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JPH0652725B2 - Dry etching equipment - Google Patents
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JPH0652725B2 - Dry etching equipment - Google Patents

Dry etching equipment

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Publication number
JPH0652725B2
JPH0652725B2 JP447491A JP447491A JPH0652725B2 JP H0652725 B2 JPH0652725 B2 JP H0652725B2 JP 447491 A JP447491 A JP 447491A JP 447491 A JP447491 A JP 447491A JP H0652725 B2 JPH0652725 B2 JP H0652725B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching apparatus
dry etching
etching
temperature
vacuum container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP447491A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH04211124A (en
Inventor
新一 田地
定之 奥平
喜一郎 向
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング装置
に関し,とくに、サイドエッチが極めて少なく、高い寸
法精度でエッチングすることのできる,ドライエッチン
グ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus, and more particularly to a dry etching apparatus which has very little side etching and can be etched with high dimensional accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高エネルギー粒子を利用した半導
体製造プロセスにおいては、固体試料および固体材料の
温度は水温に保たれていた.
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor manufacturing process using high-energy particles, the temperature of a solid sample and a solid material is kept at a water temperature.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そのため、固体温度が
比較的高く、活性ガスと固体が容易に反応し、イオンや
電子、レーザーなどのエネルギー粒子による、表面反応
の促進効果の高精度制御が困難である,という欠点があ
った。とくに、ドライエッチングでは、プラズマ中のラ
ジカル等の反応性中性粒子と固体との反応の制御が困難
であるため、マスク下のエッチング,すなわちサイドエ
ッチが大きく,高い寸法精度でエッチングを行なうのが
困難であった。本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、高エネルギ粒子を固体に入射させてエッチングを行
なう際において、高エネルギ粒子が入射しない面での表
面反応を高精度に制御して、サイドエッチの少ない高精
度のエッチングを行なうことのできる、ドライエッチン
グ装置を提供することである。
Therefore, the solid temperature is relatively high, the active gas and the solid easily react, and it is difficult to precisely control the surface reaction promoting effect by energetic particles such as ions, electrons, and lasers. There was a drawback that it was. In particular, in dry etching, it is difficult to control the reaction between reactive neutral particles such as radicals in plasma and solids, so etching under a mask, that is, side etching is large, and etching with high dimensional accuracy is recommended. It was difficult. An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and when high energy particles are incident on a solid to perform etching, the surface reaction on the surface on which high energy particles are not incident is controlled with high accuracy to perform side etching. It is an object of the present invention to provide a dry etching apparatus capable of performing highly accurate etching with less heat.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的は、試料(固
体)の温度を、従来より著しく低い,所定の範囲内に保
ってエッチングする手段を具備することにより,達成さ
れる。
The above object can be achieved by providing a means for etching while keeping the temperature of the sample (solid) within a predetermined range, which is significantly lower than in the prior art.

【0005】[0005]

【作用】ドライエッチングでは、エッチされる固体の水
平面に、イオンや電子等の高エネルギ−粒子と、ラジカ
ル等の中性粒子が同時に入射する。機構解析を行なった
結果、固体の水平面では、高エネルギ−粒子の照射によ
り、固体の極く表面に疑似“高温”状態が作り出され、
そのため,ガス粒子やラジカルと表面電子の反応が、大
きく活性化されて、エッチングに寄与する効果のあるこ
とがわかった。
In dry etching, high energy particles such as ions and electrons and neutral particles such as radicals are simultaneously incident on the horizontal surface of the solid to be etched. As a result of the mechanism analysis, in the horizontal plane of the solid, the irradiation of high energy particles creates a pseudo "high temperature" state on the very surface of the solid.
Therefore, it was found that the reaction between the gas particles and radicals and the surface electrons is greatly activated and contributes to etching.

【0006】一方、固体のサイドウオ−ルでは、ラジカ
ルと固体、およびガス分子と固体との間の反応が,冷却
された温度において起る.
On the other hand, in a solid sidewall, reactions between radicals and solids, and gas molecules and solids occur at a cooled temperature.

【0007】従って、試料(固体)を著しく低い温度に
保ってエッチングを行なうと、深さ方向におけるエッチ
ングは変わらず、上記サイドウオ−ルにおける反応は抑
制されて、サイドエッチは小さくなる。
Therefore, when the sample (solid) is etched at a remarkably low temperature, the etching in the depth direction does not change, the reaction in the side wall is suppressed, and the side etch becomes small.

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

〈実施例1〉 図1は、高周波放電平行平板型カソ−ドカップル式プラ
スマエッチング装置を示し、試料台1および対向電極2
は、冷却装置(水温以下、−120℃以上)を具備して
いる。冷却装置はヒ−トパイプの原理を利用したもので
あり、冷媒溜め3とパイプ4、さらに排気装置5からな
る。冷媒を変えることにより、上記温度を容易に実現す
ることができ、かつ、安定性にも優れていて、典型的に
は、1時間で設定温度±1.5℃に保持できる。
Example 1 FIG. 1 shows a high frequency discharge parallel plate type cathodic couple type plasma etching apparatus, which comprises a sample stage 1 and a counter electrode 2.
Is equipped with a cooling device (water temperature or lower, −120 ° C. or higher). The cooling device uses the principle of a heat pipe, and is composed of a refrigerant reservoir 3, a pipe 4, and an exhaust device 5. By changing the refrigerant, the above temperature can be easily realized and the stability is excellent, and typically, the set temperature can be maintained at ± 1.5 ° C. in 1 hour.

【0009】プラズマは、高周波電力を試料台1に印加
して、両電極1,2間に発生させる。ガス導入口は、ポ
−ト6である。
High-frequency power is applied to the sample stage 1 to generate plasma between the electrodes 1 and 2. The gas inlet is port 6.

【0010】本装置を用い、SF6ガスによるpoly
−Siのエッチングを行なった結果を図2に示す。エッ
チング条件はガス圧力:5×10Pa、高周波電力:2
00W(電力密度0.2W/m2)であり、poly−
Si膜(厚さ1.2μm)上のマスクとしては、ホトレ
ジスト(AZ1350J)膜を使用した。図2は、試料
台温度とエッチング完了時におけるサイドエッチング量
(寸法シフト量:マスク端からの寸法を示す)の関係を
示した図であり、このエッチングにおいて温度を下げる
ことにより、寸法シフトが著しく小さくなることがわか
った。
Using this apparatus, poly with SF 6 gas is used.
The result of etching -Si is shown in FIG. Etching conditions are gas pressure: 5 × 10 Pa, high frequency power: 2
00W (power density 0.2 W / m 2 ) and poly-
A photoresist (AZ1350J) film was used as a mask on the Si film (thickness 1.2 μm). FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the sample stage temperature and the side etching amount (dimension shift amount: showing the dimension from the mask edge) at the time of completion of etching. It turned out to be smaller.

【0011】さらに、サイドエッチング量は、poly
−SiとSF6ガスプラズマの反応生成物であるSiF4
の蒸気圧が,室温での蒸気圧の1/10以下となる温
度,すなわち、約−10℃以下になる温度で、20℃で
のサイドエッチング量0.8μmの1/4以下となり,
顕著に減少した。この時、深さ方向におけるエッチング
速度ははほとんど変化せず、これは本発明の大きな特長
である。同様な現象は、AlやW,レジストおよびMo
など,他の電子材料のエッチングにおいても確認でき
た。
Further, the side etching amount is poly
-SiF 4 which is a reaction product of Si and SF 6 gas plasma
The vapor pressure of 1/10 or less of the vapor pressure at room temperature, that is, at a temperature of about −10 ° C. or less, the side etching amount at 20 ° C. is 1/4 or less of 0.8 μm,
Remarkably decreased. At this time, the etching rate in the depth direction hardly changes, which is a great feature of the present invention. Similar phenomenon is caused by Al, W, resist and Mo.
It was also confirmed by etching other electronic materials.

【0012】すなわち、反応生成物の蒸気圧が、室温に
おける蒸気圧の1/10以下になる温度に、試料を保持
してエッチングを行なうことにより、サイドエッチング
を極めて小さくすることができる。しかし、温度が低す
ぎると冷却部へのガスの吸着が起り、エッチングが不可
能であった。このガス吸着は,導入されたガスSF6
試料温度での蒸気圧が、真空容器内のガス圧力以下にな
った場合に起ることがわかった。従って、試料の温度
は、導入されたガスの蒸気圧が、真空容器内のガス圧力
以上の蒸気圧となる温度以上であることが必要である。
That is, side etching can be made extremely small by performing etching while holding the sample at a temperature at which the vapor pressure of the reaction product becomes 1/10 or less of the vapor pressure at room temperature. However, if the temperature is too low, gas adsorption to the cooling part occurs, making etching impossible. It was found that this gas adsorption occurs when the vapor pressure of the introduced gas SF 6 at the sample temperature becomes equal to or lower than the gas pressure in the vacuum container. Therefore, the temperature of the sample needs to be equal to or higher than the temperature at which the vapor pressure of the introduced gas becomes equal to or higher than the vapor pressure of the gas in the vacuum container.

【0013】[0013]

【発明の効果】上記範囲内の温度でエッチングを行なう
と、図2からわかるように、サイドエッチングの量は極
めて小さくなり、本発明は,高集積密度を有するLSI
の製造に用いるエッチング装置として、極めて優れてい
る。
As shown in FIG. 2, when etching is performed at a temperature within the above range, the amount of side etching becomes extremely small, and the present invention provides an LSI having a high integration density.
It is extremely excellent as an etching device used for manufacturing.

【0014】本発明は、平行平板型エッチング装置のみ
ではなく、マイクロ波エッチング装置や、イオンビ−ム
エッチング装置等、他のエッチング装置にも有効であ
る。また、真空容器自体の冷却もガスエッチング反応の
制御に関係があることがわかった。ただし、この場合に
は、真空容器を二重構造にするなど,霧滴対策が必要で
あった。
The present invention is effective not only in the parallel plate type etching apparatus but also in other etching apparatuses such as a microwave etching apparatus and an ion beam etching apparatus. It was also found that the cooling of the vacuum container itself is related to the control of the gas etching reaction. However, in this case, it was necessary to take measures against fog droplets, such as using a double structure for the vacuum container.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施に用いたエッチング装置の断面
図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an etching apparatus used for implementing the present invention.

【図2】本発明の効果を示す曲線図。FIG. 2 is a curve diagram showing the effect of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料台 2…対向電極 3…冷媒溜め 4…パイプ 5…ポンプ 6…ガス導入孔 7…rf電源 8…試料 9…排気。 1 ... Sample stand 2 ... Counter electrode 3 ... Refrigerant reservoir 4 ... Pipe 5 ... Pump 6 ... Gas introduction hole 7 ... rf power supply 8 ... Sample 9 ... Exhaust

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器と、所定の処理ガスのプラズマを
発生させる手段と、エッチングすべき被加工物を上記真
空容器内の所定の位置に配置する試料台と、上記真空容
器内を排気する手段と、上記試料台の内部に低温の熱媒
体を流して,上記被加工物の温度を、上記被加工物をエ
ッチングすることによって生じた反応生成物の蒸気圧
が、室温における上記反応生成物の蒸気圧の1/10に
等しくなる温度以下で、かつ、上記処理ガスの蒸気圧が
上記真空容器内のガス圧力以上になる温度にする手段
を、少なくとも有することを特徴とするドライエッチン
グ装置。
1. A vacuum container, a means for generating plasma of a predetermined processing gas, a sample stage for arranging a workpiece to be etched at a predetermined position in the vacuum container, and exhausting the inside of the vacuum container. And a vapor pressure of a reaction product generated by etching the work by causing a low-temperature heat medium to flow inside the sample table and the reaction product at room temperature. The dry etching apparatus is characterized by at least having a temperature equal to or less than 1/10 of the vapor pressure of, and a temperature at which the vapor pressure of the processing gas is equal to or higher than the gas pressure in the vacuum container.
【請求項2】平行平板型エッチング装置であることを特
徴とする請求項1に記載のドライエッチング装置。
2. The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the dry etching apparatus is a parallel plate type etching apparatus.
【請求項3】マイクロ波エッチング装置であることを特
徴とする請求項1に記載のドライエッチング装置。
3. The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the dry etching apparatus is a microwave etching apparatus.
【請求項4】イオンビ−ムイエッチング装置であること
を特徴とする請求項1に記載のドライエッチング装置。
4. The dry etching apparatus according to claim 1, wherein the dry etching apparatus is an ion beam etching apparatus.
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