JP2005504439A - Method for etching a pattern in an etching body using plasma - Google Patents
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Abstract
本発明は、プラズマ(15)を用いてエッチングボディ(19)にパターンをエッチングする方法たとえばエッチングマスクにより横方向に精確に規定された切り欠きをシリコンボディにエッチングする方法に関する。この場合、高周波交流電圧を用いて少なくとも時折、高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力をエッチングボディ(19)に入力結合し、しかもその際、プラズマ(15)の強度を時間の関数として変調する。The present invention relates to a method for etching a pattern in an etching body (19) using plasma (15), for example, a method for etching a notch precisely defined in the lateral direction by an etching mask in a silicon body. In this case, a high-frequency power pulsed and modulated at a low frequency is input-coupled to the etching body (19) at least occasionally using a high-frequency alternating voltage, and the intensity of the plasma (15) is a function of time. Modulate.
Description
【0001】
本発明は主請求項に記載の、プラズマを用いてエッチングボディにパターンをエッチングする方法たとえば横方向に精確に規定された切り欠きをシリコンボディにエッチングする方法に関する。
【0002】
従来の技術
たとえば DE 42 41 045 C1 などの形式に従って横方向に精確に規定された切り欠きをシリコンボディにエッチングするプラズマエッチングプロセスにおいては、ポケット安定性(Taschenstabilitaet)が不十分であるという問題点がたびたび発生し、つまり要求されたエッチングプロファイルの偏差が発生し、殊にエッチングボディと誘電体界面との間の境界面たとえばシリコンとその下に位置するシリコン酸化物との間の境界面においてエッチングプロファイルの偏差が生じる。
【0003】
そのため DE 199 57 169 A1 にはいわゆるダブルパルス技術についてすでに記載されており、これによれば誘導結合プラズマ装置におけるエッチングチャンバ内の基板電極に高いパルスピーク出力の高周波変調された搬送波信号を低周波パルス化して加えることにより、このような望ましくないポケット形成(Taschenbildung)が抑圧され、これと同時にプラズマエッチングプロセスに対する広いプロセス窓が得られるようになる。たとえばこのようにすることで、5:1〜10:1というエッチングパターンのアスペクト比において十分なポケット安定性が達成され、オーバーエッチングに対する所定の許容度が得られるようになる。とはいうものの形成されるトレンチのアスペクト比がさらに高いと、もしくはオーバーエッチング時間がさらに高いと、このプロセスにおいてもポケット形成を完全に抑圧することはできない。
【0004】
DE 199 33 842 A1 によれば誘導結合プラズマ源のパルス化も提案されており、これによってプラズマ放電休止中に増加して発生する負イオンが、高いアスペクト比をもつパターンにおける誘電性のエッチングベースないしはレジストの正の帯電を放電させるのに寄与することになる。ICPプラズマ源(ICP = ”inductively coupled plasma”)をこのようにパルス化するときの著しい問題点は、対応する高周波発生器において高い反射パワーが発生することである。その理由は、プラズマ放電の点弧中はプラズマにおいてはっきりしない条件が生じるからであり、それらの条件によって遷移期間中、入力結合された高周波パワーをプラズマインピーダンスに整合させるのが非常に難しくなってしまう。そのためプラズマ放電の点弧は、電気的に容量結合されたモードから誘導結合されたモードへの移行状態を成しており、これによってインピーダンスの誤整合が引き起こされ、ひいては反射パワーが生じてしまう。
【0005】
この問題を克服するため DE 199 27 806 A1 によれば、周波数決定素子としてプラズマ源を備えフィードバック路に増幅器として高周波発生器をもつマイスナー発振器の形式のフィードバック回路を介して遷移時相中、励起電圧の周波数を自由にすることが提案されている。しかしながらこの方法の欠点は、産業施設に対して許可されている周波数範囲外の周波数が発生するおそれがあることであり、これによって遮蔽が必要とされる。
【0006】
さらに未公開の出願 DE 100 51 831.1 には、誘導結合プラズマを用いて基板をエッチングする装置および方法がすでに提案されている。これによれば基板とICP源との間にスタティックなまたは時間とともに変化する磁界がおかれ、この磁界は少なくとも2つの上下に配置されたマグネットコイルを用い、これらのコイルに対し互いに逆方向に電流を流すことにより生成される。
【0007】
本発明の課題は、パターンをエッチングしてエッチングボディを形成する方法において、殊にエッチングされるパターンのアスペクト比が高くかつオーバエッチング時間が長いときでも、ポケット安定性を改善することにある。
【0008】
発明の利点
従来技術とは異なり本発明による方法によれば、たとえばシリコンなどのエッチングにあたり、SiO2層のような埋め込まれた誘電性エッチストップ層に達したときなどに殊にポケット安定性が格段に高まり、しかもオーバエッチングに対し許容度が高まる。
【0009】
従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【0010】
「放電休止」中プラズマ放電がかろうじて消弧せず誘導結合モードに維持されるようプラズマ強度を変調もしくはパルス化すると格別有利であり、つまりこの期間中はかろうじて最小放電を維持するのに必要とされる程度の高周波電力がプラズマ源もしくは誘導結合プラズマに供給される。これらの放電休止中もしくはパルス休止中プラズマは完全には消弧されないことから、次にプラズマを最大強度まで高める際にそのつど高い反射電力が発生するのが回避される。その理由は、電気的に容量結合されるプラズマ放電の始動時相が十分に回避されるからであり、プラズマ放電の誘導結合時相においてただちに始められるからである。
【0011】
この場合にさらに有利であるのは、DE 199 57 169 A1 に記載されているダブルパルス技術に従って行われる基板電極に入力結合される高周波電力をパルス強度の変調と時間について相関させるまたは同期合わせすることである。
【0012】
この関連でさらに有利であるのは放電休止中、事前に正で帯電したイオンと電子が支配的であるプラズマが、正と負で帯電したイオンから成るいわゆる「両極性」のプラズマへ遷移することであり、つまりいわゆる「アフターグロー after−glow」時相中、正で帯電したイオンとの再結合または中性粒子による捕獲によって自由電子が取り込まれる。電子を包囲する中性粒子が数的に平衡を失うことで、電子捕獲による負イオンの生成はこの場合には支配的な反応である。このため「正常な」プラズマにおいてはプロトンの質量の数倍の質量に相応する質量をもつ負の電荷キャリアの個数は、プロトンの質量の数倍の質量に相応する質量をもつ正の電荷キャリアの個数よりも3〜4のオーダだけ小さいのに対し、この時相中はこれら負と正の電荷キャリアの個数はほぼ等しい。イオンよりも自由電子の割合が少なくなってプラズマ中でも不平衡な電荷キャリア質量と電荷キャリア移動度の因果関係が消滅するので、プラズマ電位は数10Vの領域にある事前の正の値から0V付近の値に近づき、したがって正の電位も負の電位も処理すべきエッチングボディたとえばシリコンウェハに同じように到達することができ、そのことでアスペクト比が高くても最適な電荷の平衡調整が実現される。
【0013】
誘導結合プラズマは完全に電子なしでは維持できないが、電子密度が小さくなるにつれて正と負の電荷キャリアがいっそう等価になっていき、妨害を及ぼす帯電の中性化にいっそう良好に作用するようになる。殊に本発明による方法においてとりわけ有利であるのは、電子密度をできるかぎり小さくすることであり、もしくは本発明による方法の実行にあたり電子密度をできるかぎり小さく維持できるようにすることである。
【0014】
さらに時間の関数としてのプラズマ強度の変調を、有利には適切なコイル発電機からプラズマへ入力結合される高周波電力をたとえば周期的に時間とともに変化させることによって行うことができるほか、これに対する代案としてまたはこれに加えて、たとえば DE 100 51 831.1 の形式による装置の磁界などプラズマに作用を及ぼす磁界の磁界強度を周期的に変化させることによって行うこともできる。
【0015】
図面
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【0016】
図1は、本発明による方法を実施するためのプラズマエッチング装置の基本構成図である。図2はプラズマ強度の時間的変調に関する第1の実施例を説明する図であり、この変調は基板電極に入力結合される高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力と同期合わせされている。図3は、高周波パルス化され低周波で変調された図2による高周波電力の構造を説明する図である。図4は、プラズマ強度の変調および基板電極に入力結合される高周波電力との同期合わせに関する第2の実施例を説明する図である。図5は、やはり低周波でクロック制御されるパルス休止中の第3の実施例を説明する図である。図6は、やはり低周波でクロック制御される第2の実施例を説明する図である。
【0017】
実施例
図1には DE 100 51 831.1 により公知のプラズマエッチング装置5が示されており、この装置によってたとえば DE 42 41 045 C1 の形式によるトレンチを製造するためにシリコンにおいて異方性プラズマエッチングプロセスが実行される。さらに詳しく説明すると、エッチングチャンバ10、基板電極18およびその上に配置された基板19たとえばシリコンウェハが設けられている。さらに基板電極18は、インピーダンス整合用の第2のマッチボックス21および基板電力発生器22と電気的に接続されている。
【0018】
エッチングチャンバ10の上方領域にはエッチングチャンバ10を取り囲むコイル11が設けられており、これらのコイルはインピーダンス整合用の第1のマッチボックス12を介してコイル発電機13と接続されている。上述のコイル発電機13と第1のマッチボックス12を介しコイル11によって、高周波電力11がエッチングチャンバ10に入力結合され、それによりそこにおいて誘導結プラズマ15が形成される。さらに図1によれば、プロセスガスを供給または排気するために、たとえばエッチングガスと不活性ガスを交互に供給または排気するために、エッチングチャンバ10はその上方領域にガス供給管14を、その下方領域にガス排気管20を有している。
【0019】
さらにエッチングチャンバ10は誘導結合プラズマ15と基板電極18との間で2つの磁界コイル16に取り囲まれており、そのため2つの適切なスペーサ17がエッチングチャンバ10の側壁に組み込まれており、これらのスペーサはコイル16を収容している。プラズマエッチング装置5の詳細構造については DE 100 51 831.1 を参照されたい。
【0020】
コイル発電機13と第1のマッチボックス12を用いてプラズマ15の強度を時間の関数として変調するため、DE 199 27 806 A1 または有利には DE 199 33 842 A1 から公知の装置が設けられており、この装置はたとえばそこに記載されているように第1のマッチボックス12またはコイル発電機13に統合されている。
【0021】
さらに基板電力発生器22と第2のマッチボックス21と基板電極18とによって、高周波パルス化され低周波で変調された高周波が基板19に入力結合される。これについては DE 199 57 169 A1 に記載されている。
【0022】
図3には高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力が示されている。この場合、周期的に交互に低周波でクロック制御されたパルスパケット30とクロック制御されたパルス休止31が基板電極18に入力結合され、これはたとえば1Hz〜500Hzの周波数をもち、有利には10Hz〜250Hzの周波数たとえば100Hzの周波数をもち、20%〜80%のデューティサイクル有利には50%のデューティサイクルであって、平均電力は有利には5W〜20Wたとえば10Wである。その際、図3に示されている低周波クロック制御されたパルスパケット30は、高周波クロック制御されたパルス32と高周波クロック制御されたパルス休止33による周期的に交番する列から成り、この周期の周波数は有利には10kHz〜500kHzたとえば100kHzであり、デューティサイクルは有利には2%〜20%たとえば5%である。この場合、基板電極18に入力結合されている平均電力は時間平均でたとえば5W〜40W付近にあり、たとえば高周波クロック制御された休止32の間では20Wである。
【0023】
さらに図3に示されているように高周波クロック制御された個々のパルス32は高周波搬送波信号から成り、この信号はたとえば13.56MHzの周波数をもち、有利には100W〜1kWの高周波電力たとえば400Wの高周波電力を有している。図3についてのその他の詳細な点は、特許出願 DE 199 57 169 A1 を参照されたい。
【0024】
図3による基板電極18における信号形状について殊に留意しておきたいのは、低周波クロック制御により発生する十分に長いパルス休止31が遵守されることであり、エッチングされるトレンチ内の誘電性境界層の領域においてこの1つの休止期間中に放電を行えることである。このようなゆっくりとしたパルス化であるとプロセス安定性自体は低減され、それによって狭いプロセス窓が生じてしまうのであるが、できるかぎり低いパルス対休止の比(デューティサイクル)たとえば1:10または1:20の比をもつ高周波搬送信号34の付加的な高周波変調によって、基板電極18に対し非常に高い基板電極電圧が同時に低い電流で加えられるので、著しく幅が広く許容度の高いプロセス窓が生じる。この場合、デューティサイクルにより電流電圧関係が制御され、ひいては基板電極18からみたプラズマ15の見かけ上の抵抗値が制御される。
【0025】
図2には本発明による方法の第1の実施例が示されており、この場合、高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力が基板電極18においてプラズマ強度の変調と同期合わせられ、これにより最小電力のプラズマ励起(プラズマはほぼなし)すなわち第1のプラズマ強度最小値41がそれぞれ低周波クロック制御されたパルス休止31と重なるようになる。その結果、形成されるトレンチにおいて低周波クロック制御されたパルス休止31中は放電が強まることになる。その理由はトレンチの自己放電が生じるだけでなく、パターンベースへ負イオンも増大して引き寄せられ、そこに存在する正の電荷と結合して中性化されるからである。
【0026】
なお、図2に書き込まれている1:1のオン/オフ比すなわち第1のプラズマ強度最大値40の期間と第1のプラズマ強度最小値41の期間との比は例示にすぎない。むしろプラズマ励起効率の理由から好適であるのは、プラズマ15をできるかぎり長く励起しかつできるかぎり短い時間だけ消すことであり、つまり励起ないしはプラズマ強度のオン/オフ比を1:1よりも著しく小さい比に設定するのが有利である。その目的は、プラズマ15に入力結合される高周波電力において必要とされるパルスピーク電力が莫大に大きくなってしまうのを避けることである。たとえば3kW〜5kWというコイル11の平均電力のためには1:1のオン/オフ比のとき、望ましい時間平均値を得るために6kW〜10kWものパルスピーク電力が必要とされる。
【0027】
図2にさらに示されているように、第1のプラズマ強度最大値40とそれに続く第1のプラズマ強度最小値41の期間は、低周波クロック制御されたパルスパケット30とそれに続く低周波クロック制御されたパルス休止31の期間と等しい。しかも第1のプラズマ強度最小値41中のプラズマ15の強度は、プラズマ15がこのプラズマ強度最小値中かろうじて消弧しない程度に低く選定されている。
【0028】
図4には、プラズマ強度の変調と高周波パルス化され低周波で変調された基板電極18における高周波電力との同期合わせに関する第2の実施例が示されている。この場合、できるかぎり高いオン/オフ比を維持する目的でたとえば、図示されているように基板電極18におけるそれぞれ2つまたはそれよりも多くの個数の高周波クロック制御されたパルス32が第2のプラズマ強度最大値40′によって囲まれており、プラズマ15はそれに続く高周波クロック制御されたパルス休止33中は”Low”モードに切り替えられ、つまりプラズマ強度は第2のプラズマ強度最小値41′に到達する。このプラズマ強度最小値41′は、プラズマ15がこの期間中かろうじて消弧しない程度に低く選定されている。このように常に2つまたはそれよりも多くの高周波クロック制御されたパルス32が第2のプラズマ強度最大値40′の中に入り、その後ふたたび、高周波クロック制御されたパルス休止33が第2のプラズマ強度最小値41′と重なり合う。
【0029】
図2に示した実施例とは異なり図4に示した実施例の利点は、図4の場合にはプラズマ強度の比較的低周波の変調において比較的長いオン時間中、形成されるトレンチ内にいっそう僅かな電荷しか蓄積させないことである。このことによって、たとえば最大でも20という比較的僅かな高周波クロック制御されたパルス32だけが第2のプラズマ強度最大値40′と重なり合うたびに、この期間中に比較的僅かな電荷しかトレンチ内に蓄積せず、その後、後続の第2のパルス最小値41の間に再び放電が発生するようになる。
【0030】
しかもプラズマ15中の最大負イオン密度は、第2のプラズマ強度最大値40′が消滅したときまたはその直後の短期間中にしか発生せず、つまり最大放電作用は第2のプラズマ強度最小値41′への移行中および移行後、短期間だけ達成される。その後、プラズマ15において著しく低減された負イオン密度だけが得られ、このことは利用にあたりできるかぎり短いプラズマ強度最小値41′と相応に高い放電効率が得られることを意味する。しかも図4による実施例の場合にも、プラズマ励起時ないしはプラズマ15へ高周波電力が入力結合されるときに1:1よりも著しく小さいオン/オフ比にすることは得策ではない。それというのも、さもないとプラズマ生成に必要とされるパルスピーク電力が不経済に高くなってしまうからである。
【0031】
具体的には、誘導結合プラズマ15に入力結合される高周波電力はこんどは3kW〜5kWとなり、高周波クロック制御されたパルス32と後続の高周波クロック制御されたパルス休止33の周波数はたとえば5%のデューティサイクルのときに100kHz付近にあり、さらに基板電極18に入力結合された平均高周波電力は低周波クロック制御されたパルスパケット30中はたとえば20W付近にある。なお、図4には、図2に示した低周波クロック制御されたただ1つのパルスパケット30中のプラズマ強度の変調しか描かれていない。低周波クロック制御されたこのパルスパケット30に続いて次にくるのは低周波クロック制御されたパルス休止31であり、この期間中には同時にプラズマ15の強度も図2に示した第1のプラズマ強度最小値41まで低減し、低周波クロック制御されたパルス休止31の期間中はそこにとどまり続ける。このことは図6に完全なかたちで描かれている。
【0032】
図5には、プラズマ15の強度を高周波パルス化され低周波で変調され基板電極18に入力結合される高周波電力と時間的に同期合わせするための第3の実施例が示されている。この場合には図6とは異なり、低周波クロック制御されたパルス休止31中も図4に示されているようなプラズマ15の強度の時間変調が維持される。
【0033】
このため比較的長い低周波クロック制御されたパルス休止31中、プラズマ15は繰り返し高くなったり低くなったりするするので、プラズマ消滅フェーズがそれに付随して負イオン密度が高まりながらたえず繰り返されるようになる。ここで「比較的長い」という表現は、プラズマ消滅後もしくは第2のプラズマ強度最小値41′へのプラズマ強度の移行後のプラズマ15中の負イオン密度の減衰期間に対して比較的長いということである。したがって、パルス休止31の開始にあたりプラズマ消滅が負イオン密度の上昇とともに一度だけしか発生せず、その後、低周波クロック制御されたパルス休止31の期間と比べれば急速にそれがふたたび減衰するだけでなく、エッチングボディ内に形成されるトレンチを放電させるためにこの種のフェーズが繰り返し与えられることで、低周波クロック制御されたパルス休止31がいっそう効率的に利用されることになる。このようにして低周波クロック制御されたパルス休止31はトレンチの自己放電のためだけでなく、低周波クロック制御されたパルス休止31の間に付加的に周期的に「負イオン密度ピーク」が与えられるようになり、これによって放電プロセスが加速される。これに加えてこのことにより、プラズマ生成のためには「デューティサイクル」が低すぎるという問題も緩和される。その理由は、プラズマ生成と基板電極18における高周波電力の低周波変調との分離により1:1よりもよい「デューティサイクル」も簡単に実現できるからである。
【0034】
プラズマ15の強度をプラズマ15の消弧に近い強度最小値41,41′に設定しかつ安定化する目的で、プラズマ15が消弧しそうなときつまり誘導モードから電気的に容量結合したモードへ遷移しそうなときにコイル発電機13に反射する電力が跳躍的に高まることを利用する。コイル発電機13の順方向電力をただちに調整して高めることによってこの状態がくい止められ、誘導結合動作モードの限界に保持されるので、このようにしてコイル発電機13の電力が高められることでプラズマ15内の電子密度が再び安定動作状態の値まで高められる。
【0035】
ここでコイル発電機13の順方向電力PForward はプラズマ最小値41,41′において次式に従いコイル発電機13に反射される電力PReflected と結合される:
PForward =PSoll +V・PReflected
ここでVは調整回路の増幅係数であり、有利にはV>>1が適用される。V=1の事例は最新の高周波発電機において一般的な”Load”制御に相当し、つまり順方向電力は反射電力が発生したとき、順方向電力と逆方向電力の差すなわちプラズマ15に実際に入力結合される高周波電力が所定の目標値と一致して一定に保持されるよう制御される。このような慣用の”Load”制御の状況は、クリティカルなモード境界におけるプラズマ15の安定化のためにはしばしば不十分である。それというのもプラズマ15に入力結合される実効高周波電力は、消弧するプラズマ15をくい止めるのに必要とされるようには高まらないからである。したがってここでは反射係数Vを1よりも大きい値に設定するのが有利であり、たとえば5〜10の値に設定するとよい。しかもこの場合、設定目標値(PSoll)として、プラズマ15の限界動作すなわちプラズマ15の消弧よりも僅かに高い強度のために必要とされる値にできるかぎり近い値あるいはそれどころからその値よりも小さい値が設定される。
【0036】
なお、これまで説明してきたパルスストラテジすなわちプラズマ強度と基板電極18に入力結合された高周波電力を時間の関数として変調することは DE 42 41 045 C1 の形式のプロセスにおいて、デポジットサイクル経過中にも使用されるしエッチングサイクル中にも使用される。とはいえ通常はエッチングサイクルに限定すれば十分であって、その理由はエッチングサイクル中しかポケット形成の危険が存在しないからである。しかもこの場合、デポジットサイクル中は発電機出力全体を利用できる。また、デポジションサイクル中、高周波電力から基板電極19への入力結合を完全に遮断するのが有利である。
【0037】
プラズマ15の強度のきわめて簡単な変調は磁気コイル装置を備えた誘導結合プラズマ源を使用することにより行うことができ、これは DE 100 51 831.1 に記載されており図1に描かれている。この場合、ICP源すなわち誘導結合プラズマ15と基板19との間に少なくとも2つの磁界コイル16が配置されており、上方の磁界コイル16はICP源と向き合っており、下方の磁界コイルは基板19に向き合っており、これらの磁界コイルには互いに逆極性の一般には異なる大きさの電流が流され、その結果、互いに逆方向の通常は異なる強さの磁界が発生する。
【0038】
詳しくはこの場合、ICP源に向き合った上方の磁界コイル16は最適なプラズマ生成に必要とされる磁界強度に設定される一方、基板19に向き合った下方の磁界コイル16はそれとは逆方向の磁界を発生し、この磁界の強さはエッチングの最適な均質性に必要な強さすなわち基板表面上へ加わるエネルギーを最適に分散させるのに必要とされる強さに設定される。
【0039】
磁界コイル16の使用によってまず第1に、かろうじて消弧していないプラズマの限界状況においてとりわけ、このコイルがないときよりも低い励起密度と電子密度でプラズマ15を保持できるようになる。これはプラズマ源領域における変換損失が低減されることで生成された磁界によってプラズマ15中に存在する電子の「寿命」が延びることによるものであって、その結果、きわめて良好に所望の両極性プラズマを最小の自由電子密度でプラズマ強度最小値41,41′中に維持できるからである。
【0040】
さてここでプラズマ15の強度の変調を実現するために、図1に示したプラズマ装置5においてコイル発電機13からコイル11を介してプラズマ15に入力結合される高周波電力だけでなくこれに加えて、あるいは択一的に、磁界コイル16により生成される磁界もチャンバ10内で利用することができる。したがって第1のプラズマ強度40を設定するためにたとえばまず第1に磁界コイル16におけるコイル電流が使用され、この電流は DE 100 51 831.1 によるプロセスの目標電流値に相応し、つまりたとえば上方の磁界コイル16に対しては10Aが設定され、これとは逆極性の下方の磁界コイル16に対しては7Aが設定される。
【0041】
その後、プラズマ強度最小値41,41′に切り替えるためこれらの電流が低減され、たとえばこれは磁界コイル16にける両方の電流がゼロまで戻されるかタイミング制御されるようにして行われる。とはいえこれに対する代案として中間値に設定してもよく、たとえば上方の磁界コイル16に対しては3A、下方の磁界コイル16に対しては2Aを設定することができる。
【0042】
したがって最も簡単な実施形態では両方のコイル電流はそれぞれ同時に上方の極値と下方の極値との間をいったりきたりして切り替えられ、これによりコイル発電機13の電力を戻すのと同じ効果が得られ、つまり磁界コイル電流が弱められるとプラズマ密度がなくなってプラズマ強度最小値41,41′に到達し、その際に短期間、電子と中性ガス粒子との再結合により高い負イオン密度が発生する。しかしここで留意しなければならないのは、磁界コイル電流はプラズマ15に入力結合される高周波電力のように急速には変調できないことである。殊に磁界コイル16のインダクタンスに起因して、10kHzよりも小さいクロック周波数しか可能でない。他方、直流電流の変更は、コイル発電機13を用いた高周波交流電圧の変更よりも著しく簡単であるし問題がない。
【0043】
反射電力を防止するために殊に好適であるのは、磁界コイル16における電流の変更を即座に行うのではなく、有限の変更速度をもつようにすることであり、このことは当然ながらコイル発電機13の高周波電力の変更についてもあてはまり、この場合、第1のマッチボックス12を用いたインピーダンス整合をできるかぎりゆっくりと電力変更することにより概していっそう簡単に行うことができる。
【0044】
このような有限の変更速度はマグネットコイル電流の変調によってきわめて簡単に行うことができる。その理由は、この場合には直流電圧または直流電流だけを有限の側縁急峻度をもつ変調電圧と重畳すればよいからである。
【0045】
したがって既述の実施例においてたとえば式
U1(t)=U01・sin(ωt) U2(t)=−U02・sin(ωt)
に従い変化する交流電圧もしくは交流電流が両方の磁界コイル16において使用される。この場合、両方の磁界コイル16における交流電圧もしくは交流電流はいかなる時点でも逆相であり、U01とU02は両方の磁界コイル16のそれぞれ一方における電圧振幅もしくは電流振幅を表す。
【0046】
択一的に、整流された交流電圧もしくは交流電流を用いた動作も可能であり、この場合には項sin(ωt)がそれぞれ絶対値abs(sin(ωt))によって置き換えられる。
【0047】
さらに既述のように、マグネットコイル電流をゼロまで戻さないのもしばしば有利である。両方の磁界コイル16を流れるコイル電圧もしくはコイル電流はたとえば次式のとおりである:
U1(t)=Uoffset,1+U01・abs(sin(ωt))
U2(t)=−Uoffset,2−U02・abs(sin(ωt))
この場合、オフセット電流もしくはオフセット電圧Uoffset,1もしくはUoffset,2はそれぞれ、いわゆる「ビーク作用 beaking effect」が基板19の周縁領域においてなお有効に抑圧され、ひいては基板表面全体にわたり均質なエッチング結果がなお得られるように選定される。
【0048】
さらに上述の式による周波数ωが比較的小さく、つまりたとえば10Hz〜50Hzであり、インピーダンス整合に使用される第1のマッチボックス12の速度がプラズマ強度のこのような変調に追従するのに十分な速さがあれば、このようにしてコイル発電機13に反射電力が入るのを完全に回避することができ、それにもかかわらず不所望なポケット形成を著しく抑えることができる。ここで重要なのは、プラズマ15の密度が変調されること、この変調により有利には周期的に負イオン密度の高まった時相を利用できること、そしてこの時相によって高いアスペクト比をもつトレンチの放電が得られることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による方法を実施するためのプラズマエッチング装置の基本構成図である。
【図2】
プラズマ強度の時間的変調に関する第1の実施例を説明する図である。
【図3】
高周波パルス化され低周波で変調された図2による高周波電力の構造を説明する図である。
【図4】
プラズマ強度の変調および基板電極に入力結合される高周波電力との同期合わせに関する第2の実施例を説明する図である。
【図5】
やはり低周波でクロック制御されるパルス休止中の第3の実施例を説明する図である。
【図6】
やはり低周波でクロック制御される第2の実施例を説明する図である。[0001]
The present invention relates to a method for etching a pattern in an etching body using plasma as described in the main claim, for example, a method for etching a notch precisely defined in the lateral direction in a silicon body.
[0002]
Conventional technology
For example, in the plasma etching process in which a notch precisely defined in the lateral direction is etched into a silicon body according to a format such as DE 42 41 045 C1, there is a problem that pocket stability (Taschenstabilite) is insufficient. That is, the required etching profile deviation occurs, especially at the interface between the etching body and the dielectric interface, for example the interface between silicon and the underlying silicon oxide. Arise.
[0003]
For this reason, DE 199 57 169 A1 already describes a so-called double pulse technique, in which a high frequency modulated carrier signal with a high pulse peak output is applied to a substrate electrode in an etching chamber in an inductively coupled plasma apparatus. By adding it, such unwanted pocket formation is suppressed, and at the same time, a wide process window for the plasma etching process is obtained. For example, by doing so, sufficient pocket stability is achieved at an etching pattern aspect ratio of 5: 1 to 10: 1, and a predetermined tolerance to overetching is obtained. Nevertheless, pocket formation cannot be completely suppressed even in this process if the aspect ratio of the trench to be formed is higher or if the overetching time is higher.
[0004]
DE 199 33 842 A1 also proposes pulsing an inductively coupled plasma source, whereby negative ions generated during the plasma discharge pause are generated in a dielectric etching base or pattern in a pattern with a high aspect ratio. This contributes to discharging the positive charge of the resist. A significant problem when pulsing the ICP plasma source (ICP = “inductively coupled plasma”) in this way is that high reflected power is generated in the corresponding high-frequency generator. The reason is that during plasma discharge firing, there are unclear conditions in the plasma that make it very difficult to match the input coupled high frequency power to the plasma impedance during the transition period. . For this reason, the ignition of the plasma discharge is in a state of transition from the electrically capacitively coupled mode to the inductively coupled mode, which causes impedance mismatching and, consequently, reflected power.
[0005]
In order to overcome this problem, DE 199 27 806 A1 according to DE 199 27 806 A1 provides an excitation voltage during the transition phase via a feedback circuit in the form of a Meissner oscillator with a plasma source as frequency determining element and a high frequency generator as an amplifier in the feedback path It has been proposed to free up the frequency. However, the disadvantage of this method is that it may generate frequencies outside the frequency range permitted for industrial facilities, which necessitates shielding.
[0006]
Furthermore, an unpublished application DE 100 51 831.1 already proposes an apparatus and a method for etching a substrate using inductively coupled plasma. According to this, a static or time-varying magnetic field is placed between the substrate and the ICP source, and this magnetic field uses at least two upper and lower magnet coils, and currents flow in opposite directions with respect to these coils. It is generated by flowing.
[0007]
It is an object of the present invention to improve pocket stability in a method of forming an etched body by etching a pattern, particularly when the etched pattern has a high aspect ratio and a long overetch time.
[0008]
Advantages of the invention
Unlike the prior art, according to the method according to the invention, for example when etching silicon, etc.2Pocket stability is particularly enhanced, especially when a buried dielectric etch stop layer such as a layer is reached, and the tolerance to overetching is increased.
[0009]
The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
[0010]
It is particularly advantageous to modulate or pulse the plasma intensity so that the plasma discharge remains in the inductively coupled mode without being extinguished during the "discharge pause", i.e. it is only needed to maintain a minimal discharge during this period. A certain amount of high frequency power is supplied to the plasma source or inductively coupled plasma. Since these plasmas are not extinguished during the discharge pause or pulse pause, it is avoided that a high reflected power is generated each time the plasma is next increased to the maximum intensity. The reason for this is that the starting time phase of the electrically capacitively coupled plasma discharge is sufficiently avoided and can be started immediately in the inductively coupled time phase of the plasma discharge.
[0011]
It is furthermore advantageous in this case to correlate or synchronize the high-frequency power input coupled to the substrate electrode, which is performed according to the double pulse technique described in DE 199 57 169 A1, in time with the modulation of the pulse intensity. It is.
[0012]
A further advantage in this connection is that during the discharge cessation, the plasma, which is dominated by positively charged ions and electrons, transitions to a so-called “bipolar” plasma consisting of positively and negatively charged ions. That is, during the so-called “afterglow after-glow” time phase, free electrons are taken in by recombination with positively charged ions or by capture by neutral particles. The generation of negative ions by electron capture is the dominant reaction in this case due to the numerical loss of the neutral particles surrounding the electrons. For this reason, in a “normal” plasma, the number of negative charge carriers with a mass corresponding to several times the mass of the proton is equal to the number of positive charge carriers with a mass corresponding to several times the mass of the proton. The number of these negative and positive charge carriers is approximately equal during this time phase, while it is smaller than the number by an order of 3-4. Since the proportion of free electrons is smaller than that of ions and the causal relationship between the charge carrier mass and the charge carrier mobility that is unbalanced in the plasma disappears, the plasma potential is about 0 V from a positive value in the region of several tens of volts. Approaches the value, so that both positive and negative potentials can reach the etching body to be processed, for example a silicon wafer, in the same way, so that optimal charge balancing is achieved even with a high aspect ratio .
[0013]
Inductively coupled plasmas cannot be maintained without electrons, but as electron density decreases, positive and negative charge carriers become more equivalent and work better for neutralization of disturbing charges. . Particularly advantageous in the process according to the invention is to make the electron density as small as possible, or to keep the electron density as small as possible when carrying out the process according to the invention.
[0014]
In addition, the modulation of the plasma intensity as a function of time can be performed advantageously by, for example, periodically changing the high-frequency power input coupled from a suitable coil generator to the plasma, for example, with time, as an alternative. Or in addition to this, it can also be carried out by periodically changing the magnetic field strength of the magnetic field acting on the plasma, such as the magnetic field of a device of the form DE 100 51 831.1.
[0015]
Drawing
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a plasma etching apparatus for carrying out a method according to the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a first embodiment relating to temporal modulation of plasma intensity, and this modulation is synchronized with a high-frequency pulse that is input-coupled to a substrate electrode and is modulated at a low frequency. . FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the high-frequency power according to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a second embodiment relating to modulation of plasma intensity and synchronization with high-frequency power input-coupled to the substrate electrode. FIG. 5 is a diagram for explaining a third embodiment during a pulse pause that is also clocked at a low frequency. FIG. 6 is a diagram for explaining a second embodiment which is also clock-controlled at a low frequency.
[0017]
Example
FIG. 1 shows a plasma etching apparatus 5 known from DE 100 51 831.1, by which an anisotropic plasma etching process is performed in silicon in order to produce a trench, for example in the form DE 42 41 045 C1. Executed. More specifically, an etching chamber 10, a substrate electrode 18, and a substrate 19 disposed thereon, such as a silicon wafer, are provided. Further, the substrate electrode 18 is electrically connected to the second match box 21 for impedance matching and the substrate power generator 22.
[0018]
Coils 11 surrounding the etching chamber 10 are provided in the upper region of the etching chamber 10, and these coils are connected to a coil generator 13 through a first match box 12 for impedance matching. The high frequency power 11 is input and coupled to the etching chamber 10 by the coil 11 via the coil generator 13 and the first match box 12 described above, whereby an inductively coupled plasma 15 is formed there. Further referring to FIG. 1, in order to supply or exhaust the process gas, for example to alternately supply or exhaust the etching gas and the inert gas, the etching chamber 10 has a gas supply pipe 14 in its upper region and a lower part thereof. A gas exhaust pipe 20 is provided in the region.
[0019]
Furthermore, the etching chamber 10 is surrounded by two magnetic field coils 16 between the inductively coupled plasma 15 and the substrate electrode 18, so that two suitable spacers 17 are incorporated in the sidewalls of the etching chamber 10, and these spacers. Contains the coil 16. Refer to DE 100 51 831.1 for the detailed structure of the plasma etching apparatus 5.
[0020]
A device known from DE 199 27 806 A1 or preferably from DE 199 33 842 A1 is provided for modulating the intensity of the plasma 15 as a function of time using the coil generator 13 and the first match box 12. This device is integrated into the first matchbox 12 or the coil generator 13, for example as described therein.
[0021]
Further, the substrate power generator 22, the second match box 21, and the substrate electrode 18 input and couples the high frequency pulsed and modulated at a low frequency to the substrate 19. This is described in DE 199 57 169 A1.
[0022]
FIG. 3 shows high-frequency power converted into high-frequency pulses and modulated at a low frequency. In this case, pulse packets 30 and clocked pulse pauses 31 which are clocked periodically and alternately at low frequencies are coupled to the substrate electrode 18, which has a frequency of, for example, 1 Hz to 500 Hz, preferably 10 Hz. With a frequency of ˜250 Hz, for example 100 Hz, with a duty cycle of 20% to 80%, preferably 50%, the average power is preferably 5 W to 20 W, for example 10 W. In this case, the low-frequency clock-controlled pulse packet 30 shown in FIG. 3 is composed of periodically alternating rows of high-frequency clock-controlled pulses 32 and high-frequency clock-controlled pulse pauses 33. The frequency is preferably between 10 kHz and 500 kHz, such as 100 kHz, and the duty cycle is preferably between 2% and 20%, such as 5%. In this case, the average power input-coupled to the substrate electrode 18 is, for example, in the vicinity of 5 W to 40 W in terms of time average, and is, for example, 20 W during the high frequency clock controlled pause 32.
[0023]
In addition, as shown in FIG. 3, each high frequency clocked individual pulse 32 comprises a high frequency carrier signal, which has a frequency of, for example, 13.56 MHz, preferably 100 W to 1 kW of high frequency power, for example 400 W. Has high frequency power. For further details on FIG. 3, reference is made to patent application DE 199 57 169 A1.
[0024]
Of particular note regarding the signal shape at the substrate electrode 18 according to FIG. 3 is that a sufficiently long pulse pause 31 generated by the low frequency clock control is observed, and the dielectric boundary in the trench to be etched. It is possible to discharge in the region of the layer during this one rest period. Such slow pulsing reduces the process stability itself, which results in a narrow process window, but the lowest possible pulse to pause ratio (duty cycle), eg 1:10 or 1 Due to the additional high frequency modulation of the high frequency carrier signal 34 with a ratio of: 20, a very high substrate electrode voltage is simultaneously applied to the substrate electrode 18 at a low current, resulting in a significantly wider and more tolerant process window. . In this case, the current-voltage relationship is controlled by the duty cycle, and as a result, the apparent resistance value of the plasma 15 viewed from the substrate electrode 18 is controlled.
[0025]
FIG. 2 shows a first embodiment of the method according to the invention, in which high-frequency pulsed and low-frequency modulated high-frequency power is synchronized with the modulation of the plasma intensity at the substrate electrode 18. As a result, the minimum power plasma excitation (there is almost no plasma), that is, the first minimum plasma intensity value 41 overlaps the pulse pause 31 controlled by the low frequency clock. As a result, the discharge is intensified during the pulse pause 31 controlled by the low-frequency clock in the formed trench. The reason is that not only self-discharge of the trench occurs, but also negative ions are increased and attracted to the pattern base, and are neutralized by combining with positive charges existing there.
[0026]
The on / off ratio of 1: 1 written in FIG. 2, that is, the ratio between the period of the first plasma intensity maximum value 40 and the period of the first plasma intensity minimum value 41 is merely an example. Rather, it is preferable for the reason of plasma excitation efficiency to excite the plasma 15 as long as possible and to extinguish it for as short a time as possible, that is, the excitation or on / off ratio of the plasma intensity is significantly smaller than 1: 1. It is advantageous to set the ratio. The purpose is to avoid that the pulse peak power required in the high frequency power input coupled to the plasma 15 becomes enormous. For example, for an average power of the coil 11 of 3 kW to 5 kW, a pulse peak power of 6 kW to 10 kW is required to obtain a desired time average value when the on / off ratio is 1: 1.
[0027]
As further shown in FIG. 2, the period of the first plasma intensity maximum 40 followed by the first plasma intensity minimum 41 is a low frequency clocked pulse packet 30 followed by a low frequency clock control. Equal to the period of the pulse pause 31 made. In addition, the intensity of the plasma 15 in the first plasma intensity minimum value 41 is selected to be low enough that the plasma 15 barely extinguishes within this plasma intensity minimum value.
[0028]
FIG. 4 shows a second embodiment relating to the synchronization of the plasma intensity modulation and the high-frequency power in the substrate electrode 18 that has been converted into a high-frequency pulse and modulated at a low frequency. In this case, for the purpose of maintaining as high an on / off ratio as possible, for example, as shown, two or more high frequency clocked pulses 32 each in the substrate electrode 18 are formed into the second plasma. Surrounded by an intensity maximum 40 ', the plasma 15 is switched to the "Low" mode during the subsequent high frequency clocked pulse pause 33, i.e. the plasma intensity reaches a second plasma intensity minimum 41'. . This plasma intensity minimum value 41 'is selected so low that the plasma 15 barely extinguishes during this period. Thus, always two or more high-frequency clocked pulses 32 fall into the second plasma intensity maximum 40 ', and then again the high-frequency clocked pulse pause 33 becomes the second plasma intensity. It overlaps with the minimum intensity value 41 '.
[0029]
Unlike the embodiment shown in FIG. 2, the advantage of the embodiment shown in FIG. 4 is that, in the case of FIG. 4, in the trench formed during a relatively long on-time in a relatively low frequency modulation of the plasma intensity. It means that only a little charge is accumulated. This allows a relatively small amount of charge to accumulate in the trench during this period each time only a relatively few high frequency clocked pulses 32, for example at most 20, overlap the second plasma intensity maximum 40 '. After that, the discharge again occurs during the subsequent second pulse minimum value 41.
[0030]
Moreover, the maximum negative ion density in the plasma 15 occurs only when the second plasma intensity maximum value 40 'disappears or during a short period immediately after that, that is, the maximum discharge action is the second plasma intensity minimum value 41. Only achieved for a short period during and after the transition to ′. Thereafter, only a significantly reduced negative ion density in the plasma 15 is obtained, which means that a plasma intensity minimum 41 'as short as possible and a correspondingly high discharge efficiency are obtained. Moreover, in the case of the embodiment according to FIG. 4, it is not a good idea to make the on / off ratio much smaller than 1: 1 when plasma is excited or when high frequency power is input to the plasma 15. This is because otherwise the pulse peak power required for plasma generation would be uneconomically high.
[0031]
Specifically, the high frequency power input coupled to the inductively coupled plasma 15 is now 3 kW to 5 kW, and the frequency of the high frequency clock controlled pulse 32 and the subsequent high frequency clock controlled pulse pause 33 is, for example, a duty of 5%. The average high frequency power that is in the vicinity of 100 kHz during the cycle and that is input coupled to the substrate electrode 18 is, for example, in the vicinity of 20 W in the low frequency clock controlled pulse packet 30. FIG. 4 shows only the modulation of the plasma intensity in only one pulse packet 30 under the low-frequency clock control shown in FIG. Following this low-frequency clocked pulse packet 30 is a low-frequency clocked pulse pause 31. During this period, the intensity of the plasma 15 is also simultaneously increased by the first plasma shown in FIG. It is reduced to a minimum intensity value 41 and remains there during the low frequency clocked pulse pause 31. This is depicted in full form in FIG.
[0032]
FIG. 5 shows a third embodiment for temporally synchronizing the intensity of the plasma 15 with the high frequency power that is pulsed at a high frequency, modulated at a low frequency, and input coupled to the substrate electrode 18. In this case, unlike FIG. 6, the time modulation of the intensity of the plasma 15 as shown in FIG. 4 is maintained even during the pulse pause 31 controlled by the low frequency clock.
[0033]
Therefore, during the relatively long low frequency clock controlled pulse pause 31, the plasma 15 repeatedly rises and falls, so that the plasma extinction phase is continually repeated with increasing negative ion density associated therewith. . Here, the expression “relatively long” means that it is relatively long with respect to the decay period of the negative ion density in the plasma 15 after the plasma is extinguished or after the transition of the plasma intensity to the second minimum plasma intensity 41 ′. It is. Therefore, at the beginning of the pulse pause 31, plasma extinction occurs only once with the increase in negative ion density, and then not only rapidly attenuates compared to the period of the low frequency clock controlled pulse pause 31. This kind of phase is repeatedly applied to discharge the trench formed in the etching body, so that the low frequency clock controlled pulse pause 31 can be used more efficiently. In this way, the low frequency clock controlled pulse pause 31 is not only for the self-discharge of the trench, but also periodically gives a negative ion density peak between the low frequency clock controlled pulse pause 31. This accelerates the discharge process. In addition, this also alleviates the problem of “duty cycle” being too low for plasma generation. The reason is that a “duty cycle” better than 1: 1 can be easily realized by separating plasma generation and low frequency modulation of high frequency power at the substrate electrode 18.
[0034]
For the purpose of setting and stabilizing the intensity of the plasma 15 at the minimum intensity values 41 and 41 ′ close to the extinction of the plasma 15, a transition is made from the induction mode to the electrically capacitively coupled mode when the plasma 15 is likely to extinguish. It is utilized that the electric power reflected to the coil generator 13 increases dramatically when it seems to be. Immediately adjusting and increasing the forward power of the coil generator 13 prevents this condition and keeps it at the limit of the inductive coupling mode of operation, thus increasing the power of the coil generator 13 in the plasma. The electron density in 15 is again increased to the value of the stable operating state.
[0035]
Here, the forward power P of the coil generator 13Forward Is the power P reflected to the coil generator 13 according to the following equation at the plasma minimum values 41 and 41 '.Reflected Combined with:
PForward = PSoll + V · PReflected
Here, V is an amplification coefficient of the adjusting circuit, and V >> 1 is preferably applied. The case of V = 1 corresponds to “Load” control that is common in the latest high-frequency generators, that is, when the forward power is generated, the difference between the forward power and the reverse power, that is, the plasma 15 is actually applied to the plasma 15. Control is performed so that the high frequency power to be input and coupled is kept constant in accordance with a predetermined target value. Such conventional “Load” control situations are often insufficient for stabilization of the plasma 15 at critical mode boundaries. This is because the effective high frequency power that is input coupled to the plasma 15 does not increase as needed to stop the extinguishing plasma 15. Therefore, it is advantageous here to set the reflection coefficient V to a value larger than 1, for example, a value of 5 to 10. In this case, the set target value (PSoll), A value as close as possible to the value required for the limit operation of the plasma 15, that is, a slightly higher intensity than the extinction of the plasma 15, or a value smaller than that value is set.
[0036]
Note that the pulse strategy described above, that is, the modulation of the plasma intensity and the high frequency power input coupled to the substrate electrode 18 as a function of time is used in the process of DE 42 41 045 C1 even during the deposit cycle. And used during the etching cycle. However, it is usually sufficient to limit to the etching cycle, because the risk of pocket formation exists only during the etching cycle. In this case, the entire generator output can be used during the deposit cycle. In addition, it is advantageous to completely cut off the input coupling from the high frequency power to the substrate electrode 19 during the deposition cycle.
[0037]
A very simple modulation of the intensity of the plasma 15 can be performed by using an inductively coupled plasma source with a magnetic coil device, which is described in DE 100 51 831.1 and depicted in FIG. . In this case, at least two magnetic field coils 16 are arranged between the ICP source, that is, the inductively coupled plasma 15 and the substrate 19, the upper magnetic field coil 16 faces the ICP source, and the lower magnetic field coil is placed on the substrate 19. These magnetic field coils are opposed to each other, and generally different magnitudes of currents having opposite polarities are passed through them, and as a result, magnetic fields of different strengths in opposite directions are generated.
[0038]
More specifically, in this case, the upper magnetic field coil 16 facing the ICP source is set to a magnetic field strength required for optimal plasma generation, while the lower magnetic field coil 16 facing the substrate 19 has a magnetic field in the opposite direction. The strength of this magnetic field is set to the strength required for optimal etching homogeneity, that is, the strength required to optimally distribute the energy applied onto the substrate surface.
[0039]
The use of the field coil 16 firstly allows the plasma 15 to be held at a lower excitation density and electron density than in the absence of this coil, especially in the limiting situation of a plasma that is barely extinguished. This is due to the fact that the “lifetime” of the electrons present in the plasma 15 is extended by the magnetic field generated by reducing the conversion loss in the plasma source region, so that the desired bipolar plasma is very well achieved. Is maintained at the minimum value of plasma intensity 41, 41 'with the minimum free electron density.
[0040]
Now, in order to realize the modulation of the intensity of the plasma 15, in addition to the high frequency power input coupled to the plasma 15 from the coil generator 13 through the coil 11 in the plasma apparatus 5 shown in FIG. Alternatively, alternatively, the magnetic field generated by the magnetic field coil 16 can also be utilized in the chamber 10. Thus, for example, firstly the coil current in the magnetic field coil 16 is used to set the first plasma intensity 40, which corresponds to the target current value of the process according to DE 100 51 831.1, ie 10A is set for the magnetic field coil 16, and 7A is set for the lower magnetic field coil 16 having the opposite polarity.
[0041]
Thereafter, these currents are reduced in order to switch to the minimum plasma intensity values 41, 41 ', for example this is done so that both currents in the magnetic field coil 16 are returned to zero or timed. However, as an alternative to this, an intermediate value may be set. For example, 3A can be set for the upper magnetic field coil 16, and 2A can be set for the lower magnetic field coil 16.
[0042]
Therefore, in the simplest embodiment, both coil currents are switched between the upper extreme value and the lower extreme value at the same time, thereby having the same effect as returning the power of the coil generator 13. As a result, that is, when the magnetic field coil current is weakened, the plasma density disappears and reaches the plasma intensity minimum value 41, 41 ', and at that time, a high negative ion density is obtained due to recombination of electrons and neutral gas particles for a short period. Occur. However, it should be noted here that the magnetic field coil current cannot be modulated as rapidly as the high frequency power input coupled to the plasma 15. In particular, due to the inductance of the magnetic field coil 16, only clock frequencies lower than 10 kHz are possible. On the other hand, changing the direct current is significantly easier and less problematic than changing the high frequency alternating voltage using the coil generator 13.
[0043]
Particularly suitable for preventing reflected power is not to change the current in the field coil 16 immediately, but to have a finite rate of change, which of course is a coil generator. This also applies to the change of the high-frequency power of the machine 13, in which case impedance matching using the first match box 12 can generally be performed more easily by changing the power as slowly as possible.
[0044]
Such a finite change rate can be achieved very simply by modulation of the magnet coil current. This is because in this case, only the DC voltage or DC current needs to be superimposed on the modulation voltage having a finite side edge steepness.
[0045]
Thus, for example in the previously described embodiment
U1(T) = U01・ Sin (ωt) U2(T) =-U02・ Sin (ωt)
An alternating voltage or alternating current that varies in accordance with is used in both field coils 16. In this case, the AC voltage or AC current in both magnetic field coils 16 is out of phase at any point in time, and U01And U02Represents the voltage amplitude or current amplitude in one of the two magnetic field coils 16, respectively.
[0046]
Alternatively, an operation using a rectified AC voltage or AC current is also possible, in which case the term sin (ωt) is replaced by an absolute value abs (sin (ωt)), respectively.
[0047]
Furthermore, as already mentioned, it is often advantageous not to return the magnet coil current to zero. The coil voltage or coil current flowing through both field coils 16 is, for example:
U1(T) = Uoffset, 1+ U01・ Abs (sin (ωt))
U2(T) =-Uoffset, 2-U02・ Abs (sin (ωt))
In this case, offset current or offset voltage Uoffset, 1Or Uoffset, 2Each is selected so that the so-called “beaking effect” is still effectively suppressed in the peripheral region of the substrate 19 and thus a homogeneous etching result is still obtained over the entire substrate surface.
[0048]
Furthermore, the frequency ω according to the above equation is relatively small, that is, for example 10 Hz to 50 Hz, and the speed of the first match box 12 used for impedance matching is fast enough to follow such modulation of the plasma intensity. If there is a gap, it is possible to completely prevent the reflected power from entering the coil generator 13 in this way, and it is possible to remarkably suppress the formation of unwanted pockets. What is important here is that the density of the plasma 15 is modulated, a time phase in which negative ion density is advantageously increased by this modulation can be used, and the discharge of a trench having a high aspect ratio is caused by this time phase. It is to be obtained.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]
1 is a basic configuration diagram of a plasma etching apparatus for carrying out a method according to the present invention.
[Figure 2]
It is a figure explaining the 1st Example regarding the time modulation of plasma intensity.
[Fig. 3]
It is a figure explaining the structure of the high frequency electric power by FIG.
[Fig. 4]
It is a figure explaining the 2nd Example regarding the synchronism with the modulation | alteration of plasma intensity | strength and the high frequency electric power input-coupled to a substrate electrode.
[Figure 5]
It is also a figure explaining the 3rd Example in the pulse pause also clock-controlled by a low frequency.
[Fig. 6]
It is also a figure explaining the 2nd Example clock-controlled by low frequency.
Claims (15)
高周波交流電圧を用いて前記エッチングボディに少なくとも時折高周波パルス化され低周波で変調された高周波電力を入力結合し、
プラズマ(15)の強度を時間の関数として変調することを特徴とする、
エッチングボディにパターンをエッチングする方法。In a method for etching a pattern in an etching body using plasma, for example, in a method for etching a notch precisely defined in a lateral direction by an etching mask in a silicon body,
Using high frequency alternating voltage, the etching body is coupled with high frequency power that is at least occasionally high frequency pulsed and modulated at low frequency,
Characterized by modulating the intensity of the plasma (15) as a function of time,
A method of etching a pattern in an etching body.
第2の時間区分中、プラズマ(15)の強度を第3の期間にわたりゼロまでまたは最大値(40,40′)よりも低い強度(41)まで低減し、たとえばプラズマ(15)がかろうして消弧しない強度まで低減する、
請求項1から5のいずれか1項記載の方法。During the first time interval, the intensity of the plasma (15) is sustained and periodically, the maximum value (40, 40 ') held for the first period and the minimum value (41 for the second period) , 41 '), for example, rectangular pulse modulation, and selecting the minimum value (41, 41') so that the plasma (15) does not extinguish during the second period;
During the second time interval, the intensity of the plasma (15) is reduced to zero or to an intensity (41) lower than the maximum value (40, 40 ') over a third period, for example, the plasma (15) has become scarce. Reduce to the strength not to extinguish,
6. A method according to any one of claims 1-5.
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