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JP3940464B2 - Reactive ion etching apparatus and method - Google Patents

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JP3940464B2
JP3940464B2 JP12389797A JP12389797A JP3940464B2 JP 3940464 B2 JP3940464 B2 JP 3940464B2 JP 12389797 A JP12389797 A JP 12389797A JP 12389797 A JP12389797 A JP 12389797A JP 3940464 B2 JP3940464 B2 JP 3940464B2
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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及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本願発明者らは、先に特開平7−263192号において磁気中性線放電エッチング装置を提案した。この先に提案した装置は図2で示されるように、真空チャンバーAの上部の誘電体円筒壁Bの外側に載置された3つの磁場コイルC、D、Eによって真空チャンバーA内部に磁気中性線Fが形成され、この磁気中性線Fに沿って、中間の磁場コイルDの内側に配置された1重のアンテナGにアンテナ用高周波電源Hから高周波電場を印加することによりリング状のプラズマが形成されるように構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板I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Jにはバイアス用高周波電源Kから高周波電力が印加される。
【0003】
このような構成の図2に示される磁気中性線放電エッチング装置について説明する。
エッチングガスは真空チャンバーAの上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒壁Bの外側と中間の磁場コイルDとの間に配置された1重のアンテナGに高周波電力を印加することによりプラズマが形成されて導入ガスが分解される。真空チャンバーAの下部の基板電極Jにはバイアス用高周波電源Kから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Lによって浮遊状態になっている基板電極J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。
【0004】
磁気中性線放電では、真空中にリング状に形成される磁気中性線Fの部分に密度の高いプラズマを形成するため、リング状磁気中性線F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。
【0005】
しかしながら、ハロゲン系のガスを用いて微細な構造をもつレジストパターンのエッチングに適用すると、微細な孔のエッチングが十分にできないと言う不都合のあることがわかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
エッチングでは、反応性の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質との反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に削ればよいわけではなく、微細化に伴いより形状制御が重要になってきている。このためにはエッチャントの他に微細孔内部の壁面に付着してイオンの当たらない側壁を保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなければならない。
0.3μm幅以下の微細加工ではこのエッチャントと保護物質との相対濃度及び孔内部への相対的な到達量が重要になる。保護物質がエッチャントに対して多くなり過ぎると、0.3μm幅以下の微細孔は、保護物質により埋まってしまい、いわゆ るエッチストップが起こって、削れないことになる。保護物質が、逆に、少なすぎると、エッチャントによって側壁が削られて、Bowingが発生し、望ましい形状が得られない。
従来用いられてきた磁気中性線放電エッチング装置では、プラズマを形成するためのアンテナとバイアス電圧を発生させるための電気的に浮遊状態の電極に高周波電力が印加される。ハロゲン系のガスが導入されてプラズマが形成されると、ガス分子がプラズマ分解され、エッチャントや重合しやすい物質が生成される。重合しやすい物質が基板電極に達すると保護物質として働くが、放電室壁面に達すると壁面に付着してダストの原因になる。
そのため、大きな放電室を持つICPやNLDにおいては真空チャンバーの壁面を〜200℃に加熱して、付着をできるだけ少なくする対策が採られている。し かし、真空チャンバーの壁面を加熱しても付着性物質を完全に無くすことはできない。
また、エッチストップが発生するメカニズムのーつに微細孔内のチャージアップが考えられる。基板バイアスが負になっているので、孔内にイオンとラジカルが飛来しイオンアシストによってエッチングが進行する。孔が微細になると、シース電界によって電子流入が不十分になり孔内の電荷補正ができなくなって正にチャージアップする。この結果、正のイオンの流入が阻止され、エッチングが十分に進行しなくなると考えられるのである。
【0007】
そこで、本発明は、上記の問題を解決して、0.3μm幅以下の微細加工においてエッチストップを発生させることなくエッチングできる磁気中性線放電を利用した反応性イオンエッチング装置及び方法を提供することを目的としている。
【0008】
【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、本発明による磁気中性線放電を利用した反応性イオンエッチング装置においては、真空チャンバーの上部の天板を浮遊電極にして高周波電力を印加するように構成される。
【0009】
【発明の実施の形態】
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揚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交番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1重を含む多重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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を誘電体の外部に配置した複数の磁場コイルで構成し、真空チャンバー内に形成される環状磁気中性線と同一面内であって真空チャンバーの誘電体壁と磁場コイルとの間にプラズマを発生するための高周波コイルを配置し、誘電体で構成した真空チャンバー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、基板電極と相対する誘電体で構成した真空チャンバーの上部に、基板のエッチング中に高周波バイアスを印加できるようにした別の電極を設け、前記別の電極が、誘電体で構成した真空チャンバー部分の上部の内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いた天板から成り、基板のエッチング中に前記別の電極への高周波バイアスの印加により前記プラズマで前記天板がスパッタされ、SiFx もしくは CF xラジカルを生成するように構成したことを特徴としている。
また、本発明によるプラズマを発生させて基板をエッチングする反応性イオンエッチング方法は、
真空チャンバー内に連続して存在する磁揚ゼロの位置である環状磁気中性線を形成し、真空チャンバー内にハロゲン系のガスを主体とする気体導入し、磁気中性線に沿って交番電揚を加えて磁気中性線に放電プラズマを発生させるステップと、
基板が設置され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ステップと、
基板をエッチングしながら、基板電極と対向する真空チャンバーの天板に、高周波バイアスを印加するステップと、
を含み、
天板内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いる
ことを特徴としている。
【0010】
真空チャンバー部分の上部天板を浮遊電極にして高周波電力を印加し、上部天板に負のバイアスが発生するようにしたので、上部天板は常に正イオンによつて衝撃されるようになる。この結果、従来の接地電位になつていた天板の時に比べて、天板への膜付着が抑えられ天板からのダスト発生が抑制される。
さらに、ダスト発生を抑制できるだけでなく、天板内面に付着し重合した膜をスパッタすることにより、エッチャントを生成する副次的な効果も期待できる。
【0011】
天板内壁材料として硅素材や炭素材もしくはそれらの化合物や混合物を用いたときには、フッ素ラジカルの吸着及びSiFx.CFxラジカルの生成源としての効果も期待できる。フッ素ラジカルはシリコンとの反応性が強いため、酸化膜をエッチング対象としたSi02/Siのプロセスの場合、フッ素ラジカルが多 いと下地Si膜に対する選択性が悪くなるが、上部天板内壁材として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物や混合物を用いると、スパッタされた面にフッ素ラジカルが付着し、下地Si膜に対する選択性を向上させると言う効果も期待できる。
【0012】
また、上部天板に高周波電力を印加すると、上部天板面からの二次電子及びシース加熱によって加速された電子が基板面に飛来し微細孔内に発生した正のチャージアップを補正する効果も期待できる。
シリコン酸化膜付きウエハを用いてO.3μm径の微細孔のエッチングを行ったところ、従来の接地電位天板を用いたときにエッチストップが起こっていた条件でもエッチストップは発生しなかった。エッチャントの発生と上部天板面からの二次電子及びシース加熱によって加速された電子が基板面に飛来し微細孔内に発生した正のチャージアップを補正したためと思われる。
【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には本発明の反応性イオンエッチング装置の一実施例を示す。図示エッチング装置において、1は真空チャンバーで、上部のプラズマ発生部1aと基板電極部1bとを備え、基板電極部には排気口1cが設けられている。プラズマ発生部1aは円筒形の誘電体側壁2を備え、誘電体側壁2の外側には、真空チャンバ−1内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル 3、4、5が設けられ、真空チャンバー1の上部のプラズマ発生部1a内に磁気中性線6を形成する。
中間の磁場コイル4と誘電体側壁2の外側との間には1重を含む多重のプラズマ発生用の高周波コイル7が配置され、この高周波コイル7は高周波電源8に接続され、三つの磁場コイル3、4、5によって真空チャンバー1の上部のプラズマ発生部1a内に形成された磁気中性線6に沿って交番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ようにしている。
真空チャンバー1の上部のプラズマ発生部1aの天板9は絶縁体10を介して誘電体側壁2の上部フランジに密封固着され、またこの天板9は内壁材料として炭素材を用いて構成され、そして高周波バイアス電源11に接続され、弱い高周波バイアスが印加されるようにし、従って天板9は浮遊電極として機能する。
また真空チャンバ−1のプラズマ発生部1a内の形成される磁気中性線の作る面と平行して下部の基板電極部1b内には基板電極12が絶縁体部材13を介して設けられ、この基板電極12はRFバイアスを印加する高周波電源14に接続されている。
さらに、真空チャンバ−1の上部のプラズマ発生部1aには、真空チャンバ− 1内へエッチングガスを導入するガス導入口15が設けられ、このガス導入口15は、図示してないがガス供給通路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続される。
【0014】
このように構成した図示装置による実験において、プラズマ発生用高周波電源8(13.56MHz)の電力を2.OkW、基板バイアス高周波電源14(800kHz)の電力を 500W、天板9に印加する高周波電源11(12.5MHz)の電力を200W、Ar90sccm (90%)、C4810sccm(10%)を導入し、3mTorrの圧力下でエッチングしたところ、エッチストップなしにシリコン酸化膜に0.3μm径のほぼ垂直形状のエッチングが可能であった。
従来の装置構成における同条件下でのエッチングでは、パターン幅によって多少の相違はあるものの、約0.5μm深さでエッチストップが起こっていた。
壁面に付着する物質にはCF、CF2、CF3、C22、C24、C25、C35、C36、等の化合物やさらに分解の進んだC2X、C3X、C4X(x= 1〜2)等の化合物がある。これらの化合物は壁面に付着して重合膜を形成する 。イオン衝撃がない場合、これらの化合物によって形成された重合膜は厚膜となり、やがて剥離しダストとなる。しかし、イオン衝撃がある場合、重合膜の形成は殆ど起こらないか、起こったとしてもスパッタされて再びCF、CF2、CF3等のラジカルとなって気相中に飛び出し、エッチャントとなる。
このエッチャント生成と天板における電子加速の効果により、従来の装置構成でエッチストップが起こっていた条件下でも、エッチストップなしにサプミクロンのホールパターンがエッチングできたものと考えられる。この両者のどちらが主たる効果をもたらしているかは、両効果を分離できないので、定かではない。
【0015】
上記の例では、天板9に印加する高周波電力として200Wを用いたが、この電力はプラズマ発生用高周波電力及び基板バイアス高周波電力の値によって適宜選択されなければならない。また、12.5MHzの周波数が用いられているが、基板電極 12の周波数よりも高い周波数であれば2MHzでも27.12MHzでも同様な効果は期待 できる。
また図示実施例では、天板9の内壁材料として炭素材を用いているが、代わりに硅素材またはそれの化合物か複合物或いは硅素材と炭素材との化合物か複合物を用いて構成することもできる。
【0016】
ところで図示実施例では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NLDプラズマCVD装置に適用しても期待できることは言うまでもない。
【0017】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるエッチング装置においては、真空チャンバーの上部の天板を浮遊電極にして高周波電力を印加するように構成されしているので、O.3μm幅以下の微細加工において、放電室上部の天板に高周波電力を導入して、適当な電力領域でエッチングすることによりエッチストップなしにサプミクロンホールのパターンエッチングができる。従って、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】 本発明の一実施例を示す概略線図。
【図2】 従来の磁気中性線エッチング装置を示す概略線図。
【符号の説明】
1:真空チャンバー
2:円筒形の誘電体側壁
3:磁場コイル
4:磁場コイル
5:磁場コイル
7:高周波コイル
8:プラズマ発生用高周波電源
9:天板
10:絶縁体
11:高周波バイアス電源
12:基板電極
13:絶縁体部材
14:高周波電源
15:ガス導入口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactive ion etching apparatus and method for etching a material on a semiconductor, an electronic component, or other substrate using plasma.
[0002]
[Prior art]
The present inventors previously proposed a magnetic neutral wire discharge etching apparatus in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263192. As shown in FIG. 2, the previously proposed apparatus is magnetically neutral inside the vacuum chamber A by three magnetic field coils C, D and E mounted outside the dielectric cylindrical wall B at the top of the vacuum chamber A. A line F is formed, and a ring-shaped plasma is formed by applying a high-frequency electric field from the antenna high-frequency power source H to the single antenna G disposed inside the intermediate magnetic field coil D along the magnetic neutral line F. Is formed. The etching gas is introduced from the vicinity of the upper top plate I 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 J below the vacuum chamber A from a high frequency power source K for bias.
[0003]
The magnetic neutral wire discharge etching apparatus shown in FIG. 2 having such a configuration will be described.
Etching gas is introduced from the vicinity of the upper flange of the vacuum chamber A, and plasma is formed by applying high-frequency power to a single antenna G disposed between the outside of the dielectric cylindrical wall B and the intermediate magnetic field coil D. Then, the introduced gas is decomposed. High frequency power for bias is applied from a high frequency power supply K for bias to the substrate electrode J below the vacuum chamber A. The substrate electrode J that is in a floating state by the blocking capacitor L has a negative self-bias potential, and positive ions in the plasma are attracted to etch the material on the substrate.
[0004]
In the magnetic neutral line discharge, in order to form a high density plasma in the portion of the magnetic neutral line F formed in a ring shape in vacuum, an induction electric field formed along the ring-shaped magnetic neutral line F is effective. It is something to use.
By this method, a plasma having a charged particle density of 10 11 cm −3 is easily formed.
[0005]
However, it has been found that when applied to etching of a resist pattern having a fine structure using a halogen-based gas, there is an inconvenience that fine holes cannot be etched sufficiently.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In etching, the substrate material is irradiated with highly reactive radicals and ions, and the substrate material is gasified and etched by reaction with the substrate material. It has become to. For this purpose, in addition to the etchant, a substance that adheres to the wall surface inside the micropore and protects the side wall not exposed to ions must also be generated in the plasma.
In microfabrication with a width of 0.3 μm or less, the relative concentration of the etchant and the protective material and the relative amount reaching the inside of the hole are important. If the protective material is too much for the etchant, the micropores with a width of 0.3 μm or less will be filled with the protective material, and so-called etch stop will occur, and will not be removed. On the other hand, if the amount of the protective material is too small, the side wall is scraped by the etchant, bowing occurs, and the desired shape cannot be obtained.
In a conventionally used magnetic neutral line discharge etching apparatus, high frequency power is applied to an antenna for forming plasma and an electrically floating electrode for generating a bias voltage. When plasma is formed by introducing a halogen-based gas, gas molecules are decomposed into plasma, and an etchant or a substance that is easily polymerized is generated. When a material that easily polymerizes reaches the substrate electrode, it acts as a protective material, but when it reaches the wall surface of the discharge chamber, it adheres to the wall surface and causes dust.
For this reason, in ICP and NLD having a large discharge chamber, measures are taken to reduce the adhesion as much as possible by heating the wall surface of the vacuum chamber to ˜200 ° C. However, even if the wall of the vacuum chamber is heated, the adherent substance cannot be completely eliminated.
In addition, charge up in the micro holes can be considered as one of the mechanisms that cause the etch stop. Since the substrate bias is negative, ions and radicals fly into the hole and etching proceeds by ion assist. If the hole becomes fine, electron flow becomes insufficient due to the sheath electric field, and charge correction in the hole cannot be performed, and the charge is positively charged. As a result, it is considered that positive ions are prevented from flowing in and etching does not proceed sufficiently.
[0007]
Accordingly, the present invention provides a reactive ion etching apparatus and method using magnetic neutral wire discharge that can solve the above-described problems and can perform etching without causing an etch stop in microfabrication of a width of 0.3 μm or less. It is an object.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the reactive ion etching apparatus using magnetic neutral wire discharge according to the present invention is configured to apply high-frequency power using the top plate of the vacuum chamber as a floating electrode. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the present invention, a magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously located in the vacuum chamber and is a position of zero magnetic lift is provided, and an alternating electric field is generated along the magnetic neutral line. In addition, this magnetic neutral wire has a plasma generating device provided with multiple high-frequency coils including a single layer for generating discharge plasma, and a gas mainly containing a halogen-based gas is introduced into a vacuum, The substrate placed on the electrode is formed by forming plasma at a low pressure and decomposing the introduced gas, applying an alternating electric field or a high frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma using the generated atoms, molecules, radicals and ions. In reactive ion etching equipment for etching,
Part of the vacuum chamber is composed of a cylindrical dielectric, and magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line is composed of a plurality of magnetic field coils arranged outside the dielectric, and is formed in the vacuum chamber. A high-frequency coil for generating plasma is disposed between the dielectric wall of the vacuum chamber and the magnetic field coil in the same plane as the annular magnetic neutral wire, and the high-frequency coil is formed below the vacuum chamber portion made of dielectric. A substrate electrode to which a bias is applied is provided, and another electrode that allows a high-frequency bias to be applied during etching of the substrate is provided on the upper portion of the vacuum chamber formed of a dielectric material opposed to the substrate electrode. made of silicon material or a carbon material or a top plate using these compounds or composites as the top of the inner wall material of the vacuum chamber portion composed of a dielectric, said during etching of the substrate The top plate in the plasma by applying a high frequency bias is sputtered to the electrodes, and characterized by being configured to generate a SiFx or CF x radicals.
Further, reactive ion etching method for etching a substrate by generating by that plasma in the present invention,
An annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber and where the magnetic lift is zero is formed. A gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into the vacuum chamber, and alternating current is generated along the magnetic neutral line. Adding a lift to generate a discharge plasma in the magnetic neutral line;
Etching the substrate placed on the electrode by applying an alternating electric field or a high-frequency electric field to the substrate electrode on which the substrate is installed; and
Applying a high frequency bias to the top plate of the vacuum chamber facing the substrate electrode while etching the substrate;
Including
As a top plate inner wall material, a cage material, a carbon material, a compound or a composite thereof is used .
[0010]
Since the upper top plate of the vacuum chamber is used as a floating electrode and high frequency power is applied to generate a negative bias on the upper top plate, the upper top plate is always struck by positive ions. As a result, film adhesion to the top plate is suppressed and dust generation from the top plate is suppressed as compared with the case of the conventional top plate having a ground potential.
Furthermore, not only can the generation of dust be suppressed, but also a secondary effect of generating an etchant can be expected by sputtering a polymerized film that adheres to the inner surface of the top plate.
[0011]
When a cage material, carbon material, or a compound or mixture thereof is used as the inner wall material of the top plate, adsorption of fluorine radicals and SiFx. An effect as a generation source of CFx radicals can also be expected. Because fluorine radicals has strong reactivity with silicon, in the case of the process of the Si0 2 / Si in which the oxide film and etched, but selectivity fluorine radicals for polytene underlying Si film is poor, as the upper ceiling plate inner wall member If a soot material, a carbon material, or a compound or mixture thereof is used, an effect that fluorine radicals adhere to the sputtered surface and the selectivity to the underlying Si film can be expected.
[0012]
In addition, when high frequency power is applied to the upper top plate, secondary electrons from the upper top plate surface and electrons accelerated by sheath heating jump to the substrate surface and correct the positive charge-up generated in the fine holes. I can expect.
When etching a fine hole with a diameter of O.3μm using a wafer with a silicon oxide film, the etch stop did not occur even under the condition that the etch stop occurred when the conventional ground potential top plate was used. This is probably because the generation of the etchant, the secondary electrons from the upper top surface, and the electrons accelerated by the sheath heating jumped to the substrate surface and corrected the positive charge-up generated in the fine holes.
[0013]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 of the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a reactive ion etching apparatus of the present invention. In the illustrated etching apparatus, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which includes an upper plasma generation unit 1a and a substrate electrode unit 1b, and an exhaust port 1c is provided in the substrate electrode unit. The plasma generation unit 1a includes a cylindrical dielectric side wall 2, and three magnetic fields constituting magnetic field generation means for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber-1 outside the dielectric side wall 2. Coils 3, 4, and 5 are provided, and a magnetic neutral wire 6 is formed in the plasma generator 1 a at the top of the vacuum chamber 1.
Between the intermediate magnetic field coil 4 and the outside of the dielectric side wall 2, a multiple high frequency coil 7 for generating plasma including a single layer is arranged, and this high frequency coil 7 is connected to a high frequency power source 8 and three magnetic field coils. An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 6 formed in the plasma generating part 1a at the upper part of the vacuum chamber 1 by means of 3, 4, and 5 so as to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.
The top plate 9 of the plasma generator 1a at the top of the vacuum chamber 1 is hermetically fixed to the top flange of the dielectric side wall 2 via an insulator 10, and the top plate 9 is made of a carbon material as an inner wall material. And it is connected to the high frequency bias power source 11 so that a weak high frequency bias is applied, so that the top plate 9 functions as a floating electrode.
Further, a substrate electrode 12 is provided in the lower substrate electrode portion 1b through an insulator member 13 in parallel with the surface formed by the magnetic neutral line formed in the plasma generating portion 1a of the vacuum chamber-1. The substrate electrode 12 is connected to a high frequency power source 14 for applying an RF bias.
Further, a gas introduction port 15 for introducing an etching gas into the vacuum chamber 1 is provided in the plasma generation unit 1a at the upper part of the vacuum chamber-1, and this gas introduction port 15 is not shown, but is a gas supply passage. And an etching gas supply source through a gas flow rate control device for controlling the flow rate of the etching gas.
[0014]
In the experiment with the illustrated apparatus configured as described above, the power of the plasma generating high frequency power supply 8 (13.56 MHz) is 2.OkW, the power of the substrate bias high frequency power supply 14 (800 kHz) is 500 W, and the high frequency power supply 11 is applied to the top plate 9. power (12.5MHz) 200W, Ar90sccm (90 %), C 4 F 8 introduced 10sccm (10%), was etched under a pressure of 3 mTorr, approximately 0.3μm diameter silicon oxide film without etch stop Vertical etching was possible.
In etching under the same conditions in the conventional apparatus configuration, an etch stop occurs at a depth of about 0.5 μm, although there is some difference depending on the pattern width.
Substances attached to the wall include CF, CF 2 , CF 3 , C 2 F 2 , C 2 F 4 , C 2 F 5 , C 3 F 5 , C 3 F 6 , etc., and further decomposed C There are compounds such as 2 F X , C 3 F X , and C 4 F X (x = 1 to 2). These compounds adhere to the wall surface to form a polymerized film. When there is no ion bombardment, the polymer film formed by these compounds becomes a thick film and eventually peels off to become dust. However, when there is an ion bombardment, the formation of the polymer film hardly occurs or even if it occurs, it is sputtered and becomes radicals such as CF, CF 2 , CF 3 and the like, and jumps out into the gas phase to become an etchant.
Due to the effect of this etchant generation and electron acceleration on the top plate, it is considered that the submicron hole pattern could be etched without the etch stop even under the condition where the etch stop occurred in the conventional apparatus configuration. It is not clear which of these two has the main effect because the two effects cannot be separated.
[0015]
In the above example, 200 W is used as the high-frequency power applied to the top plate 9, but this power must be appropriately selected depending on the values of the plasma-generating high-frequency power and the substrate bias high-frequency power. Although a frequency of 12.5 MHz is used, the same effect can be expected at 2 MHz or 27.12 MHz if the frequency is higher than that of the substrate electrode 12.
Further, in the illustrated embodiment, a carbon material is used as the inner wall material of the top plate 9, but instead, it is configured using a straw material or a compound or composite thereof or a compound or composite of a straw material and a carbon material. You can also.
[0016]
In the illustrated embodiment, the example applied to the NLD etching apparatus has been described, but it is needless to say that the same effect can be expected when applied to the NLD plasma CVD apparatus.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, the etching apparatus according to the present invention is configured to apply high-frequency power using the top plate in the upper part of the vacuum chamber as a floating electrode. In microfabrication with a width of 3 μm or less, submicron hole pattern etching can be performed without etch stop by introducing high frequency power to the top plate above the discharge chamber and etching in an appropriate power region. Therefore, it greatly contributes to the reactive ion etching process used for processing semiconductors and electronic parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional magnetic neutral wire etching apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Vacuum chamber 2: Cylindrical dielectric side wall 3: Magnetic field coil 4: Magnetic field coil 5: Magnetic field coil 7: High frequency coil 8: High frequency power source 9 for plasma generation 9: Top plate
10: Insulator
11: High frequency bias power supply
12: Substrate electrode
13: Insulator material
14: High frequency power supply
15: Gas inlet

Claims (2)

真空チャンバー内に連続して存在する磁揚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交番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1重を含む多重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、
真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を誘電体の外部に配置した複数の磁場コイルで構成し、真空チャンバー内に形成される環状磁気中性線と同一面内であって真空チャンバーの誘電体壁と磁場コイルとの間にプラズマを発生するための高周波コイルを配置し、誘電体で構成した真空チャンバー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、基板電極と相対する誘電体で構成した真空チャンバーの上部に、基板のエッチング中に高周波バイアスを印加できるようにした別の電極を設け、前記別の電極が、誘電体で構成した真空チャンバー部分の上部の内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いた天板から成り、基板のエッチング中に前記別の電極への高周波バイアスの印加により前記プラズマで前記天板がスパッタされ、SiFx もしくは CF xラジカルを生成するように構成したことを特徴とした反応性イオンエッチング装置。
A magnetic field generating means is provided for forming an annular magnetic neutral line that is continuously located in the vacuum chamber and is located at zero magnetic lift, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line to provide the magnetic neutral line. A plasma generator having multiple high-frequency coils including a single layer for generating discharge plasma on a wire is provided. A gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum to form plasma at a low pressure. Reactive ion etching that decomposes the introduced gas and uses the generated atoms, molecules, radicals, and ions to apply an alternating electric field or a high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate placed on the electrode In the device
Part of the vacuum chamber is composed of a cylindrical dielectric, and magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line is composed of a plurality of magnetic field coils arranged outside the dielectric, and is formed in the vacuum chamber. A high-frequency coil for generating plasma is disposed between the dielectric wall of the vacuum chamber and the magnetic field coil in the same plane as the annular magnetic neutral wire, and the high-frequency coil is formed below the vacuum chamber portion made of dielectric. A substrate electrode to which a bias is applied is provided, and another electrode that allows a high-frequency bias to be applied during etching of the substrate is provided on the upper portion of the vacuum chamber formed of a dielectric material opposed to the substrate electrode. made of silicon material or a carbon material or a top plate using these compounds or composites as the top of the inner wall material of the vacuum chamber portion composed of a dielectric, said during etching of the substrate Said at the plasma by applying a high frequency bias to the electrode top plate is sputtered, reactive ion etching apparatus characterized by being configured to generate a SiFx or CF x radicals.
プラズマを発生させて基板をエッチングするエッチング方法であって、
真空チャンバー内に連続して存在する磁揚ゼロの位置である環状磁気中性線を形成し、前記真空チャンバー内にハロゲン系のガスを主体とする気体導入し、前記磁気中性線に沿って交番電揚を加えて前記磁気中性線に放電プラズマを発生させるステップと、
前記基板が設置され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ステップと、
前記基板をエッチングしながら、前記基板電極と対向する前記真空チャンバーの天板に、高周波バイアスを印加するステップと、
を含み、
前記天板内壁材料として硅素材或いは炭素材もしくはそれらの化合物か複合物を用いる
ことを特徴とする反応性イオンエッチング方法
An etching method for etching a substrate by generating plasma,
An annular magnetic neutral line, which is a position of zero magnetic lift that exists continuously in the vacuum chamber, is formed, a gas mainly containing a halogen-based gas is introduced into the vacuum chamber, and along the magnetic neutral line Applying alternating current to generate discharge plasma in the magnetic neutral wire;
Etching the substrate placed on the electrode by applying an alternating electric field or a high frequency electric field to the substrate electrode on which the substrate is installed;
Applying a high frequency bias to the top plate of the vacuum chamber facing the substrate electrode while etching the substrate;
Including
As the inner wall material of the top plate, a straw material, a carbon material, a compound or a composite thereof is used.
The reactive ion etching method characterized by the above-mentioned .
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