JPH0695501B2 - Etching method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明はイオン衝撃の物理的および化学的効果を利用し
て材料表面をエッチングするエッチング方法に関するも
のであり、特に半導体集積回路や光集積回路などの微細
なパターン形成のためのエッチング方法に関するもので
ある。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an etching method for etching a material surface by utilizing physical and chemical effects of ion bombardment, and particularly to a semiconductor integrated circuit and an optical integrated circuit. The present invention relates to an etching method for forming a fine pattern such as.
（従来の技術） 従来のこの種エッチング方法に用いられるエッチング装
置はカウフマン形のイオン源として知られ、第１図に示
すような構成をとっていた。ここで、プラズマ発生室１
の内部には熱電子を放出させるための熱フィラメント２
を配置し、プラズマ発生室１の壁面３を陽極、熱フィラ
メント２を陰極とした直流放電によって、プラズマ発生
室１の内部にプラズマを発生させる。プラズマ発生室１
の外周には放電の効率を高めるための磁気コイル４が周
設されている。プラズマ発生室１の内部に発生したプラ
ズマを例えば３枚のメッシュ状電極板5A,5B,5Cより成る
イオン引出し電極５に通してシヤワ状のイオンビームを
形成する。このイオンシヤワをプラズマ発生室１に隣接
して設けた試料室６に導く。試料室６内には試料台７を
設け、この試料台７上にエッチングすべき試料８を載置
する。それにより、プラズマ発生室１から電極５を介し
て形成されたイオンシヤワにより試料台７上の試料８を
イオン照射（試料をエッチング）していた。更に第１図
において、９は熱フィラメント２の加熱用電源、10は直
流放電用電源である。11はプラズマ発生室１に導入され
るガスの導入口であり、可変バルブ（図示省略）の調整
によってガス流量およびプラズマ発生室１内のガス圧を
制御できるように構成されている。この導入口11から導
入されたガスはメッシュ状イオン引出し電極５を通り、
試料室６を経て油拡散ポンプおよび油回転ポンプより構
成されている排気系12に導かれ、ここより排気される。
なお、プラズマ発生室１および試料室６には真空ゲージ
（図示省略）が取付けられている。(Prior Art) A conventional etching apparatus used for this kind of etching method is known as a Kauffman type ion source, and has a configuration as shown in FIG. Here, the plasma generation chamber 1
A hot filament 2 for emitting thermoelectrons inside
And a wall surface 3 of the plasma generating chamber 1 is used as an anode and a hot filament 2 is used as a cathode to generate a plasma inside the plasma generating chamber 1. Plasma generation chamber 1
A magnetic coil 4 for enhancing the efficiency of discharge is provided around the outer circumference of. The plasma generated inside the plasma generation chamber 1 is passed through an ion extraction electrode 5 composed of, for example, three mesh-shaped electrode plates 5A, 5B, 5C to form a shower-shaped ion beam. This ion shower is guided to the sample chamber 6 provided adjacent to the plasma generation chamber 1. A sample table 7 is provided in the sample chamber 6, and a sample 8 to be etched is placed on the sample table 7. As a result, the sample 8 on the sample table 7 was irradiated with ions (etching the sample) by the ion shear formed from the plasma generation chamber 1 via the electrode 5. Further, in FIG. 1, 9 is a power source for heating the hot filament 2, and 10 is a power source for DC discharge. Reference numeral 11 denotes an inlet for gas introduced into the plasma generation chamber 1, and is configured so that the gas flow rate and the gas pressure in the plasma generation chamber 1 can be controlled by adjusting a variable valve (not shown). The gas introduced from this inlet 11 passes through the mesh-shaped ion extracting electrode 5,
After passing through the sample chamber 6, it is guided to an exhaust system 12 composed of an oil diffusion pump and an oil rotary pump, and is exhausted from here.
A vacuum gauge (not shown) is attached to the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 6.
このように、従来装置では熱フィラメント２を用いてイ
オンを生成するように構成されていたので、イオンの種
類すなわちプラズマ発生室１に導入するガスの種類とし
ては、アルゴンなどの不活性ガスに限定されていた。す
なわち、プラズマエッチングやプラズマ・スパッタ複合
エッチング（反応性スパッタエッチング）に用いられる
フレオンガスや酸素ガスなどの反応性ガスをプラズマ発
生室１に導入すると、フィラメント２の断線や熱電子放
出量の著しい低減などの問題を生じるので、従来装置で
は反応性ガスによるエッチング、すなわちイオン衝撃の
化学的効果を利用したエッチング法を行なうことができ
ないという欠点があった。As described above, in the conventional apparatus, the hot filament 2 is used to generate ions. Therefore, the type of ions, that is, the type of gas introduced into the plasma generation chamber 1 is limited to an inert gas such as argon. It had been. That is, when a reactive gas such as Freon gas or oxygen gas used for plasma etching or plasma / sputter combined etching (reactive sputter etching) is introduced into the plasma generation chamber 1, the filament 2 is broken or the thermionic emission amount is significantly reduced. Therefore, there is a drawback that the conventional apparatus cannot perform etching with a reactive gas, that is, an etching method utilizing the chemical effect of ion bombardment.
一方、反応性ガスを用いることができるエッチング方法
としては、プラズマエッチング方法及び反応性スパッタ
エッチング（プラズマ・スパッタ複合エッチング）方法
がある。しかしこれらのエッチング方法はプラズマの生
成とイオンエネルギーの付与を独立して制御できず、試
料へのイオン入射方向を自由に制御できなかった。その
他反応性スパッタエッチング方法では、反応性生成物が
プラズマにさらされるため、エッチングの特性が不安定
になる等の欠点があった。On the other hand, as an etching method that can use a reactive gas, there are a plasma etching method and a reactive sputter etching (plasma / sputter combined etching) method. However, these etching methods cannot independently control the generation of plasma and the application of ion energy, and cannot freely control the ion incident direction on the sample. In addition, the reactive sputter etching method has a drawback that the etching characteristics become unstable because the reactive product is exposed to plasma.
ところで、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴を
利用した放電形式は、核融合研究のためのプラズマ発生
源や原子核などの研究用のイオン生成源などに以前から
用いられていた。最近、このような放電形式を応用して
イオン注入装置やプラズマ装置が開発されてきたが、こ
のイオン生成源を大面積の試料をエッチングするエッチ
ング方法に適用することは全く考えられていなかった。
即ち、仮にかかるイオン源をエッチング方法に用いても
プラズマ励起方式として同軸ケーブル構造を用いたり、
ビーム径を絞るためにミラー磁場を採用しているため大
口径の面積をエッチングするエッチング方法を実現でき
ないという欠点があった。By the way, the discharge type using the electron cyclotron resonance by microwaves has been used for a long time as a plasma generation source for fusion research and an ion generation source for research such as atomic nuclei. Recently, an ion implantation apparatus and a plasma apparatus have been developed by applying such a discharge type, but it has not been considered at all to apply this ion generation source to an etching method for etching a large-area sample.
That is, even if such an ion source is used for the etching method, the coaxial cable structure is used as the plasma excitation method,
Since a mirror magnetic field is used to narrow the beam diameter, there is a drawback that an etching method for etching a large diameter area cannot be realized.
（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を解決するため、熱フィラメント
を用いないで、マイクロ波により電子サイクロトロン共
鳴を用いた放電によりプラズマ発生室内に反応性ガスの
プラズマを発生させ、発生させたプラズマを発散磁場と
の相互作用によりイオン引出し電極まで輸送して、イオ
ン引出し電極に到達したプラズマからイオンをシヤワ状
に引出し、引き出されたイオンシヤワにより試料をエッ
チングするようにしたものである。(Object of the invention) In order to solve these drawbacks, the present invention generates and generates a plasma of a reactive gas in a plasma generation chamber by a discharge using electron cyclotron resonance by a microwave without using a hot filament. The plasma is transported to the ion extracting electrode by the interaction with the divergent magnetic field, the ions are extracted from the plasma reaching the ion extracting electrode in the form of wrinkles, and the sample is etched by the extracted ion wrinkles.
本発明の目的は、反応性ガスを用いることのできる新た
なエッチング方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a new etching method that can use a reactive gas.
本発明の他の目的は、大面積にわたり均一に試料をエッ
チングできるエッチング方法を提供することにある。Another object of the present invention is to provide an etching method capable of uniformly etching a sample over a large area.
本発明の他の目的は、異方性エッチングのエッチング速
度を大きくできるエッチング方法を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide an etching method capable of increasing the etching rate of anisotropic etching.
本発明の他の目的は、プラズマの生成とイオンエネルギ
ーの付与を独立して制御できるエッチング方法を提供す
ることにある。Another object of the present invention is to provide an etching method capable of independently controlling plasma generation and ion energy application.
（発明の構成） まず本発明の実施に際し使用するエッチング装置につい
て、以下に図面を参照して詳細に説明する。(Structure of the Invention) First, an etching apparatus used for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
第２図は新規なエッチング装置であって、13はプラズマ
発生室１にあけた開口に設けたマイクロ波導入用窓であ
って、プラズマ発生室１の内部を真空に保持でき、かつ
マイクロ波が透過できるように、例えば石英ガラス板に
より構成するのが好適である。14は窓13に取付けたマイ
クロ波導入のための矩形導波管であり、図示を省略した
整合器、マイクロ波電力計、アイソレータを経てマイク
ロ波源に結合されている。マイクロ波源として、例えば
周波数2.45GHzで最大出力1300Wのマグネトロンを用いる
ことができる。15は電子サイクロトロン共鳴を引起すに
必要な磁場発生用の磁気コイルである。ここで、イオン
引出しの効果を高めるために、磁気コイル15は、磁場強
度がプラズマ発生室１の中央部からイオン引出し電極５
に向かって弱くなる、いわゆる発散磁場を形成するよう
な構成とする。周波数2.45GHzのマイクロ波に対して
は、磁場強度875ガウスの条件で電子サイクロトロン共
鳴が引起されるため、本例では、磁気コイル15として
は、余裕度を考慮して、最大1500ガウスの磁場を発生で
きるものとした。また、マイクロ波の電磁場強度を高め
てマイクロ波電力を有効に利用するため、プラズマ発生
室１はマイクロ波空胴共振器の条件となるような形状寸
法とするのが好都合である。第２図における励起では円
形空胴共振器のTE11nモード（ｎは整数）を利用するの
が便利であるため、一例として、ｎ＝３とし、直径200m
m、高さ200mmの内のり寸法の形状を採用した。プラズマ
発生室１は水冷方式等で冷却し、プラズマによって温度
が上昇することを防止するものとする。イオン引出し用
電極５は、例えば直径100mmの領域に直径3mmの穴を多数
あけた３枚の金属板5A,5B,5Cからなり、イオンシヤワ径
は100mmφとなるものとする。イオンシヤワ径の増大の
要求に対しては、電極板5A〜5Cのみを交換することによ
り容易に150mmφ以上に変えることができる。電極板5A
〜5Cから引き出されたシヤワ状イオンビームは試料室６
内に設けられた試料台７およびその上に載置された試料
８の表面に照射される。試料室６は排気系12に接続され
ている。排気系12は、例えば油拡散ポンプ（1200l/se
c）および油回転ポンプ（500l/min）により構成でき
る。FIG. 2 shows a novel etching apparatus, and 13 is a microwave introduction window provided in an opening formed in the plasma generation chamber 1 so that the inside of the plasma generation chamber 1 can be kept in a vacuum and A quartz glass plate, for example, is preferably used so that it can be transmitted. Reference numeral 14 is a rectangular waveguide for introducing microwaves, which is attached to the window 13, and is connected to a microwave source through a matching device, a microwave power meter, and an isolator (not shown). As the microwave source, for example, a magnetron having a frequency of 2.45 GHz and a maximum output of 1300 W can be used. Reference numeral 15 is a magnetic coil for generating a magnetic field necessary for causing electron cyclotron resonance. Here, in order to enhance the effect of extracting the ions, the magnetic coil 15 has a magnetic field strength from the center of the plasma generation chamber 1 to the ion extracting electrode 5
A so-called divergent magnetic field is formed, which weakens toward. For a microwave of frequency 2.45 GHz, electron cyclotron resonance is generated under the condition of a magnetic field strength of 875 Gauss, so in this example, the magnetic coil 15 has a maximum magnetic field of 1500 Gauss in consideration of the margin. It was supposed to occur. Further, in order to increase the electromagnetic field strength of the microwave and effectively use the microwave power, it is convenient that the plasma generation chamber 1 has a shape and dimensions that satisfy the conditions of the microwave cavity resonator. Since it is convenient to use the TE 11n mode (n is an integer) of the circular cavity resonator for the excitation in FIG. 2, as an example, n = 3 and a diameter of 200 m
The inner dimension of m and height of 200mm is adopted. The plasma generation chamber 1 is cooled by a water cooling method or the like to prevent the temperature from rising due to plasma. The ion extracting electrode 5 is composed of, for example, three metal plates 5A, 5B and 5C in which a large number of holes having a diameter of 3 mm are formed in a region having a diameter of 100 mm, and the ion shower diameter is 100 mmφ. In order to increase the diameter of the ion shower, it can be easily changed to 150 mmφ or more by replacing only the electrode plates 5A to 5C. Electrode plate 5A
The sample ion beam extracted from ~ 5C is a sample chamber 6
The surfaces of the sample table 7 provided therein and the sample 8 placed thereon are irradiated. The sample chamber 6 is connected to the exhaust system 12. The exhaust system 12 is, for example, an oil diffusion pump (1200 l / se
c) and an oil rotary pump (500 l / min).
イオン引出し電極５は従来と同様に構成し、その３枚の
電極板5A〜5Cのうち、最も上の電極板5Aはプラズマ発生
室１と同電位であり、接地電位に対して０〜＋2kVの正
電位が印加されるようにする。最も下の電極板5Cは接地
電位であり、試料室６と同電位とする。中間の電極板5B
は接地電位に対して０〜−300Vの負電位が印加されるよ
うにして、シヤワ状イオンビームの平行性を改善し、試
料室側からの電子の流入を防止するようにする。ここ
で、イオンは最も上の電極板5Aと最も下の電極板5Cとの
間の印加された０〜2kVの電圧によって、プラズマ発生
室１から引出され加速されて、シヤワ状イオンビームと
なって試料８を照射する。The ion extracting electrode 5 is constructed in the same manner as the conventional one, and among the three electrode plates 5A to 5C, the uppermost electrode plate 5A has the same potential as the plasma generating chamber 1 and has a potential of 0 to +2 kV with respect to the ground potential. Make sure that a positive potential is applied. The lowermost electrode plate 5C has a ground potential and has the same potential as the sample chamber 6. Intermediate electrode plate 5B
Applies a negative potential of 0 to -300 V to the ground potential to improve the parallelism of the shower-shaped ion beam and prevent the inflow of electrons from the sample chamber side. Here, the ions are extracted from the plasma generation chamber 1 and accelerated by a voltage of 0 to 2 kV applied between the uppermost electrode plate 5A and the lowermost electrode plate 5C to form a wrinkle-shaped ion beam. Irradiate the sample 8.
なお、試料台７は、プラズマ・スパッタ複合エッチング
（反応性スパッタエッチング）法とは異なり、プラズマ
発生用の電極を兼ねていないため、表面形状や電気的接
続などの条件に拘束されることなく構成できるので、試
料台７に試料冷却機構を設けてもよい。また、試料台７
を傾斜させたり回転させたりする機構を設けてもよい。Unlike the plasma / sputter combined etching (reactive sputter etching) method, the sample table 7 does not serve as an electrode for plasma generation, so that the sample table 7 is configured without being restricted by conditions such as the surface shape and electrical connection. Therefore, the sample table 7 may be provided with a sample cooling mechanism. Also, the sample table 7
A mechanism for tilting or rotating may be provided.
エッチングすべき試料６が絶縁体の場合は、イオンシヤ
ワの照射によって試料が正の電位に帯電し、エッチ速度
が減少することがあるが、従来のイオンシヤワ装置の場
合と同様に、試料室６の内部に熱電子放出用のフィラメ
ントを取付けてこれを防止することもできる。When the sample 6 to be etched is an insulator, the sample may be charged to a positive potential by the irradiation of the ion shower and the etching rate may decrease. However, as in the case of the conventional ion shower device, the inside of the sample chamber 6 may be reduced. This can be prevented by attaching a filament for thermionic emission to.
試料台７の表面およびプラズマ発生室１の内壁の材質と
してテフロン，カーボン，シリコン，石英ガラスなどを
使用する方法など、プラズマ・スパッタ複合エッチング
（反応性スパッタエッチング）やプラズマエッチングに
おけると同様の方法を適用することができる。この方法
はエッチングすべき試料の汚染防止にも役立つ。この観
点から、イオン引出し電極板の材質としてシリコンまた
はカーボンを用いることも、金属汚染をきらう半導体集
積回路の製造工程などへの適用にあたって効果がある。A method similar to that used in plasma / sputter composite etching (reactive sputter etching) or plasma etching, such as a method of using Teflon, carbon, silicon, quartz glass, or the like as the material of the surface of the sample table 7 and the inner wall of the plasma generation chamber 1 is used. Can be applied. This method also helps prevent contamination of the sample to be etched. From this point of view, using silicon or carbon as the material of the ion extracting electrode plate is also effective in applying it to a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit which is resistant to metal contamination.
なお、本発明の方法に使用するイオンシヤワ装置は上述
した微細パターンエッチング装置のみならず、イオンシ
ヤワによる付着効果を利用した膜形成装置の構成にも適
用して極めて有効なものである。The ion shower device used in the method of the present invention is extremely effective when applied not only to the above-described fine pattern etching device but also to the structure of a film forming device utilizing the adhesion effect of the ion shower.
本発明の実施例を以下に説明する。Examples of the present invention will be described below.
プラズマ発生室１に反応性ガスとして例えばフレオンガ
ス（CF4，C2F6等）をガス導入口11から導入し、例えば
2.45GHzのマイクロ波を導波管14、マイクロ波導入窓15
からプラズマ発生室１内に導入する。このときプラズマ
発生室１内には前記マイクロ波に対して電子サイクロト
ロン共鳴をおこす磁場が磁気コイル15によって印加され
ており、プラズマ発生室１内にプラズマが発生する。ま
た磁気コイル15は先に述べたようにプラズマ発生室１の
中央部からイオン引出し電極５に向かって単調に弱くな
る発散磁場を形成している。それ故、発生したプラズマ
はこの発散磁場の磁力線に沿って発生した所からイオン
引出し電極５に向かって角運動量が保存されるように輸
送される。このときプラズマがプラズマ発生室１の中央
付近で均一に発生し、磁力線の広がりに従ってプラズマ
が輸送されるので、イオン引出し電極に到達するプラズ
マは均一かつ大口径のものになる。またいろいろな方向
の運動成分をもった荷電粒子であっても磁場にはね返さ
れることなくイオン引出し電極に到達する。このように
してイオン引出し電極５に輸送されたプラズマから反応
性ガスのイオンがイオン引出し電極５によってプラズマ
発生室１からこれと隣接する試料室６に大口径のイオン
シャワ状になって引き出される。そして、イオン引出し
電極によって方向性とエネルギーを与えられたイオンが
試料室６内の試料台７上の試料８に照射され試料をエッ
チングする。For example, Freon gas (CF 4 , C 2 F 6, etc.) is introduced into the plasma generation chamber 1 as a reactive gas from the gas introduction port 11,
The microwave of 2.45 GHz is guided by the waveguide 14 and the microwave introduction window 15
Is introduced into the plasma generation chamber 1. At this time, a magnetic field that causes electron cyclotron resonance with respect to the microwave is applied in the plasma generation chamber 1 by the magnetic coil 15, and plasma is generated in the plasma generation chamber 1. The magnetic coil 15 forms a divergent magnetic field that monotonically weakens from the central portion of the plasma generation chamber 1 toward the ion extraction electrode 5, as described above. Therefore, the generated plasma is transported from the place generated along the magnetic field lines of this divergent magnetic field toward the ion extracting electrode 5 so that the angular momentum is preserved. At this time, plasma is uniformly generated in the vicinity of the center of the plasma generation chamber 1, and the plasma is transported according to the spread of the lines of magnetic force, so that the plasma reaching the ion extracting electrode has a uniform and large diameter. Also, even charged particles having motion components in various directions reach the ion extraction electrode without being repelled by the magnetic field. Thus, the ions of the reactive gas are extracted from the plasma transported to the ion extraction electrode 5 from the plasma generation chamber 1 to the sample chamber 6 adjacent thereto by the ion extraction electrode 5 in the form of a large-diameter ion shower. Then, the ions, to which directionality and energy are given by the ion extracting electrode, are irradiated to the sample 8 on the sample table 7 in the sample chamber 6 to etch the sample.
ここでイオンシヤワの特性について簡単に説明する。導
入ガスとして、フレオンガス（CF4およびC2F6）を用い
た場合、プラズマ発生室１内のガス圧が８×10-5Torr以
上のとき放電が可能であり、安定にプラズマが発生し
た。このときの試料室６内のガス圧は３×10-5Torrであ
り、従来のイオンシヤワ装置に比較して、より広いガス
圧領域で安定なプラズマが得られた。また、イオンシヤ
ワの特性としては、プラズマ発生室１内のガス圧を５×
10-4Torr、マイクロ波電力を400Wに設定し、イオン引出
し電極に1.5kVの電圧を印加したとき、イオン電流はフ
レオンガスで100mA以上の値が得られた。さらに、この
ときのイオンシヤワの強度分布はシヤワ径（100mmφ）
の範囲内で±５％以下であり、良好な均一性が得られ
た。なお、参考に同じ条件でアルゴンガスを用いたと
き、イオン電流は80mA以上であり、イオンシヤワの強度
分布は同様であった。Here, the characteristics of the ion shower will be briefly described. When Freon gas (CF 4 and C 2 F 6 ) was used as the introduction gas, discharge was possible when the gas pressure in the plasma generation chamber 1 was 8 × 10 −5 Torr or higher, and plasma was stably generated. At this time, the gas pressure in the sample chamber 6 was 3 × 10 -5 Torr, and stable plasma was obtained in a wider gas pressure region as compared with the conventional ion shower device. The characteristics of the ion shower are that the gas pressure in the plasma generation chamber 1 is 5 ×.
When the ion electric current was set to 10 -4 Torr and the microwave power was set to 400 W and a voltage of 1.5 kV was applied to the ion extracting electrode, the ion current was 100 mA or more in the Freon gas. Furthermore, the strength distribution of the ion sheath at this time is the diameter of the sheath (100 mmφ)
Within a range of ± 5% or less, good uniformity was obtained. For reference, when argon gas was used under the same conditions, the ion current was 80 mA or more, and the intensity distribution of the ion shower was the same.
次にエッチング特性について説明する。Next, the etching characteristics will be described.
反応性ガスとしてC2F6ガスを導入し、加速電圧を1kVと
してイオン電流密度が0.5mA/cm2であるとき、SiO2につ
いては600Å/min、Si3N4については400Å/minのエッチ
速度が得られた。また、レジスト（AZ1350J）をマスク
に用いて、３インチウエハ全面に良好なSiO2パターンを
形成できた。さらに、反応性ガスとしてCBrF3ガスを導
入し、加速電圧を1kVとして、イオン電流密度が0.5mA/c
m2であるとき、Siについては700Å/min、Si3N4について
は450Å/minのエッチ速度が得られた。このように、本
発明によれば反応性ガスの導入により、きわめて能率よ
くエッチングを行うことができる。When C 2 F 6 gas is introduced as a reactive gas and the accelerating voltage is 1 kV and the ion current density is 0.5 mA / cm 2 , the etch rate is 600 Å / min for SiO 2 and 400 Å / min for Si 3 N 4. The speed was obtained. Using the resist (AZ1350J) as a mask, a good SiO 2 pattern could be formed on the entire surface of the 3-inch wafer. Furthermore, CBrF 3 gas was introduced as a reactive gas, the acceleration voltage was set to 1 kV, and the ion current density was 0.5 mA / c.
At m 2 , etch rates of 700Å / min for Si and 450Å / min for Si 3 N 4 were obtained. As described above, according to the present invention, the introduction of the reactive gas enables the etching to be performed very efficiently.
また、プラズマの生成とイオンの試料面の入射方向を独
立に制御できるので、例えば、試料台７を45°の角度に
傾斜させてエッチングを行えば、マスクのパターンが45
°の斜め方向に投影された形状の特殊な加工も実現でき
る。Further, since the generation of plasma and the incidence direction of ions on the sample surface can be controlled independently, for example, if the sample stage 7 is tilted at an angle of 45 ° and etching is performed, the mask pattern becomes 45.
Special processing of shapes projected in an oblique direction of ° can also be realized.
プラズマ発生室に導入するガスとしては、これまで述べ
た他にフレオンガスなどに炭化水素や酸素などのガスを
混合したものを用いてもよい。As the gas to be introduced into the plasma generation chamber, other than those described above, a mixture of freon gas and a gas such as hydrocarbon or oxygen may be used.
またこれまでは、プラズマ発生室１に反応性ガスを導入
した場合のエッチング方法について説明したが、プラズ
マ発生室１の他試料室６にガスを直接導入するエッチン
グ方法もある。即ち、エッチング特性の制御として、イ
オンシヤワによるイオン衝撃とは独立に試料室６に雰囲
気として酸素，水素，炭化水素，ハロゲン元素などの反
応性ガスを直接導入することにより、イオンシヤワエッ
チング法独自の新しいエッチング特性を実現することも
できる。この場合、プラズマ発生１に導入するガスは反
応性ガスでもよいし、アルゴンガスのようなガスでもよ
い。これによりイオン衝撃を伴なった試料面と雰囲気と
して導入された反応性ガスとの相互作用を利用すること
ができる。Further, the etching method in the case where the reactive gas is introduced into the plasma generation chamber 1 has been described so far, but there is also an etching method in which the gas is directly introduced into the sample chamber 6 other than the plasma generation chamber 1. That is, in order to control the etching characteristics, a reactive gas such as oxygen, hydrogen, hydrocarbon, halogen element or the like is directly introduced into the sample chamber 6 as an atmosphere independently of the ion bombardment by the ion shower, so that a new method unique to the ion shower etching method is provided. Etching characteristics can also be realized. In this case, the gas introduced into the plasma generation 1 may be a reactive gas or a gas such as argon gas. This makes it possible to utilize the interaction between the sample surface accompanied by ion bombardment and the reactive gas introduced as the atmosphere.
なお、第２図のエッチング装置のプラズマ室にアルゴン
等の不活性ガスを用いてエッチングできることもいうま
でもない。Needless to say, the plasma chamber of the etching apparatus shown in FIG. 2 can be etched using an inert gas such as argon.
（発明の効果） 以上説明したように、本発明は、従来の熱フィラメント
を用いた直流放電のかわりに、マイクロ波による、電子
サイクロトロン共鳴を利用した放電によってプラズマを
発生させ、発生したプラズマを発散磁場との相互作用で
その径を広げつつイオン引出し電極まで輸送し、イオン
をイオン引出し電極でシヤワ状試料室に引出しこのイオ
ンで試料をエッチングするエッチング方法である。プラ
ズマ発生をマイクロ波放電により行なうのでアルゴンな
どの不活性ガスだけでなく、フレオンガスや酸素ガスな
どの反応性ガスを利用することができる。発散磁場を利
用することにより、反応性ガスによるイオン衝撃の化学
的効果を利用したエッチング法が均一で大口径でできる
ようになる。また生成されたプラズマを効率よくイオン
引出し電極まで輸送できるので、高イオン電流がとれ、
異方性エッチングのエッチング速度を大きくできる。ま
た本発明はプラズマ・スパッタ複合エッチング（反応性
スパッタエッチング）やプラズマエッチング法と異な
り、エッチングすべき試料はプラズマとは分離されてお
り、試料室のガス圧が十分低いため、方向性をもったイ
オンによるエッチング効果をプラズマおよびガス自体の
化学的効果とは独立に制御することができる。さらに、
試料冷却機構によって、試料を冷却すれば、反応性ガス
自体の化学的効果による等方的なエッチングを低減する
ことができる。従って、本発明は、高精度かつパターン
の形状を制御できる高能率のエッチングを実現できる利
点を有する。(Effects of the Invention) As described above, the present invention generates plasma by a discharge using electron cyclotron resonance by microwaves, instead of the conventional direct current discharge using a hot filament, and diverges the generated plasma. It is an etching method in which the diameter is expanded by interaction with a magnetic field and the particles are transported to an ion extraction electrode, and the ions are extracted into a wrinkle-shaped sample chamber by the ion extraction electrode to etch the sample. Since plasma is generated by microwave discharge, not only an inert gas such as argon but also a reactive gas such as freon gas or oxygen gas can be used. By utilizing the divergent magnetic field, it becomes possible to carry out a uniform and large-diameter etching method utilizing the chemical effect of ion bombardment by the reactive gas. In addition, since the generated plasma can be efficiently transported to the ion extraction electrode, a high ion current can be obtained,
The etching rate of anisotropic etching can be increased. Further, unlike the plasma / sputter composite etching (reactive sputter etching) or the plasma etching method, the present invention has a directionality because the sample to be etched is separated from the plasma and the gas pressure in the sample chamber is sufficiently low. The etching effect of the ions can be controlled independently of the chemical effects of the plasma and the gas itself. further,
If the sample is cooled by the sample cooling mechanism, isotropic etching due to the chemical effect of the reactive gas itself can be reduced. Therefore, the present invention has an advantage that highly precise etching capable of controlling the pattern shape with high accuracy can be realized.
第１図は従来のイオンシヤワ装置の構成を示す線図、第
２図は本発明の方法の実施に使用するイオンシヤワエッ
チング装置の構成の一例を示す線図である。 １…プラズマ発生室、２…熱フィラメント（陰極）、３
…プラズマ発生室壁面（陽極）、４…磁気コイル、５…
イオン引出し電極、5A,5B,5C…電極板、６…試料室、７
…試料台、８…試料、９…熱フィラメント加熱用電源、
10…直流放電用電源、11…ガス導入口、12…排気系、13
…マイクロ波導入用窓、14…マイクロ波導入用矩形導波
管、15…サイクロトロン共鳴用磁気コイル。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional ion shower device, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of an ion shower etching device used for carrying out the method of the present invention. 1 ... Plasma generating chamber, 2 ... Hot filament (cathode), 3
... Plasma generation chamber wall surface (anode), 4 ... Magnetic coil, 5 ...
Ion extraction electrodes, 5A, 5B, 5C ... Electrode plate, 6 ... Sample chamber, 7
... Sample stand, 8 ... Sample, 9 ... Power source for heating hot filament,
10 ... DC discharge power supply, 11 ... Gas inlet, 12 ... Exhaust system, 13
… Microwave introduction window, 14… Microwave introduction rectangular waveguide, 15… Cyclotron resonance magnetic coil.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 新一 東京都武蔵野市緑町３丁目９番11号 日本 電信電話株式会社武蔵野電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−141729（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Shinichi Yamazaki, 3-9-11 Midoricho, Musashino-shi, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation Musashino Telecommunications Research Institute (56) Reference JP-A-55-141729 (JP, A)
Claims (2)
プラズマ発生室に導入した反応性ガスをマイクロ波と磁
場の存在下で電子サイクロトロン共鳴させプラズマを生
成し、生成したプラズマをプラズマ生成箇所から徐々に
イオン引出し電極に向かって弱くなる発散磁界との相互
作用によって前記イオン引出し電極まで輸送し、前記イ
オン引出し電極に到達したプラズマ中から前記反応性ガ
スのイオンを前記プラズマ発生室の外へ引き出し、引き
出された前記イオンにより前記試料をエッチングするこ
とを特徴とするエッチング方法。1. A sample placed on a sample table and cooled,
The reactive gas introduced into the plasma generation chamber is subjected to electron cyclotron resonance in the presence of microwaves and a magnetic field to generate plasma, and the generated plasma gradually interacts with the divergent magnetic field that gradually weakens from the plasma generation point toward the ion extraction electrode. By transporting to the ion extraction electrode by the action, the ions of the reactive gas are extracted from the plasma reaching the ion extraction electrode to the outside of the plasma generation chamber, and the sample is etched by the extracted ions. Etching method.
プラズマ発生室に導入したガスをマイクロ波と磁場の存
在下で電子サイクロトロン共鳴させプラズマを生成し、
生成したプラズマをプラズマ生成箇所から徐々にイオン
引出し電極に向かって弱くなる発散磁界との相互作用に
よって前記イオン引出し電極まで輸送し、前記イオン引
出し電極に到達したプラズマ中から前記ガスのイオンを
前記プラズマ発生室と前記イオン引出し電極を隔てて設
けられた試料室に引き出し、この引き出されたイオンと
前記試料室に直接導入した反応性ガスとにより前記試料
をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。2. A sample placed on a sample table and cooled,
The gas introduced into the plasma generation chamber is subjected to electron cyclotron resonance in the presence of a microwave and a magnetic field to generate plasma,
The generated plasma is transported to the ion extraction electrode by an interaction with a divergent magnetic field that gradually weakens from the plasma generation point toward the ion extraction electrode, and the ions of the gas are transferred from the plasma reaching the ion extraction electrode to the plasma. An etching method, characterized in that the sample is extracted into a sample chamber provided so as to separate the generation chamber and the ion extracting electrode, and the sample is etched by the extracted ions and the reactive gas introduced directly into the sample chamber.
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|---|---|---|---|
| JP60203852A JPH0695501B2 (en) | 1985-09-14 | 1985-09-14 | Etching method |
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| JPS55141729A (en) * | 1979-04-21 | 1980-11-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Ion-shower device |
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