JPH01295424A - 光励起エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）産業上の利用分野 本発明は、光励起エツチング方法に関し、特に半導体装
置の製造に有用である。

（ロ）従来の技術 超ＬＳＩの微細化が進む中、プラズマ番こよる照射損傷
が懸念され、荷電粒子を用いない光励起による光化学反
応プロセスが盛んに研究されている。

例えば、光励起プロセス技術調量報告ｉ　（６１−Ｍ−
２５５）、日本電子工業振興協会刊である。

そして、微細化が更に進み、１μｍ以下の加工になると
、可視光や紫外光は、もはやその波長が長すぎて使用で
きない。従って現在では、それらの光より波長の短い（
数１００〜２００　ＤＡ）真空紫外線を出すレーザ等が
使用されているが、その場合、光励起反応が気相で起こ
るため、エツチング反応が等方的となり微細化にも限界
がある。

ｅｊ　　発明が解決しようとする課題 本発明は、等方的なエツチング反応をもたらすことなく
、光励起反応ｌこよるエツチングを行い得る方法を提供
するものである。

に）課題を解決するための手段 本発明の光励起エツチング方法は、第１図に示す如く、
反応ガス中に置かれた基板（１）を冷却することにより
基板（１）の表面に反応ガス（２）を吸着せしめ、斯る
基板に励起光（３）を照射することを特徴とする。

基板（１）の温度は、反応ガス吸着率を上げるために室
温以下、より好ましくは０℃以下に設定されるべきであ
る。

本発明の他の特徴は、反応ガス中に置かれた基板を冷却
することにより前記基板表面に反応ガスを吸着せしめ、
斯る基板に励起光を照射する光励起エツチング方法であ
って、上記基板への反応ガス吸着工程と、上記基板への
励起光照射工程とをこの順序で含む一連の工程を、斯る
工程中に生じる反応生成物を上記基板から除去する除去
工程を挾んでくり返すことにある。

本発明の更に他の特徴によれば、上記除去工程は上記基
板を加熱することを含む。

本発明の更に他の特徴によれば、上記除去工程は上記基
板表面を不活性イオンでスパッタすることを含む。

（ホ）作用 本発明によれば、基板（１）の表面に吸着されたガス（
２）に励起光（３）が当ることにより、基板表面で反応
が生じ、その表面のエツチングが行われる。このとき、
耐エツチングマスク（４）で基板（１）の露出表面を限
定しておけば、第２図に示す如く選択エツチングが実施
される。

エツチングの進行に伴い、側壁（５）が生じ、この部分
にも反応ガスが吸着するが、励起光（３］はほぼ直進し
、側壁（５）に向う光は少ないたみ、側壁部分でのエツ
チング速度は極めて遅く、サイドエツチングの影響はは
とｋど無視できる。即ち、これにより等方的エツチング
でなくなる。

上記励起光照射時に０．０１〜０．１ｔＯｒｒ程度の低
圧の反応ガスの残留を可とするも、サイドエッチの原因
となる、気相でのガス反応を完全に無くするためには、
励起光照射時には反応室内を１Ｏ−４ｔｏｒｒより高真
空に排気すべきである。

エツチングの進行に伴い、使用材料によっては第３図に
示す如く、基板表面に反応生成物（６）が堆積する。生
成物（６）はエツチングに対する一種の保護膜作用をな
し、エツチング速度を低下せしめ、やがてはエツチング
停止をもたらす。

このため、本発明では、エツチング操作を中断し、反応
生成物（６）の除去工程が挿入される。

斯る除去工程の一例は、基板（１）を加熱することであ
り、他の例は、基板（１）の表面を不活性イオンでスパ
ッタすることである。

これにより、反応生成物（６）は蒸発消散して基板表面
がクリーニングされる。従って再び基板への反応ガス吸
着と励起光照射とを実行すれば、反応生成物のない状態
から再びエツチングが行われる。

（へ）実施例 第４図に本発明方法を実施するための装置を示す。反応
室０■は、当初１０〜１０　　ｔｏｒｒ　程度まで排気
口（社）を通じて排気される。エツチングを行わんとす
る基板（１）はコールドヘッド（２）に載置され、室温
から一１５０℃の範囲で冷凍システムとヒータ（Ｉ３）
により温度制御される。反応ガスは導入管−より反応室
αα内に入り排気口αυより排出されるが、反応室αα
内での圧力がＱ、０１〜Ｑ、１ｔＯｒｒになる様に、そ
の流量が調整される。励起光（３）は、基板（１）にそ
の表面直上より照射される。

以下は、上記装置を用いてエツチングを行った具体例で
ある。

励起光（３］：１１０５ｎより長波長の真空紫外線強度
０．１ｍＷ 基板（１ン　：ｎ型ＧａＡｓ（１００）面耐エツチング
マスク（４）ニレジスト０ＦＰＲ（１，８μｍμｍ厚板
基板）の温度ニー２０℃ 反応ガス：　Ｃ１！２ガス（α１　ｔｏｒｒ）エツチン
グ速度：約１０Ａ／分 上記エツチングにおいて、サイドエツチングの影響はほ
とんど見られない。

第５図に本発明方法を実施するための他の装置を示す。

反応室■は当初１０　〜ｉｏ　　　ｔｏｒｒ程度まで排
気装置（２１）を通じて排気される。エツチングを行わ
んとする基板（１）は反応室■内にて可変位型基板ホル
ダ（支）に保持され、基板ホルダ内蔵のヒータ、及び／
又はランプ（２３）で約２００℃に加熱されている。尚
、これら加熱手段は温度コントローラ例で制御される。

本実施例においては基板（１）としてｎ型ＧａＡｓ００
１面のものが使用され、その表面には第２図に示したの
と同様の耐エツチングマスクが被着されて、基板表面の
所定領域のみ露出状態にある。

斯る準備状態において以下の各工程が実行される。

第１工程ではガス供給装置（支）から反応ガスを反応室
■内に導入する。反応ガスとしては今の場合塩素ガスで
あり、その導入圧力は数〜十数ｔｏｒｒである。

第２工程では、励起光源（２＆）より励起光−が基板（
１）近傍に指向される。励起光−は紫外〜真空紫外線で
あり、このとき気相反応が生ずるため、基板の所定の露
出表面が１〜２０ｎｍ／分の速度で等方的にエツチング
され、従って基板表面のりＩＪ　−ニングが果される。

尚基板ホルダ（支）を変位させて基板（１）を励起光鰭
と平行配置にすることを可とするＯ 第３の工程では、上記基板加熱、反応ガス供給及び励起
光照射を全て停止し、十分排気した後、基板（１）を基
板ホルダーをこ内蔵の冷却機構で−２５〜−５０℃にて
冷却保持すると共に、反応ガスとして、今の場合塩素ガ
スをガス供給装置ｉｌｉ伺から数〜十数ｔｏｒｒの圧力
で導入する。このとき、反応ガス分子が基板表面に吸着
する。

尚、上記基板ホルダ内蔵の冷却機構には、冷媒供給装置
■より液体窒素が供給される。

第４の工程では上記反応ガス吸着状態を数分〜十数分間
保持した後、反応室を１０　　　ｔｏｒｒより高い真空
状態に排気し、気相状態で残っていた反応ガスを排気す
る。

Ｍ５の工程では、励起光源困より励起光−が基板はｊ表
面に垂直に照射される。励起光（資）は第２工程と同様
、紫外〜真空紫外線である。従って、基板表面での反応
が生じ、サイドエッチのない異方性エツチングが生じる
。エツチング速度は数〜数＋Ａ／分である。

この状態を３０分〜１時間続けるとＧａＣｌ３からなる
反応生成物の堆積量が多くなりエツチング速度が低下す
る。

そこで、第６の工程として、励起光照射を停止し、第５
工程と同様の真空度を維持しつつ、基板ホルダ内蔵のヒ
ータやランプ内で基板（１）を約２００℃で十〜数十分
間加熱する。これにより上記反応生成物は蒸発消散し、
基板表面のりＩＪ　　＝ングがなされる。

以降、上記第６エ程乃至第６エ程を必要回数くり返し、
所望のエツチング深さを得る。

上記一連の工程における基板加熱、冷却、ガス導入、排
気、光照射等はコンピュータ制御機構□□□の制御の下
に、自動的に実行される。

第６図−こ本発明方法を実施するための更番こ他の装置
を示す。

反応室田は当初１０　〜１０　　　Ｔｏｒｒ程度まで排
気装置ｅｌｌ）を通じて排気される。エツチングを行わ
んとする基板（１）は反応室頭内にて基板ホルダ（財）
に保持されている。本実施例においては基板（１）とし
てｎ型Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　Ｏｉ１面のものが使用され、そ
の表面には第２図に示したのと同様の耐エツチングマス
クが被着されて、基板表面の所定領域のみ露出状態にあ
る。

斯る準備状態において以下の各工程が実行される。

第１工程では不活性ガスをガス供給装置暖から反応室■
に導入する。不活性ガスとしては今の場合アルゴンガス
であり、その導入圧力は数〜数十ｍＴｏ　ｒ　ｒである
。

第２工程では、励起光源−より励起光（３５）が照射さ
れる。励起光は紫外〜軟Ｘ線領域にかけての連続光であ
り、このとき気相反応によりアルゴンイオンが生じる。

そこへ数十〜数百Ｖの電圧を電圧源圓から電線国を介し
て基板ホルダ■と電極（至）との間に加えると、アルゴ
ンイオンが加速され基板光間を遮断しない。

第３の工程では、上記アルゴンガス供給及び励起光照射
を全て停止し、十分排気した後、基板（１）を基板ホル
ダ（支）に内蔵の冷却機構で−２５〜−５０℃程度に冷
却保持すると共に、反応ガスとして今の場合塩素ガスを
ガス供給装置缶から数〜数百ｍＴｏｒｒの圧力で導入す
る。このとき、反応ガス分子が基板表面に吸着する。

上記基板ホルダ内蔵の冷却機構には、冷媒供給装置（至
）より液体窒素が供給される。

第４の工程では上記反応ガス吸着状態を数分〜＋数分間
保持した後、反応室■を１０　　　Ｔｏｒｒより高い真
空状態に排気し、気相状態で残っていた反応ガスを排気
する。

第５の工程では励起光源（至）より励起光（ト）が基板
（１）表面に垂直に照射される　励起光（ト）は第２工
程と同様、紫外〜軟Ｘ線領域の光である。従って基板表
面での反応が生じサイドエツチングのない異方性エツチ
ングが生じる。エツチング速度は数〜数十鳩である。

この状態を３０分〜１時間続けるとＧａの塩化物からな
る反応生成物の堆積量が多くなりエツチング速度が低下
する。

そこで、第６の工程として、反応ガスの導入をと 停止し、第２工程同様にアルゴンガスを導入し、ハ 電場を加えると、上記反応生成物はスパッタ消散し、基
板表面のクリーニングがなされる。

以降、上記第３工程乃至第６エ程を必要回数繰り返し、
所望のエツチング深さを得る。上記一連の工程における
基板の冷却、ガス導入、排気、光照射、電場印加等はコ
ンピュータ制御機構（支）の制御の下に、自動的に実行
される。

本発明の反応生成物除去工程としては、第５図の場合の
如き、基板温度の上昇と、第６図の場合のスパッタとの
両者を併用することも可能である。

（ト）発明の効果 本発明によれば、等方的エツチングの起こりやすい光励
起エツチングにおいて、サイドエツチングが抑制され、
方向性の良いエツチングが可能となり、更に、光励起エ
ツチングに際し生じる反応生成物の影響をもなくし、所
望深さのエツチングを行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明を説明するための断面図、第
４図乃至第６図は本発明方法を実施するための夫々異な
る装置の断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応ガス中に置かれた基板を冷却することにより
   前記基板表面に反応ガスを吸着せしめ、斯る基板に励起
   光を照射することを特徴とする光励起エッチング方法。
2. （２）反応ガス中に置かれた基板を冷却することにより
   前記基板表面に反応ガスを吸着せしめ、斯る基板に励起
   光を照射する光励起エッチング方法であって、上記基板
   への反応ガス吸着工程と、上記基板への励起光照射工程
   とをこの順序で含む一連の工程を、斯る工程中に生じる
   反応生成物を上記基板から除去する除去工程を挾んでく
   り返すことを特徴とする光励起エッチング方法。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、上記除去工程は
   上記基板を加熱することを含むものであることを特徴と
   する光励起エッチング方法。
4. （４）特許請求の範囲第２項において、上記除去工程は
   上記基板を不活性イオンでスパッタすることを含むもの
   であることを特徴とする光励起エッチング方法。