JPH0722154B2 - ドライエツチング装置 - Google Patents
ドライエツチング装置Info
- Publication number
- JPH0722154B2 JPH0722154B2 JP19878785A JP19878785A JPH0722154B2 JP H0722154 B2 JPH0722154 B2 JP H0722154B2 JP 19878785 A JP19878785 A JP 19878785A JP 19878785 A JP19878785 A JP 19878785A JP H0722154 B2 JPH0722154 B2 JP H0722154B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、半導体集積回路を含む高密度固体素子のパ
ターン形成に用いられ、高精度で均一なエッチングを達
成できるドライエッチング装置に関する。
ターン形成に用いられ、高精度で均一なエッチングを達
成できるドライエッチング装置に関する。
［発明の技術的背景およびその問題点］ 半導体大規模集積回路（LSI）の製造においては、基板
全面に維持された被加工材上にリソグラフィ技術を用い
て所定形状のレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクにして被加工材をエッチングしてパタ
ーンを形成している。従って、エッチング技術はパター
ン精度を決定する重要な技術であり、加工性、再現性、
均一性、制御性の向上をめざして開発が進められてきて
いる。
全面に維持された被加工材上にリソグラフィ技術を用い
て所定形状のレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクにして被加工材をエッチングしてパタ
ーンを形成している。従って、エッチング技術はパター
ン精度を決定する重要な技術であり、加工性、再現性、
均一性、制御性の向上をめざして開発が進められてきて
いる。
現在広く用いられているエッチング技術は、反応性イオ
ンエッチング（RIE）と呼ばれるドライエッチング技術
であり、これは第４図に示すように、ガス導入口１と排
気口３とを備えた反応容器７の内部に平行に保持された
２枚の放電電極５を有し、この放電電極５の一方の上に
基板９が設置されている。そして、ガス導入口１から被
加工材と反応して揮発性の反応生成物となる元素を含ん
だガスを導入し、反応容器７内の圧力が一定圧力になる
ように排気して調節する。それから、両放電電極５間に
高周波電圧源11から高周波電圧を印加してグロー放電を
生じさせ、放電電極５間のプラズマ領域13で生成された
反応性の高い活性種により被加工材をエッチングするも
のである。この方法はアンダカットがなく制御性が高い
ため、１μｍ以上のパターンで構成される高密度LSIの
製造には不可欠の技術となっている。
ンエッチング（RIE）と呼ばれるドライエッチング技術
であり、これは第４図に示すように、ガス導入口１と排
気口３とを備えた反応容器７の内部に平行に保持された
２枚の放電電極５を有し、この放電電極５の一方の上に
基板９が設置されている。そして、ガス導入口１から被
加工材と反応して揮発性の反応生成物となる元素を含ん
だガスを導入し、反応容器７内の圧力が一定圧力になる
ように排気して調節する。それから、両放電電極５間に
高周波電圧源11から高周波電圧を印加してグロー放電を
生じさせ、放電電極５間のプラズマ領域13で生成された
反応性の高い活性種により被加工材をエッチングするも
のである。この方法はアンダカットがなく制御性が高い
ため、１μｍ以上のパターンで構成される高密度LSIの
製造には不可欠の技術となっている。
しかしながら、この従来の方法においては、更に微細な
サブミクロン幅の溝をエッチングする場合には、溝幅が
狭くなる程、また溝が深くなる程エッチング速度が低下
し、溝幅によってエッチング完了時間が異なるという問
題が生じている（例えばM.oda et al,Proc.Symp.on
Dry Process,Tokyo,Oct.,P.115（1984）参照）。
サブミクロン幅の溝をエッチングする場合には、溝幅が
狭くなる程、また溝が深くなる程エッチング速度が低下
し、溝幅によってエッチング完了時間が異なるという問
題が生じている（例えばM.oda et al,Proc.Symp.on
Dry Process,Tokyo,Oct.,P.115（1984）参照）。
この問題を更に詳細に説明すると、この種のドライエッ
チングに使用される活性種にはイオンとラジカルとがあ
るが、イオンは一定バイアスが保たれたイオンシース部
（第４図において符号15で示す部分）によって加速さ
れ、基板９に垂直な方向からエッチング面に入射してく
る。一方、電気的に中性なラジカルはイオンシース部15
の影響を受けることなくエッチング面からプラズマを見
込めるあらゆる角度から入射してくる。このため、エッ
チングすべき溝の底面に到達するラジカル量は溝の幅、
深さによって異なってくる。
チングに使用される活性種にはイオンとラジカルとがあ
るが、イオンは一定バイアスが保たれたイオンシース部
（第４図において符号15で示す部分）によって加速さ
れ、基板９に垂直な方向からエッチング面に入射してく
る。一方、電気的に中性なラジカルはイオンシース部15
の影響を受けることなくエッチング面からプラズマを見
込めるあらゆる角度から入射してくる。このため、エッ
チングすべき溝の底面に到達するラジカル量は溝の幅、
深さによって異なってくる。
第５図はエッチング中の溝の内部を拡大して示している
ものであるが、溝19の底面19aにマスク17や溝19の側面
に衝突することなく入射できるラジカルは、溝幅、溝の
深さ、マスクの高さで定まる角度θの範囲から入射でき
るものに限られる。従って、溝幅が狭くなったり、溝が
深くなったりして角度θが小さくなると、溝の底面19a
に到達するラジカル量が減少し、このためエッチング速
度が低下するという問題が発生するのである。
ものであるが、溝19の底面19aにマスク17や溝19の側面
に衝突することなく入射できるラジカルは、溝幅、溝の
深さ、マスクの高さで定まる角度θの範囲から入射でき
るものに限られる。従って、溝幅が狭くなったり、溝が
深くなったりして角度θが小さくなると、溝の底面19a
に到達するラジカル量が減少し、このためエッチング速
度が低下するという問題が発生するのである。
より具体的に数値を用いて説明すると、例えば２μｍ幅
の溝と0.5μｍ幅の溝を同時にエッチングすると、２μ
ｍ幅の溝が完了しても0.5μｍ幅の溝は70％程度しかエ
ッチングされていないという事態が生じ、0.5μｍ幅の
溝のエッチングが完了するまでエッチングを続けると、
２μｍ幅の溝はオーバーエッチングとなり、アンダーカ
ットが増大したり、下地材料を損傷するという問題を発
生する。また、LSIのパターンは0.5乃至数百μｍ幅の溝
が混在しているので、サブミクロン幅を有するLSIの実
現にこの問題は極めて大きな障害となっている。
の溝と0.5μｍ幅の溝を同時にエッチングすると、２μ
ｍ幅の溝が完了しても0.5μｍ幅の溝は70％程度しかエ
ッチングされていないという事態が生じ、0.5μｍ幅の
溝のエッチングが完了するまでエッチングを続けると、
２μｍ幅の溝はオーバーエッチングとなり、アンダーカ
ットが増大したり、下地材料を損傷するという問題を発
生する。また、LSIのパターンは0.5乃至数百μｍ幅の溝
が混在しているので、サブミクロン幅を有するLSIの実
現にこの問題は極めて大きな障害となっている。
［発明の目的］ この発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、種々の幅のパターンが混在していても均一
なエッチング速度で高精度かつ均一にエッチングできる
ドライエッチング装置を提供することにある。
るところは、種々の幅のパターンが混在していても均一
なエッチング速度で高精度かつ均一にエッチングできる
ドライエッチング装置を提供することにある。
［発明の概要］ 上記目的を達成するため、反応性ガスをグロー放電させ
て低温ガスプラズマを発生させ、該プラズマ中で生成さ
れた活性種を用いて基板表面をエッチングするドライエ
ッチング装置において、この発明は、前記基板上に基板
との間隔を所定距離に維持しながら高さが幅よりも大き
な所定の大きさの貫通孔を有するフィルタ手段を設けた
ことを要旨とする。
て低温ガスプラズマを発生させ、該プラズマ中で生成さ
れた活性種を用いて基板表面をエッチングするドライエ
ッチング装置において、この発明は、前記基板上に基板
との間隔を所定距離に維持しながら高さが幅よりも大き
な所定の大きさの貫通孔を有するフィルタ手段を設けた
ことを要旨とする。
［発明の実施例］ 以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。
第１図はこの発明の一実施例に係るドライエッチング装
置の構成図である。同図に示すドライエッチング装置
は、第４図に示すドライエッチング装置において２枚の
放電電極５の間のイオンシース部15の部分であって基板
９を載置している一方の放電電極５の上に所定間隔あけ
てフィルタ21が設けられている点が異なっているのみで
その他の構成は同じであり、同じ構成要素には同じ符号
が付されている。
置の構成図である。同図に示すドライエッチング装置
は、第４図に示すドライエッチング装置において２枚の
放電電極５の間のイオンシース部15の部分であって基板
９を載置している一方の放電電極５の上に所定間隔あけ
てフィルタ21が設けられている点が異なっているのみで
その他の構成は同じであり、同じ構成要素には同じ符号
が付されている。
このフィルタ21は、第２図にその一部を拡大した断面図
を示すように、所定の径および長さを有する貫通孔21a
を所定間隔で多数形成したものであり、このフィルタ21
の材料は放電に影響を与えず異常放電を発生しない絶縁
性の板で形成されているものである。このフィルタ21を
基板９の上に配設することにより前述したように高周波
電圧源11によって高周波電圧が印加された放電電極５間
にグロー放電を発生せしめて形成されるプラズマ領域13
で生成される反応性の高い活性種のうち基板９に対して
斜め方向に運動している活性種はフィルタ21の側壁に衝
突して消滅することになる。この結果、プラズマ領域13
からフィルタ21を通過して基板９のエッチングすべき溝
9aに入射できる活性種は第２図において角度αの入射角
を有するものに限られ、活性種は基板９に対して垂直方
向に強い指向性を有する分布となる。このため、溝9aの
底部の単位面積当りに到達する活性種の量は溝幅によら
ず一定で均一なものとなり、微細な溝でも幅の広い溝で
も同一の速度でエッチングすることができ、溝の深さが
深くなってエッチング速度が低下することがない。
を示すように、所定の径および長さを有する貫通孔21a
を所定間隔で多数形成したものであり、このフィルタ21
の材料は放電に影響を与えず異常放電を発生しない絶縁
性の板で形成されているものである。このフィルタ21を
基板９の上に配設することにより前述したように高周波
電圧源11によって高周波電圧が印加された放電電極５間
にグロー放電を発生せしめて形成されるプラズマ領域13
で生成される反応性の高い活性種のうち基板９に対して
斜め方向に運動している活性種はフィルタ21の側壁に衝
突して消滅することになる。この結果、プラズマ領域13
からフィルタ21を通過して基板９のエッチングすべき溝
9aに入射できる活性種は第２図において角度αの入射角
を有するものに限られ、活性種は基板９に対して垂直方
向に強い指向性を有する分布となる。このため、溝9aの
底部の単位面積当りに到達する活性種の量は溝幅によら
ず一定で均一なものとなり、微細な溝でも幅の広い溝で
も同一の速度でエッチングすることができ、溝の深さが
深くなってエッチング速度が低下することがない。
第２図からわかるように、基板９の溝9aに入射する活性
種の入射角分布はフィルタ21の厚さ、すなわち貫通孔21
aの長さおよび直径、基板９とフィルタ21との間隔によ
って決定される。そして、フィルタ21の厚さが厚い程、
貫通孔21aの直径が小さい程、また基板９とフィルタ21
との間隔が大きい程、基板９に対する垂直方向の活性種
の指向性は強くなり、エッチング速度の溝幅依存性は小
さくなる。しかしながら、基板９とフィルタ21との間隔
がガスの平均自由行程よりはるかに大きくなると、フィ
ルタ21を通過したラジカルが基板９に入射する前に衝突
して方向性を失う確率が大きくなるので、フィルタ21の
効果は減少する。また、フィルタ21の効果的な設置場所
は活性種の発生がほとんどないイオンシース部15であっ
て、プラズマ領域13内に設置しても効果はない。
種の入射角分布はフィルタ21の厚さ、すなわち貫通孔21
aの長さおよび直径、基板９とフィルタ21との間隔によ
って決定される。そして、フィルタ21の厚さが厚い程、
貫通孔21aの直径が小さい程、また基板９とフィルタ21
との間隔が大きい程、基板９に対する垂直方向の活性種
の指向性は強くなり、エッチング速度の溝幅依存性は小
さくなる。しかしながら、基板９とフィルタ21との間隔
がガスの平均自由行程よりはるかに大きくなると、フィ
ルタ21を通過したラジカルが基板９に入射する前に衝突
して方向性を失う確率が大きくなるので、フィルタ21の
効果は減少する。また、フィルタ21の効果的な設置場所
は活性種の発生がほとんどないイオンシース部15であっ
て、プラズマ領域13内に設置しても効果はない。
また、前記フィルタ21を用いて貫通孔21aの内径よりも
広い領域をエッチングする場合には基板９の全面で活性
種の入射量が一定になるようにフィルタ21または基板９
を横方向に振動させてエッチングする方法が有効であ
る。
広い領域をエッチングする場合には基板９の全面で活性
種の入射量が一定になるようにフィルタ21または基板９
を横方向に振動させてエッチングする方法が有効であ
る。
第３図は本発明を適用した場合と適用しない場合のエッ
チング特性を比較したグラフである。
チング特性を比較したグラフである。
同図に示すエッチング特性は、前記フィルタ21として内
径が2mm、外径3mm、高さが10mmのガラス管80本を束ねて
直径的50mmのフィルタを形成し、通常の反応イオンエッ
チング（RIE）を用い、上記フィルタを取り付けた場合
と取り付けない場合について調査している。なお、この
場合、基板には４インチ径のシリコンウェーハを用い、
また被加工材としてこのシリコンウェーハ上に塗布した
2.0μｍのホトレジストを用いた。該ホトレジスト上に
塗布した0.2μｍ厚のシリコン樹脂に電子ビームリソグ
ラフィとCF4のRIEを用いて0.3μｍ〜５μｍの開口穴を
形成してエッチングマスクとした。また、エッチングガ
スには酸素を用い、ガス流量30SCCM、圧力40m Torr、放
電電力0.2W/cm2の条件でエッチングした。そして、深さ
1.4μｍを目標にエッチングしたときの溝幅と深さの関
係を第３図のグラフで示しているが、この図においては
エッチング深さを1.4μｍで規格化して表し、曲線Ａが
本発明を適用した場合であり、曲線Ｂが本発明を適用し
ない場合のグラフである。
径が2mm、外径3mm、高さが10mmのガラス管80本を束ねて
直径的50mmのフィルタを形成し、通常の反応イオンエッ
チング（RIE）を用い、上記フィルタを取り付けた場合
と取り付けない場合について調査している。なお、この
場合、基板には４インチ径のシリコンウェーハを用い、
また被加工材としてこのシリコンウェーハ上に塗布した
2.0μｍのホトレジストを用いた。該ホトレジスト上に
塗布した0.2μｍ厚のシリコン樹脂に電子ビームリソグ
ラフィとCF4のRIEを用いて0.3μｍ〜５μｍの開口穴を
形成してエッチングマスクとした。また、エッチングガ
スには酸素を用い、ガス流量30SCCM、圧力40m Torr、放
電電力0.2W/cm2の条件でエッチングした。そして、深さ
1.4μｍを目標にエッチングしたときの溝幅と深さの関
係を第３図のグラフで示しているが、この図においては
エッチング深さを1.4μｍで規格化して表し、曲線Ａが
本発明を適用した場合であり、曲線Ｂが本発明を適用し
ない場合のグラフである。
このグラフからわかるように、本発明を適用しない場合
（曲線Ｂ）には溝幅が1.5μｍ以下の領域で幅が狭くな
る程エッチング深さが減少し、エッチング速度が遅くな
っているが、本発明を適用した場合（曲線Ａ）には溝幅
が0.5μｍ以上で均一なエッチング深さが得られてお
り、0.5μｍ以下になったときにエッチング深さが減少
している。すなわち、この実施例においては本発明を適
用した場合には、従来の方法に比較して３分の１程度ま
で狭い幅の溝まで高精度にエッチングできるのである。
（曲線Ｂ）には溝幅が1.5μｍ以下の領域で幅が狭くな
る程エッチング深さが減少し、エッチング速度が遅くな
っているが、本発明を適用した場合（曲線Ａ）には溝幅
が0.5μｍ以上で均一なエッチング深さが得られてお
り、0.5μｍ以下になったときにエッチング深さが減少
している。すなわち、この実施例においては本発明を適
用した場合には、従来の方法に比較して３分の１程度ま
で狭い幅の溝まで高精度にエッチングできるのである。
なお、上記実施例において、フィルタに用いたガラス管
の径をより小さくすれば更に微細な溝、例えばサブミク
ロン幅の溝までも均一かつ高精度にエッチングすること
ができる。
の径をより小さくすれば更に微細な溝、例えばサブミク
ロン幅の溝までも均一かつ高精度にエッチングすること
ができる。
また、上記実施例においては、反応性イオンエッチング
（RIE）の場合について説明したが、これに限定され
ず、反応性ガスプラズマを用いてエッチングするすべて
のドライエッチング装置に本発明は適用できるものであ
り、また更に本発明は例えばSi,SiO2,Si3N4,PSG,Al,Mo,
W,Ti,Ta,シリコーン樹脂等のLSI製造に関係するすべて
の材料のドライエッチングに適用できるものである。ま
た、プラズマ発生室と試料室とを分離し、両室間をプラ
ズマ輸送してエッチングする装置も提案されているが、
この場合にも基板上のプラズマ輸送部に貫通孔を有する
フィルタを設置することにより溝幅に依存しない均一な
エッチングを達成できる。
（RIE）の場合について説明したが、これに限定され
ず、反応性ガスプラズマを用いてエッチングするすべて
のドライエッチング装置に本発明は適用できるものであ
り、また更に本発明は例えばSi,SiO2,Si3N4,PSG,Al,Mo,
W,Ti,Ta,シリコーン樹脂等のLSI製造に関係するすべて
の材料のドライエッチングに適用できるものである。ま
た、プラズマ発生室と試料室とを分離し、両室間をプラ
ズマ輸送してエッチングする装置も提案されているが、
この場合にも基板上のプラズマ輸送部に貫通孔を有する
フィルタを設置することにより溝幅に依存しない均一な
エッチングを達成できる。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、基板上に所定
距離あけて高さが幅よりも大きな所定の大きさの貫通孔
を有するフィルタ手段を設けているので、このフィルタ
手段により基板に対してほぼ垂直方向の活性種のみが基
板のエッチングすべき所望の溝に当り、この単位面積当
りの活性種の量は溝幅等によらず均一であるため、溝の
幅が狭かったりまたは広かったり異なっていてもばらつ
きがなく同じ一定の均一な速度でサブミクロン幅の溝ま
で高精度でかつ選択性に優れたエッチングを行なうこと
ができ、高密度、大容量LSIの開発に大きく貢献するこ
とができる。
距離あけて高さが幅よりも大きな所定の大きさの貫通孔
を有するフィルタ手段を設けているので、このフィルタ
手段により基板に対してほぼ垂直方向の活性種のみが基
板のエッチングすべき所望の溝に当り、この単位面積当
りの活性種の量は溝幅等によらず均一であるため、溝の
幅が狭かったりまたは広かったり異なっていてもばらつ
きがなく同じ一定の均一な速度でサブミクロン幅の溝ま
で高精度でかつ選択性に優れたエッチングを行なうこと
ができ、高密度、大容量LSIの開発に大きく貢献するこ
とができる。
第１図はこの発明の一実施例に係わるドライエッチング
装置の構成図、第２図は第１図のドライエッチング装置
の部分拡大断面図、第３図は本発明を適用した場合と適
用しない場合におけるエッチング特性の比較を示すグラ
フ、第４図は従来のドライエッチング装置の構成図、第
５図は第４図の装置の作用を説明するための部分拡大断
面図である。 ５……放電電極、７……反応容器、９……基板、 9a……溝、21……フィルタ、21a……貫通孔。
装置の構成図、第２図は第１図のドライエッチング装置
の部分拡大断面図、第３図は本発明を適用した場合と適
用しない場合におけるエッチング特性の比較を示すグラ
フ、第４図は従来のドライエッチング装置の構成図、第
５図は第４図の装置の作用を説明するための部分拡大断
面図である。 ５……放電電極、７……反応容器、９……基板、 9a……溝、21……フィルタ、21a……貫通孔。
Claims (1)
- 【請求項１】反応性ガスをグロー放電させて低温ガスプ
ラズマを発生させ、該プラズマ中で生成された活性種を
用いて基板表面をエッチングするドライエッチング装置
において、前記基板上に基板との間隔を所定距離に維持
しながら高さが幅よりも大きな所定の大きさの貫通孔を
有するフィルタ手段を設けたことを特徴とするドライエ
ッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19878785A JPH0722154B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ドライエツチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19878785A JPH0722154B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ドライエツチング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258634A JPS6258634A (ja) | 1987-03-14 |
| JPH0722154B2 true JPH0722154B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=16396900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19878785A Expired - Fee Related JPH0722154B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ドライエツチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722154B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4824544A (en) * | 1987-10-29 | 1989-04-25 | International Business Machines Corporation | Large area cathode lift-off sputter deposition device |
-
1985
- 1985-09-09 JP JP19878785A patent/JPH0722154B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6258634A (ja) | 1987-03-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |