JP2000323460A - Plasma etching device - Google Patents

Plasma etching device

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JP2000323460A
JP2000323460A JP11129696A JP12969699A JP2000323460A JP 2000323460 A JP2000323460 A JP 2000323460A JP 11129696 A JP11129696 A JP 11129696A JP 12969699 A JP12969699 A JP 12969699A JP 2000323460 A JP2000323460 A JP 2000323460A
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plasma
electrode
high frequency
chamber
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圭三 広瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma etching device which is capable of more finely etching a work by the use of a plasma of high density and making an electric field distribution more uniform on the surface of an electrode so as to make the plasma uniform in density and the etching rate distribution uniform. SOLUTION: A first and a second electrode, 21 and 5, are arranged confronting each other in a chamber 2 where a target substrate W is housed, the substrate W is supported on the second electrode 5, a power of high frequency of above 27 MHz is applied to the first electrode 21 from a high-frequency power supply 40, a DC voltage is applied to the first electrode 21 from a DC power supply 43, by which a high-frequency electric field is formed between the first and second electrode to produce processing gas plasma, and the substrate W is subjected to plasma etching by the use of the above gas plasma.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の基
板にプラズマエッチング処理を施すプラズマエッチング
装置に関する。
The present invention relates to a plasma etching apparatus for performing a plasma etching process on a substrate such as a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体デバイスの製造プロセスに
おいては、被処理基板である半導体ウエハに回路を形成
するためにプラズマエッチング処理が採用されている。
プラズマエッチング処理を行う装置としては、種々のも
のが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板
プラズマエッチング装置が主流である。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor device manufacturing process, a plasma etching process is employed to form a circuit on a semiconductor wafer which is a substrate to be processed.
Various apparatuses are used as apparatuses for performing the plasma etching process, and among them, a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus is mainly used.

【0003】容量結合型平行平板プラズマエッチング装
置は、チャンバー内に一対の平行平板電極(上部および
下部電極)を配置し、処理ガスをチャンバー内に導入す
るとともに、電極の一方に高周波を印加して電極間に高
周波電界を形成し、この高周波電界により処理ガスのプ
ラズマを形成して半導体ウエハに対してプラズマエッチ
ング処理を施す。
In a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, a pair of parallel plate electrodes (upper and lower electrodes) are arranged in a chamber, a processing gas is introduced into the chamber, and a high frequency is applied to one of the electrodes. A high-frequency electric field is formed between the electrodes, and a plasma of a processing gas is formed by the high-frequency electric field to perform a plasma etching process on the semiconductor wafer.

【0004】このような容量結合型平行平板プラズマエ
ッチング装置により半導体ウエハ上の膜、例えば酸化膜
をエッチングする場合には、チャンバー内を中圧にし
て、中密度プラズマを形成することにより、最適ラジカ
ル制御が可能であり、それによって適切なプラズマ状態
を得ることができ、高い選択比で、安定性および再現性
の高いエッチングを実現している。
When a film on a semiconductor wafer, for example, an oxide film, is etched by such a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, the pressure inside the chamber is set to a medium pressure, and a medium density plasma is formed. Control is possible, whereby an appropriate plasma state can be obtained, and etching with high selectivity, high stability and high reproducibility is realized.

【0005】しかしながら、近年、USLIにおけるデ
ザインルールの微細化がますます進み、ホール形状のア
スペクト比もより高いものが要求されており、酸化膜の
エッチング等において従来の条件では必ずしも十分とは
いえなくなりつつある。
However, in recent years, the design rule in the USLI has been increasingly miniaturized, and a hole shape having a higher aspect ratio has been demanded. In the etching of an oxide film or the like, the conventional conditions are not always sufficient. It is getting.

【0006】そこで、印加する高周波電力の周波数を上
昇させ、良好なプラズマの解離状態を維持しつつ、高密
度プラズマを形成することが試みられている。これによ
り、より低圧の条件下で適切なプラズマを形成すること
ができるので、さらなるデザインルールの微細化に適切
に対応することが可能となると考えられている。
Therefore, attempts have been made to increase the frequency of the high-frequency power to be applied to form high-density plasma while maintaining a good plasma dissociation state. Accordingly, it is considered that an appropriate plasma can be formed under lower pressure conditions, so that it is possible to appropriately cope with further miniaturization of design rules.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者の
検討結果によれば、このようにプラズマを高密度化する
とプラズマの非線形性の特性が顕著に現れ、プラズマか
らの反射波の高調波が増加し、電極径がφ250〜φ3
00の場合には、このような高調波により電極表面に定
在波が生成され、電極表面の電界分布が不均一になるこ
とが判明した。
According to the results of the study by the present inventors, when the density of the plasma is increased in this way, the non-linear characteristics of the plasma appear remarkably, and the harmonics of the reflected wave from the plasma are reduced. Increase, electrode diameter is φ250 ~ φ3
In the case of 00, it was found that such a harmonic generated a standing wave on the electrode surface, and the electric field distribution on the electrode surface became non-uniform.

【0008】このように電界分布が不均一になるとプラ
ズマ密度が不均一となり、結果としてエッチングレート
分布が不均一となるため、上記電界分布不均一の原因を
取り除いてエッチングレート分布を均一にすることが必
要となる。
When the electric field distribution becomes non-uniform as described above, the plasma density becomes non-uniform, and as a result, the etching rate distribution becomes non-uniform. Therefore, it is necessary to eliminate the cause of the non-uniform electric field distribution and make the etching rate distribution uniform. Is required.

【0009】しかしながら、従来、このような高密度プ
ラズマを用いた場合の問題点が必ずしも明確に認識され
ていたわけではなく、上記のような電界分布不均一を解
消しようとする試みは未だ十分にはなされていない。
However, conventionally, the problem in the case of using such a high-density plasma has not always been clearly recognized, and attempts to eliminate the above-mentioned non-uniform electric field distribution have not been sufficiently made. Not done.

【0010】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、より微細化に対応可能な高密度プラズマを用
いたプラズマエッチング処理において、電極表面におけ
る電界分布の不均一を小さくしてプラズマ密度を均一化
することが可能であり、エッチングレート分布が均一な
プラズマエッチング装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in plasma etching processing using high-density plasma capable of coping with further miniaturization, the non-uniformity of the electric field distribution on the electrode surface is reduced to reduce the plasma density. It is an object of the present invention to provide a plasma etching apparatus which can make the etching rate uniform and the etching rate distribution is uniform.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被処理基板が収容されるチャンバーと、
チャンバー内に相対向するように設けられた第1および
第2の電極と、前記第1の電極に27MHz以上の周波
数の高周波を印加する高周波印加手段と、前記第1の電
極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記チャ
ンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段と、前記
チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段と
を具備し、前記第2の電極に被処理基板を支持させた状
態で、前記第1および第2の電極間に高周波電界を形成
することにより処理ガスのプラズマを形成し、このプラ
ズマにより被処理基板にプラズマエッチング処理を施す
ことを特徴とするプラズマエッチング装置を提供する。
According to the present invention, there is provided a chamber for accommodating a substrate to be processed,
First and second electrodes provided so as to face each other in a chamber, high-frequency applying means for applying a high-frequency having a frequency of 27 MHz or more to the first electrode, and applying a DC voltage to the first electrode DC voltage applying means, exhaust means for maintaining the inside of the chamber at a predetermined reduced pressure, and processing gas introducing means for introducing a processing gas into the chamber, wherein the substrate to be processed is placed on the second electrode. A plasma etching process for forming a plasma of a processing gas by forming a high-frequency electric field between the first and second electrodes in the supported state, and performing a plasma etching process on the substrate to be processed by the plasma; Provide equipment.

【0012】本発明はまた、被処理基板が収容されるチ
ャンバーと、チャンバー内に相対向するように設けられ
た第1および第2の電極と、前記第1の電極に27MH
z以上の周波数の高周波を印加する第1の高周波印加手
段と、前記第1の電極に前記第1の高周波印加手段の周
波数よりも低い周波数の高周波を印加する第2の高周波
印加手段と、前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持
する排気手段と、前記チャンバー内に処理ガスを導入す
る処理ガス導入手段とを具備し、前記第2の電極に被処
理基板を支持させた状態で、前記第1および第2の電極
間に高周波電界を形成することにより処理ガスのプラズ
マを形成し、このプラズマにより被処理基板にプラズマ
エッチング処理を施すことを特徴とするプラズマエッチ
ング装置を提供する。
The present invention also provides a chamber for accommodating a substrate to be processed, first and second electrodes provided in the chamber so as to face each other, and 27 MH
a first high-frequency application unit that applies a high frequency having a frequency equal to or higher than z, a second high-frequency application unit that applies a high frequency that is lower than the frequency of the first high-frequency application unit to the first electrode, An exhaust unit that maintains the inside of the chamber at a predetermined reduced pressure state; and a processing gas introduction unit that introduces a processing gas into the chamber, wherein the second electrode supports the substrate to be processed, A plasma etching apparatus is characterized in that plasma of a processing gas is formed by forming a high-frequency electric field between the first and second electrodes, and a plasma etching process is performed on a substrate to be processed by the plasma.

【0013】前記第2の高周波印加手段の周波数は2〜
10MHzであることが好ましい。また、上記いずれの
プラズマエッチング装置においても、前記第2の電極に
100kHz〜10MHzの高周波を印加する高周波印
加手段をさらに有することが好ましい。
The frequency of the second high-frequency applying means is 2 to
Preferably, it is 10 MHz. In any of the plasma etching apparatuses described above, it is preferable that the plasma etching apparatus further includes a high frequency applying unit that applies a high frequency of 100 kHz to 10 MHz to the second electrode.

【0014】上述したように、プラズマからの高調波が
上部電極(第1の電極)の面内に定在波を形成するた
め、上部電極表面の電界分布が不均一となる。そのため
上部電極のプラズマシースが電極中央部で薄くなるとと
もに、電極表面の自己バイアス電圧が不均一になる。つ
まり、定在波は電極の中央で振幅が大きくなるから、定
在波が上部電極の電界分布に影響を及ぼし、上部電極近
傍のプラズマに寄与することにより、上部電極中央部の
シースが端部に比較して薄くなる。このとき、上部電極
に印加する周波数が比較的低い場合、つまり27MHz
未満の場合には、自己バイアス電圧(Vdc)が大き
く、プラズマシースが厚いので、定在波がプラズマの均
一性に与える影響は小さい。また、高周波の波長が大き
く、高調波の波長も大きいので、プラズマ処理に影響を
与える定在波が発生しにくい。
As described above, since the harmonics from the plasma form a standing wave in the plane of the upper electrode (first electrode), the electric field distribution on the surface of the upper electrode becomes non-uniform. Therefore, the plasma sheath of the upper electrode becomes thinner at the center of the electrode, and the self-bias voltage on the electrode surface becomes non-uniform. In other words, since the standing wave has a large amplitude at the center of the electrode, the standing wave affects the electric field distribution of the upper electrode and contributes to the plasma near the upper electrode. Thinner than At this time, when the frequency applied to the upper electrode is relatively low, that is, 27 MHz
If it is less than 3, the self-bias voltage (V dc ) is large and the plasma sheath is thick, so that the standing wave has little effect on the plasma uniformity. In addition, since the wavelength of the high frequency is large and the wavelength of the harmonic is also large, a standing wave which affects the plasma processing is not easily generated.

【0015】ところが、上部電極に印加する高周波の周
波数が27MHz以上と高くなると、電極表面の自己バ
イアス電圧(Vdc)も小さくなり、その結果プラズマ
シースの全体の厚さが薄くなるため、定在波により自己
バイアス電圧(Vdc)の不均一に起因して電極中央部
のプラズマシースがさらに薄くなることによって、プラ
ズマシース厚の変化の割合が大きくなり、プラズマの均
一性が悪くなる。
However, when the frequency of the high frequency applied to the upper electrode increases to 27 MHz or more, the self-bias voltage (V dc ) on the electrode surface also decreases, and as a result, the overall thickness of the plasma sheath decreases, and As the plasma sheath at the center of the electrode becomes thinner due to the non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) due to the waves, the rate of change in the plasma sheath thickness increases, and the uniformity of the plasma deteriorates.

【0016】これに対して、本発明においては、第1の
電極に27MHz以上の周波数の高周波を印加するとと
もに、この第1の電極にさらに直流電圧を印加するの
で、その直流電圧分だけ自己バイアス電圧(Vdc)が
上昇して、プラズマシースが厚くなり、自己バイアス電
圧(Vdc)の不均一によるプラズマシースの不均一の
程度も小さくすることができる。このため、プラズマ密
度を均一化することができ、エッチングレート分布を均
一にすることができる。
On the other hand, in the present invention, a high frequency having a frequency of 27 MHz or more is applied to the first electrode and a DC voltage is further applied to the first electrode. As the voltage (V dc ) increases, the thickness of the plasma sheath increases, and the degree of non-uniformity of the plasma sheath due to non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) can be reduced. Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

【0017】また、本発明の他の観点においては、第1
の電極に第1の高周波印加手段から27MHz以上の周
波数の高周波を印加するとともに、この第1の電極に第
2の高周波印加手段から第1の高周波印加手段の周波数
よりも低い周波数の高周波を印加する。第2の高周波印
加手段から印加される高周波による自己バイアス電圧
は、第1の高周波印加手段から印加される高周波による
自己バイアス電圧よりも大きいため、これらが重畳され
ることにより、第1の高周波印加手段から印加された高
周波のみの場合よりも極めて大きい自己バイアス電圧
(Vdc)を得ることができ、プラズマシースが厚くな
り、定在波による自己バイアス電圧(Vdc)の不均一
によるプラズマシースの不均一の程度を小さくすること
ができる。このため、プラズマ密度を均一化することが
でき、エッチングレート分布を均一にすることができ
る。
Further, in another aspect of the present invention, the first aspect
A high frequency having a frequency of 27 MHz or more is applied to the first electrode from the first high frequency applying means, and a high frequency having a frequency lower than the frequency of the first high frequency applying means is applied to the first electrode from the second high frequency applying means. I do. The self-bias voltage due to the high frequency applied from the second high frequency applying means is higher than the self-bias voltage due to the high frequency applied from the first high frequency applying means. An extremely large self-bias voltage (V dc ) can be obtained as compared with the case of only the high frequency applied from the means, the plasma sheath becomes thick, and the plasma sheath becomes uneven due to the non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) due to the standing wave. The degree of non-uniformity can be reduced. Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。図1は本発明の第1の実
施形態に係るエッチング処理装置を模式的に示す断面図
である。このエッチング処理装置1は、電極板が上下平
行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容
量型平行平板エッチング装置として構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view schematically showing an etching apparatus according to the first embodiment of the present invention. This etching apparatus 1 is configured as a capacitive parallel plate etching apparatus in which electrode plates are vertically opposed to each other and one side is connected to a power supply for plasma formation.

【0019】このプラズマエッチング装置1は、例えば
表面がアルマイト処理(陽極酸化処理)されたアルミニ
ウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー2を有し
ており、このチャンバー2は接地されている。前記チャ
ンバー2内の底部にはセラミックなどの絶縁板3を介し
て、被処理体、例えば半導体ウエハ(以下「ウエハ」と
いう)Wを載置するための略円柱状のサセプタ支持台4
が設けられており、さらにこのサセプタ支持台4の上に
は、下部電極を構成するサセプタ5が設けられている。
このサセプタ5には後述の60MHzの高周波を通すた
めのハイパスフィルター(HPF)6が接続されてい
る。
The plasma etching apparatus 1 has a cylindrical chamber 2 made of aluminum whose surface is anodized (anodized), for example, and the chamber 2 is grounded. A substantially columnar susceptor support 4 for mounting an object to be processed, for example, a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as “wafer”) W, is provided on the bottom of the chamber 2 via an insulating plate 3 made of ceramic or the like.
And a susceptor 5 constituting a lower electrode is provided on the susceptor support 4.
The susceptor 5 is connected to a high-pass filter (HPF) 6 for passing a high frequency of 60 MHz described later.

【0020】前記サセプタ支持台4の内部には、冷媒室
7が設けられており、この冷媒室7には、例えば液体窒
素などの冷媒が冷媒導入管8を介して導入されて循環
し、その冷熱が前記サセプタ5を介して前記ウエハWに
対して伝熱され、これによりウエハWの処理面が所望の
温度に制御される。
A refrigerant chamber 7 is provided inside the susceptor support 4. In the refrigerant chamber 7, a refrigerant such as liquid nitrogen is introduced and circulated through a refrigerant introduction pipe 8. Cold heat is transferred to the wafer W via the susceptor 5, whereby the processing surface of the wafer W is controlled to a desired temperature.

【0021】前記サセプタ5は、その上中央部が凸状の
円板状に成形され、その上にウエハWと略同形の静電チ
ャック11が設けられている。静電チャック11は、絶
縁材の間に電極12が介在されており、電極12に接続
された直流電源13から例えば1.5kVの直流電圧が
印加されることにより、例えばクーロン力によってウエ
ハWを静電吸着する。
The susceptor 5 is formed in a disc shape having a convex upper center portion, and an electrostatic chuck 11 having substantially the same shape as the wafer W is provided thereon. The electrostatic chuck 11 has an electrode 12 interposed between insulating materials. When a DC voltage of, for example, 1.5 kV is applied from a DC power supply 13 connected to the electrode 12, the electrostatic chuck 11 holds the wafer W by, for example, Coulomb force. Adsorb electrostatically.

【0022】そして、前記絶縁板3、サセプタ支持台
4、サセプタ5、さらには前記静電チャック11には、
被処理体であるウエハWの裏面に、伝熱媒体、例えばH
eガスなどを供給するためのガス通路14が形成されて
おり、この伝熱媒体を介してサセプタ5の冷熱がウエハ
Wに伝達されウエハWが所定の温度に維持されるように
なっている。
The insulating plate 3, the susceptor support 4, the susceptor 5, and the electrostatic chuck 11
A heat transfer medium, for example, H
A gas passage 14 for supplying e-gas or the like is formed, and the cool heat of the susceptor 5 is transmitted to the wafer W via the heat transfer medium, so that the wafer W is maintained at a predetermined temperature.

【0023】前記サセプタ5の上端周縁部には、静電チ
ャック11上に載置されたウエハWを囲むように、環状
のフォーカスリング15が配置されている。このフォー
カスリング15はシリコンなどの導電性材料からなって
おり、これによりエッチングの均一性が向上される。
An annular focus ring 15 is arranged on the peripheral edge of the upper end of the susceptor 5 so as to surround the wafer W mounted on the electrostatic chuck 11. The focus ring 15 is made of a conductive material such as silicon, so that the uniformity of etching is improved.

【0024】前記サセプタ5の上方には、このサセプタ
5と平行に対向して上部電極21が設けられている。こ
の上部電極21は、絶縁材25を介して、チャンバー2
の上部に支持されており、サセプタ5との対向面を構成
し、多数の吐出孔24を有する電極板23と、この電極
板23を支持し、導電性材料、例えば表面がアルマイト
処理されたアルミニウムからなる水冷構造の電極支持体
22とによって構成されている。なお、下部電極である
サセプタ5と上部電極21とは、例えば10〜60mm
程度離間している。
An upper electrode 21 is provided above the susceptor 5 so as to face the susceptor 5 in parallel. The upper electrode 21 is connected to the chamber 2 via an insulating material 25.
And an electrode plate 23 having a surface facing the susceptor 5 and having a large number of discharge holes 24, and a conductive material that supports the electrode plate 23, such as aluminum whose surface is anodized. And an electrode support 22 having a water cooling structure. The susceptor 5 serving as the lower electrode and the upper electrode 21 are, for example, 10 to 60 mm in length.
It is about a distance apart.

【0025】前記上部電極21における電極支持体22
にはガス導入口26が設けられ、このガス導入口26に
は、ガス供給管27が接続されており、さらにこのガス
供給管27には、バルブ28、およびマスフローコント
ローラ29を介して、処理ガス供給源30が接続されて
いる。処理ガス供給源30から、エッチングのための処
理ガスが供給される。
The electrode support 22 of the upper electrode 21
Is provided with a gas inlet 26, and a gas supply pipe 27 is connected to the gas inlet 26. The gas supply pipe 27 is further connected to a processing gas via a valve 28 and a mass flow controller 29. A source 30 is connected. A processing gas for etching is supplied from a processing gas supply source 30.

【0026】処理ガスとしては、従来用いられている種
々のものを採用することができ、例えばフロロカーボン
ガス(C)やハイドロフロロカーボンガス(C
)のようなハロゲン元素を含有するガスを好適
に用いることができる。他にAr、He等の希ガスやN
を添加してもよい。
[0026] As the processing gas, it is possible to employ any of various conventionally used, for example, fluorocarbon gas (C x F y) and hydrofluorocarbon gases (C p
H q F r) a halogen element such as can be suitably used a gas containing a. In addition, rare gases such as Ar and He and N
2 may be added.

【0027】前記チャンバー2の底部には排気管31が
接続されており、この排気管31には排気装置35が接
続されている。排気装置35はターボ分子ポンプなどの
真空ポンプを備えており、これによりチャンバー2内を
所定の減圧雰囲気、例えば1Pa以下の所定の圧力まで
真空引き可能なように構成されている。また、チャンバ
ー2の側壁にはゲートバルブ32が設けられており、こ
のゲートバルブ32を開にした状態でウエハWが隣接す
るロードロック室(図示せず)との間で搬送されるよう
になっている。
An exhaust pipe 31 is connected to the bottom of the chamber 2, and an exhaust device 35 is connected to the exhaust pipe 31. The exhaust device 35 is provided with a vacuum pump such as a turbo-molecular pump, so that the inside of the chamber 2 can be evacuated to a predetermined reduced-pressure atmosphere, for example, a predetermined pressure of 1 Pa or less. Further, a gate valve 32 is provided on a side wall of the chamber 2, and the wafer W is transferred to and from an adjacent load lock chamber (not shown) with the gate valve 32 opened. ing.

【0028】上部電極21には、整合器41を介してプ
ラズマ形成用の高周波電源40が接続されている。この
高周波電源40は、27MHz以上の高い周波数を有し
ており、このように高い周波数を印加することによりチ
ャンバー2内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズ
マを形成することができ、低圧条件下のプラズマ処理が
可能となる。この例では、高周波電源40として60M
Hzのものを用いている。また、上部電極21には、直
流のみを通すローパスフィルター(LPF)44を介し
て上部電極21の自己バイアス電圧(Vdc)を上昇さ
せるための直流電源43が接続されている。また、整合
器41内には直列にコンデンサ(図示せず)が設けられ
ているので、高周波電源40と直流電源43とが衝突す
ることはない。
A high frequency power supply 40 for plasma formation is connected to the upper electrode 21 via a matching unit 41. The high-frequency power supply 40 has a high frequency of 27 MHz or more. By applying such a high frequency, a high-density plasma can be formed in a preferable dissociated state in the chamber 2 under low-pressure conditions. Is possible. In this example, the high frequency power supply 40
Hz. Further, a DC power supply 43 for increasing the self-bias voltage (V dc ) of the upper electrode 21 is connected to the upper electrode 21 via a low-pass filter (LPF) 44 that passes only DC. Further, since a capacitor (not shown) is provided in series in the matching unit 41, the high-frequency power supply 40 and the DC power supply 43 do not collide with each other.

【0029】下部電極としてのサセプタ5には、イオン
引き込み用の高周波電源50が接続されており、その給
電線には整合器51が介在されている。この第2の高周
波電源50は100kHz〜10MHzの範囲の周波数
を有しており、このような範囲の周波数を印加すること
により、被処理体であるウエハWに対してダメージを与
えることなく適切なイオン作用を与えることができる。
この例では、2MHzのものを用いている。
The susceptor 5 serving as the lower electrode is connected to a high-frequency power supply 50 for attracting ions, and a matching unit 51 is interposed in the power supply line. The second high-frequency power supply 50 has a frequency in the range of 100 kHz to 10 MHz, and by applying a frequency in such a range, an appropriate frequency can be obtained without damaging the wafer W to be processed. It can give an ionic effect.
In this example, a frequency of 2 MHz is used.

【0030】次に、以上のように構成されるプラズマエ
ッチング装置1における処理動作について説明する。ま
ず、被処理体であるウエハWは、ゲートバルブ32が開
放された後、図示しないロードロック室からチャンバー
2内へと搬入され、静電チャック11上に載置される。
そして、高圧直流電源13から直流電圧が印加されるこ
とによって、ウエハWが静電チャック11上に静電吸着
される。次いで、ゲートバルブ32が閉じられ、排気装
置35によって、チャンバー2内が所定の真空度まで真
空引きされる。
Next, the processing operation in the plasma etching apparatus 1 configured as described above will be described. First, after the gate valve 32 is opened, the wafer W to be processed is carried into the chamber 2 from a load lock chamber (not shown) and is placed on the electrostatic chuck 11.
The wafer W is electrostatically attracted onto the electrostatic chuck 11 by applying a DC voltage from the high-voltage DC power supply 13. Next, the gate valve 32 is closed, and the inside of the chamber 2 is evacuated to a predetermined degree of vacuum by the exhaust device 35.

【0031】その後、バルブ28が開放されて、処理ガ
ス供給源30から処理ガスがマスフローコントローラ2
9によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管2
7、ガス導入口26を通って上部電極21の内部へ導入
され、さらに電極板23の吐出孔24を通って、図1の
矢印に示すように、ウエハWに対して均一に吐出され、
チャンバー2内の圧力が所定の値に維持される。
Thereafter, the valve 28 is opened and the processing gas is supplied from the processing gas supply source 30 to the mass flow controller 2.
9, while the flow rate is adjusted, the processing gas supply pipe 2
7. The gas is introduced into the upper electrode 21 through the gas introduction port 26, and is further uniformly discharged through the discharge hole 24 of the electrode plate 23 to the wafer W as shown by an arrow in FIG.
The pressure in the chamber 2 is maintained at a predetermined value.

【0032】そして、その後、高周波電源40から27
MHz以上、例えば60MHzの高周波が上部電極21
に印加される。これにより、上部電極21と下部電極と
してのサセプタ5との間に高周波電界が生じ、処理ガス
が解離してプラズマ化し、このプラズマにより、ウエハ
Wに対してエッチング処理が施される。
Then, after that, the high frequency power supplies 40 to 27
MHz or higher, for example, 60 MHz,
Is applied to As a result, a high-frequency electric field is generated between the upper electrode 21 and the susceptor 5 as the lower electrode, and the processing gas is dissociated into plasma, and the wafer W is subjected to an etching process by the plasma.

【0033】他方、高周波電源50からは、100kH
z〜10MHz、例えば2MHzの高周波が下部電極で
あるサセプタ5に印加される。これにより、プラズマ中
のイオンがサセプタ5側へ引き込まれ、イオンアシスト
によりエッチングの異方性が高められる。
On the other hand, from the high frequency power supply 50, 100 kHz
A high frequency of z to 10 MHz, for example, 2 MHz is applied to the susceptor 5 serving as a lower electrode. Thereby, the ions in the plasma are attracted to the susceptor 5 side, and the anisotropy of the etching is enhanced by the ion assist.

【0034】このように、上部電極21に印加する高周
波の周波数を27MHz以上とすることにより、プラズ
マ密度を上げることができるが、これだけでは、プラズ
マからの反射波の高調波により電極板23下面に定在波
が生成されることによって、電極板23下面での電界の
不均一が生じる。
As described above, by setting the frequency of the high frequency applied to the upper electrode 21 to 27 MHz or more, the plasma density can be increased. The generation of the standing wave causes an uneven electric field on the lower surface of the electrode plate 23.

【0035】すなわち、高周波電源40のみの場合に
は、プラズマからの高調波が上部電極21の表面に定在
波を形成するため、上部電極表面の電界分布が不均一と
なる。上部電極に印加する高周波の周波数が27MHz
以上と高くなると、電極表面の自己バイアス電圧(V
dc)も小さくなり、その結果、図2の(a)に示すよ
うに、上部電極21のプラズマシースSの全体の厚さが
薄くなるため、定在波による電界分布の不均一に起因し
て電極中央部のプラズマシースがさらに薄くなることに
よって、プラズマシース厚の変化の割合が大きくなると
ともに、電極表面の自己バイアス電圧が不均一となる。
この結果、プラズマの均一性が悪くなる。
That is, when only the high-frequency power supply 40 is used, the harmonics from the plasma form a standing wave on the surface of the upper electrode 21, and the electric field distribution on the surface of the upper electrode becomes uneven. The frequency of the high frequency applied to the upper electrode is 27 MHz
When the voltage becomes higher than the above, the self-bias voltage (V
dc ) is also reduced, and as a result, as shown in FIG. 2A, the entire thickness of the plasma sheath S of the upper electrode 21 is reduced. As the plasma sheath at the center of the electrode becomes thinner, the rate of change in the plasma sheath thickness increases and the self-bias voltage on the electrode surface becomes non-uniform.
As a result, the uniformity of the plasma deteriorates.

【0036】これに対して、上述のように上部電極21
に対して、高周波電源40から27MHzより高い周波
数の高周波を印加するとともに、直流電源43から直流
電圧を印加することにより、図2の(b)に示すよう
に、その直流電圧分だけ自己バイアス電圧(Vdc)が
上昇して、その寄与分Sにより、より厚いプラズマシ
ースS’が形成され、自己バイアス電圧(Vdc)の不
均一およびプラズマシースの不均一の程度も小さくする
ことができる。このため、プラズマ密度を均一化するこ
とができ、エッチングレート分布を均一にすることがで
きる。
On the other hand, as described above, the upper electrode 21
By applying a high frequency of a frequency higher than 27 MHz from the high frequency power supply 40 and applying a DC voltage from the DC power supply 43, as shown in FIG. (V dc ) increases, and its contribution S 1 forms a thicker plasma sheath S ′, and the degree of non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) and non-uniformity of the plasma sheath can be reduced. . Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

【0037】例えば、高周波電源40から電極21へ、
60MHz、1kWの高周波電力が印加された場合に
は、Vdc=−100V程度であり、Vdcのばらつき
を±10V程度とすると、ばらつきの割合は±10%と
かなり大きくなって、プラズマの均一性が低くなる。
For example, from the high frequency power supply 40 to the electrode 21,
When a high-frequency power of 60 MHz and 1 kW is applied, V dc = about -100 V, and if the variation of V dc is about ± 10 V, the ratio of the variation becomes considerably large as ± 10%, and the uniformity of the plasma is increased. Is less effective.

【0038】しかし、直流電源43から、例えば−40
0Vを印加した場合、全体のVdcは−(100+40
0)V±10Vとなり、Vdcのばらつきの割合は±2
%となってVdcの均一性が向上する。その結果、プラ
ズマの均一性も改善される。
However, from the DC power supply 43, for example, -40
When 0 V is applied, the entire Vdc is- (100 + 40
0) V ± 10 V, and the variation ratio of Vdc is ± 2
%, And the uniformity of Vdc is improved. As a result, the uniformity of the plasma is also improved.

【0039】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図3は本発明の第2の実施形態に係るプラズマ
エッチング装置を模式的に示す断面図である。このプラ
ズマエッチング装置1’も、第1の実施形態と同様、電
極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が
接続された容量型平行平板エッチング装置として構成さ
れており、図3において、図1と同じものには基本的に
同じ符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view schematically showing a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. As in the first embodiment, this plasma etching apparatus 1 'is also configured as a capacitive parallel plate etching apparatus in which electrode plates are vertically opposed to each other and one side is connected to a power supply for plasma formation. 1 are basically denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0040】本実施形態においては、第1の実施形態と
は異なり、上部電極21に2つの高周波電源を接続す
る。すなわち、ハイパスフィルター(HPF)62、整
合器61を介してプラズマ形成用の第1の高周波電源6
0を接続し、さらにローパスフィルター65、整合器6
4を介して第2の高周波電源63を接続する。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, two high-frequency power supplies are connected to the upper electrode 21. That is, the first high-frequency power supply 6 for forming plasma through the high-pass filter (HPF) 62 and the matching unit 61.
0, and a low-pass filter 65 and a matching unit 6
4, a second high frequency power supply 63 is connected.

【0041】第1の高周波電源60は、27MHz以上
の高い周波数を有しており、このように高い周波数を印
加することによりチャンバー2内に好ましい解離状態で
かつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件
下のプラズマ処理が可能となる。この例では、第1の高
周波電源60として60MHzのものを用いている。
The first high-frequency power supply 60 has a high frequency of 27 MHz or more. By applying such a high frequency, a high-density plasma in a preferable dissociated state can be formed in the chamber 2. Thus, plasma processing under low pressure conditions becomes possible. In this example, a 60 MHz power supply is used as the first high frequency power supply 60.

【0042】第2の高周波電源63は、第1の高周波電
源60の周波数よりも低い周波数であり、好適には2〜
10MHzとされ、この例では2MHzのものを用いて
いる。第2の高周波電源63は、このように第1の高周
波電源60よりも周波数が低いことから、上部電極21
の自己バイアス電圧(Vdc)を上昇させる機能を有し
ている。
The second high frequency power supply 63 has a lower frequency than the frequency of the first high frequency power supply 60,
The frequency is 10 MHz, and in this example, a frequency of 2 MHz is used. Since the second high frequency power supply 63 has a lower frequency than the first high frequency power supply 60, the upper electrode 21
Has a function of increasing the self-bias voltage (V dc ).

【0043】なお、ハイパスフィルター(HPF)62
は第2の高周波電源63の周波数以下の周波数をカット
するためのものであり、ローパスフィルター(LPF)
65は第1の高周波電源60の周波数以上の周波数をカ
ットするものである。
A high-pass filter (HPF) 62
Is for cutting frequencies below the frequency of the second high frequency power supply 63, and is a low-pass filter (LPF).
Numeral 65 is for cutting frequencies higher than the frequency of the first high frequency power supply 60.

【0044】このように構成されるプラズマエッチング
装置1’においては、基本的に第1の実施形態に係るプ
ラズマエッチング装置1と同様にエッチング処理が行わ
れる。この場合に、第1の実施形態と同様、上部電極2
1に印加する高周波の周波数を27MHz以上とするこ
とにより、プラズマ密度を上げることができるが、これ
だけでは、プラズマからの反射波の高調波により電極板
23下面に定在波が生成されることによって、電極板2
3下面での電界の不均一が生じる。
In the plasma etching apparatus 1 'configured as described above, an etching process is basically performed similarly to the plasma etching apparatus 1 according to the first embodiment. In this case, as in the first embodiment, the upper electrode 2
The plasma density can be increased by setting the frequency of the high frequency applied to 1 to 27 MHz or more. However, only this is because the standing wave is generated on the lower surface of the electrode plate 23 by the harmonic of the reflected wave from the plasma. , Electrode plate 2
3 Non-uniformity of the electric field on the lower surface occurs.

【0045】そこで、本実施形態では直流電源から直流
電圧を印加する代わりに、第2の高周波電源63から第
1の高周波電源60よりも低い周波数の高周波を上部電
極21に印加する。第2の高周波電源63から印加され
る高周波による自己バイアス電圧は、第1の高周波電源
60から印加される高周波による自己バイアス電圧より
も大きいため、第1および第2の高周波電源60,63
からの高周波が重畳されることにより、第1の高周波電
源60からのみ高周波を印加する場合よりも極めて高い
自己バイアス電圧(Vdc)を得ることができ、その寄
与分により、図2の(b)の場合と同様に、より厚いプ
ラズマシースが形成され、自己バイアス電圧(Vdc
の不均一およびプラズマシースの不均一の程度を小さく
することができる。このため、プラズマ密度を均一化す
ることができ、エッチングレート分布を均一にすること
ができる。
Therefore, in this embodiment, instead of applying a DC voltage from a DC power supply, a high frequency having a frequency lower than that of the first high frequency power supply 60 is applied from the second high frequency power supply 63 to the upper electrode 21. Since the self-bias voltage due to the high frequency applied from the second high-frequency power supply 63 is higher than the self-bias voltage due to the high frequency applied from the first high-frequency power supply 60, the first and second high-frequency power supplies 60, 63
Is superimposed, a very high self-bias voltage (V dc ) can be obtained as compared with a case where a high frequency is applied only from the first high-frequency power supply 60, and the contribution of the self-bias voltage (V dc ) results in (b) of FIG. As in case (2), a thicker plasma sheath is formed and the self-bias voltage (V dc ) is increased.
And the degree of non-uniformity of the plasma sheath can be reduced. Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

【0046】例えば、第1の高周波電源60から電極2
1へ、60MHz、1kWの高周波電力が印加された場
合には、Vdc=−100V程度であり、Vdcのばら
つきを±10V程度とすると、ばらつきの割合は±10
%とかなり大きくなって、プラズマの均一性が低くな
る。
For example, the first high-frequency power supply 60
1, when 60 MHz and 1 kW of high frequency power are applied, V dc = about −100 V. If the variation of V dc is about ± 10 V, the rate of variation is ± 10 V.
%, And the plasma uniformity is reduced.

【0047】しかし、第2の高周波電源63から電極2
1へ、例えば2MHz、500Wの高周波電力を重畳さ
せた場合には、第2の高周波電源63によるVdcは−
400V程度となり、全体のVdcは−(100+40
0)V±10Vとなり、V のばらつきの割合は±2
%となってVdcの均一性が向上する。その結果、プラ
ズマの均一性も改善される。
However, the second high frequency power supply 63
When a high frequency power of, for example, 2 MHz and 500 W is superimposed on 1, V dc by the second high frequency power supply 63 becomes −
It becomes about 400V, and the whole Vdc is- (100 + 40
0) V ± 10V, and the percentage of variation of V d c is ± 2
%, And the uniformity of Vdc is improved. As a result, the uniformity of the plasma is also improved.

【0048】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、上下電極に高周波を印加したが、上部電極の
みに高周波を印加するタイプであってもよい。また、被
処理基板として半導体ウエハを用い、ウエハ上の酸化膜
にエッチングを施す場合について説明したが、これに限
らず、酸化膜以外の絶縁膜やポリシリコン等、他のエッ
チングにも適用することができる。さらに、ウエハに限
らず処理対象としては液晶表示装置(LCD)基板等の
他の基板であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be variously modified. For example, in the above embodiment, a high frequency is applied to the upper and lower electrodes, but a high frequency may be applied only to the upper electrode. Also, a case has been described in which a semiconductor wafer is used as a substrate to be processed and an oxide film on the wafer is etched. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to other etching such as an insulating film other than an oxide film or polysilicon. Can be. Further, the substrate to be processed is not limited to the wafer, and may be another substrate such as a liquid crystal display (LCD) substrate.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1の電極に27MHzより高い周波数の高周波を印加
するとともに、この第1の電極にさらに直流電圧を印加
するので、その直流電圧分だけ自己バイアス電圧(V
dc)が上昇して、プラズマシースが厚くなり、自己バ
イアス電圧(Vdc)の不均一によるプラズマシースの
不均一の程度も小さくすることができる。このため、プ
ラズマ密度を均一化することができ、エッチングレート
分布を均一にすることができる。
As described above, according to the present invention,
Since a high frequency of a frequency higher than 27 MHz is applied to the first electrode and a DC voltage is further applied to the first electrode, the self-bias voltage (V
dc ) increases, the plasma sheath becomes thicker, and the degree of non-uniformity of the plasma sheath due to non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) can be reduced. Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

【0050】また、第1の電極に第1の高周波印加手段
から27MHzより高い周波数の高周波を印加するとと
もに、この第1の電極に第2の高周波印加手段から第1
の高周波印加手段の周波数よりも低い周波数の高周波を
印加する場合には、第2の高周波印加手段から印加され
る高周波による自己バイアス電圧は、第1の高周波印加
手段から印加される高周波による自己バイアス電圧より
も大きいため、これらが重畳されることにより、第1の
高周波印加手段から印加された高周波のみの場合よりも
極めて大きい自己バイアス電圧(Vdc)を得ることが
でき、プラズマシースが厚くなり、定在波による自己バ
イアス電圧(Vdc)の不均一によるプラズマシースの
不均一の程度を小さくすることができる。このため、プ
ラズマ密度を均一化することができ、エッチングレート
分布を均一にすることができる。
Further, a high frequency having a frequency higher than 27 MHz is applied to the first electrode from the first high frequency applying means, and the first high frequency is applied to the first electrode from the second high frequency applying means.
When a high frequency having a frequency lower than the frequency of the high frequency applying means is applied, the self-bias voltage due to the high frequency applied from the second high frequency applying means is equal to the self bias voltage due to the high frequency applied from the first high frequency applying means. Since these voltages are higher than the voltage, by superimposing them, it is possible to obtain a self-bias voltage (V dc ) that is much larger than in the case of only the high frequency applied from the first high frequency applying means, and the plasma sheath becomes thicker. In addition, the degree of non-uniformity of the plasma sheath due to non-uniformity of the self-bias voltage (V dc ) due to the standing wave can be reduced. Therefore, the plasma density can be made uniform, and the etching rate distribution can be made uniform.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るプラズマエッチ
ング装置を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a plasma etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の原理を説明するための模式図。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態に係るプラズマエッチ
ング装置を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’;エッチング装置 2;チャンバー 5;サセプタ(第2の電極) 6,62;ハイパスフィルタ 21;上部電極(第1の電極) 30;処理ガス供給源 35;排気装置 40,50,60,63;高周波電源 41,51,61,64;整合器 43;直流電源 44,65;ローパスフィルタ S,S’;プラズマシース W;半導体ウエハ Etching apparatus 2; chamber 5; susceptor (second electrode) 6, 62; high-pass filter 21; upper electrode (first electrode) 30; processing gas supply 35; exhaust device 40, 50, 60 , 63; high-frequency power supply 41, 51, 61, 64; matching device 43; DC power supply 44, 65; low-pass filter S, S '; plasma sheath W;

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被処理基板が収容されるチャンバーと、 チャンバー内に相対向するように設けられた第1および
第2の電極と、 前記第1の電極に27MHz以上の周波数の高周波を印
加する高周波印加手段と、 前記第1の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段
と、 前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段
と、 前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手
段とを具備し、 前記第2の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記
第1および第2の電極間に高周波電界を形成することに
より処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより
被処理基板にプラズマエッチング処理を施すことを特徴
とするプラズマエッチング装置。
A chamber accommodating a substrate to be processed; first and second electrodes provided in the chamber so as to face each other; and a high frequency having a frequency of 27 MHz or more is applied to the first electrode. High-frequency applying means, direct-current voltage applying means for applying a direct-current voltage to the first electrode, exhaust means for maintaining the inside of the chamber in a predetermined reduced pressure state, and processing gas introducing means for introducing a processing gas into the chamber And forming a plasma of a processing gas by forming a high-frequency electric field between the first and second electrodes in a state where the substrate to be processed is supported by the second electrode. A plasma etching apparatus for performing a plasma etching process on a processing substrate.
【請求項2】 被処理基板が収容されるチャンバーと、 チャンバー内に相対向するように設けられた第1および
第2の電極と、 前記第1の電極に27MHz以上の周波数の高周波を印
加する第1の高周波印加手段と、 前記第1の電極に前記第1の高周波印加手段の周波数よ
りも低い周波数の高周波を印加する第2の高周波印加手
段と、 前記チャンバー内を所定の減圧状態に維持する排気手段
と、 前記チャンバー内に処理ガスを導入する処理ガス導入手
段とを具備し、 前記第2の電極に被処理基板を支持させた状態で、前記
第1および第2の電極間に高周波電界を形成することに
より処理ガスのプラズマを形成し、このプラズマにより
被処理基板にプラズマエッチング処理を施すことを特徴
とするプラズマエッチング装置。
2. A chamber for accommodating a substrate to be processed, first and second electrodes provided to face each other in the chamber, and a high frequency having a frequency of 27 MHz or more is applied to the first electrode. A first high-frequency applying unit, a second high-frequency applying unit that applies a high-frequency lower than the frequency of the first high-frequency applying unit to the first electrode, and maintaining the inside of the chamber at a predetermined reduced pressure state. And a processing gas introducing means for introducing a processing gas into the chamber, wherein a high frequency is applied between the first and second electrodes while the substrate to be processed is supported by the second electrode. A plasma etching apparatus, wherein plasma of a processing gas is formed by forming an electric field, and plasma processing is performed on a substrate to be processed by the plasma.
【請求項3】 前記第2の高周波印加手段の周波数が2
〜10MHzであることを特徴とする請求項2に記載の
プラズマエッチング装置。
3. The frequency of said second high frequency applying means is 2
3. The plasma etching apparatus according to claim 2, wherein the frequency is 10 MHz to 10 MHz.
【請求項4】 前記第2の電極に100kHz〜10M
Hzの高周波を印加する高周波印加手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1
項に記載のプラズマエッチング装置。
4. The frequency of 100 kHz to 10 M is applied to the second electrode.
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a high frequency applying means for applying a high frequency of Hz.
Item 6. The plasma etching apparatus according to item 1.
JP12969699A 1999-05-06 1999-05-11 Capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus and plasma etching method using the same Expired - Lifetime JP4831853B2 (en)

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