JP2004327686A - Plasma etching system and pattern forming method - Google Patents

Plasma etching system and pattern forming method Download PDF

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Keisuke Nakamura
恵右 仲村
Mutsumi Tsuda
睦 津田
Masakazu Taki
正和 滝
Kenji Shintani
賢治 新谷
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma etching system which ensures high etching rate and high selectivity ratio, and to provide a pattern forming method. <P>SOLUTION: A magnetic coil 3 is arranged around a vacuum chamber 1. A microwave introducing window 2 is provided at the upper portion of the vacuum chamber 1 for introducing microwaves 50 into the vacuum chamber 1. A gas introducing system 4 is provided in the vacuum chamber 1 for introducing a predetermined gas thereinto. A stage 5 for holding a substrate is arranged in the vacuum chamber 1. An SiC substrate 93, as a substrate, is mounted on the stage 5 through a quartz plate 94. A power supply path 7 is connected to a DC power source 6 for applying bias voltage, and is in contact with a predetermined portion of the SiC substrate 93. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング装置およびパターン形成方法に関し、特に、帯電の抑制されるプラズマエッチング装置と、帯電の抑制されるパターン形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造においてはパターンを形成するためにエッチング装置が使用される。エッチング装置として、プラズマを用いたエッチング装置が幅広く用いられている。
【0003】
従来、プラズマを用いたエッチング装置では、基板にバイアス電圧を印加し、基板に入射するイオンを加速することによってエッチングを行なう反応性イオンエッチングが一般的に用いられている。
【0004】
近年、高周波デバイス、センサー、MEMS(Micro Electro Machining System)デバイス等の製造において、SiCに代表されるエッチングの比較的困難な材料に対してより深くエッチングすることが要求されてきている。
【0005】
このようなエッチングにおいては、処理時間を短縮するためにエッチングレートを高めることと、エッチングマスクを薄膜化することによるエッチングマスクに対する選択比(エッチング選択比)を高めることを両立することが求められている。
【0006】
この要求を満たすためには、反応性イオンエッチングにおいて入射イオンのエネルギーをより高精度に制御する必要がある。
【0007】
次に、そのような反応性イオンエッチングを行なうための従来のプラズマエッチング装置の一例として、特許文献1に示された電子サイクロトロン共鳴ECR(Electron Cyclotron Resonance)型のプラズマエッチング装置について説明する。
【0008】
このプラズマエッチング装置では、真空チャンバの周囲に磁場コイルが配設されている。真空チャンバの上部には、マイクロ波を真空チャンバ内に導入するためのマイクロ波導入窓が設けられている。
【0009】
また、真空チャンバ内には基板を保持するステージが配設されている。そのステージには、ステージに載置される基板にバイアス電圧を印加するための高周波電源が接続されている。さらに、真空チャンバ内に所定のガスを導入するためのガス導入系が設けられている。
【0010】
次に、そのプラズマエッチング装置の動作について説明する。まず、マイクロ波導入窓を通して真空チャンバ内にマイクロ波が導入される。真空チャンバ内では、磁場コイルによりECR領域が形成される。一方、真空チャンバ内にはガス導入系により所定のガスが導入される。
【0011】
ECR領域では、導入されたガスがマイクロ波によって電離されてプラズマが生成されることになる。たとえば、周波数2.45GHzのマイクロ波の場合には、磁場強度875GのECR領域にてプラズマが生成される。
【0012】
ステージに載置される基板には、ステージとの接触面を介して高周波電源により高周波電圧が印加される。これにより、基板の表面とプラズマとの間にはバイアス電圧が発生する。
【0013】
プラズマ中に存在するイオンは、このバイアス電圧によって基板の側に向かって加速されて基板の表面に入射する。一方、プラズマ中ではガスが励起されてラジカルや活性種等の解離種が生成される。そのように生成されたガスの解離種の一部は基板の表面に付着する。
【0014】
基板の表面では、入射したイオンと付着したガスの解離種とが反応することによって、所定のエッチングが行なわれる。
【0015】
このように、上述したプラズマエッチング装置ではバイアス電圧として高周波電圧を印加することによってイオンを基板の表面に入射させて所定のエッチングが行なわれる。
【0016】
ところが、高周波電圧によるバイアス電圧の印加では、基板に入射するイオンは広いエネルギー分布を持つことが知られている。そのため、入射するイオンのエネルギーを高精度に制御することはできず、要求される高いエッチングレートと高い選択比を確保することが困難であるという問題があった。
【0017】
そこで、これを改善するプラズマエッチング装置として、基板へ印加するバイアス電圧として直流電圧を印加するプラズマエッチング装置が提案されている。
【0018】
そのようなプラズマエッチング装置として、非特許文献1に記載されたプラズマエッチング装置について説明する。
【0019】
このプラズマエッチング装置では、ステージには、ステージに載置される基板にバイアス電圧を印加するための直流電源が接続されていることを除けば、前述したプラズマエッチング装置の構成と基本的に同じ構成を有する。
【0020】
次に、そのプラズマエッチング装置の動作について説明する。まず、前述したプラズマエッチング装置の場合と同様に、真空チャンバ内では、磁場コイルによりECR領域が形成される。
【0021】
一方、真空チャンバ内にはガス導入系により所定のガスが導入される。ECR領域では、導入されたガスがマイクロ波によって電離されてプラズマが生成される。
【0022】
ステージに載置される基板には、ステージとの接触面を介して直流電源により直流電圧が印加される。これにより、基板の表面とプラズマとの間にはバイアス電圧が発生する。
【0023】
プラズマ中に存在するイオンは、このバイアス電圧によって基板の側に向かって加速されて基板の表面に入射する。一方、プラズマ中にてガスが励起されることにより生成された解離種の一部が基板の表面に付着する。
【0024】
基板の表面では、入射したイオンと付着したガスの解離種とが反応することによって、所定のエッチングが行なわれる。
【0025】
上述したプラズマエッチング装置では、バイアス電圧として直流電圧が印加される。この場合には、基板に入射するイオンエネルギー分布をプラズマ電子温度程度の数eVに抑えることができる。
【0026】
これにより、直流電圧を調整することによって入射するイオンのエネルギーを高精度に制御することができて、高いエッチングレートと高いエッチング選択比の両者を確保することができる。
【0027】
【特許文献1】
特開平8−35082号公報
【0028】
【非特許文献1】
W.M.Holber, J.Forster, ’Ion energetics in electron cyclotron resonance discharges’, J. Vac. Sci. Technol. A8(5), Sep/Oct, 3720 (1990).
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイアス電圧として直流電圧を印加するプラズマエッチング装置では次のような問題点があった。
【0030】
半導体装置として、たとえばGaAs基板を用いた高周波デバイスがある。そのような高周波デバイスの製造においては、そのエッチングの際に、GaAs基板はステージ上に石英等の絶縁材料を介在させて載置される場合がある。
【0031】
その場合には、基板上に形成される被エッチング層と直流電源とは電気的に絶縁されることになる。
【0032】
また、一般的な半導体装置のエッチング工程においては、シリコン酸化膜等の絶縁層の上に形成される導電層等の被エッチング層が形成されることが多い。つまり、被エッチング層は基板上に絶縁層を介在させて形成されている。
【0033】
そのため、この場合にも基板上に形成される被エッチング層と直流電源とは電気的に絶縁されることになる。
【0034】
このように、被エッチング層と直流電源とは電気的に絶縁されるために、たとえステージに直流電圧が印加されていても、被エッチング層は電気的に浮遊した状態にある。
【0035】
そのため、入射するイオンによって基板の表面に形成された被エッチング層は帯電することになる。被エッチング層が帯電することにより、プラズマと被エッチング層との間のバイアス電圧は低下する。その結果、エッチングが阻害されてしまい、エッチング処理を実質的に行なうことができなくなる。
【0036】
また、エッチング処理を実質的に行なうことができなくなるようなことがなくても、入射したイオンによるバイアス電流は基板を通して基板の裏面へと流れることになる。
【0037】
このとき、バイアス電流は被エッチング層の下に形成された素子等の部分にも流れることがあり、たとえばトランジスタのゲート酸化膜の部分にダメージを与えてしまい、半導体装置を破壊してしまうおそれがあった。
【0038】
このような理由により、バイアス電圧として直流電圧を印加するプラズマエッチング装置は有効に適用されず、バイアス電圧として高周波電圧を印加するプラズマエッチング装置が依然として使用されている状況にあった。
【0039】
その結果、高いエッチングレートと高い選択比を確保することが困難であるという問題が依然としてあった。
【0040】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、1つの目的は高いエッチングレートと高い選択比が確保されるプラズマエッチング装置を提供することであり、他の目的は高いエッチングレートと高い選択比が確保されるパターン形成方法を提供することである。
【0041】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプラズマを用いたプラズマエッチング装置は、チャンバと給電部と直流電源とを備えている。チャンバでは基板を収容してプラズマが生成される。給電部は基板の表面に形成された導電性の被給電部に接触する。直流電源は給電部と電気的に繋がれ、被給電部に所定のバイアス電圧を印加する。なお、この明細書でいう導電性の被給電部には、たとえばSiC、GaAs等の半導電性の給電部も含まれるものとする。
【0042】
【発明の実施の形態】
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係るECR型のプラズマ処理装置について説明する。図1に示すように、まず、真空チャンバ1の周囲に磁場コイル3が配設されている。真空チャンバ1の上部には、マイクロ波50を真空チャンバ1内に導入するためのマイクロ波導入窓2が設けられている。また、真空チャンバ1内に所定のガスを導入するためのガス導入系4が設けられている。
【0043】
真空チャンバ1内には基板を保持するステージ5が配設されている。基板としてのSiC基板93は、ステージ5上に石英プレート94を介在させて載置されている。
【0044】
つまり、SiC基板93はステージ5とは電気的に絶縁されている。そのSiC基板93としては、アルミニウム(Al)がドープされた比抵抗0.04Ω・cmのN型基板が好ましい。
【0045】
そして、所定のバイアス電圧を印加するための直流電源6と繋がった給電経路7が、SiC基板93の所定の部分と接触することになる。
【0046】
なお、プラズマ電位を安定させてバイアス電圧を安定化させるために、直流電圧を印加する回路のリターンパスとして、生成されるプラズマと接触するチャンバ1の壁部分や金属部品(図示せず)と直流電源6とを帰還経路8を介して電気的に接続することが望ましい。
【0047】
次に、給電経路7がSiC基板93と接触する部分の構造についてさらに詳しく説明する。図2に示すように、ステージ5上に石英プレート94を介在させて載置されたSiC基板93を保持するために、SiC基板93の周縁部分を覆うたとえばアルミナ製のウェハ押さえ10が設けられている。
【0048】
そのウェハ押さえ10の裏側には、給電経路7の一部72が設けられている。図3に示すように、給電経路の一部72の先端部分は、レジストパターン20によって覆われていない被給電部としてのSiC基板93(被エッチング層)の部分と接触している。
【0049】
これにより、給電経路7はSiC基板93の周縁部の全周にわたって接触していることになる。なお、この給電経路の一部72は、たとえばAuにより形成されている。
【0050】
次に、上述したプラズマエッチング装置の動作について説明する。まず、マイクロ波導入窓2を通して真空チャンバ1内にマイクロ波50が導入される。真空チャンバ1内では、磁場コイル3によりECR領域(図示せず)が形成される。一方、真空チャンバ1内にはガス導入系4により所定のガスが導入される。
【0051】
ECR領域では、導入されたガスがマイクロ波によって電離されてプラズマが生成される。たとえば、周波数2.45GHzのマイクロ波の場合には、磁場強度875GのECR領域にてプラズマが生成される。
【0052】
ステージ5上に載置されるSiC基板93は、上述したように、ウェハ押さえ10の裏側に形成された給電経路の一部72を含む給電経路7を介して直流電源6と電気的に接続されている。これにより、SiC基板93には直流電源6による所定のバイアス電圧が確実に印加されることになる。
【0053】
生成されたプラズマ中に存在するイオンはSiC基板93に印加されたバイアス電圧により加速されて、SiC基板93の表面に入射する。一方、プラズマ中ではガスが励起されてラジカルや活性種等の解離種が生成される。そのように生成されたガスの解離種の一部はSiC基板93の表面に付着する。
【0054】
SiC基板93の表面では、入射したイオンと付着したガスの解離種とが反応することによって、被エッチング層に対して所定のエッチング処理が施されることになる。
【0055】
上述したプラズマエッチング装置では、特に、直流電源6とSiC基板(被エッチング層)93とが給電経路7を介して電気的に接続されていることによって、SiC基板93が所定のバイアス電圧に確実に固定されることになる。
【0056】
これにより、従来のプラズマ処理装置の場合のようにSiC基板(被エッチング層)が電気的に浮遊した状態の場合と比べると、本プラズマエッチング装置では入射するイオンによってSiC基板93が帯電することが抑制される。
【0057】
そのため、SiC基板93が帯電することに伴って入射するイオンのエネルギが低下してエッチングの進行が阻害されることがなくなる。その結果、SiC基板93に対して所望のエッチング処理を確実に施すことができ、後述するように、高いエッチングレートと高いエッチング選択比を確保することができる。
【0058】
また、入射したイオンによるバイアス電流がSiC基板93を通してSiC基板93の裏面へと流れることもなくなる。その結果、バイアス電流がSiC基板93の裏面へ流れることに伴ってSiC基板93にすでに形成された素子等の部分が破壊されるのを防止することができる。
【0059】
なお、上述したプラズマエッチング装置では、ウェハ押さえ10の裏側に設けられる給電電極の一部72の材質として金(Au)を例に挙げたが、金の他に、たとえばプラチナ(Pt)等のように電気伝導性に優れ、かつ、ラジカルに耐性を有する化学的に安定な材料を適用することができる。
【0060】
また、ウェハ10押さえの材質としてアルミナを例に挙げたが、他の適当な絶縁性材料を適用してもよい。
【0061】
実施の形態2
ここでは、プラズマエッチング装置における給電経路の変形例について説明する。図4に示すように、たとえば金(Au)の線材にアルミナ製の絶縁性材料74を被覆した腕状の給電経路73が配設されている。図5に示すように、給電経路73の端部は、レジストパターン20によって覆われていない被給電部としてのSiC基板93の周縁部分に接触する。
【0062】
本プラズマエッチング装置においては、このような腕状の給電経路73が複数(たとえば3本)配設されている。この場合には、給電経路73のそれぞれの端部がSiC基板93の周縁部分に沿って互いに異なる位置に接触するように、給電経路73を配設することが望ましい。
【0063】
なお、これ以外の構成について、図1に示すプラズマエッチング装置と同様なので、同一部材には同一符合を付しその説明を省略する。
【0064】
本プラズマエッチング装置は、前述したプラズマエッチング装置の場合と同様にしてECR領域においてプラズマが生成される。そのプラズマ中で生成されたガスの解離種の一部が、SiC基板93の表面に付着する。
【0065】
ステージ5上に載置されるSiC基板93は給電経路7,73を介して直流電源6と電気的に接続されて、直流電源6による所定のバイアス電圧が印加されることになる。
【0066】
生成されたプラズマ中に存在するイオンはSiC基板93に印加されたバイアス電圧により加速されて、SiC基板93の表面に入射する。SiC基板93の表面では、入射したイオンと付着したガスの解離種とが反応することによって、被エッチング層に対して所定のエッチング処理が施されることになる。
【0067】
上述したプラズマエッチング装置では、直流電源6とSiC基板(被エッチング層)93とが複数の腕状の給電経路73を介して電気的に接続されていることで、SiC基板93が所定のバイアス電圧に確実に固定される。
【0068】
これにより、SiC基板(被エッチング層)が電気的に浮遊した状態の場合と比べると、本プラズマエッチング装置では入射するイオンによってSiC基板93が帯電することが抑制される。
【0069】
その結果、SiC基板93が帯電することに伴って入射するイオンのエネルギが低下してエッチングの進行が阻害されることがなくなり、SiC基板93に対して所望のエッチング処理を施すことができる。
【0070】
また、入射したイオンによるバイアス電流がSiC基板93を通してSiC基板93の裏面へと流れることもなくなる。その結果、バイアス電流がSiC基板93の裏面へ流れることに伴ってSiC基板93にすでに形成された素子等の部分が破壊されるのを防止することができる。
【0071】
また、給電電極として、金等の線材に絶縁性材料74を被覆した腕状の給電経路73を用いることによって、前述したウェハ押さえ10の裏側に給電電極が配設される場合と比較すると、SiC基板93が給電電極73によって覆われる面積が減少する。
【0072】
その結果、SiC基板93において半導体装置を形成するため領域(面積)を増やすことができ、より多くの半導体装置を形成することができる。
【0073】
なお、上述したプラズマエッチング装置では、給電電極73の材質として金(Au)を例に挙げたが、金の他に、たとえばプラチナ(Pt)等のように電気伝導性に優れ、かつ、ラジカルに耐性を有する化学的に安定な材料を適用することができる。
【0074】
また、給電電極73を被覆する材料としてアルミナを例に挙げたが、他の適当な絶縁性材料を適用してもよい。
【0075】
さらに、実施の形態1,2において説明したプラズマエッチング装置では、被エッチング層としてのSiC基板93に対し、所定のレジストパターンをエッチングマスクとしてエッチングを施す場合を例に挙げて説明した。
【0076】
本プラズマエッチング装置では、被エッチング層として導電性膜あるいはSi,GaAsなどの半導電性膜(半導体膜)に対して、たとえばフォトレジストのような絶縁性のエッチングマスクあるいは導電性のエッチングマスクを用いて、所望のエッチング処理を施すことができる。
【0077】
なお、上述したプラズマエッチング装置ではECR型を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば容量結合型のプラズマエッチング装置、ICP(Inductively Coupled Plasma)型のプラズマエッチング装置、ヘリコン型のプラズマエッチング装置等にも適用することができる。
【0078】
実施の形態3
ここでは、実施の形態1において説明したECR型のプラズマエッチング装置を適用し、被エッチング層としてSiC基板を導電性のNiエッチングマスクを用いてプラズマエッチング処理を施す場合について具体的に説明する。
【0079】
この場合、図6に示すように、SiC基板93上に所定のNiエッチングマスク30aが形成される。まず、このNiエッチングマスクのような導電性のエッチングマスクの製造方法の一例について説明する。
【0080】
図7に示すように、SiC基板93上にNi層30が形成される。次に、図8に示すように、そのNi層30上にエッチングマスクに対応したレジストパターン32が形成される。
【0081】
次に、図9に示すように、レジストパターン32をマスクとしてNi層30に異方性エッチングを施すことによりSiC基板93の表面を露出する。その後、図10に示すように、レジストパターン32を除去することによりNiエッチングマスク30aが形成される。
【0082】
次に、このNiエッチングマスク30aを介してSiC基板93にエッチングが施されることになる。まず、エッチングガスとしてSF(0.03L/min(30sccm))とO(0.01L/min(10sccm))の混合ガスを用いた。真空チャンバ1内の圧力を0.665Pa(5mTorr)、磁場コイル3に流される電流を200A、マイクロ波のパワーを1KW、直流電源6の電圧を200Vとした。
【0083】
また、基板として、直径2インチ、厚さ100μm、比抵抗(Alドープ)0.04Ω・cmのN型のSiC基板93を用いた。Niエッチングマスク30aの厚さを3μmとした。そのNiエッチングマスクのパターンを直径100μmの孔パターンとした。
【0084】
図6に示すように、ウェハ押さえ10に形成された給電経路72はNiエッチングマスク30aの表面に接触する。これにより、Niエッチングマスク30aには、給電経路7を介して直流のバイアス電圧が印加されることになる。
【0085】
このとき、Niエッチングマスクのマスクパターンとして電気的に孤立するパターンがないようにマスクパターンを形成することが望ましい。
【0086】
たとえば、図11に示すように、SiC基板の周縁を覆い給電経路と接触するNiエッチングマスクの外周部分30aaと、その外周部分30aaの内側に形成される実質的なマスクパターン30bbとが電気的に繋がっていることが望ましい。
【0087】
これに対して、図12に示されるNiエッチングマスク130では、Niエッチングマスクの外周部分130aと実質的なマスクパターン130bとが繋がっておらず、実質的なマスクパターン130bは電気的に孤立することになる。
【0088】
電気的に孤立するパターンがなく、実質的なマスクパターン30bbが外周部分30aaと繋がっていることで、Niエッチングマスク30aの全体に均一にバイアス電圧が印加されることになる。
【0089】
これにより、生成されたプラズマ中に存在するイオンはSiC基板93に印加されたバイアス電圧により加速されて、SiC基板93の表面にほぼ均一に入射する。
【0090】
SiC基板93の表面では、入射したイオンと付着したガスの解離種とが反応することによって、図13に示すように、SiC基板93に所定のエッチング処理が均一に施されて所望のパターン40が形成される。
【0091】
上述したバイアス電圧として直流電源を用いたエッチング方法では、SiC基板93のエッチングレートの値として6.5μm/minを達成できることが確認された。
【0092】
また、SiCのエッチングレートとNiエッチングマスクのエッチングレートとのエッチング選択比(SiC/Ni)の値として80を達成できることが確認された。
【0093】
一方、比較のためにバイアス電圧として高周波電源を用いたエッチング方法の結果について説明する。この場合、エッチングガスの流量、圧力等の条件を直流電源を用いた場合の条件と同じ条件とした。また、高周波により励起される自己バイアス電圧が直流のバイアス電圧(200V)と同程度になるように、高周波パワーを150Wとした。
【0094】
この条件のもとでプラズマエッチング処理を施した場合、SiC基板のエッチングレートの値は6μm/minであることが確認された。また、SiCのエッチングレートとNiエッチングマスクのエッチングレートとのエッチング選択比(SiC/Ni)の値は40になることが確認された。
【0095】
したがって、バイアス電圧として高周波バイアスから直流バイアスにすることによって、SiC基板のエッチングレートが若干上昇することが判明した。また、エッチング選択比は約2倍に向上することが判明した。
【0096】
また、バイアス電圧を直流バイアスとした場合では、エッチングレートのSiC基板面内均一性5%を達成できることが確認され、良好な結果が得られることが判明した。なお、面内均一性は、エッチングレートの最大値と最小値との差を面内のエッチングレートの平均値の2倍の値で割ることによって求められる。
【0097】
さらに、プラズマエッチング処理によりSiC基板に形成された半導体デバイスへ悪影響が及ぶことがないことが確認されて、半導体デバイスの信頼性を確保できることが判明した。
【0098】
なお、上述したプラズマエッチング処理では、エッチングマスクとしてNiエッチングマスク30を例に挙げて説明した。エッチングマスクの材料としては、Niの他に、たとえばAl,Cr,Au,Pt,Ru等の金属材料も適用することができる。
【0099】
また、エッチングマスクの形成方法としては、上述したレジストパターンによる形成方法の他に、リフトオフにより形成してもよい。
【0100】
この場合には、まず、図14に示すように、SiC基板93上にレジストパターン33が形成される。次に、図15に示すように、そのレジストパターン33を覆うようにSiC基板93上にNi膜30が形成される。
【0101】
次に、図16に示すように、レジストパターン3を除去することにより、所定のNiエッチングマスク30aが形成される。
【0102】
また、エッチングマスクとしてメッキ層を併用してもよい。この場合には、まず、図17に示すように、SiC基板93上にメッキのためのシード層31が形成される。次に、図18に示すように、シード層31上にレジストパターン32が形成される。
【0103】
次に、図19に示すように、露出したシード層31上に、たとえばNiメッキ等のメッキ層34が形成される。次に、図20に示すように、レジストパターン32が除去される。次に、図21に示すように、露出したシード層31を除去することによりエッチングマスクが形成される。
【0104】
また、上述したプラズマエッチング処理では、被エッチング層としてSiC基板を例に挙げて説明した。被エッチング層としては、SiC基板の他に、半導体装置に適用されている金属等の導電性材料をはじめ、Si,GaAs等も適用することができる。さらに、ITO(Indium Tin Oxide)等の導電性材料も適用することができる。
【0105】
また、Si基板の表面に半導体素子が形成される半導体装置の場合には、Si基板上に形成される被給電部としての被エッチング層に対してもプラズマエッチング処理を適用することができる。
【0106】
この場合には、図22に示すように、ウェハ押さえ10に設けられた給電経路72をSi基板9の表面、または、その表面に形成された被エッチング層(図示せず)に接触させて、プラズマエッチング処理が施されることになる。
【0107】
また、図23に示すように、腕状の給電経路73の先端部をSi基板9の表面、または、その表面に形成された被エッチング層(図示せず)に接触させて、プラズマエッチング処理が施されることになる。
【0108】
さらに、図24に示すように、エッチングマスクとしてたとえばNiエッチングマスク30を適用する場合には、給電経路72をNiエッチングマスクに接触させて、プラズマエッチング処理が施されることになる。
【0109】
上述したプラズマエッチング処理によるパターン形成方法を総括すると次のようになる。まず、被エッチング層として導電性材料(半導電性材料を含む、被給電部)を適用する場合には、エッチングマスクとして、フォトレジストのような絶縁性材料によるエッチングマスク、または、導電性材料のエッチングマスク(被給電部)を用いることができる。
【0110】
特に、絶縁性材料によるエッチングマスクを用いる場合には、直流バイアス電圧を被エッチング層(被給電部)に印加することによって被エッチング層にプラズマ処理が施されることになる。
【0111】
一方、導電性材料によるエッチングマスクを用いる場合には、直流バイアス電圧を被エッチング層およびエッチングマスクのいずれか(被給電部)に印加することによって被エッチング層にプラズマ処理が施されることになる。
【0112】
また、被エッチング層として絶縁膜を適用する場合には、エッチングマスクとして導電性材料のエッチングマスクを用いることになる。
【0113】
この場合には、直流バイアス電圧をエッチングマスク(被給電部)に印加することによって被エッチング層にプラズマ処理が施されることになる。
【0114】
このようにして、被エッチング層またはエッチングマスクに直流バイアス電圧を印加することによって、プラズマ中に存在するイオンが被エッチング層に向かってほぼ均一に入射し、被エッチング層に付着したガスの解離種と反応して、被エッチング層の均一なエッチング処理を行なうことができる。
【0115】
その結果、高いエッチングレートと高いエッチング選択比が確保されて、基板に所望のパターンを確実に、しかも均一に形成することができる。
【0116】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0117】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマを用いたプラズマエッチング装置によれば、基板に形成された被給電部にバイアス電圧として給電部を介して直流電源による電圧が印加されて、基板が所定の電圧に確実に固定される。これにより、基板が電気的に浮遊した状態の場合と比べると、入射するイオンによって基板が帯電することが抑制される。そのため、基板が帯電することに伴って入射するイオンのエネルギが低下してエッチングの進行が阻害されることがなくなる。その結果、基板に形成された被エッチング層に対して所望のエッチング処理を確実に施すことができ、高いエッチングレートと高いエッチング選択比を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係るプラズマエッチング装置の断面図である。
【図2】同実施の形態において、図1に示すプラズマエッチング装置のステージ周辺の拡大断面図である。
【図3】同実施の形態において、図2に示すステージ周辺の部分拡大断面図である。
【図4】本発明の実施の形態2に係るプラズマエッチング装置のステージ周辺の拡大断面図である。
【図5】同実施の形態において、図4に示すステージ周辺の部分拡大断面図である。
【図6】本発明の実施の形態3に係るプラズマエッチング装置のステージ周辺の拡大断面図である。
【図7】同実施の形態において、パターン形成方法の一工程を示す断面図である。
【図8】同実施の形態において、図7に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図9】同実施の形態において、図8に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図10】同実施の形態において、図9に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図11】同実施の形態において、図10に示す工程におけるエッチングマスクのパターンを示す平面図である。
【図12】同実施の形態において、比較例としてのエッチングマスクのパターンを示す平面図である。
【図13】同実施の形態において、図10に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図14】同実施の形態において、エッチングマスクを形成するための他の方法の一工程を示す断面図である。
【図15】同実施の形態において、図14に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図16】同実施の形態において、図15に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図17】同実施の形態において、エッチングマスクを形成するためのさらに他の方法の一工程を示す断面図である。
【図18】同実施の形態において、図17に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図19】同実施の形態において、図18に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図20】同実施の形態において、図19に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図21】同実施の形態において、図20に示す工程の後に行なわれる工程を示す断面図である。
【図22】同実施の形態において、変形例に係るパターン形成方法におけるステージ周辺の一拡大断面図である。
【図23】同実施の形態において、変形例に係るパターン形成方法におけるステージ周辺の他の拡大断面図である。
【図24】同実施の形態において、変形例に係るパターン形成方法におけるステージ周辺のさらに他の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 真空チャンバ、2 マイクロ波導入窓、3 磁場コイル、4 ガス導入系、5 ステージ、6 直流電源、7,72,73 給電経路、8 帰還経路、9Si基板、10 ウェハ押さえ、20,32,33 レジストパターン、30Ni層、30a Niエッチングマスク、31 シード層、34 メッキ層、50 マイクロ波、74 絶縁性材料、93 SiC基板、94 石英プレート。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma etching apparatus and a pattern forming method, and more particularly to a plasma etching apparatus in which charging is suppressed and a pattern forming method in which charging is suppressed.
[0002]
[Prior art]
In manufacturing a semiconductor device, an etching apparatus is used to form a pattern. As an etching apparatus, an etching apparatus using plasma is widely used.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an etching apparatus using plasma, reactive ion etching in which etching is performed by applying a bias voltage to a substrate and accelerating ions incident on the substrate is generally used.
[0004]
In recent years, in the manufacture of high-frequency devices, sensors, MEMS (Micro Electro Machining System) devices, and the like, there has been a demand for deeper etching of relatively difficult-to-etch materials represented by SiC.
[0005]
In such etching, it is required to achieve both an increase in the etching rate in order to shorten the processing time and an increase in the selectivity (etching selectivity) with respect to the etching mask by reducing the thickness of the etching mask. I have.
[0006]
In order to satisfy this requirement, it is necessary to control the energy of incident ions with higher precision in reactive ion etching.
[0007]
Next, as an example of a conventional plasma etching apparatus for performing such reactive ion etching, an electron cyclotron resonance ECR (Electron Cyclotron Resonance) type plasma etching apparatus disclosed in Patent Document 1 will be described.
[0008]
In this plasma etching apparatus, a magnetic field coil is provided around a vacuum chamber. A microwave introduction window for introducing microwaves into the vacuum chamber is provided at an upper portion of the vacuum chamber.
[0009]
A stage for holding the substrate is provided in the vacuum chamber. A high frequency power supply for applying a bias voltage to a substrate mounted on the stage is connected to the stage. Further, a gas introduction system for introducing a predetermined gas into the vacuum chamber is provided.
[0010]
Next, the operation of the plasma etching apparatus will be described. First, microwaves are introduced into the vacuum chamber through the microwave introduction window. In the vacuum chamber, an ECR region is formed by a magnetic field coil. On the other hand, a predetermined gas is introduced into the vacuum chamber by a gas introduction system.
[0011]
In the ECR region, the introduced gas is ionized by microwaves to generate plasma. For example, in the case of a microwave having a frequency of 2.45 GHz, plasma is generated in an ECR region having a magnetic field intensity of 875 G.
[0012]
A high-frequency voltage is applied to the substrate mounted on the stage from a high-frequency power supply via a contact surface with the stage. As a result, a bias voltage is generated between the surface of the substrate and the plasma.
[0013]
The ions existing in the plasma are accelerated toward the substrate by the bias voltage and enter the surface of the substrate. On the other hand, in plasma, the gas is excited to generate dissociated species such as radicals and active species. Some of the dissociated species of the gas so generated adhere to the surface of the substrate.
[0014]
On the surface of the substrate, a predetermined etching is performed by the reaction between the incident ions and the dissociated species of the attached gas.
[0015]
As described above, in the above-described plasma etching apparatus, a predetermined etching is performed by applying ions to the surface of the substrate by applying a high frequency voltage as a bias voltage.
[0016]
However, it is known that when a bias voltage is applied by a high-frequency voltage, ions incident on the substrate have a wide energy distribution. Therefore, the energy of the incident ions cannot be controlled with high accuracy, and it is difficult to secure a required high etching rate and a high selectivity.
[0017]
Therefore, as a plasma etching apparatus that improves this, a plasma etching apparatus that applies a DC voltage as a bias voltage applied to a substrate has been proposed.
[0018]
As such a plasma etching apparatus, a plasma etching apparatus described in Non-Patent Document 1 will be described.
[0019]
This plasma etching apparatus has basically the same configuration as the above-described plasma etching apparatus except that a DC power supply for applying a bias voltage to a substrate mounted on the stage is connected to the stage. Having.
[0020]
Next, the operation of the plasma etching apparatus will be described. First, as in the case of the plasma etching apparatus described above, an ECR region is formed by a magnetic field coil in a vacuum chamber.
[0021]
On the other hand, a predetermined gas is introduced into the vacuum chamber by a gas introduction system. In the ECR region, the introduced gas is ionized by microwaves to generate plasma.
[0022]
A DC voltage is applied to the substrate mounted on the stage by a DC power supply via a contact surface with the stage. As a result, a bias voltage is generated between the surface of the substrate and the plasma.
[0023]
The ions existing in the plasma are accelerated toward the substrate by the bias voltage and enter the surface of the substrate. On the other hand, a part of the dissociated species generated by exciting the gas in the plasma adheres to the surface of the substrate.
[0024]
On the surface of the substrate, a predetermined etching is performed by the reaction between the incident ions and the dissociated species of the attached gas.
[0025]
In the above-described plasma etching apparatus, a DC voltage is applied as a bias voltage. In this case, the distribution of the ion energy incident on the substrate can be suppressed to several eV, which is about the plasma electron temperature.
[0026]
Thereby, the energy of the incident ions can be controlled with high precision by adjusting the DC voltage, and both a high etching rate and a high etching selectivity can be secured.
[0027]
[Patent Document 1]
JP-A-8-35082
[0028]
[Non-patent document 1]
W. M. Holber, J .; Forster, 'Ion energys in electron cyclotron resonance dishes', J. Am. Vac. Sci. Technol. A8 (5), Sep / Oct, 3720 (1990).
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
However, the plasma etching apparatus that applies a DC voltage as a bias voltage has the following problems.
[0030]
As a semiconductor device, for example, there is a high-frequency device using a GaAs substrate. In the manufacture of such a high-frequency device, the GaAs substrate may be mounted on a stage with an insulating material such as quartz interposed during the etching.
[0031]
In this case, the layer to be etched formed on the substrate is electrically insulated from the DC power supply.
[0032]
In addition, in an etching process of a general semiconductor device, a layer to be etched such as a conductive layer formed on an insulating layer such as a silicon oxide film is often formed. That is, the layer to be etched is formed on the substrate with the insulating layer interposed.
[0033]
Therefore, also in this case, the layer to be etched formed on the substrate and the DC power supply are electrically insulated.
[0034]
As described above, since the layer to be etched and the DC power supply are electrically insulated, the layer to be etched is in an electrically floating state even when a DC voltage is applied to the stage.
[0035]
Therefore, the layer to be etched formed on the surface of the substrate is charged by the incident ions. When the layer to be etched is charged, the bias voltage between the plasma and the layer to be etched decreases. As a result, the etching is hindered, and the etching process cannot be performed substantially.
[0036]
Further, even if the etching process is not substantially prevented, the bias current due to the incident ions flows to the back surface of the substrate through the substrate.
[0037]
At this time, the bias current may also flow to a portion of the element and the like formed under the layer to be etched, which may damage a portion of the gate oxide film of the transistor, for example, and damage the semiconductor device. there were.
[0038]
For this reason, a plasma etching apparatus that applies a DC voltage as a bias voltage is not effectively applied, and a plasma etching apparatus that applies a high-frequency voltage as a bias voltage is still used.
[0039]
As a result, there is still a problem that it is difficult to secure a high etching rate and a high selectivity.
[0040]
The present invention has been made to solve the above problems, and one object is to provide a plasma etching apparatus in which a high etching rate and a high selectivity are ensured, and another object is to provide a high etching rate and a high etching rate. An object of the present invention is to provide a pattern forming method that ensures a high selectivity.
[0041]
[Means for Solving the Problems]
A plasma etching apparatus using plasma according to the present invention includes a chamber, a power supply unit, and a DC power supply. In the chamber, a plasma is generated by accommodating the substrate. The power supply unit contacts a conductive power supply unit formed on the surface of the substrate. The DC power supply is electrically connected to the power supply unit and applies a predetermined bias voltage to the power supply unit. It is assumed that the conductive power-supplying portion referred to in this specification includes, for example, a semi-conductive power feeding portion such as SiC or GaAs.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
An ECR type plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, first, a magnetic field coil 3 is provided around a vacuum chamber 1. A microwave introduction window 2 for introducing a microwave 50 into the vacuum chamber 1 is provided above the vacuum chamber 1. Further, a gas introduction system 4 for introducing a predetermined gas into the vacuum chamber 1 is provided.
[0043]
A stage 5 for holding a substrate is provided in the vacuum chamber 1. The SiC substrate 93 as a substrate is mounted on the stage 5 with a quartz plate 94 interposed.
[0044]
That is, the SiC substrate 93 is electrically insulated from the stage 5. As the SiC substrate 93, an N-type substrate doped with aluminum (Al) and having a specific resistance of 0.04 Ω · cm is preferable.
[0045]
Then, the power supply path 7 connected to the DC power supply 6 for applying a predetermined bias voltage comes into contact with a predetermined portion of the SiC substrate 93.
[0046]
In order to stabilize the plasma potential and stabilize the bias voltage, as a return path of a circuit for applying a DC voltage, a wall portion of the chamber 1 or a metal part (not shown) that comes into contact with the generated plasma is connected to a DC path. It is desirable that the power supply 6 be electrically connected to the power supply 6 via the return path 8.
[0047]
Next, the structure of the portion where the power supply path 7 contacts the SiC substrate 93 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, in order to hold the SiC substrate 93 placed on the stage 5 with the quartz plate 94 interposed therebetween, a wafer holder 10 made of, for example, alumina and covering the peripheral portion of the SiC substrate 93 is provided. I have.
[0048]
A part 72 of the power supply path 7 is provided on the back side of the wafer holder 10. As shown in FIG. 3, the leading end of the part 72 of the power supply path is in contact with a part of the SiC substrate 93 (layer to be etched) which is not covered with the resist pattern 20 as a power supply target.
[0049]
Thus, the power supply path 7 is in contact with the entire periphery of the peripheral portion of the SiC substrate 93. Note that a part 72 of the power supply path is formed of, for example, Au.
[0050]
Next, the operation of the above-described plasma etching apparatus will be described. First, the microwave 50 is introduced into the vacuum chamber 1 through the microwave introduction window 2. In the vacuum chamber 1, an ECR region (not shown) is formed by the magnetic field coil 3. On the other hand, a predetermined gas is introduced into the vacuum chamber 1 by the gas introduction system 4.
[0051]
In the ECR region, the introduced gas is ionized by microwaves to generate plasma. For example, in the case of a microwave having a frequency of 2.45 GHz, plasma is generated in an ECR region having a magnetic field intensity of 875 G.
[0052]
The SiC substrate 93 mounted on the stage 5 is electrically connected to the DC power supply 6 via the power supply path 7 including the part 72 of the power supply path formed on the back side of the wafer holder 10 as described above. ing. Thus, a predetermined bias voltage from the DC power supply 6 is reliably applied to the SiC substrate 93.
[0053]
The ions present in the generated plasma are accelerated by the bias voltage applied to the SiC substrate 93 and enter the surface of the SiC substrate 93. On the other hand, in plasma, the gas is excited to generate dissociated species such as radicals and active species. Some of the dissociated species of the gas thus generated adhere to the surface of the SiC substrate 93.
[0054]
On the surface of the SiC substrate 93, a predetermined etching process is performed on the layer to be etched by the reaction between the incident ions and the dissociated species of the attached gas.
[0055]
In the above-described plasma etching apparatus, in particular, since the DC power supply 6 and the SiC substrate (layer to be etched) 93 are electrically connected via the power supply path 7, the SiC substrate 93 can be reliably maintained at a predetermined bias voltage. Will be fixed.
[0056]
Thus, compared with the case where the SiC substrate (the layer to be etched) is electrically floating as in the case of the conventional plasma processing apparatus, the SiC substrate 93 is charged by the incident ions in the present plasma etching apparatus. Be suppressed.
[0057]
Therefore, the energy of the incident ions is reduced due to the charging of the SiC substrate 93, so that the progress of the etching is not hindered. As a result, a desired etching process can be reliably performed on the SiC substrate 93, and as described later, a high etching rate and a high etching selectivity can be secured.
[0058]
Further, the bias current caused by the incident ions does not flow to the back surface of the SiC substrate 93 through the SiC substrate 93. As a result, it is possible to prevent a portion of an element or the like already formed on the SiC substrate 93 from being destroyed due to the bias current flowing to the back surface of the SiC substrate 93.
[0059]
In the above-described plasma etching apparatus, gold (Au) is used as an example of the material of the part 72 of the power supply electrode provided on the back side of the wafer retainer 10. However, in addition to gold, for example, platinum (Pt) or the like is used. A chemically stable material having excellent electrical conductivity and resistance to radicals can be used.
[0060]
In addition, although alumina has been described as an example of the material of the wafer 10 holding member, another suitable insulating material may be applied.
[0061]
Embodiment 2
Here, a modified example of the power supply path in the plasma etching apparatus will be described. As shown in FIG. 4, for example, an arm-shaped power supply path 73 in which a wire made of gold (Au) is coated with an insulating material 74 made of alumina is provided. As shown in FIG. 5, the end of the power supply path 73 contacts the peripheral portion of the SiC substrate 93 as the power-supplied part that is not covered by the resist pattern 20.
[0062]
In the present plasma etching apparatus, a plurality (for example, three) of such arm-shaped power supply paths 73 are provided. In this case, it is desirable to dispose the power supply path 73 such that each end of the power supply path 73 contacts different positions along the peripheral portion of the SiC substrate 93.
[0063]
The remaining configuration is the same as that of the plasma etching apparatus shown in FIG. 1, and therefore, the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0064]
In the present plasma etching apparatus, plasma is generated in the ECR region in the same manner as in the above-described plasma etching apparatus. Some of the dissociated species of the gas generated in the plasma adhere to the surface of the SiC substrate 93.
[0065]
The SiC substrate 93 mounted on the stage 5 is electrically connected to the DC power supply 6 via the power supply paths 7 and 73, and a predetermined bias voltage from the DC power supply 6 is applied.
[0066]
The ions present in the generated plasma are accelerated by the bias voltage applied to the SiC substrate 93 and enter the surface of the SiC substrate 93. On the surface of the SiC substrate 93, a predetermined etching process is performed on the layer to be etched by the reaction between the incident ions and the dissociated species of the attached gas.
[0067]
In the above-described plasma etching apparatus, the DC power supply 6 and the SiC substrate (layer to be etched) 93 are electrically connected to each other via the plurality of arm-shaped power supply paths 73, so that the SiC substrate 93 has a predetermined bias voltage. Fixed securely.
[0068]
Thus, compared to the case where the SiC substrate (the layer to be etched) is in an electrically floating state, the plasma etching apparatus suppresses charging of the SiC substrate 93 by incident ions.
[0069]
As a result, the energy of the incident ions is reduced due to the charging of the SiC substrate 93, so that the progress of the etching is not hindered, and the desired etching process can be performed on the SiC substrate 93.
[0070]
Further, the bias current caused by the incident ions does not flow to the back surface of the SiC substrate 93 through the SiC substrate 93. As a result, it is possible to prevent a portion of an element or the like already formed on the SiC substrate 93 from being destroyed due to the bias current flowing to the back surface of the SiC substrate 93.
[0071]
In addition, by using the arm-shaped power supply path 73 in which a wire material such as gold is coated with an insulating material 74 as the power supply electrode, compared with the case where the power supply electrode is disposed on the back side of the wafer holder 10 described above, SiC The area where the substrate 93 is covered by the power supply electrode 73 is reduced.
[0072]
As a result, a region (area) for forming a semiconductor device on the SiC substrate 93 can be increased, and more semiconductor devices can be formed.
[0073]
In the above-described plasma etching apparatus, gold (Au) is taken as an example of the material of the power supply electrode 73. However, in addition to gold, for example, platinum (Pt) or the like has excellent electrical conductivity and is free from radicals. A chemically stable material having resistance can be applied.
[0074]
Although alumina is used as an example of a material for covering the power supply electrode 73, another suitable insulating material may be used.
[0075]
Further, in the plasma etching apparatus described in the first and second embodiments, an example has been described in which etching is performed on SiC substrate 93 as a layer to be etched using a predetermined resist pattern as an etching mask.
[0076]
In this plasma etching apparatus, an insulating etching mask such as a photoresist or a conductive etching mask is used for a conductive film or a semiconductive film (semiconductor film) such as Si or GaAs as a layer to be etched. Thus, a desired etching process can be performed.
[0077]
The above-described plasma etching apparatus has been described by taking an ECR type as an example. In addition, for example, a capacitively coupled plasma etching apparatus, an ICP (Inductively Coupled Plasma) type plasma etching apparatus, and a helicon type plasma etching apparatus And so on.
[0078]
Embodiment 3
Here, a case in which the ECR type plasma etching apparatus described in Embodiment 1 is applied and plasma etching is performed on a SiC substrate as a layer to be etched using a conductive Ni etching mask will be specifically described.
[0079]
In this case, as shown in FIG. 6, a predetermined Ni etching mask 30a is formed on SiC substrate 93. First, an example of a method for manufacturing a conductive etching mask such as the Ni etching mask will be described.
[0080]
As shown in FIG. 7, a Ni layer 30 is formed on a SiC substrate 93. Next, as shown in FIG. 8, a resist pattern 32 corresponding to the etching mask is formed on the Ni layer 30.
[0081]
Next, as shown in FIG. 9, the surface of the SiC substrate 93 is exposed by performing anisotropic etching on the Ni layer 30 using the resist pattern 32 as a mask. Thereafter, as shown in FIG. 10, by removing the resist pattern 32, a Ni etching mask 30a is formed.
[0082]
Next, the SiC substrate 93 is etched through the Ni etching mask 30a. First, SF is used as an etching gas. 6 (0.03 L / min (30 sccm)) and O 2 (0.01 L / min (10 sccm)) mixed gas was used. The pressure in the vacuum chamber 1 was 0.665 Pa (5 mTorr), the current flowing through the magnetic field coil 3 was 200 A, the microwave power was 1 KW, and the voltage of the DC power supply 6 was 200 V.
[0083]
As the substrate, an N-type SiC substrate 93 having a diameter of 2 inches, a thickness of 100 μm, and a specific resistance (Al-doped) of 0.04 Ω · cm was used. The thickness of the Ni etching mask 30a was 3 μm. The pattern of the Ni etching mask was a hole pattern having a diameter of 100 μm.
[0084]
As shown in FIG. 6, the power supply path 72 formed in the wafer holder 10 contacts the surface of the Ni etching mask 30a. As a result, a DC bias voltage is applied to the Ni etching mask 30a via the power supply path 7.
[0085]
At this time, it is desirable to form the mask pattern so that there is no electrically isolated pattern as the mask pattern of the Ni etching mask.
[0086]
For example, as shown in FIG. 11, the outer peripheral portion 30aa of the Ni etching mask that covers the peripheral edge of the SiC substrate and is in contact with the power supply path and the substantial mask pattern 30bb formed inside the outer peripheral portion 30aa are electrically connected. It is desirable to be connected.
[0087]
On the other hand, in the Ni etching mask 130 shown in FIG. 12, the outer peripheral portion 130a of the Ni etching mask is not connected to the substantial mask pattern 130b, and the substantial mask pattern 130b is electrically isolated. become.
[0088]
Since there is no electrically isolated pattern and the substantial mask pattern 30bb is connected to the outer peripheral portion 30aa, a bias voltage is uniformly applied to the entire Ni etching mask 30a.
[0089]
As a result, the ions present in the generated plasma are accelerated by the bias voltage applied to the SiC substrate 93 and are incident on the surface of the SiC substrate 93 almost uniformly.
[0090]
On the surface of the SiC substrate 93, the incident ions react with the dissociated species of the attached gas, so that a predetermined etching process is uniformly performed on the SiC substrate 93, as shown in FIG. It is formed.
[0091]
It was confirmed that the etching rate using a DC power supply as the bias voltage can achieve an etching rate of 6.5 μm / min for the SiC substrate 93.
[0092]
In addition, it was confirmed that an etching selectivity (SiC / Ni) value of 80 between the etching rate of the SiC and the etching rate of the Ni etching mask could be achieved.
[0093]
On the other hand, for comparison, results of an etching method using a high-frequency power supply as a bias voltage will be described. In this case, the conditions such as the flow rate and the pressure of the etching gas were the same as those when a DC power supply was used. Further, the high frequency power was set to 150 W so that the self-bias voltage excited by the high frequency was almost equal to the DC bias voltage (200 V).
[0094]
When the plasma etching process was performed under these conditions, it was confirmed that the value of the etching rate of the SiC substrate was 6 μm / min. It was also confirmed that the value of the etching selectivity (SiC / Ni) between the etching rate of SiC and the etching rate of the Ni etching mask was 40.
[0095]
Therefore, it was found that the etching rate of the SiC substrate was slightly increased by changing the bias voltage from the high frequency bias to the DC bias. It was also found that the etching selectivity was improved about twice.
[0096]
When the bias voltage was a DC bias, it was confirmed that an in-plane uniformity of the etching rate of 5% could be achieved, and it was found that good results were obtained. The in-plane uniformity is obtained by dividing the difference between the maximum value and the minimum value of the etching rate by twice the average value of the in-plane etching rate.
[0097]
Further, it was confirmed that the semiconductor device formed on the SiC substrate was not adversely affected by the plasma etching treatment, and it was found that the reliability of the semiconductor device could be secured.
[0098]
In the plasma etching process described above, the Ni etching mask 30 has been described as an example of the etching mask. As a material of the etching mask, a metal material such as Al, Cr, Au, Pt, and Ru can be used in addition to Ni.
[0099]
The etching mask may be formed by lift-off in addition to the above-described method using a resist pattern.
[0100]
In this case, first, a resist pattern 33 is formed on SiC substrate 93 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 15, a Ni film 30 is formed on SiC substrate 93 so as to cover resist pattern 33.
[0101]
Next, as shown in FIG. 16, by removing the resist pattern 3, a predetermined Ni etching mask 30a is formed.
[0102]
Further, a plating layer may be used in combination as an etching mask. In this case, first, as shown in FIG. 17, the seed layer 31 for plating is formed on the SiC substrate 93. Next, a resist pattern 32 is formed on the seed layer 31 as shown in FIG.
[0103]
Next, as shown in FIG. 19, a plating layer 34 of, for example, Ni plating is formed on the exposed seed layer 31. Next, as shown in FIG. 20, the resist pattern 32 is removed. Next, as shown in FIG. 21, the exposed seed layer 31 is removed to form an etching mask.
[0104]
In the above-described plasma etching process, the SiC substrate has been described as an example of the layer to be etched. As the layer to be etched, in addition to the SiC substrate, a conductive material such as a metal applied to a semiconductor device, Si, GaAs, and the like can be applied. Further, a conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) can be used.
[0105]
In the case of a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a surface of a Si substrate, plasma etching can be applied to a layer to be etched formed as a power-supplied portion formed on the Si substrate.
[0106]
In this case, as shown in FIG. 22, the power supply path 72 provided in the wafer holder 10 is brought into contact with the surface of the Si substrate 9 or a layer to be etched (not shown) formed on the surface, A plasma etching process will be performed.
[0107]
Further, as shown in FIG. 23, the tip of the arm-shaped power supply path 73 is brought into contact with the surface of the Si substrate 9 or a layer to be etched (not shown) formed on the surface to perform plasma etching. Will be applied.
[0108]
Further, as shown in FIG. 24, when a Ni etching mask 30, for example, is used as the etching mask, the power supply path 72 is brought into contact with the Ni etching mask to perform the plasma etching process.
[0109]
The above-described pattern forming method by the plasma etching process is summarized as follows. First, when a conductive material (a power-supplied portion including a semiconductive material) is applied as a layer to be etched, an etching mask made of an insulating material such as a photoresist, or a conductive material is used as an etching mask. An etching mask (power-supplied portion) can be used.
[0110]
In particular, when an etching mask made of an insulating material is used, a plasma treatment is performed on the layer to be etched by applying a DC bias voltage to the layer to be etched (power-supplied portion).
[0111]
On the other hand, when an etching mask made of a conductive material is used, a plasma process is performed on the layer to be etched by applying a DC bias voltage to either the layer to be etched or the etching mask (power-supplied portion). .
[0112]
In the case where an insulating film is used as a layer to be etched, an etching mask of a conductive material is used as an etching mask.
[0113]
In this case, a plasma process is performed on the layer to be etched by applying a DC bias voltage to the etching mask (power-supplied portion).
[0114]
In this manner, by applying a DC bias voltage to the layer to be etched or the etching mask, ions existing in the plasma are incident almost uniformly toward the layer to be etched, and dissociated species of the gas attached to the layer to be etched. , The layer to be etched can be uniformly etched.
[0115]
As a result, a high etching rate and a high etching selectivity are secured, and a desired pattern can be reliably and uniformly formed on the substrate.
[0116]
The embodiment disclosed this time is an example in all respects and should be considered as not being restrictive. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0117]
【The invention's effect】
According to the plasma etching apparatus using plasma according to the present invention, a voltage from a DC power supply is applied as a bias voltage to a power-supplied portion formed on a substrate via a power supply portion, and the substrate is securely fixed at a predetermined voltage. Is done. This suppresses the substrate from being charged by incident ions as compared with the case where the substrate is in an electrically floating state. Therefore, it is possible to prevent the energy of incident ions from being reduced due to the charging of the substrate, thereby preventing the progress of the etching from being hindered. As a result, a desired etching process can be reliably performed on the layer to be etched formed on the substrate, and a high etching rate and a high etching selectivity can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a plasma etching apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view around a stage of the plasma etching apparatus shown in FIG. 1 in the embodiment.
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view around the stage shown in FIG. 2 in the embodiment.
FIG. 4 is an enlarged sectional view around a stage of a plasma etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view around the stage shown in FIG. 4 in the embodiment.
FIG. 6 is an enlarged sectional view around a stage of a plasma etching apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one step of a pattern forming method in the embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 7 in the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 8 in the embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 9 in the embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing a pattern of an etching mask in the step shown in FIG. 10 in the embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing a pattern of an etching mask as a comparative example in the embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 10 in the embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step of another method for forming an etching mask in the embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 14 in the embodiment.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 15 in the embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a step of still another method for forming an etching mask in the embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 17 in the embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 18 in the embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 19 in Embodiment 1;
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a step performed after the step shown in FIG. 20 in Embodiment 1;
FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of a stage in a pattern forming method according to a modification in the embodiment.
FIG. 23 is another enlarged cross-sectional view of the periphery of the stage in the pattern forming method according to the modification in the embodiment.
FIG. 24 is another enlarged cross-sectional view of the periphery of the stage in the pattern forming method according to the modification in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 vacuum chamber, 2 microwave introduction window, 3 magnetic field coil, 4 gas introduction system, 5 stage, 6 DC power supply, 7, 72, 73 power supply path, 8 return path, 9 Si substrate, 10 wafer holder, 20, 32, 33 Resist pattern, 30Ni layer, 30a Ni etching mask, 31 seed layer, 34 plating layer, 50 microwave, 74 insulating material, 93 SiC substrate, 94 quartz plate.

Claims (8)

プラズマを用いたプラズマエッチング装置であって、
基板を収容してプラズマが生成されるチャンバと、
基板の表面に形成された導電性の被給電部と接触する給電部と、
前記給電部と電気的に繋がれ、前記被給電部に所定のバイアス電圧を印加するための直流電源と
を備えた、プラズマエッチング装置。
A plasma etching apparatus using plasma,
A chamber for accommodating the substrate and generating a plasma;
A power supply unit that contacts a conductive power supply unit formed on the surface of the substrate,
A plasma etching apparatus electrically connected to the power supply unit and including a DC power supply for applying a predetermined bias voltage to the power supply unit.
前記チャンバ内に配設され、基板を載置するためのステージ部と、
前記ステージ部に載置された基板の周縁部を押さえ込んで保持するための基板押さえと
を備え、
前記給電部は、前記基板押さえと基板との間に挟まれるように前記基板押さえにおいて被給電部と接触する側に配設された、請求項1記載のプラズマエッチング装置。
A stage unit disposed in the chamber, for mounting a substrate,
A substrate holder for holding the peripheral portion of the substrate placed on the stage portion by holding it down,
2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit is provided on a side of the substrate press that comes into contact with the power supply unit so as to be sandwiched between the substrate press and the substrate. 3.
前記給電部は、
前記被給電部に接触する端部を有する導電性線材と、
前記導電性線材を被覆する絶縁部と
を含み、
前記給電部は、基板の周縁部に位置する前記被給電部に接触するように配設された、請求項1記載のプラズマエッチング装置。
The power supply unit,
A conductive wire having an end contacting the power-supplied portion,
And an insulating portion that covers the conductive wire,
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the power supply unit is disposed so as to be in contact with the power supply unit located at a peripheral portion of the substrate.
前記給電部を複数備え、
複数の前記給電部は前記被給電部においてそれぞれ異なる位置に接触するように配設された、請求項3記載のプラズマエッチング装置。
A plurality of the power supply units,
The plasma etching apparatus according to claim 3, wherein the plurality of power supply units are disposed so as to contact different positions in the power supplied unit.
請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマエッチング装置を用いたパターン形成方法。A pattern forming method using the plasma etching apparatus according to claim 1. 基板の表面にエッチング処理が施される被エッチング層を形成する工程と、
前記被エッチング層上に、所定のエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを介して、前記被エッチング層にプラズマエッチング処理を施すことにより所定のパターンを形成するプラズマエッチング工程と、
前記エッチングマスクを除去する工程と
を備え、
前記被エッチング層を形成する工程および前記エッチングマスクを形成する工程では、前記被エッチング層および前記エッチングマスクの少なくとも一方が導電性材料によって形成され、
前記プラズマエッチング工程では、導電性材料によって形成された前記被エッチング層および前記エッチングマスクの少なくとも一方に、バイアス電圧として所定の直流電圧が印加される、パターン形成方法。
Forming a layer to be etched, which is subjected to an etching process on the surface of the substrate,
Forming a predetermined etching mask on the layer to be etched;
A plasma etching step of forming a predetermined pattern by performing a plasma etching process on the layer to be etched through the etching mask;
Removing the etching mask,
In the step of forming the layer to be etched and the step of forming the etching mask, at least one of the layer to be etched and the etching mask is formed of a conductive material,
The pattern forming method, wherein in the plasma etching step, a predetermined DC voltage is applied as a bias voltage to at least one of the etching target layer and the etching mask formed of a conductive material.
前記エッチングマスクを形成する工程では、前記エッチングマスクが導電性材料によって形成され、
前記プラズマエッチング工程では、導電性材料によって形成された前記エッチングマスクに所定の前記直流電圧が印加される、請求項6記載のパターン形成方法。
In the step of forming the etching mask, the etching mask is formed of a conductive material,
7. The pattern forming method according to claim 6, wherein in the plasma etching step, the predetermined DC voltage is applied to the etching mask formed of a conductive material.
前記エッチングマスクを形成する工程では、前記エッチングマスクは前記エッチングマスクの全体が電気的に繋がるように形成される、請求項7記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to claim 7, wherein in the step of forming the etching mask, the etching mask is formed so that the entire etching mask is electrically connected.
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