JPH04206518A - 光エッチング装置及び光エッチング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光エツチング方法に関し、特にそのエツチング
速度の向上および高精度化に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、光エッチングにおける反応性ガスの励起およ
び解離をマイクロ波放電により行い、生成した中性活性
種をエッチング・チャンバへ引き出し、該エッチング・
チャンバ内において予め冷却保持された被エツチング基
体上へ中性活性種を効率良く吸着させると共に光照射を
行うことにより、エツチング速度の大幅な向上を図るも
のである。

さらに本発明は、マイクロ波放電により生成された中性
活性種を第１のチャンバへ引き出して予め冷却保持され
た被エツチング基体上に吸着させた後、該被エツチング
基体を第２のチャンバに搬送して加熱保持すると共に該
被エツチング基体に光を照射することにより、単原子層
オーダーの精密なエツチングを可能とするものである。

〔従来の技術〕

近年のＶＬＳ　Ｉ、ＵＬＳ　Ｉ等にみられるように、半
導体デバイスのデザイン・ルールは既にサブミクロンの
レベルにおいて実用化され、ハーフミクロン、さら（こ
はりオーターミクロンのレベルて研究が進められている
。かかる微細加工技術の主導的役割を果たしてきたもの
は、言うまでもなくプラズマ中のイオンの方向性を利用
した反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）である。

しかし、ＲＩＥては加速された反応性イオンか基板へ衝
突し、活性種との反応を促進する機構でエツチングか進
行するため、対下地選択性を太きくとることは本質的に
難しい。また、このような運動エネルギーを有する荷電
粒子の衝突により、シリコン基板内における結晶欠陥の
発生、酸化膜内における固定電荷や中性トラップの発生
等の種々の照射損傷か惹起される。さらに、プラズマ中
でマスクが負電荷に帯電することにより、キャパシタ膜
やゲート絶縁膜等の薄い酸化膜か絶縁破壊を起こすこと
もある。

かかる事情から、近年では従来のＲＩＥより低損傷のプ
ロセスを可能とするドライエツチング技術として、マグ
ネトロンＲＩＥやＥＣＲ放電を利用した有磁場マイクロ
波プラズマ・エツチング等が主流となりつつある。

また、低損傷化を目指す別のアプローチとして、第３７
回応用物理学関係連合講演会（１９９０年）！ｌｉ演予
稿集第２分冊４５９ページ、演題番号２８ａ−ＺＦ−９
に、被エツチング材料層を単原子層オーダーでエツチン
グする技術か報告されている。この技術によれば、まず
第１のチャンバでマイクロ波放電によりエツチングガス
を解離させ、生成した中性活性種をダウンストリーム式
に輸送して予め自発的な化学反応を起こさない程度の低
温まで冷却された被エツチング基体の表面に吸着させる
。次に、この被エツチング基体を第２のチャンバに搬送
し、そこで必要最低限のエネルギーを育するＡｒ”イオ
ンを照射することによりエツチング反応、および反応生
成物の脱離を行わせるものである。この吸着と脱離を１
サイクルとし、これを必要サイクル数だけ繰り返して加
工を行う。この技術によれば、被エツチング基板の受け
るイオン衝撃は従来に比べて大幅に低減される。しかし
ながら、Ａｒ＋のような荷電粒子の照射を利用する限り
、完全な無損傷プロセスとはなり得ない。また、１サイ
クルがほぼ無損傷に近い状態で行われたとしても、実用
上はこのサイクルを数十〜数千回繰り返すことか必要と
なるため、この間に損傷が徐々に蓄積されてゆき、工程
によってはこの影響か無視できないレベルまで達するこ
とも懸念される。

さらに、無損傷プロセスを実現する技術として期待され
ているものに、光エッチングがある。これは、化学反応
を起こ丁のに必要な電子衝撃エネルギーか数ｅＶ径程度
済むことに着目し、水銀ランプ（５〜６ｅＶ）、ＡｒＦ
エキシマレーザ（６，４ｅＶ）、ＫｒＦエキシマレーザ
（５ｅＶ）等の短波長光源を使用して反応ガスの化学結
合を直接的に切断するものである。従来のＲＩＥのよう
なプラズマ放電が不要であるため、反応系内に荷電粒子
が含まれないことを特色としている。

しかしながら、光エッチングの実用化には未だ解決すべ
き問題も多い。そのひとつとして、異方性の確保が挙げ
られ、従来より種々の技術が提案されている。

たとえば特開昭６１−１８７２３８号公報には、冷却さ
れた被エツチング基体が設置されたチャンバ内に反応性
ガスを供給してこれを該被エツチング基体の表面に吸着
させ、この基体に光を照射して選択的に光エツチング反
応を進行させる技術が開示されている。この技術では、
光か入射しないパターンの垂直壁面上で反応性ガスが励
起されないことを利用して、異方性加工を実現している
。具体的には、Ｘ　ｅ　Ｆ　ｘガスによるＳｌのドライ
エツチングが例示されている。

また、本願出願人は先に特開平１−２９８７２３号公報
において、同様に被エツチング基体の冷却と光照射の組
合せにより、Ｃｆ　２ガスによるＤＯＰＯ３（ｄｏｐｅ
ｄ　ｐｏＬｙｓｉｌｉｃｏｎ）層のエツチングを行った
例を開示している。この技術では、低温冷却によりラジ
カル反応が抑制されることはもちろんであるか、光が照
射されないパターンの垂直壁においては反応生成物であ
るＳ　ｉｃｆア　（ｘ＝１〜４）が脱離できずに一種の
側壁保護膜として寄与することか、高異方性を達成する
上での大きな特色となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、光エッチングにはいまひとつ、低エツチ
ング速度の克服という大きな課題かある。

これは、プラズマ中の分子の電子衝突解離断面積に比べ
て光子に対する分子の光吸収断面積が１〜２桁も小さい
ことか原因であり、これゆえ光エッチングはＲＩＥに比
へて本質的にエツチング速度では劣るのである。前述の
各公報に記載される技術においても、この問題は解決さ
れていない。しかし、ドライエツチングの分野ではウェ
ハの大口径化に伴って枚葉式ドライエツチング装置か主
流となりつつあり、従来と同等の生産性を維持するため
にはエツチング速度を大幅に向上させることが不可欠で
ある。

そこで本発明は、光エッチングにおいても実用上十分な
高速性を達成し、さらに単原子層オーダーの高度な制御
も可能とする方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる光エツチング方法は、上述の目的を達成
するために提案されるものである。

すなわち、本発明の第１の発明にかかる光エツチング方
法は、被エツチング基体をエッチング・チャンバ内に冷
却保持し、前記エッチング・チャンバに接続されるプラ
ズマ生成室内でマイクロ波放電により生成されたプラズ
マから中性活性種を該エッチング・チャンバ内へ引き出
して前記被エツチング基体上に吸着させると共に該被エ
ツチング基体に光を照射し、光照射部において選択的に
エツチング反応を進行させることを特徴とするものであ
る。

さらに、本発明の第２の発明にかかる光エツチング方法
は、被エツチング基体を第１のチャンバ内に冷却保持し
、前記第１のチャンバに接続されるプラズマ生成室内で
マイクロ波放電により生成されたプラズマから中性活性
種を該第１のチャンバ内へ引き出して前記被エツチング
基体上に吸着させた後、前記被エツチング基体を第２の
チャンバに搬送して加熱保持すると共に該被エツチング
基体に光を照射し、光照射部において選択的にエツチン
グ反応を進行させることを特徴とするものである。

〔作用〕 本発明者は、従来の光エッチングにおいて高速性か達成
されない理由のひとつとして、反応ガスの解離、反応生
成物の脱離、および場合によっては被エツチング基体の
表面励起がすべて光エネルギーのみて賄われている点に
着目した。

本発明の第１の発明では、まず反応ガスの解離をマイク
ロ波放電により行うことにより、光エネルギーの用途か
らこれを切り離した。反応ガスの解離をマイクロ波放電
により行う技術は、いわゆるハイブリッド型の光エッチ
ングとして従来より知られている。これは、高速性を追
求するためにハイパワーのレーザー光を照射すると、被
エツチング材料の表面温度が上昇してこれが一部除去さ
れたり、レジストの溶撥か惹起されたりする等の悪影響
が現れるので、その対策として提案されたものである。

したがって、本発明においても当然これらの悪影響は回
避される。また、プラズマ生成室とエッチング・チャン
バとが別室として設けられ、プラズマ生成領域から被エ
ツチング基体が隔絶されていることにより、該被エツチ
ング基体への荷電粒子の入射が起こらず、ある程度の長
寿命を有する中性活性種か被エツチング基体上へ到達す
る。

本発明ではさらに、被エツチング基体の冷却保持か行わ
れることにより、別室から到達した中性活性種か効率良
く吸着されると共に、光照射か行われる。これにより、
光照射部において被エツチング基体の表面か励起され、
吸着された中性活性種との反応か促進され、かつ照射光
の加熱効果により反応生成物の脱離か促進される機構で
エツチング反応が高速に進行する。また、被エツチング
基体が冷却されていることにより、その冷却温度におい
て低い蒸気圧を育する反応生成物が生成する系では、こ
れを側壁保護に利用して高異方性を達成することかでき
る。

このように、本発明では光エネルギーは被エツチング基
体の表面励起と加熱効果による反応生成物の脱離の促進
に利用されるのみであり、反応ガスの解離には利用され
ていない。したかって、比較的広範囲に光源の波長を選
択できるというメリットが生ずる。しかし、短波長光源
を利用すればそれたけ光の直進性も向上し、異方性加工
を行う上で有利となる。特に蒸気圧の低い反応生成物か
得られる系では、光照射を受けないパターンの側壁部に
これか堆積し、−層良好な異方性加工を行うことが可能
となる。

一方、本発明の第２の発明では、第１の発明における中
性活性種の吸着と光照射とが、さらに別室において行わ
れる。つまり、まずプラズマ生成室において生成された
中性活性種を第１のチャンバへ引き出し、予め冷却保持
された被エツチング基体の表面に効率良く吸着させる。

この段階では、被エツチング基体が冷却されているので
、中性活性種と被エツチング基体の表面か反応を起こさ
ないか、もしくは起こしたとしても反応生成物の脱離は
生じない。次に、この被エツチング基体を第２のチャン
バへ搬送して加熱保持すると共に、光を照射する。この
段階では、すでに反応が進行している場合には被エツチ
ング基体の直接的な加熱と光照射による加熱効果にもと
づき反応生成物の脱離が促進され、反応が進行していな
い場合には光照射による表面励起により反応が促進され
、かつ同様に脱離も促進される。これらの過程は、荷電
粒子の入射を全く伴うことなく被エツチング基体の表面
において単原子層のオーダーで進行する。

したがって、第１のチャンバと第２のチャンバとの間を
必要回数だけ往復させれば、極めて制御性に優れた無損
傷プロセスが実現される。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しな
がら説明する。

実施例１ 本実施例は、本発明の第１の発明を適用し、マイクロ波
放電管を使用して中性活性種を生成させた例である。

まず、本実施例で使用したエツチング装置の概略的な一
構成例を第２図に示す。

この装置において、マイクロ波生成室に相当するものは
マイクロ波放電管（１１）である。このマイクロ波放電
管（１１）は、発振周波数２，４５ＧＨ２のマグネトロ
ン発振器（１５）からマイクロ波を導波管（１４）を通
じて供給することにより石英管（１２）を挾持するよう
に対向配置された一対の電極（１３）間に電界を形成し
、図中矢印Ａ方向から反応ガスが導入されてなる上記石
英管（１２）内においてマイクロ波放電を行うものであ
り、これによりプラズマＰ。

が生成される。

上記マイクロ波放電管（１１）の他端はエッチング・チ
ャンバ（１６）に接続されている。エッチング・チャン
バ（１６）の内部には被エツチング基体としてのウェハ
（１９）を載置する試料台（１７）が設置されており、
この試料台（１７）にはウェハ（１９）の冷却保持を可
能とすべく、たとえば図示されない冷却系統から供給さ
れる冷媒を図中矢印Ｂ方向に循環させることが可能な冷
却配管（１８）か内蔵されている。

上記エッチング・チャンバ（１６）の外部には光源（２
１）が配設されており、該光源（２１）の光はエッチン
グ・チャンバ（１６）の上壁面に設けられた窓（２ｏ）
を透過してウェハ（１９）にほぼ垂直に入射するように
なされている。エッチング・チャンバ（１６）の内壁部
のうち、少なくとも上記窓（２０）を除く部分には、加
熱機構としてたとえばヒータ（２２）が内蔵されている
。このヒータ（２２）は、プラズマＰ０中から引き出さ
れる中性活性種をエッチング・チャンバ　（１６）の内
壁部へは吸着させず、ウニ／％　（１９）の表面のみへ
効率良く吸着せしめるために設けられているものである
。また、エッチング・チャンバ（１６）内の反応ガスお
よび反応生成物等は、排気口（２３）を介して接続され
る図示されない排気系統により図中矢印Ｃ方向に排気さ
れている。

この装置を使用して、ｎ＋型不純物を導入した多結晶シ
リコン層（以下、ＤＯＰＯ３層と称する。）からなるゲ
ート電極を形成するための光エッチングを行った。光エ
ッチングを行う前のウェハ（１９）の状態は、たとえば
第１図（Ａ）に示されるように、シリコン基板（１）上
に酸化シリコンからなるゲート酸化膜（２）を介してＤ
ＯＰＯ３層（３）が形成され、さらに該ＤＯＰＯ３層（
３）上にレジスト・パターン（４）か形成されてなるも
のである。ここて、第２図中の矢印Ａ方向からＣ１２ガ
スを流量５０　ＳＣＣＭにて石英管（１２）内に供給し
、ガス圧２５０　ｍＴａｒｒ、　　マイクロ波電流２５
０ｍＡの条件でマイクロ波放電を行った。一方、冷却配
管（１８）にはチラーからエタノール冷媒を循環させて
試料台（１７）の温度を約−７０°Ｃに保持した。また
、光源（２１）としては、波長２４９ｎｍのＫｒＦエキ
ンマ・レーザ光源を使用した。これに伴い、窓（２０）
の構成材料は石英とした。

本発明における光エッチングの機構は概路次のように考
えられる。まず、マイクロ波放電により石英管（１２）
内に生成された種々の化学種のうち、比較的寿命の長い
Ｃｌ系中性活性種がエッチング・チャンバ（１６）内に
引き出される。この中性活性、種は、ヒータ（２２）に
より加熱されているエッチング・チャンバ（１６）の内
壁部には吸着されず、冷却保持されているウェハ（Ｉ９
）上に選択的に吸着される。このときウェハ（１９）上
には、光源（２１）からほぼ垂直に光が照射されており
、この光照射による表面励起効果も手伝ってＤＯＰＯＳ
層（３）の表面からＣｌ系中性活性種へ電子か移行して
Ｃ１−イオンを生成する。ＣＩ！−イオンはＤＯＰＯ３
層（３）の粒界内へ侵入して自発的にＳｉと反応し、５
ｉＣＣ（ｘ＝１〜４）を生成する。この反応生成物は、
光の照射面ではその加熱効果によりただちに気相中へ脱
離するが、光が直接には照射されないパターンの側壁部
においては堆積し、側壁保護効果を発揮する。したがっ
て、堆積性のガスを雰囲気中に特に添加しなくとも、異
方性加工が可能となる。

この結果、第１図（Ｂ）に示されるように、Ｄｏｐｏｓ
層（３）のエツチングは無損傷かつ異方的に進行し、側
壁保護膜（５）の堆積を伴いながら垂直壁を有するゲー
ト電極（３ａ）が形成された。かかる光エツチング過程
では荷電粒子のウェハ（１９）面への入射が起こらない
ため、損傷の発生も回避された。このときのエツチング
速度はおおよそ１０００人／分てあり、マイクロ波放電
や基板冷却を行わない従来の一般的な光エツチング方法
と比べて３倍以上に向上した。

なお、本発明は上述の実施例に何ら限定されるものでは
なく、種々の変更が可能である。

たとえば、上述の実施例では光源（２１）としてＫｒＦ
エキシマ・レーザ光を使用したか、本発明における光照
射の目的はウェハ（１９）の表面励起と加熱効果による
反応生成物の脱離であって、反応ガスの解離ではないの
で、特に反応ガスの吸収極大を考慮して波長を限定する
必要はない。したかって、水銀ランプ等の他の紫外光源
の他、可視光源や赤外光源を使用することもできる。た
だし、高異方性を達成するためには短波長光源の方が有
利である。

ウェハ（１９）の冷却温度は、反応生成物か揮発せず、
脱離律速の条件を達成し得る程度の温度であれば、特に
上述の温度に限定されるものではない。

ただし、過度の冷却は反応速度を低下させる原因となる
ため、反応系に応じた温度制御が必要である。

さらにガス圧についても、中性活性種の散乱や再結合が
抑制される程度の低圧であれば、特に限定されるもので
はない。

実施例２ 本実施例は、本発明の第１の発明を適用し、有磁場マイ
クロ波プラズマ・エツチング装置のプラズマ生成室を利
用して中性活性種を生成させた例である。

本実施例で使用した有磁場マイクロ波プラズマ・エツチ
ング装置の概略的な一構成例を第３図に示す。この装置
は、磁界中における電子の円運動周波数に共鳴（を子サ
イクロトロン共鳴；ＥＣＲ）させてマイクロ波を導入す
ることにより、低ガス圧下で高密度のプラズマを生成す
る装置であるか、本発明に適用するにあたり、プラズマ
中の荷電粒子をトラップするためのメツシュ電極、光の
照射機構、ウェハ載置電極の冷却機構、および試料室の
内壁部の加熱機構を付加したものである。

すなわち、本装置は２．４５Ｇ　ＨＺのマイクロ波を発
生するマグネトロン発振器（３３）、マイクロ波を導く
矩形導波管（３２）、該矩形導波管（３２）に石英ガラ
ス板等からなるマイクロ波導入窓（３４）を介して接続
され、ＥＣＲによりプラズマを発生させるプラズマ生成
室（３０）、該プラズマ生成室（３ｏ）に図中矢印り方
向から反応ガスを供給するための一部ガス供給管（３１
）、プラズマ生成室（３ｏ）を周回するように配設され
るソレノイド・コイル（３６）、プラズマＰ１の一部を
引き出すためのプラズマ引き出し窓（３５）、引き出さ
れたプラズマＰ、を利用して各種の処理を行う試料室（
３９）、該試料室（３９）内にウェハ（１９）を載置す
るためのウェハ載置電極（４ｏ）、試料室（３９）に必
要に応じて矢印Ｅ方向から補助ガスを導入するための二
次ガス供給管（３８）、試料室（３９）内の反応ガスや
反応生成物等を排気口（４２）を介して矢印Ｆ方向に排
気するための図示されない一排気系統等を基本的な構成
要素とする。

これらの基本構成に加え、本装置には上記プラズマ生成
室（３０）と試料室（３９）との間にメツシュ電極（３
７）を配設した。これは、本装置で生成されるプラズマ
Ｐ１の密度か前述の実施例１と比へて高く、またプラズ
マＰ、の生成領域からウェハ（１９）までの距離も短い
ため、途中で荷電粒子をトラップしてウェハ（１９）へ
入射させないようにする必要から設けられるものである
。上記メツシュ電極（３７）は、プラズマＰ１の輻射熱
に対する耐熱性を考慮して高融点金属等の耐熱性導電材
料により構成される。

上記試料台（４０）には、冷媒を矢印Ｇ方向に循環させ
るための冷却配管（４Ｉ）が内蔵されており、ウェハ（
１９）の冷却保持が可能とされている。

また、試料室（３９）の外部には光源（４４）が配設さ
れており、該光源（４４）の光は試料室（３９）の側壁
面に設けられた窓（４３）を透過してウェハ（１９）に
垂直に入射するようになされている。さらに、試料室（
３９）の内壁部のうち、少なくとも上記窓（４３）を除
く部分には、加熱機構としてたとえばヒータ（４５）が
内蔵されている。

この装置によれば、プラズマＰ、から中性活性種を含む
プラズマＰ２が発散磁界に沿って試料室（３９）に引き
出され、冷却保持されたウェハ（１９）表面に吸着され
ると共に、光照射によりエツチング反応と反応生成物の
脱離か進行する。

ここで、実施例１と同様、ＤＯＰＯＳからなるゲート電
極を形成するための光エッチングを行った。−次ガス供
給管（３１）からＣｌ　ｔガスを流量５０ＳＣＣＭにて
プラズマ生成室（３０）内に供給し、ガス圧１０　ｍＴ
ｏｒｒ、マイクロ波パワー８５０Ｗの条件でマイクロ波
放電を行った。二次ガス供給管（３８）は使用しなかっ
た。一方、冷却配管（４１）にはエタノール冷媒を循環
させてウェハ載置電極（４０）の温度を約−７０°Ｃに
保持した。通常、この種の装置としてはウェハ載置電極
（４０）にＲＦバイアス印加される形式のものが多く使
用されているが、本発明では荷電粒子をエツチングに利
用しないので、ＲＦバイアスは印加しない。また、光源
（４４）としては、波長３１３ｎ　ｍのＨｇ−Ｘｅラン
プを使用した。

本実施例によっても、前述のエツチング機構にもとづき
、第１図（Ｂ）に示されるように良好な異方性形状を育
するゲート電極（３ａ）が高速に形成された。

なお上述の装置では、発散磁界に沿って試料室（３９）
内へ下降流となって引き出されるプラズマＰ２にウェハ
（１９）か直面する形式とはされていないので、ウェハ
（１９）面内における処理の均一性を向上させるために
たとえばウェハ載置電極（４０）に回転式のサセプター
等を設置しても良い。

実施例３ 本実施例は、本発明の第２の発明を適用し、有磁場マイ
クロ波プラズマ・エツチング装置の試料室を第１のチャ
ンバとして利用した例である。

本実施例で使用した光エツチング装置の概略的な一構成
例を第４図に示す。

本装置は有磁場マイクロ波プラズマ・エツチング装置の
試料室（５８；第１のチャンバに相当する。）。

とエッチング・チャンバ（６４；第２のチャンバに相当
する。）とをゲート・バルブ（６３）を介して高真空下
に接続したものである。

有磁場マイクロ波プラズマ・エツチング装置の基本構成
はほぼ実施例２において前述したとおりなので、詳しい
説明は省略するか、マグネトロン発振器（５３）、矩形
導波管（５２）、マイクロ波導入窓（５４）、プラズマ
生成室（５０）、矢印Ｈ方向に反応ガスを導入する一部
ガス供給管（５１）、ソレノイド・コイル（５６）、プ
ラズマ引き出し窓（５５）、メッンユ電極（５７）、試
料室（５８）、ウェハ載置電極（６０）、矢印１方向に
冷媒を循環させる冷却配管（６１）、排気口（６２）を
通じて矢印Ｊ方向に排気を行う図示されない排気系統等
から構成されるものである。ここでは、上記試料室（５
８）の内壁部にはヒータ等の加熱機構を特に設けなかっ
た。それは、本実施例では試料室（５８）内においてウ
ェハ（１９）表面で単原子層の反応を起こすに必要な量
の中性化学種が吸着されれば十分であり、１回の操作に
おける吸着量が実施例２と比へて極端に少ないからであ
る。

上記試料室（５８）には、さらにゲート・バルブ（６３
）を介してエッチング・チャンバ（６４）か高真空下に
接続されている。このエッチング・チャンバ（６４）内
には、ヒータ（６９）を内蔵する試料台（６８）か配設
されており、この上に載置されたウェハ（１９）を加熱
保持することが可能となされている。このヒータ（６９
）は、ウェハ（１９）を室温程度の温度に保持てきる程
度のパワーを有するものである。また、エッチング・チ
ャンバ（６４）の上壁面には窓（６６）か設けられてお
り、外部に配設された光源（６７）からの光がこの窓（
６６）を介してウェハ（１９）にほぼ垂直に入射するよ
うになされている。エッチング・チャンバ（６４）内で
発生した反応生成物等は、排気口（ｉ５）を介して矢印
に方向に排出される。

この装置によれば、まずウェハ（１９）が適当なロード
ロック機構によりゲート・バルブ（５９）を介して試料
室（５８）に搬入され、ウェハ載置電極（６０）に冷却
保持される。ここで、プラズマＰ、から中性活性種を含
むプラズマＰ、が試料室（５８）に引き出され、中性活
性種がウェハ（１９）表面に吸着される。

この段階では、エツチング反応は進行しない。次に、ウ
ェハ（１９）かゲート・バルブ（６３）を介してエッチ
ング・チャンバ（６４）へ搬送され、試料台（６８）上
で加熱保持されると共に光照射を受ける。これにより、
エツチング反応と反応生成物の脱離が進行するが、吸着
された中性活性種が消費されたところて反応は停止する
。これてほぼ単原子層分のエツチング反応か終了するわ
けである。

さらにエツチングを行う場合には、ゲート・バルブ（６
３）を操作して上述の吸着および光照射の各工程を繰り
返す。所望のエツチング深さか得られたところで、ゲー
ト・バルブ（７０）を開いてウエノ１（１９）を装置外
へ取り出す。

かかる装置を使用して、前述の実施例１および実施例２
と同様、ＤＯＰＯ３からなるゲート電極を形成するため
の光エッチングを行った。ここて、−次ガス供給管（５
１）からＣｉ　２ガスを流量５０３ＣＣＭにてプラズマ
生成室（５０）内に供給し、ガス圧ｌＯｍＴｏｒｒ、　
　マイクロ波パワー８５０Ｗの条件でマイクロ波放電を
行った。また、冷却配管（６Ｉ）にはエタノール冷媒を
循環させ、ウェハ載置電極（６０）の温度を約−７０℃
に保持した。一方、エッチング・チャンバ（６４）にお
いてはヒータ（６９）に通電してウェハ（１９）が２５
°Ｃ程度に保持されるようにした。光源（６７）として
はＫｒＦエキシマ・レーザ光を使用した。

本実施例によっても、前述のエツチング機構にもとづき
、第１図（Ｂ）に示されるように良好な異方性加工が達
成された。

ところで、上述の各実施例ではいずれもＤＯＰｏＳ層の
光エッチングによりゲート電極を形成する場合について
説明したか、光エッチングは低損傷性を最大の特徴とし
ており、たとえば通常のドライエツチング後に形成され
るダメージ層や自然酸化膜の除去を行うためのライトエ
ッチ等にも好適である。

また、上述の各実施例ではいずれも光源からの光をウェ
ハへほぼ垂直に入射させることにより異方性加工を行っ
たか、たとえばアスペクト比の高い開口部の内奥部まで
光を照射させたい場合には、光源に傾斜機構を設けるか
、あるいはウェハ載置電極や試料台に傾斜機構や回転機
構を設ける等の工夫を適宜組み合わせても良い。かかる
機構は、たとえばシリコン・トレンチ・エツチング後に
ＣＦ、１０２等のガス系により側壁保護膜を除去する場
合に有効である。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明の第１の発明
によれば、反応性ガスの励起および解離をマイクロ波放
電により行い、かつ被エツチング基体を冷却することに
より、光エネルギーの利用効率と中性活性種の吸着効率
の向上を通じてエツチング速度の大幅な増大が図られる
。また、本発明の第２の発明によれば、単原子層オーダ
ーの精密なエツチングを原理的に無損傷で行うことかで
きる。したがって、本発明は光エッチングを真に実用性
の高いプロセスとして提供し得るものてあ、る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および第１図（Ｂ）は、本発明の光エツチ
ング方法をＤＯＰＯ３層のエツチングによるゲート電極
の形成に適用した一例をその工程順に示す概略断面図で
あり、第１図（Ａ）はレジスト・パターンの形成工程、
第１図（Ｂ）はＤＯＰＯ３層のエツチング工程をそれぞ
れ表す。 第２図は本発明の第１の発明を実施する際に使用され、
マイクロ波放電管を具備するエツチング装置の一構成例
を示す概略側面図である。 第３図は本発明の第１の発明を実施する際に使用され、
ＥＣＲ放電管を具備するエツチング装置の一構成例を示
す概略側面図である。 第４図は本発明の第２の発明を実施する際に使用される
装置の一構成例を示す概略側面図である。 ■　　　　・・・シリコン基板 ２　　　　・・・ゲート酸化膜 ３　　　　・・・ＤＯＰＯ８層 ３ａ　　　　　・・・ゲート電極 ４　　　　・・・レジスト・パターン ５　　　　・・・側壁保護膜 １１　　　　　・・・マイクロ波放電管１５、３３．５
３・・・マグネトロン発振器１６、６４　　　・・・エ
ッチング・チャンバ１７、６８　　　・・・試料台 １８、４１．６１・・・冷却配管 １９　　　　　・・・ウェハ ２１、４４．６７・・・光源 ３０、５０　　　・・・プラズマ生成室３６、５６　　
　・・・ソレノイド・コイル３７、５７　　　・・・メ
ツシュ電極 ３９、５８　　　・・・試料室 ４０、６０　　　・・・ウェハ載置電極６９　　　　　
・・・　（ウェハ加熱用の）ヒータＰ　０．　Ｐ　１．
　Ｐ　ｘ、　Ｐ　−、Ｐ　４・・・プラズマ特許出願人
　　　ソニー株式会社 代理人　弁理士　　　小　池　　見 間　　　田村榮− 同　　　佐原　勝 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被エッチング基体をエッチング・チャンバ内に冷
   却保持し、前記エッチング・チャンバに接続されるプラ
   ズマ生成室内でマイクロ波放電により生成されたプラズ
   マから中性活性種を該エッチング・チャンバ内へ引き出
   して前記被エッチング基体上に吸着させると共に該被エ
   ッチング基体に光を照射し、光照射部において選択的に
   エッチング反応を進行させることを特徴とする光エッチ
   ング方法。
2. （２）被エッチング基体を第１のチャンバ内に冷却保持
   し、前記第１のチャンバに接続されるプラズマ生成室内
   でマイクロ波放電により生成されたプラズマから中性活
   性種を該第１のチャンバ内へ引き出して前記被エッチン
   グ基体上に吸着させた後、前記被エッチング基体を第２
   のチャンバに搬送して加熱保持すると共に該被エッチン
   グ基体に光を照射し、光照射部において選択的にエッチ
   ング反応を進行させることを特徴とする光エッチング方
   法。