が安定しプ
ラズマ密度が大きくなるからであり、必ずしもミラータ
イプでなくても放電は可能である。円形導波管9内は大
気圧であり、放電室と試料室13が真空に排気されてい
る。リークバルブ4を通して放電ガスを所定の圧力に導
入してマイクロ波放電を発生させる。なお放電室の壁は
空気孔16,16′により空冷されている。永久融石の
上に絶縁台14を介して試料台15がめり、この上に試
料5が設置され放電により生じた活性粒子によりエツチ
ングされる。例えばSiまたはSiO2をエツチングす
る時には、CF4と02との混合ガスを用いるのが適し
ている。しかし、放電ガス種は一意に決まつているわけ
ではない。例えば上記混合ガス.の場合CF4のかわり
にC2F6を用いてもよいし、もつと一般にCF4と類
似の化学的性質すなわち、放電により活性粒子となりう
る性質を持つたものならば文換可能である。本装置を用
いた場合、5×10−1T0rrのガス圧力以上で放電
が可能であり、さらに、1×10−4T0rr以上のガ
ヌ圧力で安定した放電が得られる。
用いると周波数は2.45GHzであり、この時のBe
cは875Gaussとなる。一般に、磁束密度をこの
Becよりも大きくするとマイクロ波は効率良くプラズ
マに吸収され、安定した高密度の放電が得られる。磁場
形状をミラータイプにしたのはこの力が放電が安定しプ
ラズマ密度が大きくなるからであり、必ずしもミラータ
イプでなくても放電は可能である。円形導波管9内は大
気圧であり、放電室と試料室13が真空に排気されてい
る。リークバルブ4を通して放電ガスを所定の圧力に導
入してマイクロ波放電を発生させる。なお放電室の壁は
空気孔16,16′により空冷されている。永久融石の
上に絶縁台14を介して試料台15がめり、この上に試
料5が設置され放電により生じた活性粒子によりエツチ
ングされる。例えばSiまたはSiO2をエツチングす
る時には、CF4と02との混合ガスを用いるのが適し
ている。しかし、放電ガス種は一意に決まつているわけ
ではない。例えば上記混合ガス.の場合CF4のかわり
にC2F6を用いてもよいし、もつと一般にCF4と類
似の化学的性質すなわち、放電により活性粒子となりう
る性質を持つたものならば文換可能である。本装置を用
いた場合、5×10−1T0rrのガス圧力以上で放電
が可能であり、さらに、1×10−4T0rr以上のガ
ヌ圧力で安定した放電が得られる。
したがつて5×10−5T0rr以上でエツチングが可
能である。次に発生したプラズマのプラズマ密度Np,
電子温度Teを探針法により測定すると、・Ne=1,
7〜7×1011c7rL−3,kTe−3〜5eとな
る。ただし、kはボルツマン定数である。従来のプラズ
マ化学エツチングに用いられているRF放電は、10−
3T0rrのガス圧以上で放電可能であるが、実用的な
エツチングスピードを得るために、実際には0,1T0
rr以上のガス圧力で行なわれている。また、プラズマ
パラメータは、Ne−2〜7×109?−3,Te−8
〜12eである(C.C.GOOdyearandA.
VOnEngel:PrOc.Phys.SOc.79
(1962)732〜740)。したがつて、本装置で
は従来装置に比べ103倍もの低いガス圧力でエツチン
グ可能であり、この時のプラズマ密度は102倍程度大
きいことになる。第5図に、本装置を用いてSi基板の
上にAlマヌク(800八)を形成した試料をエツチン
グし、断面をSEM(ScanningElectrO
nMicrO−ScOpe)で観察した写真の模写を示
す。
能である。次に発生したプラズマのプラズマ密度Np,
電子温度Teを探針法により測定すると、・Ne=1,
7〜7×1011c7rL−3,kTe−3〜5eとな
る。ただし、kはボルツマン定数である。従来のプラズ
マ化学エツチングに用いられているRF放電は、10−
3T0rrのガス圧以上で放電可能であるが、実用的な
エツチングスピードを得るために、実際には0,1T0
rr以上のガス圧力で行なわれている。また、プラズマ
パラメータは、Ne−2〜7×109?−3,Te−8
〜12eである(C.C.GOOdyearandA.
VOnEngel:PrOc.Phys.SOc.79
(1962)732〜740)。したがつて、本装置で
は従来装置に比べ103倍もの低いガス圧力でエツチン
グ可能であり、この時のプラズマ密度は102倍程度大
きいことになる。第5図に、本装置を用いてSi基板の
上にAlマヌク(800八)を形成した試料をエツチン
グし、断面をSEM(ScanningElectrO
nMicrO−ScOpe)で観察した写真の模写を示
す。
エツチング時のマグネトロン出力は180W1放電ガヌ
はCF4と02との混合ガヌで02の分圧が20%であ
る。02の分圧は厳密ではなくO(:f)でもエツチン
グ可能である。
はCF4と02との混合ガヌで02の分圧が20%であ
る。02の分圧は厳密ではなくO(:f)でもエツチン
グ可能である。
ただし分圧が20%の時エツチング速さは最大である。
また、ガス圧力は第5図aの場合は5×10−4T0r
r,bの場合は5×10−3T0rr,cの場合は0.
1T0rrである。放電ガス圧力pが5×104T0r
rの場合すなわち、第5図aでは、1μmパターンがア
ンダカツトなく1μm深さまでエツチングされている。
これは、従来のプラズマ化学エツチングでは不可能なこ
とであり、本発明の装置により初めて可能となつたこと
である。この時のエツチング速さは200〜500人/
分であり実用的なエツチング速さである。またマスク材
料(Al)は、まつたくエツチングされておらず本装置
のエツチングの選択性の良さを示している。第5図B,
cには放電ガヌ圧力が大きくなるにしたがつてアンダカ
ツトが現われてくる様子が示されている。ガス圧力が5
×10−3T0rrでは少しアンダカツトが見られパタ
ーンの上部が少し丸みを滞びてエツチングされている。
ガス圧力が0.1T0rrの場合では、パターンは三角
形状にエツチングされている。三角形の底辺の角θは〜
50チであり、エツチングがほぼ等力的に行なわれてい
ることを示している。第6図は、SiとSiO2のエツ
チング速さRSi,r8lO2およびこれらの比η−R
8lO2/R8lと、ガス圧力Pとの関係を示している
。
また、ガス圧力は第5図aの場合は5×10−4T0r
r,bの場合は5×10−3T0rr,cの場合は0.
1T0rrである。放電ガス圧力pが5×104T0r
rの場合すなわち、第5図aでは、1μmパターンがア
ンダカツトなく1μm深さまでエツチングされている。
これは、従来のプラズマ化学エツチングでは不可能なこ
とであり、本発明の装置により初めて可能となつたこと
である。この時のエツチング速さは200〜500人/
分であり実用的なエツチング速さである。またマスク材
料(Al)は、まつたくエツチングされておらず本装置
のエツチングの選択性の良さを示している。第5図B,
cには放電ガヌ圧力が大きくなるにしたがつてアンダカ
ツトが現われてくる様子が示されている。ガス圧力が5
×10−3T0rrでは少しアンダカツトが見られパタ
ーンの上部が少し丸みを滞びてエツチングされている。
ガス圧力が0.1T0rrの場合では、パターンは三角
形状にエツチングされている。三角形の底辺の角θは〜
50チであり、エツチングがほぼ等力的に行なわれてい
ることを示している。第6図は、SiとSiO2のエツ
チング速さRSi,r8lO2およびこれらの比η−R
8lO2/R8lと、ガス圧力Pとの関係を示している
。
エツチングガスは、CF4に02を20%分圧混入した
ものでマグネトロン出力は180Wである。Pが4×1
0−3T0rr以下ではR8l+300〜500人/分
,R5lO2+100〜300λ/分であり、η−0.
5〜1である。一力、Pが5XI0−3T0rrより大
きくなると、R8lは少し増大しているのにR8lO2
は急激に減少しており、この結果ηは急激に減少して0
.03以下になる。したがつて、ガヌ圧力PがPcr−
4〜5×10−3T0rrを境いにして反応機構が急激
に変化している。従来のRF放電を用いたプラズマ化学
壬ツチングはP+0.1T0rrのガス圧力で行なわれ
ており、P>POrの領域に対応している。事実、従来
のRF放電を用いた装置ではη+0.03(Y.HOr
iikeandShibagaki:PrOceedi
ngsOfthe7thCOnferenceOnSO
lidStateDevices.TOkyOl975
.pPl3〜18)である。第7図は、放電室と試料を
結ぶ力向と試料の法線20とのなす角δ(第8図参照)
を変化させてエツチンタ化た時の断面形状のSEM写真
の模写を示す。
ものでマグネトロン出力は180Wである。Pが4×1
0−3T0rr以下ではR8l+300〜500人/分
,R5lO2+100〜300λ/分であり、η−0.
5〜1である。一力、Pが5XI0−3T0rrより大
きくなると、R8lは少し増大しているのにR8lO2
は急激に減少しており、この結果ηは急激に減少して0
.03以下になる。したがつて、ガヌ圧力PがPcr−
4〜5×10−3T0rrを境いにして反応機構が急激
に変化している。従来のRF放電を用いたプラズマ化学
壬ツチングはP+0.1T0rrのガス圧力で行なわれ
ており、P>POrの領域に対応している。事実、従来
のRF放電を用いた装置ではη+0.03(Y.HOr
iikeandShibagaki:PrOceedi
ngsOfthe7thCOnferenceOnSO
lidStateDevices.TOkyOl975
.pPl3〜18)である。第7図は、放電室と試料を
結ぶ力向と試料の法線20とのなす角δ(第8図参照)
を変化させてエツチンタ化た時の断面形状のSEM写真
の模写を示す。
エツチングガスは(CF4+02)の混合ガスで02の
分圧が20(f),マグネトロン出力は180!W,ガ
ス圧力は5×10−4T0rrである。
分圧が20(f),マグネトロン出力は180!W,ガ
ス圧力は5×10−4T0rrである。
これを見ると、角度δを大きくしていくと、パターンの
側面と試料面の法線とのなす角βはOより少し大きくな
るがδよりかなり小さな変化である。もしエツチングが
中性のラジカル21により行なわれjていると『ると、
βはδと同じ角度になるはずである(第9図参照)。一
力、エツチングがイオンにより行なわれているとすると
、後に述べるごとく試料前面に形成されたイオンシース
内の電気力線にそつてイオンは加速される。電気力線の
力向.はδに関係なく試料表面に垂直であるためエツチ
ングもδに関係なくはぼ垂直に行なわれる。ただし磁場
の効果を考慮すると、δがO以外の時にβもOから少し
ずれることになるが、このずれはδに比べてかなり小さ
い。第7図の結果と上の考察.からP−5×10−4T
0rrで本装置を用いた場合、エツチングはイオンによ
り行なわれていると結論できる。一力、従来のRF放電
を用いたエツチング装置では、イオンのない領域でもエ
ツチング可能であり、明らかにエツチングは中性ラジカ
ルにより行なわれている(NIKKEIELECTRO
NICS(1976)8.23P96)。P=Pc,−
4〜5X10−3T0rrの所でηが急激に変化してい
るが、この圧力を境いにしてP〈PO,ではエツチング
はイオンにより、P>POrではエツチングは中性ラジ
カルにより行なわれている。
側面と試料面の法線とのなす角βはOより少し大きくな
るがδよりかなり小さな変化である。もしエツチングが
中性のラジカル21により行なわれjていると『ると、
βはδと同じ角度になるはずである(第9図参照)。一
力、エツチングがイオンにより行なわれているとすると
、後に述べるごとく試料前面に形成されたイオンシース
内の電気力線にそつてイオンは加速される。電気力線の
力向.はδに関係なく試料表面に垂直であるためエツチ
ングもδに関係なくはぼ垂直に行なわれる。ただし磁場
の効果を考慮すると、δがO以外の時にβもOから少し
ずれることになるが、このずれはδに比べてかなり小さ
い。第7図の結果と上の考察.からP−5×10−4T
0rrで本装置を用いた場合、エツチングはイオンによ
り行なわれていると結論できる。一力、従来のRF放電
を用いたエツチング装置では、イオンのない領域でもエ
ツチング可能であり、明らかにエツチングは中性ラジカ
ルにより行なわれている(NIKKEIELECTRO
NICS(1976)8.23P96)。P=Pc,−
4〜5X10−3T0rrの所でηが急激に変化してい
るが、この圧力を境いにしてP〈PO,ではエツチング
はイオンにより、P>POrではエツチングは中性ラジ
カルにより行なわれている。
従来のRF放電を用いた装置では、P>Pcrの領域で
しかエツチングが行なえなかつたが、本発明の装置によ
りP<POrでのエツチングが初めて可能となつた。
しかエツチングが行なえなかつたが、本発明の装置によ
りP<POrでのエツチングが初めて可能となつた。
P<PO,でのエツチングが可能になつたのは、本装置
により低ガス圧力で高密度のプラズマが得られたからで
ある。この結果、後に述べる理由によりアンダカツトの
ないエツチングが初めて可能となつた。Pcrを境にし
てエツチングに寄与する粒子がイオンから中性粒子に変
化するのは次の理由による。
により低ガス圧力で高密度のプラズマが得られたからで
ある。この結果、後に述べる理由によりアンダカツトの
ないエツチングが初めて可能となつた。Pcrを境にし
てエツチングに寄与する粒子がイオンから中性粒子に変
化するのは次の理由による。
即ち、放電のプラズマ密度(ニイオン密度)は放電ガス
圧力によりあまり変化しないが中性粒子密度は放電ガス
圧力に比例して増大する。この結果、ガス圧力が大きく
なると中性粒子がエツチングに与える寄与が大きくなる
。また、放電ガヌ圧力が大きくなると電子の平均自由行
程が短くなりこの結果電子の平均運動エネルギが小さく
なる。このため、電子はCF4等のガスを分解して中性
ラジカルをつくることはできるが、これらをイオン化す
ることができなくなり、エツチングはイオンよりも主に
中性粒子により行なわれるようになる。放電のプラズマ
密度や活性粒子のイオン化エネルギは放電ガス種によつ
てあまり変化しないため、エツチングを行なう粒子が中
性粒子からイオンに変化するガヌ圧力P。rは放電ガス
種(例えば、C2F6,C3F8,CCl4等)によつ
てあまり変化せず、第6図の実1験で求めた如く4〜5
×10−3T0rrである。ただし、放電室(の試料側
の端縁)と試料との距離Dがあまり長くなると、イオン
は放電室で発生してから試料に到達するまでに中性粒子
と何回も衝突をくり返えし、拡散および中性化すること
によりイオン密度が減少してしまう。このためエツチン
グを主にイオンで行なうためには、イオンの平均自由行
程をλiとした時D≦λiであることが望ましい。放電
ガス圧力がPcr−4〜5×10−3T0rrの時のλ
iは〜数?であるため、D≦数?であることが望ましい
。ただし、λiは放電ガス圧力Pに逆比例するためPを
低くすれはDをもつと長くしてもかまわない。たとえば
P=5X10−4T0rrではD≦数10(1−70で
かまわない。本発明の装置によりアンダカツトのないエ
ツチングを行なうためには、エツチングが主にイオンで
行なわれることと、後に述べる理由によりイオンシース
の幅をDi8とした時、λi》Di8であることとが必
要であるら一般にDi8+0.1mmの程度であるから
、λiとしては?の長さが必要でありこのためには放電
ガス圧力Pが、数×10−3T0rr以下であることが
必要である。この時、P<POrの条件も満足され、エ
ツチングが主にイオンで行なわれるという条件も満たさ
れる。本装置によりアンダカツトのないエツチングが可
能になつた理由がエツチングがイオン化したラジカル(
活性原子,分子)により行なわれていることにつき理論
的に説明する。試料は電気的に絶縁されているため、プ
ラズマに対してフローテイングポテンシヤルV,(f<
O)になつており、試料の前面にイオンシースが形成さ
れている。
圧力によりあまり変化しないが中性粒子密度は放電ガス
圧力に比例して増大する。この結果、ガス圧力が大きく
なると中性粒子がエツチングに与える寄与が大きくなる
。また、放電ガヌ圧力が大きくなると電子の平均自由行
程が短くなりこの結果電子の平均運動エネルギが小さく
なる。このため、電子はCF4等のガスを分解して中性
ラジカルをつくることはできるが、これらをイオン化す
ることができなくなり、エツチングはイオンよりも主に
中性粒子により行なわれるようになる。放電のプラズマ
密度や活性粒子のイオン化エネルギは放電ガス種によつ
てあまり変化しないため、エツチングを行なう粒子が中
性粒子からイオンに変化するガヌ圧力P。rは放電ガス
種(例えば、C2F6,C3F8,CCl4等)によつ
てあまり変化せず、第6図の実1験で求めた如く4〜5
×10−3T0rrである。ただし、放電室(の試料側
の端縁)と試料との距離Dがあまり長くなると、イオン
は放電室で発生してから試料に到達するまでに中性粒子
と何回も衝突をくり返えし、拡散および中性化すること
によりイオン密度が減少してしまう。このためエツチン
グを主にイオンで行なうためには、イオンの平均自由行
程をλiとした時D≦λiであることが望ましい。放電
ガス圧力がPcr−4〜5×10−3T0rrの時のλ
iは〜数?であるため、D≦数?であることが望ましい
。ただし、λiは放電ガス圧力Pに逆比例するためPを
低くすれはDをもつと長くしてもかまわない。たとえば
P=5X10−4T0rrではD≦数10(1−70で
かまわない。本発明の装置によりアンダカツトのないエ
ツチングを行なうためには、エツチングが主にイオンで
行なわれることと、後に述べる理由によりイオンシース
の幅をDi8とした時、λi》Di8であることとが必
要であるら一般にDi8+0.1mmの程度であるから
、λiとしては?の長さが必要でありこのためには放電
ガス圧力Pが、数×10−3T0rr以下であることが
必要である。この時、P<POrの条件も満足され、エ
ツチングが主にイオンで行なわれるという条件も満たさ
れる。本装置によりアンダカツトのないエツチングが可
能になつた理由がエツチングがイオン化したラジカル(
活性原子,分子)により行なわれていることにつき理論
的に説明する。試料は電気的に絶縁されているため、プ
ラズマに対してフローテイングポテンシヤルV,(f<
O)になつており、試料の前面にイオンシースが形成さ
れている。
フローテイングポテンシヤルfは深針理論から計算され
てと表わされる。
てと表わされる。
本装置の探針測定の結果を用いてKTe−3.8eVと
し、P+イオンを想定してAl9とするとf=−18V
となる。イオンシースの幅Di8は、ラミングミユアー
チヤイルドの式から計算されて、となる。
し、P+イオンを想定してAl9とするとf=−18V
となる。イオンシースの幅Di8は、ラミングミユアー
チヤイルドの式から計算されて、となる。
N,−3.3X1011cfn−3とすると、0.08
m77!+0.1m77!となる。プラズマの電離度α
をDis で定義すると、探針測定によれば本装置の電離度は約2
0/)である。
m77!+0.1m77!となる。プラズマの電離度α
をDis で定義すると、探針測定によれば本装置の電離度は約2
0/)である。
したがつて、イオンの平均自由行程λiは中性粒子との
衝突により決定されて、ガス圧力Pに逆比例しP−5X
10−4T0rrの時λiは2CT!Lになる。イオン
はプラズマの中を熱運動している。
衝突により決定されて、ガス圧力Pに逆比例しP−5X
10−4T0rrの時λiは2CT!Lになる。イオン
はプラズマの中を熱運動している。
圧力が5×10−4T0rrの時、Di8《λiである
。またイオン温度をT1とすると、一般にKTl〈1V
fIである。したがつて、イオンがプラズマとイオンシ
ーヌの境界を横切ると、電界によつて無衝突で加速され
基板に垂直に入射する(第10図a参照)。この結果、
エツチングは垂直力向にのみ進みアンダカツトがなくな
る。ガス圧力が高くなるとDi8≧λiとなりイオンは
イオンシース内内で衝突をくり返えし、基板に等力的に
入射する(第10図b参照)。ガス圧力Pが0.1T0
rrのときはλ1は0.1u程度ある。この結果、アン
ダカツトが大きくなる。試料はプラズマに対してフロー
テイングポテンシヤルf(z−18V)になつている。
。またイオン温度をT1とすると、一般にKTl〈1V
fIである。したがつて、イオンがプラズマとイオンシ
ーヌの境界を横切ると、電界によつて無衝突で加速され
基板に垂直に入射する(第10図a参照)。この結果、
エツチングは垂直力向にのみ進みアンダカツトがなくな
る。ガス圧力が高くなるとDi8≧λiとなりイオンは
イオンシース内内で衝突をくり返えし、基板に等力的に
入射する(第10図b参照)。ガス圧力Pが0.1T0
rrのときはλ1は0.1u程度ある。この結果、アン
ダカツトが大きくなる。試料はプラズマに対してフロー
テイングポテンシヤルf(z−18V)になつている。
イオンは EvfIだけ加速されるが、このエネルギー
は試料をヌパツタするのに不十分であり、エツチングは
純粋に化学反応により行なわれる。このため、試料基板
の損傷,加熱,汚染が少ないことや、被エツチング材料
の選択性が良い等の従来のプラズマ化学エツチング装置
が有していた長所は、本装置にも維持されている。また
、マイクロ波放電は無極放電であるため放電室を石英管
で被うことができる。Si,SiO2をエツチングする
ためにCF4と02の混合ガスを用いたが、放電ガス種
を適当に選ぶことにより他の材料のエツチングも可能で
ある。この時、アンダカツトのない微細パターンのエツ
チングが可能となることは、Si,SiO2の場合と同
様である。本装置の放電ガス圧力は広範囲に可変でぁり
、このためアンダカツトの程度を自由にかえられる。放
電ガス圧力を適当に選ぶことにより第3図の角度θを9
0力から45ぶまで自由に変えることができる。角度θ
とガヌ圧との関係を第11図に示す。この特徴の応用例
としては、例えば分光器用回折格子のエツチングがある
。また、半導体素子の集積度を向上させるためには、パ
ターンのエツチング形状の角度θを90にした力がよい
。
は試料をヌパツタするのに不十分であり、エツチングは
純粋に化学反応により行なわれる。このため、試料基板
の損傷,加熱,汚染が少ないことや、被エツチング材料
の選択性が良い等の従来のプラズマ化学エツチング装置
が有していた長所は、本装置にも維持されている。また
、マイクロ波放電は無極放電であるため放電室を石英管
で被うことができる。Si,SiO2をエツチングする
ためにCF4と02の混合ガスを用いたが、放電ガス種
を適当に選ぶことにより他の材料のエツチングも可能で
ある。この時、アンダカツトのない微細パターンのエツ
チングが可能となることは、Si,SiO2の場合と同
様である。本装置の放電ガス圧力は広範囲に可変でぁり
、このためアンダカツトの程度を自由にかえられる。放
電ガス圧力を適当に選ぶことにより第3図の角度θを9
0力から45ぶまで自由に変えることができる。角度θ
とガヌ圧との関係を第11図に示す。この特徴の応用例
としては、例えば分光器用回折格子のエツチングがある
。また、半導体素子の集積度を向上させるためには、パ
ターンのエツチング形状の角度θを90にした力がよい
。
しかし、エツチング後に行なわれる配線の工程を考える
と、第12図に示すごとく頭部を少し斜めにエツチング
した力が配線の段切れが少なくなる。本装置により3ガ
ス圧力の高い状態(10−2〜10−1T0rr)で初
期のエツチングを行ない、その後ガス圧力の低い状態(
1い〜10−3T0rr)で所定の深さでエツチングす
ることにより、第12図のような形状のパターンが得ら
れる。本実施例では、矩形,円形導波管を用いてマイク
ロ波を伝達したが他の力法例えば同軸導波管を用いても
低ガス圧力で高密度のプラズマが得られれば同様の結果
が得られることは当然である。第13図に、本発明の別
の実施例を示す。
と、第12図に示すごとく頭部を少し斜めにエツチング
した力が配線の段切れが少なくなる。本装置により3ガ
ス圧力の高い状態(10−2〜10−1T0rr)で初
期のエツチングを行ない、その後ガス圧力の低い状態(
1い〜10−3T0rr)で所定の深さでエツチングす
ることにより、第12図のような形状のパターンが得ら
れる。本実施例では、矩形,円形導波管を用いてマイク
ロ波を伝達したが他の力法例えば同軸導波管を用いても
低ガス圧力で高密度のプラズマが得られれば同様の結果
が得られることは当然である。第13図に、本発明の別
の実施例を示す。
第4図の実施例と異なるのは、試料および試料台に外部
から試料電源17を用いて電圧を印加できるようにした
ことである。第4図の実施例ではイオンはフロー子イン
クポテンシャルVf(−18V)により加速されて基板
に入射する。基板損傷を極度に嫌う応用例には、このイ
オン衝突が問題となることがある。本実施例の電源17
により、試料電位をプラズマ電位と等しくすることによ
りイオンはイオン温度Ti(KTi〈1Vf1)に相当
したエネルギーでしか基板に入射しなくなり、基板損傷
は減少される。しかしこの場合アンダカツトは第4図の
場合より増大する。また、プラズマに対して負の電位を
印加することにより化学反応の他にスパツタリンダを並
行して行なうことができる。この結果、エツチング速さ
を向上できる。しかし基板損傷、加熱が問題となる分野
には試料に冷却装置を具備する必要がある。また、本実
施例は、SiO2のような絶縁物の試料には用いられな
い。
から試料電源17を用いて電圧を印加できるようにした
ことである。第4図の実施例ではイオンはフロー子イン
クポテンシャルVf(−18V)により加速されて基板
に入射する。基板損傷を極度に嫌う応用例には、このイ
オン衝突が問題となることがある。本実施例の電源17
により、試料電位をプラズマ電位と等しくすることによ
りイオンはイオン温度Ti(KTi〈1Vf1)に相当
したエネルギーでしか基板に入射しなくなり、基板損傷
は減少される。しかしこの場合アンダカツトは第4図の
場合より増大する。また、プラズマに対して負の電位を
印加することにより化学反応の他にスパツタリンダを並
行して行なうことができる。この結果、エツチング速さ
を向上できる。しかし基板損傷、加熱が問題となる分野
には試料に冷却装置を具備する必要がある。また、本実
施例は、SiO2のような絶縁物の試料には用いられな
い。
第1図はアンダカツトの様子を示す図、第2図は従来の
RF放電を用いたプラズマ化学エツチング装置を示す図
、第3図はアンダカツトの底辺の角度θを示す図、第4
図は本発明において用いるプラズマ化学エツチング装置
の断面図、第5図は本発明による場合のエツチングの断
面図、第6図ガス圧力と、Si,SiO2のエツチング
速度の関係を示す曲線図、第7図はδの説明図、第8図
はδを変化させた時のエツチングの断面図、第9図はエ
ツチングが中性ラジカルで行なわれることの説明図、第
10図はアンダカツトが減少することの説明図、第11
図はガヌ圧力とアンダカツトの角度との関係を示す曲線
図、第12図は本方式の用途の一例を示す図、第13図
は本発明の別の実施例を示す図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・マスク、7・・・
・・・マグネトロン、8・・・・・矩形導波管、9・・
・・・・円形導波管、10・・・・・・放電室、11,
11t・・・・・コイル、12・・・・・・永久磁石、
13・・・・・・試料室、14・・・・・・絶縁台、1
5・・・・・・試料台、16,16/・・・・・・空気
孔、20・・・・・・試料表面の法線、21・・・・・
・中性ラジカル。
RF放電を用いたプラズマ化学エツチング装置を示す図
、第3図はアンダカツトの底辺の角度θを示す図、第4
図は本発明において用いるプラズマ化学エツチング装置
の断面図、第5図は本発明による場合のエツチングの断
面図、第6図ガス圧力と、Si,SiO2のエツチング
速度の関係を示す曲線図、第7図はδの説明図、第8図
はδを変化させた時のエツチングの断面図、第9図はエ
ツチングが中性ラジカルで行なわれることの説明図、第
10図はアンダカツトが減少することの説明図、第11
図はガヌ圧力とアンダカツトの角度との関係を示す曲線
図、第12図は本方式の用途の一例を示す図、第13図
は本発明の別の実施例を示す図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・マスク、7・・・
・・・マグネトロン、8・・・・・矩形導波管、9・・
・・・・円形導波管、10・・・・・・放電室、11,
11t・・・・・コイル、12・・・・・・永久磁石、
13・・・・・・試料室、14・・・・・・絶縁台、1
5・・・・・・試料台、16,16/・・・・・・空気
孔、20・・・・・・試料表面の法線、21・・・・・
・中性ラジカル。
Claims (1)
- 1 マイクロ波を発生させる手段と、上記マイクロ波を
伝達する手段と、上記マイクロ波を吸収して放電を発生
させる放電部分に磁界を発生させる手段とを備え、上記
放電により活性な原子、分子またはイオンが形成される
5×10^−^3Torr以下のガスを上記放電部分に
導入して放電を発生させ、上記活性原子、分子またはイ
オンによつて試料をエツチングすることを特徴とするエ
ッチング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1071677A JPS5939508B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 乾式エツチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1071677A JPS5939508B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 乾式エツチング装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5396938A JPS5396938A (en) | 1978-08-24 |
JPS5939508B2 true JPS5939508B2 (ja) | 1984-09-25 |
Family
ID=11758017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1071677A Expired JPS5939508B2 (ja) | 1977-02-04 | 1977-02-04 | 乾式エツチング装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5939508B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5879721A (ja) * | 1981-11-06 | 1983-05-13 | Hitachi Ltd | ウエ−ハエツチング処理具 |
JPS61110782A (ja) * | 1984-11-05 | 1986-05-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 反応性イオンエツチング方法 |
JPS61130493A (ja) * | 1984-11-28 | 1986-06-18 | Tokuda Seisakusho Ltd | ドライエツチング装置 |
JP2564702B2 (ja) * | 1990-10-29 | 1996-12-18 | 株式会社 半導体エネルギー研究所 | プラズマエッチング方法 |
JPH08172081A (ja) * | 1995-08-28 | 1996-07-02 | Hitachi Ltd | プラズマ表面処理装置 |
-
1977
- 1977-02-04 JP JP1071677A patent/JPS5939508B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5396938A (en) | 1978-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4521286A (en) | Hollow cathode sputter etcher | |
US5593539A (en) | Plasma source for etching | |
US6197151B1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
KR920002864B1 (ko) | 플라즈마 처리방법 및 그 장치 | |
Booth et al. | Dual-frequency capacitive radiofrequency discharges: effect of low-frequency power on electron density and ion flux | |
US20020069971A1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
JPS6130036A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
US7510666B2 (en) | Time continuous ion-ion plasma | |
KR20070091673A (ko) | 기판을 최적화하기 위해 플라즈마 프로세스들 사이에서순차 교대하는 방법 및 장치 | |
JP3499104B2 (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
JPH03287774A (ja) | プラズマ処理方法 | |
US20050126711A1 (en) | Plasma processing apparatus | |
US5013401A (en) | Microwave plasma etching method and apparatus | |
JPS5939508B2 (ja) | 乾式エツチング装置 | |
JP2945034B2 (ja) | ドライエッチング方法 | |
JP2003077904A (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
JPS60120525A (ja) | 反応性イオンエツチング方法 | |
JP2750430B2 (ja) | プラズマ制御方法 | |
JP2003031555A (ja) | 表面処理装置 | |
JPH0770510B2 (ja) | プラズマ処理装置 | |
JPH0653170A (ja) | Ecrプラズマエッチング装置 | |
JPH0585633B2 (ja) | ||
JP3071450B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
JPH0530500B2 (ja) | ||
JPH08246146A (ja) | プラズマ処理方法及びその装置 |