JPH0437129A - エッチング方法及びエッチング装置 - 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】 〔概　要〕 半導体装置の製造などに用いられるドライエツチングに
関し、 エツチング量の細かい制御を可能にさせるエツチング方
法及びそれを行うエツチング装置の捷供を目的とし、 方法においては、被エツチング体に解離吸着する反応ガ
スを用い、被エツチング体の温度を反応ガスが解離吸着
し且つ該解離吸着による反応生成物が離脱しない温度に
保持して、被エツチング体の雰囲気として反応ガスを導
入する工程と、該反応ガスを除去して被エツチング体に
パルス状の電子線を照射する工程とを、交互に繰り返す
ように構成し、また、前記電子線の照射は、被エツチン
グ体のエツチングするべき領域に選択的に行うように構
成し、装置においては、エツチング室となるチャンバと
、該チャンバ内を真空に排気する排気手段と、該チャン
バ内に反応ガスを導入するガス供給手段と、該チャンバ
内にあって被エツチング体を載置し且つ該エツチング体
の温度を制御可能なステージと、該ステージ上の被エツ
チング体にパルス状の電子線を照射する電子銃とを有す
るように構成し、また、前記電子銃は、電子線の照射が
被エツチング体の選択された領域に限定可能なものであ
るように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、エツチング方法及びそれを行うエツチング装
置に係り、特に、半導体装置の製造などに用いられるド
ライエツチングに関する。

半導体装置の製造におけるウェーハプロセスでは、パタ
ーン形成などにエツチングが多用され、近年はドライエ
ツチングが主流となっている。そして、半導体装置の高
集積化や高性能化に伴い、そのエツチングは高精度に制
御されることが望まれてきている。

（従来の技術〕 従来のドライエツチングでは、Ｆ、　　Ｃ／！系の反応
ガスを用いたＲＩＥ　（反応性イオンエツチング）が冨
用されている。

このエンチングは、被エツチング体となる基板の雰囲気
として反応ガスを導入し、そのガスをプラズマ化して基
板をエツチングするものである。

そして、抜きパターンを設けたマスクを基板にかけてお
くことにより、基板の露出領域を選択的にエツチングし
て基板にパターンを形成することができる。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら上記エツチングは、プラズマの発生に伴い
基板にダメージを与え、然も、エンチング量の高精度な
制御が困難である。更に、そのエツチング量は、ローデ
ィング効果（パターンで決まるエツチング面積の大小に
よる効果）によっても影響される。

これは、エツチング過程として考えられている素過程、
即ち、反応種の基板への吸着→基板との反応→反応生成
物の基板からの離脱、が制御されない状態でエツチング
が進行するためである。

そこで本発明は、半導体装置の製造などに用いられるド
ライエツチングに関して、エツチング量の高精度な制御
を可能にさせるエツチング方法及びそれを行うエツチン
グ装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のエツチング方法は
、被エツチング体に解離吸着する反応ガスを用い、被エ
ツチング体の温度を反応ガスが解離吸着し且つ該解離吸
着による反応生成物が離脱しない温度に保持して、被エ
ツチング体の雰囲気として反応ガスを導入する工程と、
該反応ガスを除去して被エツチング体にパルス状の電子
線を照射する工程とを、交互に繰り返すことを特徴とし
ている。前記電子線の照射は、被エツチング体のエツチ
ングするべき領域に選択的に行うようにしても良い。

また、本発明のエツチング装置は、エツチング室となる
チャンバと、該チャンバ内を真空に排気する排気手段と
、該チャンバ内に反応ガスを導入するガス供給手段と、
該チャンバ内にあって被エツチング体を載置し且つ該エ
ツチング体の温度を制御可能なステージと、該ステージ
上の被エツチング体にパルス状の電子線を照射する電子
銃と、を有することを特徴としている。前記電子銃は、
電子線の照射が被エツチング体の選択された領域に限定
可能なものであるようにしても良い。

〔作　用〕

このエツチング方法は、反応ガスがプラズマ化すること
なく被エツチング体に吸着して被エツチング体と反応し
、且つその反応生成物が被エツチング体から離脱しない
でいる工程と、その反応生成物を電子線の照射により被
エツチング体から離脱させる工程とに分離されているの
で、エツチング量の高精度な制御が可能である。然も、
その制御ではローデイグ効果を勘案する必要がない。

反応生成物の離脱は、照射された電子線の作用によるも
のであり、電子線の照射が引き起こす加熱によるもので
はない、むしろその加熱による被エツチング体の昇温か
望ましくないので、電子線の照射をパルス状にしてその
昇温を抑えている。

また、電子線を被エツチング体のエツチングするべき領
域に選択的に照射するようにすれば、反応生成物の離脱
が該領域に限られて、被エツチング体にマスクをかける
ことなくパターンを形成することかできる。

そしてエツチング装置は、ステージが被エツチング体を
所定の温度に保持し、ガス供給手段が被エツチング体の
雰囲気とする反応ガスを導入し、排気手段が該反応ガス
を除去し、電子銃が上記のように電子線を照射すること
ができるので、上述のエツチング方法を行うことができ
る。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第１図及び第２図を用いて
説明する。第１図は方法第１実施例を行う装置第１実施
例の構成図、第２図は方法第２実施例を行う装置第２実
施例の構成図、である。

装置第１実施例を示す第１図において、１はチャンバ、
２は排気手段、３はガス供給手段、４はステージ、５は
電子銃、６はゲートパルプ、Ｓは被エツチング体となる
基板、である。

チャンバ１は、エツチング室となるものである。

排気手段２は、チャンバ１内を１０−’Ｔｏｒｒ程度の
高真空に排気する真空ポンプ系である。

ガス供給手段３は、チャンバ１内に反応ガスを所定の圧
力に随時に導入することができるガス供給系である０反
応ガスには基板Ｓに解離吸着して基板Ｓと反応するガス
（ここではＦ、）を用い、上記圧力は１０−’〜１０−
”Ｔｏｒｒ程度である。

ステージ４は、チャンバｌ内にあって基板Ｓを載置し且
つ基板１の温度を所定の温度に保持するものである。こ
の温度は、反応ガス（Ｆ２）が基板Ｓに解離吸着し且つ
その吸着による反応生成物が基板Ｓから離脱しない温度
（ここでは−１００℃）である。

電子銃５は、チャンバ１外からチャンバ１の窓（ゲート
パルプ６の部分）を通してステージ４上の基板Ｓの全面
にパルス状の電子線を照射するものである。電子線をパ
ルス状にするのは、電子銃５の電子引出し電極に印加す
る電圧の制御によってなされ、パルス幅は０．１μ秒、
パルス周期は０．１秒である。また、電子線の強度は１
０−’　Ａ　／ｌｄである。

ゲートパルプ６は、前記窓を開閉するものであり、チャ
ンバ１に反応ガスを導入する際に閉じて電子銃５を反応
ガスから保護する。

方法第１実施例による基板Ｓのエツチングは、上記エツ
チング装置を用いて次のように行う。

■　マスクをかけた基板Ｓをステージ４上に載置する。

基板１は一１００°Ｃになりその温度に維持される。ゲ
ートパルプ６は閉じておく。

■　排気手段２を作動させてチャンバ１内を１０−’Ｔ
ｏｒｒ程度の高真空にする。

■　ガス供給手段３により反応ガスのＦ２をチャンバ１
内に１０−Ｓ〜１０−　”Ｔｏｒｒ程度の圧力となるよ
うに導入する。導入時間は１秒程度とする。これにより
、反応ガスが基板Ｓに解離吸着し、基板Ｓの表面に反応
生成物の薄層が形成される。

■　チャンバ１内の圧力が再度１０”’丁ｏｒｒ程度に
なったところで（所要時間は数〜数１０秒）、ゲートパ
ルプ６を開き、電子銃５からパルス状の電子線を基板１
に照射する。照射時間は５秒程度とする。これにより、
本実験の電流強度では、上記反応生成物が基板Ｓから離
脱する。基板Ｓ本体から見れば、マスクの抜きパターン
で露出している領域が上記薄層の一層分だけエツチング
された状態となる。そのエツチング量は、基板ＳがＳｉ
の場合約５人である。

以下、エツチング量が所望に達するまで■と■の工程を
繰り返す、その後は、チャンバ１内を常圧に戻して基板
Ｓを取り出し、マスクを除去すれば良い。

このようにして、方法第１実施例では、基板Ｓにマスク
の抜きパターンを基にしたパターンを形成するエツチン
グにおいて、エツチング量の高精度な制御が可能となる
。いうまでもなく、マスクを用いないで基板Ｓの全面を
エツチングする場合にも、エツチング量の制御は同様で
ある。

なおこのエツチング装置は、基板Ｓの出し入れの際にチ
ャンバ１内を常圧に戻すものであるが、周知のロードロ
ツタを設ければ真空のままで基板Ｓの出し入れが可能と
なる。

次に、装置第２実施例を示す第２図において、このエツ
チング装置は、上述したエツチング装置の電子銃５を電
子銃７に変えたものである。

電子銃７は、電子銃５に電子線制御系７ａを付加したも
のであり、チャンバ１外からチャンバ１の窓（ゲートバ
ルブ６０部分）を通してステージ４上の基板Ｓにパルス
状の電子線を照射し、その照射が基板Ｓの選択された領
域に限定可能である。

即ち、電子線制御系７ａは、電子銃５に相当する部分か
ら出射する電子線を基板Ｓ上に集束させ、且つ、その集
束した照射点が基板Ｓ上で任意に描画する偏向と基板Ｓ
上から外れるブランキングとを行わせるものである。こ
の電子線制御系７ａは、電子ビーム露光装置などに用い
られて周知である。

電子線のパルス幅及びパルス周期は電子銃５と同様であ
り、電子線の強度は１０−’Ａ／ｃ−である。

方法第２実施例による基板Ｓのエツチングは、上記エツ
チング装置を用いて行い、方法第１実施例と比較して、
基板Ｓにパターンを形成するのにマスクを必要としない
点と、方法第１実施例で述べた■の詳細の点とが異なる
。

その■の詳細は次のようである。

即ち、チャンバ１内の圧力が再度ＬＯ−’Ｔｏｒｒ程度
になったところで、ゲートバルブ６を開き、電子銃７か
ら例えば１μ−角に集束させたパルス状の電子線を基板
１に照射する。その際、電子線制御系７ａの制御により
電子線を偏向ないしブランキングさせて、電子線の照射
点が第１実施例の場合にマスクの抜きパターンで露出す
るべき領域を描画で塗り潰すようにする。描画速度は、
本実験で用いた電流条件では０．２μＩＩ／秒程度とす
る。

これにより、先に述べた■で薄層に形成された反応生成
物の上記描画領域のみが基板Ｓから離脱する。基板Ｓか
ら見れば、上記マスクの抜きパターンで露出するべき領
域が上記薄層の一層分だけエツチングされた状態となる
。そのエツチング量は、第１実施例の場合と同じである
。

そして、次に繰り返す■では、先にエツチングされた領
域のみに新たな反応生成物の薄層が形成される。

このようにして、方法第２実施例では、基板Ｓにパター
ンを形成するエツチングにおいて、マスクが不要となり
、然もエツチング量の高精度な制御が可能となる。

上述の実施例では反応ガスをＦ２にしたが、その反応ガ
スとしては、ＣＬ　、ＨＦ、　　ｃＩｚ　Ｐｇなどを用
いることができる。また、基板Ｓの温度は使用する反応
ガスに合わせれば良く、電子線の照射条件や各工程のタ
イミングは実施例に限定されることなく適宜に選定すれ
ば良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、半導体装置の製造
などに用いられるドライエツチングに関して、エツチン
グ量の高精度な制御を可能にさせるエツチング方法及び
それを行うエツチング装置が提供されて、半導体装置の
高集積化や高性能化に伴う高精度エツチングの要請に対
する対応を可能にさせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は方法第１実施例を行う装置第１実施例の構成図
、 第２図は方法第２実施例を行う装置第２実施例の構成図
、 である。 図において、 １はチャンバ、 ２は排気手段、 ３はガス供給手段、 ４はステージ、 ５．７は電子銃、 ６はゲートバルブ、 ７ａは電子線制御系、 Ｓは基板（被エツチング体）、 である。 ：チャンバ　　　　　２：排気手段 ：ガス供給手段　　　４：ステージ ：電子銃　　　　　　６：ゲートバルブ二基板（被エツ
チング体） 方法第１実施例を行う装置第１実施例の構成国策　　１
　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被エッチング体に解離吸着する反応ガスを用い、 被エッチング体の温度を反応ガスが解離吸着し且つ該解
   離吸着による反応生成物が離脱しない温度に保持して、 被エッチング体の雰囲気として反応ガスを導入する工程
   と、 該反応ガスを除去して被エッチング体にパルス状の電子
   線を照射する工程とを、 交互に繰り返すことを特徴とするエッチング方法。 ２）前記電子線の照射は、被エッチング体のエッチング
   するべき領域に選択的に行うことを特徴とする請求項１
   または２に記載のエッチング方法。 ３）エッチング室となるチャンバと、 該チャンバ内を真空に排気する排気手段と、該チャンバ
   内に反応ガスを導入するガス供給手段と、 該チャンバ内にあって被エッチング体を載置し且つ該エ
   ッチング体の温度を制御可能なステージと、 該ステージ上の被エッチング体にパルス状の電子線を照
   射する電子銃と、 を有することを特徴とするエッチング装置。 ４）前記電子銃は、電子線の照射が被エッチング体の選
   択された領域に限定可能なものであることを特徴とする
   請求項３に記載のエッチング装置。