JP2006114933A - Reactive ion etching device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reactive ion etching device capable of facilitating etching in microfabrication on a width of 0.3 μm or smaller without causing etch stop by using magnetic neutral loop discharge. <P>SOLUTION: The reactive dry etching device is configured in such a way as to employ an NLD etching device, to introduce an etching assist gas from an upper part of a vacuum chamber, to introduce a main etching gas to a substrate side near a magnetic neutral line, and to exhaust the gases from a lower part of a substrate electrode so as to increase an effective exhaust velocity thereof in a low pressure environment. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はプラズマを利用して、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質をエッチングする反応性イオンエッチング装置に関するものである。   The present invention relates to a reactive ion etching apparatus that uses plasma to etch a material on a semiconductor, an electronic component, or other substrate.

従来技術においてエッチング装置として種々の形式のものが知られており、最も大きく利用されてきたエッチング装置としては、添付図面の図3で示されるような平行平板型のものがある。真空チャンバーA内に陽極Bと陰極すなわち基板電極Cとを対向させて配置し、陽極Bから反応ガスが導入され、基板電極Cにはマッチング回路Dを介して高周波電源Eが接続されている。   Various types of etching apparatuses are known in the prior art, and the most widely used etching apparatus is a parallel plate type as shown in FIG. 3 of the accompanying drawings. In the vacuum chamber A, an anode B and a cathode, that is, a substrate electrode C are arranged to face each other, a reactive gas is introduced from the anode B, and a high-frequency power source E is connected to the substrate electrode C through a matching circuit D.

図4には平行平板型のエッチング装置の別の例を示し、この場合には電極Bにもマッチング回路Fを介して高周波電源Gが接続され、上下の電極に周波数の異なった高周波電力が印加される。   FIG. 4 shows another example of a parallel plate type etching apparatus. In this case, a high frequency power source G is also connected to the electrode B via a matching circuit F, and high frequency powers having different frequencies are applied to the upper and lower electrodes. Is done.

図5には、ECRエッチング装置の従来例を示し、真空チャンバーAの上部から誘電体窓Bを通してμ波を導入し、875ガウスの磁場のところで電子サイクロトロン共鳴により高密度プラズマを形成する。   FIG. 5 shows a conventional example of an ECR etching apparatus, in which μ waves are introduced from the upper part of the vacuum chamber A through the dielectric window B, and high-density plasma is formed by electron cyclotron resonance at a magnetic field of 875 Gauss.

図6に示すものは誘導結合放電エッチング装置であり、真空チャンバーA内に放電プラズマを発生するための1重のコイルからなるアンテナBを真空チャンバーAの誘電体側壁A1の外側に設け、この高周波アンテナBにプラズマ発生用高周波電源Cから高周波電力を印加し、ハロゲン系のガスを主体とするエッチングガスが流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、気体を真空チャンバーA内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極Dに高周波電源Eから高周波電場を印加して基板電極D上に載置された基板をエッチングするように構成されている。   FIG. 6 shows an inductively coupled discharge etching apparatus in which an antenna B composed of a single coil for generating discharge plasma is provided in the vacuum chamber A outside the dielectric sidewall A1 of the vacuum chamber A. A high frequency power is applied to the antenna B from the plasma generating high frequency power source C, and an etching gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the gas is introduced into the vacuum chamber A. Then, the plasma is formed at a low pressure, the introduced gas is decomposed, and the generated atoms, molecules, radicals, and ions are actively used, and a high-frequency electric field is applied from the high-frequency power source E to the substrate electrode D in contact with the plasma. It is configured to etch the substrate placed on D.

図7には図6に示すもの変形例であり、真空チャンバーAの上部壁を平板の誘電体F上に渦巻き状のアンテナGを載置し、誘導結合プラズマを形成するように構成されている。図6の方式をICP(Inductively Coupled Plasma)と呼び、図6の方式をTCP(Transfer Coupled Plasma)と呼んで区別している。   FIG. 7 shows a modification of the structure shown in FIG. 6, in which the upper wall of the vacuum chamber A is placed on a flat dielectric F to form a spiral antenna G to form inductively coupled plasma. . The method shown in FIG. 6 is called ICP (Inductively Coupled Plasma), and the method shown in FIG. 6 is called TCP (Transfer Coupled Plasma) for distinction.

図8は、本願発明者らが、先に特開平7−263192号において提案した磁気中性線放電エッチング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャンバーAの上部の誘電体円筒壁A1の外側に載置された3つの磁場コイルB、C、Dによって真空チャンバーA内部に磁気中性線Eが形成され、この磁気中性線Eに沿って、中間の磁場コイルCの内側に配置された1重のアンテナFにアンテナ用高周波電源Gから高周波電場を印加することによりリング状のプラズマが形成されるように構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、コングクタンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チャンバーAの下部の基板電極Hにはバイアス用高周波電源Iから高周波電力が印加される。   FIG. 8 shows a magnetic neutral line discharge etching apparatus previously proposed by the present inventors in Japanese Patent Laid-Open No. 7-263192. In the previously proposed apparatus, a magnetic neutral line E is formed inside the vacuum chamber A by three magnetic field coils B, C, D placed outside the dielectric cylindrical wall A1 at the top of the vacuum chamber A. A configuration in which a ring-shaped plasma is formed by applying a high-frequency electric field from the antenna high-frequency power source G to the single antenna F disposed inside the intermediate magnetic field coil C along the magnetic neutral line E. Has been. Further, the etching gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the pressure is controlled by the opening ratio of the contact valve. A high frequency power is applied to the substrate electrode H below the vacuum chamber A from a bias high frequency power source I.

これらは放電方式は異なっていてもガスは上部フランジ或いはその周辺から導入されている。この理由は、導入されたガスが基板まで拡散する間にプラズマ空間内で十分に分解される必要があると考えられたからである。   Even though these are different in discharge system, gas is introduced from the upper flange or its periphery. This is because the introduced gas needs to be sufficiently decomposed in the plasma space while diffusing to the substrate.

代表例として、図6で示されているICPエッチングについて説明する。
エッチングガスは上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒隔壁A1の外側に設置されたアンテナBに高周波電力が印加されてプラズマが形成されて導入ガスが分解される。この時、プラズマ及び導入ガスの分布は基板上で均一であることが要求されるので、一般には、上部フランジに多数の穴のあいたシャワープレートが設けられ、それを通してガスが真空チャンバー内に導入される。ガスの流れが均一で、プラズマ密度及び電位が均一であれば、プラズマ中で発生したエッチャント(ラジカル及びイオン)の密度分布は均一となり、基板は均一にエッチングされる。ところで、ICPエッチングにおけるプラズマ密度及び電位の均一性はチャンバー構造と圧力に大きく影響を受ける。チャンバー構造が決まってしまうと均一性の得られる圧力条件がほぼ一義的に決まり、条件の選択範囲が極めて狭い。
As a representative example, the ICP etching shown in FIG. 6 will be described.
Etching gas is introduced from the vicinity of the upper flange, high frequency power is applied to the antenna B installed outside the dielectric cylindrical partition wall A1, plasma is formed, and the introduced gas is decomposed. At this time, since the distribution of the plasma and the introduced gas is required to be uniform on the substrate, a shower plate having a large number of holes is generally provided in the upper flange, through which the gas is introduced into the vacuum chamber. The If the gas flow is uniform and the plasma density and potential are uniform, the density distribution of etchants (radicals and ions) generated in the plasma is uniform, and the substrate is uniformly etched. By the way, the uniformity of plasma density and potential in ICP etching is greatly influenced by the chamber structure and pressure. If the chamber structure is determined, the pressure condition for obtaining uniformity is almost uniquely determined, and the selection range of the condition is extremely narrow.

一方、図8の磁気中性線放電(NLD)エッチング装置では、磁気中性線の位置を自由に変えられ、しかもICPが発生しない程の低圧ガス領域でプラズマ密度及び電位を制御することができるので、エッチング均一性の良い条件を容易に設定することができる。   On the other hand, in the magnetic neutral line discharge (NLD) etching apparatus of FIG. 8, the position of the magnetic neutral line can be freely changed, and the plasma density and potential can be controlled in a low pressure gas region that does not generate ICP. Therefore, conditions with good etching uniformity can be set easily.

デバイスが高密度化してきて加工幅が微細になり、従来と同じガス導入及び排気の方法では対処できなくなってきた。エッチングでは反応性の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質との反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に削ればよいわけではなく、形状制御も必要である。このためにはエッチャントの他に微細孔内の壁面に付着してイオンの当たらない側壁を保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなければならない。0.3μm幅以下の微細加工ではこのエッチャントと保護物質との相対濃度が重要になる。保護物質がエッチャントに対して多くなり過ぎると0.3μm幅以下の微細孔は、保護物質により埋まってしまい、いわゆるエッチストップが起こって、削れないことになる。保護物質が、逆に、少なすぎるとエッチャントによって側壁が削られて、Bowingが発生し、望ましい形状が得られない。   The device has become denser and the processing width has become finer, and it has become impossible to cope with the same gas introduction and exhaustion methods as in the past. In etching, the substrate material is irradiated with highly reactive radicals and ions and gasified by the reaction with the substrate material to etch the substrate material. However, the etching is not necessarily performed, and shape control is also required. For this purpose, in addition to the etchant, a substance that adheres to the wall surface in the micropore and protects the side wall not exposed to ions must also be generated in the plasma. In the microfabrication with a width of 0.3 μm or less, the relative concentration of the etchant and the protective substance becomes important. If the protective material is too much for the etchant, the micropores having a width of 0.3 μm or less are filled with the protective material, so-called etch stop occurs and cannot be removed. On the other hand, if the protective material is too small, the side wall is scraped off by the etchant, bowing occurs, and the desired shape cannot be obtained.

図3及び図4に示されているエッチング装置では圧力が高いため分子同士の衝突により付着物質が多く発生し、0.3μm幅以下の微細加工はできない。   In the etching apparatus shown in FIG. 3 and FIG. 4, since the pressure is high, a large amount of adhering substances are generated due to collision between molecules, and fine processing with a width of 0.3 μm or less cannot be performed.

図5〜図8に示されている方式でも、導入ガスが大きなプラズマ空間を通る間に分解が進んで付着性物質が多く発生するため、0.3μm幅以下の微細加工は困難である。プラズマ密度が高い上に低圧下における有効排気速度が低いため、ガスの滞在時間が長く、基板付近まで到達する間に過分解が起こるからである。   5 to 8, even when the introduced gas passes through a large plasma space, decomposition proceeds and a large amount of adhesive substances are generated, so that fine processing with a width of 0.3 μm or less is difficult. This is because, since the plasma density is high and the effective exhaust speed under low pressure is low, the residence time of the gas is long, and overdecomposition occurs while reaching the vicinity of the substrate.

そこで、本発明は、上記の問題を解決して、0.3μm幅以下の微細加工においてエッチストップを発生させることなくエッチングできる反応性イオンエッチング装置を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a reactive ion etching apparatus that solves the above-described problems and can perform etching without generating an etch stop in fine processing with a width of 0.3 μm or less.

上記の目的を達成するために、本発明による反応性イオンエッチング装置においては、NLDエッチング装置を用いて、真空チャンバー上部からエッチング補助ガスを導入し、磁気中性線の近傍で基板側にエッチング主ガスを導入し、低圧下における有効排気速度を大きくするため、基板電極下部から排気するように構成される。   In order to achieve the above object, in the reactive ion etching apparatus according to the present invention, an etching auxiliary gas is introduced from the upper part of the vacuum chamber using an NLD etching apparatus, and etching is performed on the substrate side in the vicinity of the magnetic neutral line. In order to increase the effective exhaust speed under a low pressure by introducing a gas, the exhaust is performed from the lower part of the substrate electrode.

すなわち、本発明によれば、真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁揚発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電揚を印加して電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、基板電極に対向する電極に設けられ、この電極からエッチング補助ガスを導入するエッチング補助ガス導入手段と、磁気中性線の近傍に設けられ、基板電極側にエッチング主ガスを円周方向から導入するエッチング主ガス導入手段とを有し、排気速度が3000 リットル/秒のターボ分子ポンプを用いたときの有効排気速度がAr概算値で1500リットル/秒以上となるように、前記基板電極を、その側部及び底部と前記真空チャンバー壁との間にガスを通す隙間をあけて支持部材により支持し、前記真空チャンバーの底部に真空排気系が連結され、基板電極下方からガスを排出するように構成したことを特徴としている。   That is, according to the present invention, there is provided a magnifying generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously located in the vacuum chamber and having a magnetic field of zero, and alternating along the magnetic neutral line. It has plasma generation means that has multiple high-frequency coils including a single layer to generate discharge plasma on this magnetic neutral wire by applying an electric field, and introduces a gas mainly composed of halogen gas into the vacuum The plasma is generated at low pressure and the introduced gas is decomposed. The generated atoms, molecules, radicals, and ions are used, and an alternating electric field or high-frequency electric field is applied to the substrate electrode in contact with the plasma and placed on the electrode. In a reactive ion etching apparatus for etching a substrate, an etching auxiliary gas introducing means provided on an electrode facing the substrate electrode and introducing an etching auxiliary gas from the electrode; An etching main gas introduction means that is provided near the magnetic neutral line and introduces an etching main gas from the circumferential direction on the substrate electrode side. When a turbo molecular pump with an exhaust speed of 3000 liters / second is used. The substrate electrode is supported by a support member with a gap through which gas passes between the side and bottom and the vacuum chamber wall so that the effective pumping speed is 1500 liters / second or more in an approximate Ar value, A vacuum exhaust system is connected to the bottom of the vacuum chamber, and gas is discharged from below the substrate electrode.

エッチング補助ガス導入手段は好ましくは、対向電極に設けられたシャワープレートから成り得る。   The etching auxiliary gas introducing means may preferably comprise a shower plate provided on the counter electrode.

エッチング主ガス導入手段は好ましくは、基板電極の上方でしかも基板電極の周囲延長面上に配置され半径方向内方へ向かってエッチング主ガスを供給するようにされたリングから成り得る。   The etching main gas introduction means may preferably comprise a ring which is arranged above the substrate electrode and on the peripheral extension surface of the substrate electrode and which supplies the etching main gas radially inward.

さらに、基板電極の側部及び底部と真空チャンバー壁との間にガスを通す隙間が設けられ、真空チャンバーの底部に真空排気系が連結される。   Further, a gap through which gas passes is provided between the side and bottom of the substrate electrode and the vacuum chamber wall, and an evacuation system is connected to the bottom of the vacuum chamber.

例えば、酸化膜エッチングの場合、エッチング補助ガスとして用いられる物質には、アルゴン、水素、一酸化炭素などがあり、エッチング主ガスとしてはCF、C、Cなどがある。エッチング主ガスはプラズマ密度が高くなったり、プラズマ中の滞在時間が長くなると分解が進み、付着性の物質であるCF及びCFラジカルを多く生成するようになる。 For example, in the case of oxide film etching, substances used as an etching auxiliary gas include argon, hydrogen, carbon monoxide, and the like, and etching main gases include CF 4 , C 3 F 8 , C 4 F 8, and the like. The etching main gas is decomposed when the plasma density is increased or the residence time in the plasma is increased, and a large amount of CF and CF 2 radicals which are adhesive substances are generated.

プラズマ密度が必要以上に高くない領域でプラズマを形成できる磁気中性線放電装置を用いて、基板近くにプロセス主ガスを導入するようにしたので、基板に到達するエッチャント物質と付着性物質の比を変えることができるようになる。 さらに、基板下方から排気するようにしたので有効排気速度が1.5〜2倍向上し、動作流量範囲を広げることが可能となる。流量が大きくなることはガスの滞在時間が短くなることを意味し、動作流量範囲が広がったことにより、ガスの滞在時間を広い範囲で可変することができ、エッチャント物質と付着物質の制御が容易になる。   Since the process main gas is introduced near the substrate using a magnetic neutral wire discharge device that can form plasma in a region where the plasma density is not higher than necessary, the ratio of the etchant substance and the adhesive substance that reaches the substrate Can be changed. Further, since the exhaust is performed from below the substrate, the effective exhaust speed is improved by 1.5 to 2 times, and the operating flow range can be expanded. Increasing the flow rate means that the gas residence time will be shortened. By extending the operating flow rate range, the gas residence time can be varied over a wide range, making it easy to control the etchant and adhering substances. become.

以上のように、本発明による反応性イオンエッチング装置においては、真空チャンバー上部からエッチング補助ガスを導入し、磁気中性線の近傍で基板側にエッチング主ガスを導入し、低圧下における有効排気速度を大きくするため、基板電極下部から排気するように構成しているので、基板へ入射するエッチャントと付着性物質の量を制御でき、その結果0.3μm幅以下の微細加工に対応できるドライエッチングが可能となる。従って、本発明は半導体や電子部品加工に用いられている反応性イオンエッチングプロセスに大きく貢献するものである。   As described above, in the reactive ion etching apparatus according to the present invention, the etching auxiliary gas is introduced from the upper part of the vacuum chamber, the etching main gas is introduced on the substrate side in the vicinity of the magnetic neutral line, and the effective pumping rate under low pressure. In order to increase the size of the substrate, the exhaust gas is exhausted from the bottom of the substrate electrode, so that the amount of etchant and adhesive material incident on the substrate can be controlled, and as a result, dry etching that can handle microfabrication with a width of 0.3 μm or less is possible. It becomes. Therefore, the present invention greatly contributes to the reactive ion etching process used for processing semiconductors and electronic parts.

以下、添付図面の図1を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1には本発明の反応性イオンエッチング装置の一実施形態を示す。図示エッチング装置において、1は真空チャンバーで、その上部には円筒形の誘電体側壁2を備え、誘電体側壁2の外側には、真空チャンバー1内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル3、4、5が設けられ、真空チャンバー1の上部内に磁気中性線6を形成する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 of the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a reactive ion etching apparatus of the present invention. In the illustrated etching apparatus, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is provided with a cylindrical dielectric side wall 2 at the top thereof, and a magnetic field generation for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber 1 outside the dielectric side wall 2. Three magnetic field coils 3, 4, 5 constituting the means are provided, and a magnetic neutral wire 6 is formed in the upper part of the vacuum chamber 1.

中間の磁場コイル4と誘電体側壁2の外側との間には1重を含む多重のプラズマ発生用の高周波コイル7が配置され、この高周波コイル7は高周波電源8に接続され、三つの磁場コイル3、4、5によって真空チャンバー1の上部に形成された磁気中性線6に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。   Between the intermediate magnetic field coil 4 and the outside of the dielectric side wall 2, a multiple high frequency coil 7 for generating plasma including a single layer is arranged, and this high frequency coil 7 is connected to a high frequency power source 8 and three magnetic field coils. An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 6 formed in the upper part of the vacuum chamber 1 by 3, 4, and 5 to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.

真空チャンバー1の上部の天板9は誘電体側壁2の上部フランジに密封固着され、またこの天板9にはエッチング補助ガスを導入するシャワープレート10が設けられ、このシャワープレート10は図示してないエッチング補助ガス源に接続されている。   The top plate 9 at the top of the vacuum chamber 1 is hermetically fixed to the top flange of the dielectric side wall 2, and the top plate 9 is provided with a shower plate 10 for introducing an etching auxiliary gas. Not connected to an etching auxiliary gas source.

真空チャンバー1内の磁気中性線6の近傍にはエッチング主ガス導入用のリング11が配置され、このリング11は図示してないエッチング主ガス源からエッチング主ガスを真空チャンバー1の中央に向かって供給するため円周上に、チャンバー中心に向かう複数の小孔かまたは全周にわたる狭いオリフィスが形成されている。また、このエッチング主ガス導入用のリング11は図示したように、基板電極12の上方でしかも基板電極12のほぼ周囲延長面上に位置決めされている。   An etching main gas introduction ring 11 is disposed in the vicinity of the magnetic neutral line 6 in the vacuum chamber 1, and this ring 11 directs the etching main gas from an etching main gas source (not shown) toward the center of the vacuum chamber 1. A plurality of small holes toward the center of the chamber or a narrow orifice extending over the entire circumference is formed on the circumference. The etching main gas introduction ring 11 is positioned above the substrate electrode 12 and substantially on the peripheral extension surface of the substrate electrode 12 as shown in the figure.

基板電極12は、その側部及び底部と真空チャンバー壁との間にガスを通す隙間をあけて支持部材13により支持されており、すなわち基板電極12の下方において真空チャンバー1の下部は、大きな有効排気速度を得るため、基板電極12の外径と真空チャンバー1の下部の内径との差が半径方向で40mm以上になっている。また基板電極12はRFバイアスを印加する高周波電源14に接続されている。   The substrate electrode 12 is supported by the support member 13 with a gap for allowing gas to pass between the side and bottom portions of the substrate electrode 12 and the vacuum chamber wall. That is, the lower portion of the vacuum chamber 1 below the substrate electrode 12 is highly effective. In order to obtain the exhaust speed, the difference between the outer diameter of the substrate electrode 12 and the inner diameter of the lower portion of the vacuum chamber 1 is 40 mm or more in the radial direction. The substrate electrode 12 is connected to a high frequency power source 14 for applying an RF bias.

さらに基板電極12の下方において真空チャンバー1の底部にはターボ分子ポンプからなる排気系15が接続されている。排気速度が3000リットル/秒のターボ分子ポンプを用いたときの基板電極部における有効排気速度は、ガスがアルゴンの時1550リットル/秒、ガスがCの時970リットル/秒である。従来の排気速度は、ガスがアルゴンの時890リットル/秒、ガスがCの時480リットル/秒であるから、約1.7〜2倍有効排気速度が向上している。
ここで、有効排気速度は
Seff=1/((1/S)+(1/C))=SC/(S+C)
となり、その時のコンダクタンスは次式で表される。
C=k/√M ここでk:比例定数
M:質量数
これにより質量が大きいと、コンダクタンスは小さくなり有効排気速度は小さくなる。つまり質量数が変わると有効排気速度は変わるのである。
Further, an exhaust system 15 comprising a turbo molecular pump is connected to the bottom of the vacuum chamber 1 below the substrate electrode 12. When a turbo molecular pump having a pumping speed of 3000 liters / second is used, the effective pumping speed at the substrate electrode portion is 1550 liters / second when the gas is argon and 970 liters / second when the gas is C 4 F 8 . Since the conventional pumping speed is 890 liters / second when the gas is argon and 480 liters / second when the gas is C 4 F 8 , the effective pumping speed is improved by about 1.7 to 2 times.
Here, the effective exhaust speed is Seff = 1 / ((1 / S) + (1 / C)) = SC / (S + C)
The conductance at that time is expressed by the following equation.
C = k / √M where k is a proportional constant
M: Mass number When the mass is large, the conductance decreases and the effective exhaust speed decreases. In other words, the effective exhaust speed changes as the mass number changes.

図2は有効排気速度の質量依存性を示す図である。Arは質量数40であるから、有効排気速度は1500リットル/秒である。Cは質量数200であるから、有効排気速度は約920リットル/秒である。なおガスをArの質量数で代表させたものがAr換算値である。 FIG. 2 is a diagram showing the mass dependence of the effective exhaust speed. Since Ar has a mass number of 40, the effective exhaust speed is 1500 liters / second. Since C 4 F 8 has a mass number of 200, the effective exhaust speed is about 920 liters / second. In addition, what represented gas by the mass number of Ar is an Ar conversion value.

この様に構成した図示装置の動作について説明する。
図1の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源8の電力を1.5KW、基板バイアス高周波電源14の電力を500W、圧力を5mTorr、エッチング補助ガスとしてアルゴンを135sccm、エッチング主ガスとしてCを23sccmとしたとき、シリコン酸化膜のエッチング速度は732nm/minであり、シリコンのエッチング速度は52nm/minであった。この時の選択比は14であった。
The operation of the illustrated apparatus configured as described above will be described.
Using the apparatus of FIG. 1, the power of the plasma generating high frequency power supply 8 is 1.5 KW, the power of the substrate bias high frequency power supply 14 is 500 W, the pressure is 5 mTorr, the etching auxiliary gas is 135 sccm, and the etching main gas is C 4 F 8 . At 23 sccm, the etching rate of the silicon oxide film was 732 nm / min, and the etching rate of silicon was 52 nm / min. The selection ratio at this time was 14.

一方、比較のため図8で示される従来の排気方式を用いて、エッチング補助ガスとしてアルゴンを90sccm、エッチング主ガスとしてCを15sccm導入して同じ圧力条件下でエッチングしたとき、シリコン酸化膜のエッチング速度は610nm/minであり、シリコンのエッチング速度は51nm/minであった。この時の選択比は12である。従って、有効排気速度を向上させガス流量を1.5倍にしたことにより、エッチ速度、選択比とも1.2倍に向上した。 On the other hand, when the etching is performed under the same pressure condition by introducing 90 sccm of argon as an auxiliary etching gas and 15 sccm of C 4 F 8 as an etching main gas using the conventional exhaust method shown in FIG. The etching rate of the film was 610 nm / min, and the etching rate of silicon was 51 nm / min. The selection ratio at this time is 12. Therefore, by improving the effective exhaust speed and increasing the gas flow rate by 1.5 times, both the etch rate and the selection ratio were improved by 1.2 times.

さらに、微細バターンでパターン形状の制御性を確認したところ、0.3μm径のパターンがほぼ垂直にエッチングできることが判り、形状制御が容易になった。排気速度が向上した分、導入するガスの流量を大きくでき、プラズマ中の滞在時間が短くなったため過分解が抑制できたためと思われる。   Furthermore, when the controllability of the pattern shape was confirmed with a fine pattern, it was found that a pattern having a diameter of 0.3 μm could be etched almost vertically, and the shape control became easy. This is probably because the flow rate of the introduced gas can be increased by the improvement in the exhaust speed, and the residence time in the plasma has been shortened, so that the excessive decomposition can be suppressed.

ところで図示実施形態ではNLDエッチング装置に適用した例について説明してきたが、同様な効果はNLDプラズマCVD装置に適用しても期待できることは言うまでもない。   In the illustrated embodiment, the example applied to the NLD etching apparatus has been described, but it is needless to say that the same effect can be expected when applied to the NLD plasma CVD apparatus.

本発明の一実施例を示す概略線図。The schematic diagram which shows one Example of this invention. 図1の装置を使用して実測した有効排気速度の質量依存性を示すグラフ。The graph which shows the mass dependence of the effective exhaust speed measured using the apparatus of FIG. 従来の平行平板型エッチング装置の一例を示す概略線図。The schematic diagram which shows an example of the conventional parallel plate type | mold etching apparatus. 従来の3極エッチング装置を示す概略線図。The schematic diagram which shows the conventional tripolar etching apparatus. 従来のECRエッチング装置を示す概略線図。The schematic diagram which shows the conventional ECR etching apparatus. 従来の誘導結合型エッチング装置を示す概略線図。The schematic diagram which shows the conventional inductive coupling type etching apparatus. 従来のトランスファ結合型エッチング装置を示す概略線図。The schematic diagram which shows the conventional transfer coupling type etching apparatus. 従来の磁気中性線放電型エッチング装置を示す概略線図。The schematic diagram which shows the conventional magnetic neutral wire discharge type etching apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1:真空チャンバー
2:円筒形の誘電体側壁
3:磁場コイル
4:磁場コイル
5:磁場コイル
6:磁気中性線
7:高周波コイル
8:プラズマ発生用高周波電源
9:天板
10:シャワープレート
11:リング
12:基板電極
13:支持部材
14:高周波電源
15:排気系
1: Vacuum chamber 2: Cylindrical dielectric side wall 3: Magnetic field coil 4: Magnetic field coil 5: Magnetic field coil 6: Magnetic neutral wire 7: High frequency coil 8: High frequency power source for plasma generation 9: Top plate 10: Shower plate 11 : Ring 12: Substrate electrode 13: Support member 14: High frequency power supply 15: Exhaust system

Claims (3)

真空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁揚発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するための1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電揚を印加して電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、基板電極に対向する電極に設けられ、この電極からエッチング補助ガスを導入するエッチング補助ガス導入手段と、磁気中性線の近傍に設けられ、基板電極側にエッチング主ガスを円周方向から導入するエッチング主ガス導入手段とを有し、排気速度が3000 リットル/秒のターボ分子ポンプを用いたときの有効排気速度がAr概算値で1500リットル/秒以上となるように、前記基板電極を、その側部及び底部と前記真空チャンバー壁との間にガスを通す隙間をあけて支持部材により支持し、前記真空チャンバーの底部に真空排気系が連結され、基板電極下方からガスを排出するように構成したことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。   A magnetic lift generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber and having a magnetic field of zero is provided, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line to generate the magnetic neutral line. It has plasma generating means provided with multiple high frequency coils including a single layer for generating discharge plasma on a wire, and a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum to form a plasma at a low pressure. Reactive ions that break down the introduced gas and use the generated atoms, molecules, radicals, and ions to apply an alternating electric field or high-frequency excitation to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate placed on the electrode In the etching apparatus, an etching auxiliary gas introduction means for introducing an etching auxiliary gas from the electrode, which is provided on the electrode facing the substrate electrode, and a magnetic neutral line are provided. Etching main gas introduction means for introducing the etching main gas from the circumferential direction to the substrate electrode side, and the effective pumping speed when using a turbo molecular pump with a pumping speed of 3000 liters / second is 1500 as an approximate Ar value The substrate electrode is supported by a support member with a gap through which gas passes between the side and bottom and the vacuum chamber wall so as to be at least 1 liter / second, and a vacuum exhaust system is provided at the bottom of the vacuum chamber. Are connected to each other, and gas is discharged from below the substrate electrode. エッチング補助ガス導入手段が対向電極に設けられたシャワープレートから成っている請求項1に記載の反応性イオンエッチング装置。   The reactive ion etching apparatus according to claim 1, wherein the etching auxiliary gas introducing means comprises a shower plate provided on the counter electrode. エッチング主ガス導入手段が、基板電極の周囲延長面の上方に配置され半径方向内方へ向かってエッチング主ガスを供給するようにされたリングから成っている請求項1に記載の反応性イオンエッチング装置。

2. The reactive ion etching according to claim 1, wherein the etching main gas introducing means comprises a ring which is arranged above the peripheral extension surface of the substrate electrode and is adapted to supply the etching main gas radially inward. apparatus.

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