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JP3884854B2 - Reactive ion etching system - Google Patents

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JP3884854B2
JP3884854B2 JP04606898A JP4606898A JP3884854B2 JP 3884854 B2 JP3884854 B2 JP 3884854B2 JP 04606898 A JP04606898 A JP 04606898A JP 4606898 A JP4606898 A JP 4606898A JP 3884854 B2 JP3884854 B2 JP 3884854B2
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JP
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plasma
vacuum chamber
high frequency
coil
etching
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正博 伊藤
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質をエッチングする反応性イオンエッチング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
添付図面の図4には従来技術による誘導結合放電エッチング装置を示し、真空チャンバーA内に放電プラズマを発生するためのコイルからなるアンテナBを真空チャンバーAの誘電体側壁A1の外側に設け、この高周波アンテナBにプラズマ発生用高周波電源Cから高周波電力を印加し、ハロゲン系のガスを主体とするエッチングガスが流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、気体を真空チャンバーA内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極Dに高周波電源Eから高周波電場を印加して基板電極D上に載置された基板をエッチングするように構成されている。
【0003】
また、図5には、本願発明者らが、先に特開平7−263192号において提案した磁気中性線放電エッチング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャンバーAの上部の誘電体円筒壁A1の外側に載置された3つの磁場コイルB、C、Dによって真空チャンバーA内部に磁気中性線Eが形成され、この磁気中性線Eに沿って、中間の磁場コイルCの内側に高周波アンテナコイルFが配置され、この高周波アンテナコイルFにはマッチングボックス内のコンデンサーを経由してアンテナ用高周波電源Gから高周波電力が印加され、アンテナコイルの他端は接地される。これによりリング状のプラズマが形成される。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、コングクタンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チャンバーAの下部の基板電極Hにはバイアス用高周波電源Iから高周波電力が印加される。
【0004】
また、図6には、本願発明者らが先に特願平7−217965号において永久磁石方式のエッチング装置として平板永久磁石式磁気中性線エッチング装置を提案した。この先に提案した装置では、真空チャンバーAの上部天板に設けた誘電体B上に載置された2つのドーナツ状永久磁石C、Dによって真空チャンバーA内部に磁気中性線が形成され、この磁気中性線に沿って、2つの永久磁石C、Dの間に高周波アンテナEを配置し、ガスを導入してこの高周波アンテナEに高周波電場を印加してリング状のプラズマを形成するように構成されている。この場合には、円筒真空チャンバーAの隔壁は金属で構成される。
また図5及び図6に示す構成において磁気中性線を形成するための磁場コイル及び永久磁石を取り除いて構成した誘導結合放電型エッチング装置も知られている。
【0005】
図5に示されている磁気中性線放電エッチング装置について説明する。エッチングガスは上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒壁A1の外側に設置されたアンテナFに高周波電力が印加されてプラズマが形成され、導入ガスが分解される。磁気中性線は磁場0のループであるのでそこにプラズマ中の電子が集まり、アンテナFから放出される周方向の電場により電子が加速されて環状電子電流が誘起される。この環状電子電流は高周波電流の半周期毎にその向きが変る。下部の基板電極Hにはバイアス用の高周波電力が印加される。ブロッキングコンデンサーによって浮遊状態になっている基板電極Hは負のセルフバイアス電位となり、プラズマ中の正イオンが引き込まれて基板上の物質をエッチングする。
磁気中性線放電では真空中にリング上に形成される磁気中性線の部分に密度の高いプラズマを形成するため、リングに沿って形成される誘導電場を有効利用するものでる。この方法によって、容易に1011cm-3の荷電粒子密度を持つプラズマが形成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来方式では300φより大きなアンテナに電力を導入すると、ア ンテナが長い上にインダクタンスが大きくなるため、アンテナに発生する電場に不均一性が発生する。電場の不均一性はプラズマの不均一性に繋がり、結果として、エッチングの不均一性を引き起こす。そのため、3OOφより大きな誘電体隔 壁を備えた誘導結合放電装置において高いエッチング均一性を得るのは大変難しい。
【0007】
13.56MHzの高周波電力をアンテナに印加する場合には、3OOφより大きな誘電 体隔壁を備えた誘導結合放電装置では1重乃至は平行多重のアンテナが用いられる。シリアル多重のアンテナは、インピーダンスが大きくなるため用いられない。特に1重のアンテナが用いられたとき、インピーダンスが大きくなってアンテナへの電力導入出力部におけるプラズマ均一性ひいては基板エッチング均一性が問題となる。これまでの実験でアンテナの電力導入部付近においてエッチング速度が低くなることが判明している。
【0008】
これを避けるため、特願平9−123905号において平行2重アンテナを使用することを提案した。平行2重アンテナを用いた場合、密度の向上及びプラズマ生成における不均一性が緩和され、±5%以下のエッチング均一性が容易に得られるようになった。
しかしながら、ウエハの大面積化、デバイスの高集積化が進むにつれて、加工装置に要求される精度も高度になり、±1%のエッチング均一性を達成する必要が生じてきた。これを達成するにはプラズマの均一性をさらに向上させる必要がある。
そこで本発明は、形成されるプラズマの均一性を良くし、エッチング均一性を高めることのできる反応性イオンエッチング装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って高周波電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共に導入気体をプラズマ分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、高周波コイルの接地部にコンデンサーを配置し、高周波コイルへの電力導入出部に対して対称に配置して、高周波コイルにおける電力導入の時間平均値が導入部付近と接地部付近で同じになるように構成される。
このように構成することにより、形成されるプラズマの均一性は良くなり、エッチング均一性を高めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によれば、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを真空チャンバーにおける円筒状側壁の外配置し、真空チャンバーの下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、真空チャンバーにおける円筒状側壁を誘電体で構成し、複数の磁場コイルと円筒状側壁との間にプラズマを発生するための高周波アンテナコイルを配置し、高周波アンテナコイルの高周波電力導入部及び接地部にコンデンサーを設けて高周波電力を導入するように構成した反応性イオンエッチング装置が提供される。
【0011】
マッチング回路を通して高周波アンテナコイルに電力を供給するとき、高周波アンテナコイルはコンデンサーを介して接続され、他端は直接接地されるのが一般的である。このように電力導入部だけにコンデンサーを設けて放電が行われる。これによって±5%前後のエッチング均一性は得られる。しかし、エッチング均一性を詳細に調べると、導入部付近あるいは接地部付近により濃いプラズマが形成されていることが解った。これは、アンテナコイル電位に不均一性があるためと思われる。この不均一性はアンテナコイルへの電力導入方式によるものと考えられる。このため、接地部側にもコンデンサーを導入することによって、エッチング均一性がさらに向上することが解った。これは、次のように理解することができる。
【0012】
コンデンサーで挟まれたアンテナコイルは−C−L−C−の等価回路で置き換えることができる。接地側にコンデンサーを設けないときには−C−L−となって、導入部と接地部では対称にならない。従って、導入部及び接地部にコンデンサーを対称配置した場合、アンテナに順方向の高周波電流が流れた時、導入部付近に濃いプラズマが形成されるとすると、逆方向の高周波電流が流れた時には接地部付近に濃いプラズマが形成される。導入部側のみにコンデンサーを設けたときには、順方向の電流で導入部付近に濃いプラズマが形成されたとしても、逆方向の電流が流れた時に接地部側にコンデンサーがないため、接地部付近に濃いプラズマが形成されない。この結果として、導入部及び接地部の両方にコンデンサーを配置することによりアンテナコイルにより発生するプラズマの濃淡が解消し、時間平均的に均一なプラズマが形成されると理解されるのである。
この効果は、磁場を印加しないICP(誘導結合プラズマ)でも同じであるが、磁気中性線に誘起環状電流が流れるNLDプラズマに比べればその効果は小さい。この結果、従来の導入部側のみにコンデンサーを設けた時に比べて、プラズマ密度の時間平均としての均一性が向上し、従来±5〜7%前後のエッチング均一性が±2〜3%前後にまで向上した。
【0013】
【実施例】
以下添付図面の図1を参照して本発明の実施例について説明する。
図1は本発明によるエッチング装置の一実施例を示している。図1において1は真空チャンバで、例えば石英から成る円筒状側壁2を備え、その外側には磁場発生手段を構成している三つのコイル3、4、5が実質的に同じ円周上に軸線に沿って設けられている。図示したように上下の二つの電磁コイル3、5には同じ向きの同一定電流を流し、中間のコイル4には逆向きの電流を流すようにされている。それにより、中間のコイル4のレベル付近に円筒状側壁2の内側に連続した磁場ゼロの位置ができ、円輪状の磁気中性線6が形成される。この円輪状の磁気中性線6の大きさは、上下の二つのコイル3、5に流す電流と中間のコイル4に流す電流との比を変えることにより適宜設定することができ、また円輪状の磁気中性線6の上下方向の位置はコイル3とコイル5とに流す電流の比によって決まる。例えば上方のコイル3に流す電流を下方のコイル5に流す電流より大きくすると、磁気中性線6のできる位置はコイル5側へ下がり、逆にすると、磁気中性線6のできる位置はコイル3側へ上がる。また中間のコイル4に流す電流を増していくと、磁気中性線6の円輪の径は小さくなると同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配も緩やかになってゆく。
【0014】
中間のコイル4と円筒状側壁2との間には電場発生手段を成す高周波電場発生用アンテナ7が設けられ、RF導入部コンデンサー8を介してプラズマ発生用高周波電源9に接続される。またこのアンテナ7は接地部コンデンサー10を介して接地されている。
また真空チャンバ1内には絶縁体11を介して基板電極12が設けられ、この基板電極12はコンデンサー13を介してバイアス高周波電源14に接続されている。基板電極12上には、絶縁体から成る静電チャックにより処理すべき基板15が装着される。
真空チャンバ1の円筒状側壁2の上端には導電性材料から成る対向電極16が基板電極12に相対して設けられ、この対向電極16は図示したようにエッチング補助ガスを導入するためのシャワ板17を備え、このシャワ板17は対向電極16に設けた図示してないガス通路を介してエッチング補助ガス源(図示してない)に連通している。そして対向電極16の内面、特にプラズマに晒される部分すなわちシャワ板17はエッチングに悪影響を与えないSiO2、Si、C、SiC等の物質で構成され るかあるいは覆われている。また真空チャンバ1は排気口1aから図示してない真空排気系により真空排気される。さらに真空チャンバ1には図示してないがエッチング主ガスを導入するためのガス導入部が設けられている。
【0015】
このように構成した図示装置の作用及び動作について説明する。
図1の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源9の電力を1.5KW、基板バイア ス高周波電源14(2MHz)の電力を600W、補助ガスとしてアルゴンを90sccm (85%)、エッチング主ガスとしてC48を10sccm(15%)を導入し、3mTorrの圧力下でエッチングしたところ、3600オングストローム/分のエッチング速度が得られ、±2.8%と非常に高均一なエッチング分布になつていることが判った。図2 の(a)にその時の結果を示す。比較のためアンテナの導入部のみにコンデンサーがある時には、(b)に示すように得られたエッチング速度は3500オングストローム/分速で、エッチング分布は±6.6%であった。本発明の場合の方が僅か ながらエッチ速度が増加したのは、アンテナの接地部にもコンデンサーを導入したので、逆位相の時でも電力が効率よく印加されることによるためと思われる 。
【0016】
図3にはICPにおける実験結果を示す。(a)は従来の電力印加方式を用いたときのエッチング均一性であり、(b)は接地部側にもコンデンサーを接続して得たエッチング均一性である。ICPの場合にはプラズマ中で環状電子電流が流れないので効果は殆どない。
【0017】
図示実施例では、円筒型NLDエッチング装置に適用した例について説明してきたが、同様な効果は平板型NLDエッチング装置に適用しても効果があることは言うまでもない。また、磁気中性線放電プラズマCVD装置に適用した時でも期待できることは明白である。
【0018】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高周波コイルの接地部にコンデンサーを配置し、高周波コイルへの電力導入出部に対して対称に配置して、高周波コイルにおける電力導入の時間平均値が導入部付近と接地部付近で同じになるように構成しているので、高周波電力を均−に印加することができ、より高い均一性のプラズマを形成することができ、大面積基板を用いた微細加工において、高均一なエッチングができるようになる。従って、本発明は、半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオンエッチングプロセスに大きな貢献をするものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるエッチング装置の一実施例の概略断面図。
【図2】 エッチング速度とエッチング分布の計算例を示すグラフを示し、 (a)は本発明の場合、(b)は従来方式の場合である。
【図3】 誘導結合プラズマ方式におけるエッチング速度とエッチング分布の計算例を示すグラフを示し、(a)は従来方式の場合、(b)は本発明と同様に接地側にもコンデンサーを設けた場合である。
【図4】 従来の誘導結合放電エッチング装置の概略断面図。
【図5】 従来の磁気中性線放電エッチング装置の概略断面図。
【図6】 従来の平板型磁気中性線放電を利用したエッチング装置の概略断面図。
【符号の説明】
1:真空チャンバ
2:円筒状側壁
3、4、5:磁場発生手段を成すコイル
6:円輪状の磁気中性線に作られるプラズマ環
7:電場発生手段を成す高周波電場発生用アンテナ
8:導入部コンデンサー
9:プラズマ発生用高周波電源
10:接地部コンデンサー
11:絶縁体
12:基板電極
14:バイアス高周波電源
15:処理すべき基板
16:対向電極
17:エッチング補助ガスを導入するためのシャワ板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactive ion etching apparatus that uses plasma to etch a material on a semiconductor, an electronic component, or other substrate.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 of the accompanying drawings shows an inductively coupled discharge etching apparatus according to the prior art, in which an antenna B made of a coil for generating discharge plasma is provided in the vacuum chamber A outside the dielectric side wall A1. A high frequency power is applied to the high frequency antenna B from a high frequency power source C for plasma generation, and an etching gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the gas is introduced into the vacuum chamber A. Introduces and forms plasma at a low pressure, decomposes the introduced gas, and positively uses the generated atoms, molecules, radicals and ions, and applies a high-frequency electric field from a high-frequency power source E to the substrate electrode D in contact with the plasma. The substrate placed on the electrode D is configured to be etched.
[0003]
FIG. 5 shows a magnetic neutral wire discharge etching apparatus previously proposed by the present inventors in Japanese Patent Laid-Open No. 7-263192. In the previously proposed apparatus, a magnetic neutral line E is formed inside the vacuum chamber A by three magnetic field coils B, C, D placed outside the dielectric cylindrical wall A1 at the top of the vacuum chamber A. A high-frequency antenna coil F is disposed inside the intermediate magnetic field coil C along the magnetic neutral line E, and high-frequency power is supplied to the high-frequency antenna coil F from the antenna high-frequency power source G via a capacitor in the matching box. The other end of the antenna coil is grounded. Thereby, a ring-shaped plasma is formed. Further, the etching gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the pressure is controlled by the opening ratio of the contact valve. A high frequency power is applied to the substrate electrode H below the vacuum chamber A from a bias high frequency power source I.
[0004]
In FIG. 6, the inventors previously proposed a flat permanent magnet type magnetic neutral wire etching apparatus as a permanent magnet type etching apparatus in Japanese Patent Application No. 7-217965. In the previously proposed apparatus, a magnetic neutral line is formed inside the vacuum chamber A by the two donut-shaped permanent magnets C and D placed on the dielectric B provided on the upper top plate of the vacuum chamber A. A high-frequency antenna E is disposed between the two permanent magnets C and D along the magnetic neutral line, a gas is introduced, and a high-frequency electric field is applied to the high-frequency antenna E to form a ring-shaped plasma. It is configured. In this case, the partition wall of the cylindrical vacuum chamber A is made of metal.
There is also known an inductively coupled discharge type etching apparatus configured by removing the magnetic field coil and the permanent magnet for forming the magnetic neutral line in the configuration shown in FIGS.
[0005]
The magnetic neutral wire discharge etching apparatus shown in FIG. 5 will be described. The etching gas is introduced from the vicinity of the upper flange, and high frequency power is applied to the antenna F installed outside the dielectric cylindrical wall A1 to form plasma, and the introduced gas is decomposed. Since the magnetic neutral line is a loop of zero magnetic field, electrons in the plasma gather there, and the electrons are accelerated by the circumferential electric field emitted from the antenna F to induce a circular electron current. The direction of the annular electron current changes every half cycle of the high-frequency current. A high frequency power for bias is applied to the lower substrate electrode H. The substrate electrode H in a floating state by the blocking capacitor has a negative self-bias potential, and positive ions in the plasma are attracted to etch the material on the substrate.
In the magnetic neutral line discharge, a high-density plasma is formed in the portion of the magnetic neutral line formed on the ring in a vacuum, so that an induction electric field formed along the ring is effectively used. By this method, a plasma having a charged particle density of 10 11 cm −3 is easily formed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method as described above, when power is introduced into an antenna larger than 300φ, the antenna is long and the inductance is increased, so that the electric field generated in the antenna is nonuniform. Electric field non-uniformity leads to plasma non-uniformity, resulting in etch non-uniformity. For this reason, it is very difficult to obtain high etching uniformity in an inductively coupled discharge device having a dielectric partition larger than 3OOφ.
[0007]
When high frequency power of 13.56 MHz is applied to the antenna, a single or parallel multiplex antenna is used in an inductively coupled discharge device having a dielectric partition larger than 3OOφ. Serial multiplex antennas are not used because of their large impedance. In particular, when a single antenna is used, the impedance becomes large, and the plasma uniformity at the power introduction output portion to the antenna, and thus the substrate etching uniformity becomes a problem. In previous experiments, it has been found that the etching rate is reduced in the vicinity of the power introduction portion of the antenna.
[0008]
In order to avoid this, it was proposed in Japanese Patent Application No. 9-123905 to use a parallel dual antenna. When a parallel dual antenna is used, the density improvement and the non-uniformity in plasma generation are alleviated, and an etching uniformity of ± 5% or less can be easily obtained.
However, as the area of wafers and the integration of devices have increased, the accuracy required for processing apparatuses has increased, and it has become necessary to achieve ± 1% etching uniformity. To achieve this, the plasma uniformity needs to be further improved.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a reactive ion etching apparatus capable of improving the uniformity of plasma to be formed and improving the etching uniformity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line which is a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber, and A plasma generator with a high-frequency coil for generating a discharge plasma in this magnetic neutral wire by applying a high-frequency electric field along the sexual line and introducing a gas mainly composed of a halogen-based gas into the vacuum The plasma is generated at low pressure and the introduced gas is decomposed into plasma, and the generated atoms, molecules, radicals, and ions are actively used, and an alternating electric field or a high-frequency electric field is applied to the substrate electrode in contact with the plasma on the electrode. In a reactive ion etching apparatus that etches the substrate mounted, a capacitor is placed in the grounding part of the high-frequency coil and symmetrical with respect to the power introduction / extraction part to the high-frequency coil. Arranged to be configured to time average value of the power transfer in the high-frequency coil is the same in the vicinity of the ground portion and the vicinity of the inlet portion.
By configuring in this way, the uniformity of the formed plasma is improved and the etching uniformity can be improved.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the embodiment of the present invention, a plurality of field coils to form a circular magnetic neutral line in the vacuum chamber located outside the side of the cylindrical side wall of the vacuum chamber, applying a high frequency bias to the bottom of the vacuum chamber A substrate electrode is provided, the cylindrical side wall in the vacuum chamber is made of a dielectric, a high frequency antenna coil for generating plasma is arranged between the magnetic field coils and the cylindrical side wall, and high frequency power is introduced to the high frequency antenna coil. A reactive ion etching apparatus configured to introduce a high-frequency power by providing a capacitor in the section and the ground section is provided.
[0011]
When power is supplied to the high frequency antenna coil through the matching circuit, the high frequency antenna coil is generally connected via a capacitor and the other end is directly grounded. In this way, discharging is performed by providing a capacitor only in the power introduction section. Thereby, an etching uniformity of around ± 5% can be obtained. However, when the etching uniformity was examined in detail, it was found that a dense plasma was formed near the introduction part or the grounding part. This seems to be because the antenna coil potential is non-uniform. This non-uniformity is considered to be due to the power introduction method to the antenna coil. For this reason, it has been found that the etching uniformity is further improved by introducing a capacitor to the grounding portion side. This can be understood as follows.
[0012]
The antenna coil sandwiched between capacitors can be replaced with an equivalent circuit of -CLC-. When no capacitor is provided on the ground side, it becomes -CL-, and the introduction part and the ground part are not symmetrical. Therefore, when capacitors are symmetrically arranged in the introduction part and the grounding part, if a high-frequency current in the forward direction flows through the antenna and a dense plasma is formed in the vicinity of the introduction part, grounding occurs when a high-frequency current in the reverse direction flows. Deep plasma is formed near the portion. When a capacitor is provided only on the introduction part side, even if a strong plasma is formed near the introduction part due to a forward current, there is no capacitor on the ground part side when a reverse current flows, No deep plasma is formed. As a result, it is understood that the density of the plasma generated by the antenna coil is eliminated by arranging the capacitors in both the introduction part and the grounding part, and uniform plasma is formed on a time average basis.
This effect is the same in ICP (inductively coupled plasma) without applying a magnetic field, but the effect is small as compared with NLD plasma in which an induced annular current flows in a magnetic neutral line. As a result, compared with the conventional case where the capacitor is provided only on the introduction portion side, the uniformity of the plasma density as a time average is improved, and the etching uniformity of about ± 5 to 7% is about ± 2 to 3%. Improved.
[0013]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 of the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of an etching apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is provided with a cylindrical side wall 2 made of, for example, quartz, and three coils 3, 4, 5 constituting magnetic field generating means are arranged on substantially the same circumference on the outside thereof. It is provided along. As shown in the figure, the same constant current in the same direction is supplied to the upper and lower electromagnetic coils 3 and 5, and the current in the opposite direction is supplied to the intermediate coil 4. Thereby, the position of the magnetic field zero continuous inside the cylindrical side wall 2 is formed near the level of the intermediate coil 4, and an annular magnetic neutral line 6 is formed. The size of the ring-shaped magnetic neutral wire 6 can be set as appropriate by changing the ratio of the current flowing through the upper and lower coils 3, 5 and the current flowing through the intermediate coil 4. The position of the magnetic neutral wire 6 in the vertical direction is determined by the ratio of currents flowing through the coils 3 and 5. For example, when the current flowing through the upper coil 3 is made larger than the current flowing through the lower coil 5, the position where the magnetic neutral wire 6 can be lowered to the coil 5 side, and conversely, the position where the magnetic neutral wire 6 can be formed is the coil 3. Go up to the side. As the current flowing through the intermediate coil 4 is increased, the diameter of the ring of the magnetic neutral wire 6 becomes smaller and the gradient of the magnetic field at the zero magnetic field position becomes gentler.
[0014]
Between the intermediate coil 4 and the cylindrical side wall 2, a high frequency electric field generating antenna 7 constituting an electric field generating means is provided, and is connected to a plasma generating high frequency power source 9 through an RF introduction part capacitor 8. The antenna 7 is grounded via a grounding condenser 10.
A substrate electrode 12 is provided in the vacuum chamber 1 via an insulator 11, and the substrate electrode 12 is connected to a bias high-frequency power source 14 via a capacitor 13. A substrate 15 to be processed is mounted on the substrate electrode 12 by an electrostatic chuck made of an insulator.
A counter electrode 16 made of a conductive material is provided at the upper end of the cylindrical side wall 2 of the vacuum chamber 1 so as to be opposed to the substrate electrode 12, and this counter electrode 16 is a shower plate for introducing an etching auxiliary gas as shown. The shower plate 17 communicates with an etching auxiliary gas source (not shown) through a gas passage (not shown) provided in the counter electrode 16. The inner surface of the counter electrode 16, particularly the portion exposed to the plasma, that is, the shower plate 17, is made of or covered with a substance such as SiO 2 , Si, C, or SiC that does not adversely affect the etching. The vacuum chamber 1 is evacuated from an exhaust port 1a by a vacuum exhaust system (not shown). Further, although not shown, the vacuum chamber 1 is provided with a gas introduction part for introducing an etching main gas.
[0015]
The operation and operation of the illustrated apparatus configured as described above will be described.
Using the apparatus of FIG. 1, the power of the plasma generating high frequency power supply 9 is 1.5 KW, the power of the substrate bias high frequency power supply 14 (2 MHz) is 600 W, argon is 90 sccm (85%) as an auxiliary gas, and C 4 is an etching main gas. When F 8 was introduced at 10 sccm (15%) and etching was performed at a pressure of 3 mTorr, an etching rate of 3600 angstrom / min was obtained, and it was found that the etching distribution was very highly uniform as ± 2.8%. It was. FIG. 2 (a) shows the result at that time. For comparison, when there was a capacitor only at the antenna introduction part, the etching rate obtained as shown in (b) was 3500 angstroms / minute, and the etching distribution was ± 6.6%. The reason why the etching rate slightly increased in the case of the present invention seems to be that power was efficiently applied even in the reverse phase because a capacitor was also introduced into the ground portion of the antenna.
[0016]
FIG. 3 shows the experimental results in ICP. (A) is the etching uniformity when the conventional power application method is used, and (b) is the etching uniformity obtained by connecting a capacitor to the ground portion side. In the case of ICP, since an annular electron current does not flow in plasma, there is almost no effect.
[0017]
In the illustrated embodiment, an example in which the present invention is applied to a cylindrical NLD etching apparatus has been described, but it goes without saying that the same effect can be achieved by applying it to a flat plate type NLD etching apparatus. In addition, it can be expected even when applied to a magnetic neutral discharge plasma CVD apparatus.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the capacitor is disposed in the grounding portion of the high frequency coil, and is disposed symmetrically with respect to the power introduction / extraction portion to the high frequency coil, so that the time average value of power introduction in the high frequency coil is Is configured to be the same in the vicinity of the introduction portion and the ground portion, so that high-frequency power can be applied uniformly, plasma with higher uniformity can be formed, and a large-area substrate can be used. Highly uniform etching can be performed in the fine processing. Therefore, the present invention greatly contributes to the reactive ion etching process used in semiconductor and electronic component processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of an etching apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are graphs showing calculation examples of etching rate and etching distribution. FIG. 2A shows the case of the present invention, and FIG. 2B shows the case of the conventional method.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing examples of calculation of etching rate and etching distribution in the inductively coupled plasma method, where FIG. 3A shows a conventional method, and FIG. 3B shows a case where a capacitor is provided on the ground side as in the present invention. It is.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional inductively coupled discharge etching apparatus.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a conventional magnetic neutral wire discharge etching apparatus.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a conventional etching apparatus using flat plate type magnetic neutral wire discharge.
[Explanation of symbols]
1: Vacuum chamber 2: Cylindrical side walls 3, 4, 5: Coil forming magnetic field generating means 6: Plasma ring formed on annular magnetic neutral wire 7: High frequency electric field generating antenna 8 forming electric field generating means: Introduction Capacitor 9: High frequency power supply for plasma generation
10: Grounding condenser
11: Insulator
12: Substrate electrode
14: Bias high frequency power supply
15: Substrate to be processed
16: Counter electrode
17: Shower plate for introducing etching auxiliary gas

Claims (1)

真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って高周波電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共に導入気体をプラズマ分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを真空チャンバーにおける円筒状側壁の外配置し、真空チャンバーの下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、真空チャンバーにおける円筒状側壁を誘電体で構成し、複数の磁場コイルと円筒状側壁との間にプラズマを発生するための高周波アンテナコイルを配置し、高周波アンテナコイルの高周波電力導入部及び接地部にコンデンサーを設けて高周波電力を導入するように構成したことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。Provided is a magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber and having a magnetic field of zero, and a high-frequency electric field is applied along the magnetic neutral line to generate the magnetic neutral line. Has a plasma generator provided with a high-frequency coil for generating discharge plasma. A gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum to form a plasma at a low pressure and to decompose the introduced gas into a plasma. In the reactive ion etching apparatus that positively utilizes the generated atoms, molecules, radicals, and ions, applies an alternating electric field or a high frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma, and etches the substrate placed on the electrode. a plurality of field coils to form a circular magnetic neutral line in the vacuum chamber located outside the side of the cylindrical side wall of the vacuum chamber, the bottom of the vacuum chamber Provided substrate electrodes for applying a high frequency bias, the cylindrical side wall of the vacuum chamber composed of a dielectric, disposed a high-frequency antenna coil for generating plasma between the plurality of magnetic field coils and the cylindrical side wall, the high frequency antenna A reactive ion etching apparatus characterized in that a high frequency power is introduced by providing a capacitor at a high frequency power introduction part and a grounding part of a coil.
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