JPS63240024A - ドライエツチング方法 - 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）　産業上の利用公費 本発明は光化学反応を利用したドライエツチング方法に
関する。

（ロ）　従来の技術 近年半導体プロセスにおける金属電極膜、半導体膜のエ
ツチングはドライエツチングが主流となっており、就中
、集積回路装置にあってはその微細加工化に対する要求
は厳しく、反応性イオンエツチングなどのプラズマエツ
チング工程は不可欠な存在である。斯るプラズマエツチ
ングは特公昭６１−４１１３２号公報等に開示された如
くエツチングすべき被エツチング体を反応ガス雰囲気中
に支持し、高周波放電によりプラズマを励起して各種の
イオンや活性種（以下ラジカルと称す）等を生成し、上
記イオンの衝突によるスパッタ効果と、ラジカルによる
化学反応の相乗作用によりエツチングを行なう手法であ
る。

然し乍ら、上記プラズマエツチングは上述の如く化学反
応のみによる処理ではなく、イオンによるスパッタ効果
の相乗作用によるものであるため−に、被エツチング体
のエツチング面に物理的ダメージを与える。この物理的
ダメージは、被エツチング体が半導体デバイスのように
微細なものとなると、無視することができない。

一方、他のドライエツチングとして最近では集束イオン
ビームを被エツチング体のエツチング部位に直接照射す
る技術が超微細加工に有望視されているものの、斯るイ
オンビームを利用したエツチングも加速、集束されたイ
オンビームでエツチング部位をスパッタする方法である
以上、残存しんエツチング面の物理的ダメージは避けら
れない。

（ハ）　発明が解決しようとした問題点本発明は上述の
如く残存したエツチング面に物理的ダメージを与えるこ
となく被エツチング体をドライエツチングする方法を提
供せんとしたものである。

（ニ）　問題点を解決するための手段 本発明は少なくとも表面に大気中で自然膜が形成諮れる
被エツチング体を、任意の形状にパターニングするエツ
チング方法であって、上記被エツチング体を反応室内に
収納し上記自然膜にエネルギビームを照射して被エツチ
ング体のエツチングパターンを描写すると共に、活性化
された反応ガスの活性種に被エツチング体を曝して上記
エネルギビームが照射された自然膜下部の被エツチング
体を選択的に除去することを特徴とした。

（ホ）　作用 上述の如く自然膜に対してエネルギビームを照射し被エ
ツチング体のエツチングパターンを描写することによっ
て、当該エネルギビームの照射諮れた部位以外の自然膜
の部分は、後工程の反応ガスによる化学エツチングにお
いてマスクとして作用する。

（へ）　実施例 第１図は本発明を説明するためのエツチング装置の概略
を模式的に示したものであり、（１）は真空排気系（２
）を介して１Ｏ−ＢＴｏｒｒ或いはそれ以下に減圧し得
る反応室、（３）は上記反応室（１）のほぼ中心に設け
られエツチングすべき被エツチング体を含む試料（４）
を保持する試料ホルダ、（５）は上記試料ホルダ（３）
の試料保持面に設けられ当該試料（４）を所定温度に加
熱する加熱用ヒータ、（６）は紫外光例えば波長１９３
ｒｖのレーザビーム（ＬＢ）′を輻射するパルス出力型
ＡｒＦエキシマレーザ、（７）は上記エキシマレーザ（
６）から輻射されたレーザビームを天面に設けられた第
１入射窓（８）を介して反応室（１）内部に導く第１ミ
ラー、（９）は上記第１ミラー（７）と第１入射窓（８
）との間の光路に設けられ試料（４）の表面にレーザビ
ームを集光せしめる集光レンズで、上記ＡｒＦエキシマ
レーザ（６）を出発したレーザビーム（ＬＢ）は、第１
ミラー（７）により光路が変更きれ集光レンズ（９）に
よりビーム径が収束きれ高エネルギ密度となり第１入射
窓（８）を透過して試料（４）表面に照射きれる。　（
１Ｇ）（Ｕ）は第２、第３ミラーで、当該第２、第３ミ
ラー（１０）（１１）は、上記第１ミラー（７）が破線
で示す如くアップ状態となりレーザビーム（ＬＢ）の光
路から離脱したときこのレーザビーム（ＬＢ）を集光レ
ンズ系を介さず直接非集光状態で反応室（１）の側面に
設けられた第２入射窓（１２）から反応室（１）内部に
導入するもので、入射せしめられるレーザビーム（ＬＢ
）は試料（４）の表面の近傍を平行に進行し出射窓（１
３）から反応室（１）外部に出射しその出力等がモニタ
リングされる。　（１４）は反応室（１）内にマスフロ
コントローラ（１５）等により流量制御され供給される
反応ガスを貯蔵するガスボンベで、上記集光レーザビー
ム及び／又は非集光レーザビームの照射の下で活性化さ
れる。

而して、第２図に示す如くガラス基板（２０）の複数の
発電領域（Ａ）ＣＢ）・・・に分割配置されたＩＴＯ１
ＳｎＯ２等の透明電極（２１ａ）（２１ｂ＞”−上に、
膜面に平行なｐｉｎ接合を含む半導体膜（２２ａ）（２
２ｂ）・・・を重畳被着し、これら透明電極（２１ａ）
（２１ｂ）・・・、半導体膜（２２ａ）（２２ｂ）・・
・の積層体のほぼ全面をアルミニウム膜（２３）により
覆われた試料（４）を準備し、上記アルミニウム膜（２
３）を上記積層体同様に複数の発電領域（Ａ）（Ｂ）・
・・毎に第１図のエツチング装置を使用し分割する。ア
ルミニウムは周知のように大気中の酸素により酸化され
やすく、通常その表面には第２図に示す如＜Ａ１１０３
の醸化膜である自然膜（２４）が何ら特別な処理を施す
ことなく約５０堆積度或いはそれ以上形成きれている。

従うて、本発明エツチング方法は斯る自然膜（２４〉を
利用して被エツチング体を任意の形状にパターニングし
ようとしたものである。

先ず、表面に自然膜（２４）が形成された試料（４）を
第１図のエツチング装置の試料ホルダ（３）にセットし
、反応室（１）内を排気系（２）を介して１０″’Ｔｏ
ｒｒ以下の減圧状態に保持する０次にＡｒＦエキシマレ
ーザ（６）からレーザビーム（ＬＢ）を出射せしめ第１
ミラー（７）により当該レーザビーム（ＬＢ）を集光レ
ンズ（９）側に向ける。上記第１ミラー（７）は図示し
ていないＸ−Ｙテーブルに関連付けられており、レーザ
ビーム（ＬＢ）を予めプログラムされた箇所に照射すべ
く走査する。第３図は斯る集光されたレーザビーム（Ｌ
Ｂ）による走査途中の試料（４）を部分的に拡大して示
しである。

試料（４）の表面、即ちＡｆａＯ３の自然膜（２４）に
照射される集光されたレーザビーム（ＬＢ）は波長１９
３ｎｍ紫外線ビームであり、平均照射パワー密度２０Ｗ
／ｃｌＴ＋２、パルス幅１０ｎｓｅｃ、パルス間隔１０
０Ｈｚの照射条件により当該レーザビーム（ＬＢ）の照
射を受けた部位に、約５０人のＡｊ！ｉｏ３自然膜（２
４）を貫通し下部のエツチングすべき被エツチング体で
あるアルミニウム！（２３）にまで到達する無数のクラ
ック（２５）（２５）・・・を含む変質部（２６）が形
成きれる。

このようにして、集光レーザビーム（ＬＢ）を第１ミラ
ー（７）の走査によって、自然膜（２４）表面に照射し
て当該自然膜（２４）に被エツチング体のエツチングパ
ターンを描写する。クラック（２５）（２５）・・・の
集合によるエツチングパターンの描写が終了すると、第
１ミラー（７）を破線で示す如きアップ状態とし、レー
ザビーム（ＬＢ）の光路を、ＡｒＦエキシマレーザ（６
）、第２ミラー（１０）、第３ミラー（１１）、第２入
射窓（１２）、反応室（１）内及び出射窓り１３）を結
ぶ集光手段をもたない非集光な光路に変更する。このと
き、反応室（１）内にはアルミニウム膜（２３〉に対し
腐蝕性の塩素を含むＢＣｌｚの反応ガスがガスボンベ（
１４）から供給され、反応室（１）内は２０Ｔｏｒｒの
圧力に保持されている。この状態で、平均照射パワー密
度Ｉ　Ｗ　／　ＣＴ１１　”の非集光し一ザビーム（Ｌ
Ｂ）を試料（４）表面のＡＩ！ａＯ＋自然膜（２４）に
近接或いは接して導入すると、上記ＢＣｊ！ｚの反応ガ
スは化学的に活性なＣｌラジカルを生成する。斯るｃｔ
ラジカルは、Ａｆｆｉｘｅ３自然膜（２４）に対しては
ほとんどエツチング作用はなく、アルミニウム膜（２３
）に対して高いエツチング性を示す、従って、アルミニ
ウム膜（２３）に対し高いエツチング性を示すＣ１？ジ
カルを含む活性化された反応ガス雰囲気中に試料を曝す
と、上記Ｃｊ２ラジカルはＡｌｚＯ：＋自然膜（２４）
をエツチングすることなく先の集光レーザビーム（ＬＢ
）の照射により形成されたクラック（２５）（２５）・
・・からエツチングすべきアルミニウム膜（２３）の表
面に侵入し、表面にクラック（２５）（２５）・・・が
形成きれた部位のみのアルミニウム膜（２３）が選択的
に除去されることになる。即ちＡ１ｚＯ３自然膜（２４
）は耐エツチングマスクとして作用する。そしてアルミ
ニウム膜（２３）の選択エツチングが第４図のように進
行すると、クラック（２５）（２も）・・・が形成され
ていたＡｌ２Ｏ３膜の変質部（２６）の下部は空洞（２
７）化されるために、斯る変質部（２６）はエツチング
途中に崩壊し、アルミニウム膜（２３）は第５図に示す
如く各発電領域（Ａ　）（Ｂ　）・・・毎に分割され、
当該発電領域（Ａ）（Ｂ）・・・において透明電極（２
１ｍ）（２１ｂ）・・・、半導体膜（２２ｇ）（２２ｂ
）＝と共に光電変換膜（ＳＣ＋）（ＳＣ２）・・・を構
成する背面電極（２８ａ）（２８ｂ）・・・となる。

第６図は本発明エツチング方法に用いられる他のエツチ
ング装置を示し、第１図に示したエツチング装こと同じ
ものには同番号を付しており、（１）は反応室、（２）
は真空排気系、（３）は試料ホルダ、（４）は試料、（
５）は加熱用ヒータ、（６）はＡｒＦｚキシマレーザ、
（７）は第１ミラー、（８）は第１入射窓、（９）は集
光レンズ、　（１４）はガスボンベ、（１５）はマスフ
ロコントローラ、（ＬＢ）はレーザビームで、異なると
ころは被エツチング体をエツチングするための化学的に
活性なラジカル（１６）（１６）・・・を発生するラジ
カル発生部（１７）を、反応室（１）に近接して設け、
試料（４）表面にエツチングに寄与するラジカル（１６
）（１６）・・・のみを供給したところにある。このよ
うに、ラジカル発生部（１７）からラジカル（１６）（
１６）・・・を試料（４）表面に供給する構成としたこ
とによって、第３図に示した如く、被エツチング体のア
ルミニウム膜（２３〉に自然酸化により形成されたＡＲ
ｘＯ３自然膜〈２４）へのレーザビーム（ＬＢ）の照射
による変質部（２６）の形成、即ちエツチングパターン
の描画と同時に第４図及び第５図のアルミニウム膜（２
３）に対するエツチングが施される。斯るアルミニウム
膜（２３）のエツチングも先の第１図の装置によるエツ
チングと同様にＢＣｌ３のガスから生成されたＣｌラジ
カル（１−６バ１６）・・・とアルミニウムとの化学反
応により為されるために、高エネルギなレーザビーム（
ＬＢ）を使用するにも拘らず下層の半導体膜（２２ｂ）
が斯るレーザビーム（ＬＢ）に曝されることはない、従
って、上記レーザビーム（ＬＢ）が半導体膜（２２ｂ）
を直撃することはなく、熱的ダメージは発生しない。

一方、上記ラジカル発生部（１７）は、反応ガスを、紫
外光を輻射する重水素ランプ、低圧水銀ランプ等の光源
による光エネルギにより分解する方法や、２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波放電や、１３．５６ＭＨｚの高周波放電
等によるプラズマ分解する方法等が利用される。特に上
記ラジカル発生部（１７）としてプラズマ分解を利用し
た場合、エツチングに寄与するラジカル（１６）（１８
）・・・以外に高エネルギなイオン等が励起されるもの
の、斯る高エネルギなイオンはラジカル（１６）（１６
）・・・に比して寿命が短かいために、ラジカル発生部
（１７）と試料（４）までの距離を例えば２０ｃＩＩ＋
と十分大きくすると、短寿命なイオンは試料（４）にま
で到達することがなくなる。従って、斯るイオンにより
試料（４）表面がスパッタされることはなく、物理的ダ
ーメジを被ることはない。

第７図は本発明エツチング方法に用いられる更に他のエ
ツチング装置を示している。即ち、本エツチング装置の
相違点、即ち特徴は第３図に示したレーザビーム（ＬＢ
）によるＡｊ！ｉ０３自然膜（２自然へのエツチングパ
ターンの描画工程と、第４図及び第５図のラジカル（１
６）（１６）・・・による化学的エツチング工程とを夫
々個別の第１、第２反応室（１ａ）、（１ｂ）により施
したところにある。即ち、第１反応室（１ａ）の第１試
料ホルダ（３Ｂ）、第１加熱ヒータ（５ａ〉に保持され
た試料（４）にレーザビーム（ＬＢ）によ゛る描画工程
が施され、次いで排気系（２）により１０″ａτｏｒｒ
或いはそれ以下に減圧された第２反応室（１ｂ）の第２
試料ホルダ（３ｂ）、第２加熱し−タ（５ｂ）上に、試
料（４）が分離シルツタ（１８）の開放及び図示してい
ない搬送手段を介して移動せしめる。その後、分離シル
ツタ（１８）を閉室してＢＣｊ！３等の反応ガスをガス
ボンベ（１番）から供給し重水素ランプ、低圧水銀ラン
プ等の光源（１９）から紫外光を輻射して上記反応ガス
を分解しエツチングに寄与するラジカル（１６）（・６
）・・・を形成する。従って、試料（４）はＡｆｆｉａ
Ｏｓ自然膜（２４）を耐エツチングマスクとして、上記
描画工程で変質された部位のアルミニウム膜（２３）が
物理的ダメージや熱的ダメージを受けることなくエツチ
ング除去される。

上記ＡｌｚＯｚ自然膜（２４）に対するエツチングパタ
ーンの描画はパルス出力型のＡｒＦエキシマレーザ（６
）を利用し、Ａｌ２Ｏ３自然膜（２４）にクラック（２
５）（２５）・・・の集合による変質部（２６）を形成
していた。然し乍ら、エツチングパターンの描画は上記
ＡｒＦエキシマレーザ（６）に限らず、他のパルス出力
型レーザ、例えば波長１．０６ｕｎ＋Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザや斯るＹＡＧレーザの第２高調波、また他の連続出力
型のレーザや、更にはイオンビームや電子ビーム等の他
の高エネルギビームを使用してもよい、更に、自然膜（
２４）に対するエツチングパターンも、変質部（２６）
の形成に限らず自然膜（２４）のみの除去であってもよ
く、また被エツチング体表面をラジカルに曝すことがで
きるのであれば他の変質形態であってもよい。

向夏に、被エツチング体はアルミニウムに限らず、使用
される反応ガスもＢＣｌｚに限定きれるものではなく、
周知の塩素系、フッ素系ガスが被エツチング体に応じて
選択使用される。

（ト）　発明の効果 本発明方法は以上の説明から明らかな如く、被エツチン
グ体は当該エツチング体表面に自然に形成される自然膜
を利用し、その自然膜にエネルギビームを照射して非照
射部分を耐エツチングマスクとした反応ガスによる化学
エツチングを施したので、他のドライエツチングに見ら
れるような残存したエツチング面の物理的ダメージの発
生を抑止することができる。また、耐エツチングマスク
は上述の如く被エツチング体の自然膜を利用したもので
あり、専用のマスク材料を必要としないので、材料コス
トの削減、製造工程の簡略化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明エツチング方法に用いられるエツチング
装置を示す概略的模式図、第２図乃至第５図は本発明エ
ツチング方法を状態別に示し、第２図、第４図及び第５
図は要部の拡大断面図、第３図は要部の断面斜視図、第
６図は他のエツチング装置の概略的模式図、第７図は更
に他のエツチング装置の概略的模式図を夫々示している
。 （１）・・・反応室、（４）・・・試料、（６〉・・・
ＡｒＦ・・・エキシマレーザ、（９）・・・集光レンズ
、（１４）・・・ガスボンベ、（２３）・・・被エツチ
ング体としてのアルミニウム膜、（２４）・・・Ａｎ！
ｉｏ３自然膜、（２５）・・・クランク、（２６）・・
・変質部、（ＬＢ）・・・レーザビーム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも表面に大気中で自然膜が形成される被
   エッチング体を、任意の形状にパターニングするエッチ
   ング方法であって、上記被エッチング体を反応室内に収
   納し上記自然膜にエネルギビームを照射して被エッチン
   グ体のエッチングパターンを描写すると共に、活性化さ
   れた反応ガスの活性種に被エッチング体を曝して上記エ
   ネルギビームが照射された自然膜下部の被エッチング体
   を選択的に除去することを特徴としたドライエッチング
   方法。
2. （２）上記自然膜は酸化膜であることを特徴とした特許
   請求の範囲第１項記載のドライエッチング方法。