JPS634082A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、試料をドライエツチングするエツチング方
法に関し、特に、試料のエツチング断面形状の改善手段
に関する。

〔従来の技術〕

ドライエツチングには、例えば反応性イオンエツチング
（ＲＩ　Ｅ）のようにイオンを用いて試料をエツチング
する方法（イオンエツチング）と、例えば反応性イオン
ビームエツチング（ＲＩＢＥ）のようにイオンビームを
用いて試料をエツチングする方法（イオンビームエツチ
ング）とがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがイオンエツチングで試料のエツチングを行うと
、例えば第４図に示すように、試料２のエツチング底面
２０４の端部Ａが丸みを帯びた形状になることが分かっ
た。尚、２０１は基板等の下地層、２０２は例えば酸化
シリコン等のエツチング層、２０３は所定のパターンを
したレジストである。

一方イオンビームエツチングで試料２のエツチングを行
うと、例えば第５図に示すように、エツチング底面２０
４の端部Ｂにフレバスのような凹みが生じることが分か
った。

従っていずれの場合でも、エツチング底面２０４の端部
を、理想的な形状である第６図の端部Ｃのようにほぼ直
角状に加工するのは非常に困難である。

ちなみに、エツチング層２０２を完全にエツチングする
場合には、エツチング層２０２と下地層２０１とのエツ
チングレートの違いから、十分とは言えないまでもある
程度は第６図に近い形状が得られる場合もある。しかし
ながら、エツチング層２０２の途中でエツチングを終了
させる場合には、必ずといって良い程、第４図あるいは
第５図に示すような形状となる。これでは試料２中にエ
ツチング層２０２が不所望な状態で残存することになり
、当該試料２を用いて例えば半導体素子を製造する等の
場合に良い影響を与えない。

そこでこの発明は、試料のエツチング断面形状の改善を
図ることができるエツチング方法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のエツチング方法は、試料を所定の最終段階ま
でドライエツチングする方法において、試料をイオンビ
ームまたはイオンによって最終段階付近の手前までエツ
チングし、最終段階付近ではその試料をイオンビームに
よってエツチングし、その後その試料をイオンによって
最終段階までエツチングすることを特徴とする。

〔作用〕

イオンビームによるエツチングによって最終段階付近で
エツチング底面の端部に凹みが生じたものを、イオンに
よるエツチングによって修正して最終段階では直角に近
い断面形状に改善することができる。しかもイオンの持
つエネルギーはイオンビームのそれに比べて一般的に小
さく、これをエツチングの最終段階で用いるため、試料
に与える損傷を極力抑えることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の実施に使用するエツチング装置の
一例を示す概略図である。この装置は、簡単に言えば、
試料にイオンビームを照射するイオン源と、試料の近傍
にプラズマを生成させるプラズマ生成手段を備え、両者
の切替えによってイオンビームエツチングとイオンエツ
チングとのモード切替えを可能にしたものである。

詳述すると、真空容器１６内に、駆動装置２０によって
高速回転させられるディスク１８が設けられており、当
該ディスク１８上の周辺部には複数枚の前述したような
試料２が装着されている。

そしてこの試料２にイオン源３からイオンビーム１４を
照射してイオンビームエツチングできるようにしている
。尚、２４はイオンビーム１４を断続する可動式のシャ
フタ、２６はその駆動装置、２８および３０はシャッタ
２４あるいはディスク１８に照射されるイオンビーム１
４のビーム電流計測用のアンプである。また、ディスク
１８およびシャッタ２４は、アースからそれぞれ絶縁さ
れている。

イオン源３は、この例ではＥＣＲ形イオン源であり、プ
ラズマを作るためのプラズマ室４、プラズマ閉じ込めの
ための磁場コイル６、プラズマ室４からイオンビーム１
４を引き出すための引出し電極系８等を備えており、プ
ラズマ室４には、マイクロ波発振器１０からマイクロ波
電力が供給され、ガス源１１から流量調節用のマスフロ
ーコントローラ１２およびガス分岐スイッチ１３を介し
てガス（例えば反応性ガス）が供給され、それによって
当該イオン源３から例えば反応性イオンを含むイオンビ
ーム１４が引き出される。

−方、シャッタ２４およびディスク１８に高周波放電用
の電極を兼ねさせて、両者間に、高周波電源３８から高
周波（マイクロ波を含む。例えば１３．５６ＭＨｚ）の
電圧を印加すると共に、ガス分岐スイッチ１３を切り替
えてそこにプラズマ生成用のガス（例えば反応性ガス）
を供給するようにしてプラズマ生成手段を構成しており
、これによって試料２を装着しているディスク１８とシ
ャフタ２４間にプラズマ５０を生成させて試料２をイオ
ンエツチングできるようにしている。

尚、上記イオンビームエツチングとイオンエツチングと
のモード切替えは、制御装置４８によってイオン源３、
ガス分岐スイッチ１３、シャッタ２４、高周波電源３８
、スイッチ４０ａ、４０ｂ等を制御して行う。

例えば上記のような装置を用いて、試料２をエツチング
する方法には、大別すれば、■イオンビ−ムエッチング
→イオンエツチングと切り替える方法、■イオンエツチ
ング→イオンビームエツチング峠イオンエツチングと切
り替える方法がある。

■の方法は、簡単に言えば、エツチングレートよりも異
方性特性を重視する場合に好ましく、■の方法はその逆
である。

まず■の方法を詳述すると、例えば荒引用の真空排気装
置３２および高真空引用の真空排気装置３４を用いる等
して真空容器１６内を所定の真空度に排気する。そして
ガス分岐スイッチ１３をイオン源３側に切り替え、シャ
ッタ２４を閉じておいてイオン源３から所望の大きさの
イオンビーム１４を引き出し、アンプ２８等を介してビ
ーム電流を計測して所望のものにする。この時の真空容
器１６内の真空度は１０−’〜１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ
程度である。その際、スイッチ４０ｂ（および４０ａ）
は計測側Ａにしておく、その後シャッタ２４を開いて、
高速回転しているディスク１８上の試料２にイオンビー
ム１４を照射して各試料２をエツチングする。これによ
って異方性に優れたエツチングを行うことができる。そ
の場合の試料２のエツチング断面形状は第５図のように
なる。

次にエツチングが最終段階付近にまで達したら、イオン
ビーム１４を停止させその代わりにプラズマ５０を発生
させて試料２をイオンエツチングする。

その場合、エツチングが最終段階付近に達したことの検
出は、例えばエツチングの時間管理をする等の公知の手
段によっても良いけれども、ここでは、ディスク１８上
に１枚の試料２の代わりに装着した検出体４２と検出装
置４４および計数装置４６から成るエツチング量検出装
置を用いている。検出体４２は例えば第２図に示すよう
に、試料２のエツチングされる領域、即ちエツチング層
２０２と同一物質から成る層４２２と、層４２２とは異
物質から成る薄膜層４２３とが交互に積層されたものを
基板４２１上に有する。薄膜層４２３の積層の間隔Ｔは
任意のもので良いけれども、等間隔とする方が後述する
計算等が容易となるので好ましい。

検出装置４４は、例えば発光分析装置あるいは質量分析
装置であり、検出体４２中の薄膜層４２３がエツチング
されたことを、発光分光分析法あるいは質量分析法など
によって検出してその度に例えばパルス状の検出信号Ｓ
を出力する。その−例を第３図に示す。計数装置４６は
、例えばカウンタ等を備えており、検出装置４４からの
検出信号Ｓの数を数える。

ディスク１８上の検出体４２は、イオンビーム１４によ
って（あるいはプラズマ５０によって）試料２と共に、
それとほぼ同一のエツチングレートでエツチングされ、
上、記のような検出信号Ｓが得られる。この場合、薄膜
層４２３の間隔Ｔは予め定まっているので、上記検出信
号Ｓの数は検出体４２のエツチング量（エツチング厚み
）、ひいては試料２のエツチング量に対応している。従
って、試料２の任意の段階におけるエツチング量を、（
検出信号Ｓの数）×（間隔Ｔ）で正確に検出することが
できる。

従って例えば上記のようなエツチング量検出装置を用い
て、試料２のエツチングが最終段階付近まで進行したこ
とを検出し、例えばその信号を制御装置４８に与える。

制御装置４８はそれに応答して、イオン′ａ、３の動作
を停止させ、代わりに高周波電源３８等のプラズマ生成
手段の動作を開始させてモード切替えを行う。

即ち、シャッタ２４を閉じ、イオン源３の運転を停止す
る。またガス分岐スイッチ１３を切り替えて前述したよ
うなガスを真空容器１６内に供給し、スイッチ４０ａ、
４０ｂをプラズマ発生側Ｂに切り替え、高周波電源３８
からディスク１８とシャフタ２４間に前述したような高
周波電圧を印加する。その場合、真空容器１６内の真空
度は、例えば高真空引用の真空排気装置３４を停止させ
る、あるいは荒引用の真空排気装置３２のみを運転する
等して、プラズマ５０の生麻に都合の良い真空度（例え
ば１０−’〜１０−”Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ程度）にする。

これによって、高速回転しているディスク１８とシャッ
タ２４間にプラズマ５０が生成され、ディスク１８上に
装着されている複数枚の試料２および検出体４２は当該
プラズマ５０の領域を通過し、その際にプラズマ５０中
のイオンによってエツチングされる。この際の試料２の
エツチング断面形状は第４図のようになる傾閏にあるけ
れども、エツチング底面２０４にはその前段階で第５図
のような凹みが生じているため、これが旨く修正されて
最終的なエツチング断面形状は第６図に示すように、エ
ツチング底面２０４の端部Ｃがほぼ直角の断面形状が得
られる。つまり上記のようなエツチングモードの切替え
は、換言すれば、エツチング終了段階で第６図のような
断面形状が得られるような時点で切り替えるのが最も好
ましく、具体的には、試料２の材質、それに対するイオ
ンビームあるいはイオンのエツチングレート等に応じて
定められる。

またイオンの持つエネルギーはイオンビーム１４のそれ
に比べて一般的に小さく　（例えば数十ｅ■程度であり
）、これをエツチングの最終段階で用いるため、試料２
に与える損傷は非常に小さい。

従って試料２に損傷を与えることを極力抑えつつ、また
見方を変えれば先工程のイオンビームエツチングで発生
した損傷部分をイオンエツチングで削り取りつつ、試料
２を所定の最終段階までエツチングすることができると
いう効果も得られる。

エツチングが最終段階に達したことは、前述したエツチ
ング量検出装置で検出され、それよってプラズマ５０の
発生を停止してエツチングを終了する。

次に前述した■の方法につき説明する。但し、第１図の
装置の各モードにおける具体的な動作については上記と
同様であるのでここではその説明を省略する。

スループットの点から言えば高いエツチングレートが望
まれ、その場合は異方性はイオンビームエツチングと比
較して若干低下するが、最初からイオンエツチングモー
ドで試料２のエツチングを行う、この時のエツチング断
面形状は第４図のようになる。

その後イオンビームエツチングモードに切り替えてエツ
チングを続行すれば、試料２のエツチング断面形状は一
応第６図のようになるけれども、イオンビーム１４を用
いるエツチングを最終段階で行うことは、試料２へのダ
メージの問題から好ましくない。

従って、エツチングの最終段階付近の手前でイオンエツ
チングからイオンビームエツチングにモード切替えを行
った後、試料２のエツチング断面形状が第６図のような
状態から第５図のような状態になるようイオンビームエ
ツチングの時間を長くし、そしてエツチングの最終段階
付近で再びイオンエツチングを行うことで、最終的なエ
ツチング断面形状を第６図のようにすることができる。

しかも試料２に与える損傷も極力抑えることができる。

最後に、上述したモード切替え方法は主な例であり、こ
の発明はそれに限定されるものではない。

また、第１図以外の装置によって上記のようなモード切
替えを行っても良いのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、試料のエツチング断面
形状の改善を図ることができると共に、試料に与える損
傷を極力抑えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施に使用するエツチング装置の
一例を示す概略図である。第２図は、第１図の装置に用
いられている検出体の一例を拡大して示す部分断面図で
ある。第３図は、第１図の検出装置から出力される検出
信号の一例を示す概略図である。第４図は、イオンエツ
チングで加工された試料の一例を拡大して示す部分断面
図である。第５図は、イオンビームエツチングで加工さ
れた試料の一例を拡大して示す部分断面図である。 第６図は、理想的にエツチングされた試料の一例を拡大
して示す部分断面図である。 ２・・・試料、３・・・イオン源、１４・・・イオンビ
ーム、１８・、・ディスク、２４・・・シャッタ、３８
・・・高周波電源、４８・・・制御装置、５０・・・プ
ラズマ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を所定の最終段階までドライエッチングする
   方法において、試料をイオンビームまたはイオンによっ
   て最終段階付近の手前までエッチングし、最終段階付近
   ではその試料をイオンビームによってエッチングし、そ
   の後その試料をイオンによって最終段階までエッチング
   することを特徴とするエッチング方法。