JP2969529B2 - Plasma etching equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はプラズマエッチング装置に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma etching apparatus.
（従来の技術） 従来のプラズマエッチング装置は第３図に示されてお
り、同図において、円筒形の側壁１をもったエッチング
室２の上部は上面板３で覆われ、その上面板３の下部は
ガス噴出口４と兼用になったアース電位の平板な対向電
極５が設けられ、また、上面板３の上部は二重環状電磁
石６が設けられ、平板な対向電極５の背後に二重環状電
磁石６が位置するようになっている。二重環状電磁石６
は中央ヨーク6aの回りに直径の異なる２つの環状ヨーク
6b、6cが同芯状に配列され、そして、中央ヨーク6aと環
状ヨーク6bとの間、および環状ヨーク6bと環状ヨーク6c
との間にそれぞれコイル6d、6eが設けられた構造になっ
ている。エッチング室２の下方には基板７を載置した平
板な基板電極８が位置し、その基板電極８はエッチング
室２内において平板な対向電極５と距離をおいて対向し
ている。ガスはガス導入部９より対向電極５内に流れ込
み、そして、対向電極５のガス噴出口４より基板電極８
方向に噴出するようになっている。なお、図において、
10は基板電極８を冷却する冷却部、11は基板電極８に1
3.56MHzの高周波電力を印加する高周波電源である。(Prior Art) A conventional plasma etching apparatus is shown in FIG. 3, in which an upper portion of an etching chamber 2 having a cylindrical side wall 1 is covered with an upper surface plate 3. The lower portion is provided with a flat counter electrode 5 having a ground potential, which is also used as the gas ejection port 4, and the upper portion of the upper surface plate 3 is provided with a double annular electromagnet 6, so that a double annular electromagnet 6 is provided behind the flat counter electrode 5. The annular electromagnet 6 is located. Double annular electromagnet 6
Are two annular yokes with different diameters around the central yoke 6a
6b, 6c are arranged concentrically, and between the central yoke 6a and the annular yoke 6b, and between the annular yoke 6b and the annular yoke 6c
Are provided with coils 6d and 6e, respectively. A flat substrate electrode 8 on which a substrate 7 is placed is located below the etching chamber 2, and the substrate electrode 8 faces the flat counter electrode 5 in the etching chamber 2 at a distance. The gas flows into the counter electrode 5 from the gas inlet 9, and then flows from the gas outlet 4 of the counter electrode 5 to the substrate electrode 8.
Spouts in the direction. In the figure,
10 is a cooling unit for cooling the substrate electrode 8, and 11 is
This is a high-frequency power supply that applies high-frequency power of 3.56 MHz.
このようなプラズマエッチング装置においては、基板
電極８に13.56MHzの高周波電力を印加していると、基板
電極８に自己バイアス電圧が発生して、対向電極５と基
板電極８との間で放電が起こり、プラズマが発生するよ
うになるが、そのプラズマは二重環状電磁石６の磁場の
影響を受けて、対向電極５の近傍で高密度になってい
る。そして、この高密度になっているプラズマ中のイオ
ンが自己バイアス電圧の発生した基板電極８に引き寄せ
られ、基板電極８上の基板７と衝突したり、あるいはプ
ラズマ中のラジカルが基板７と反応したりして、異方性
をもったエッチングが高速度でおこなわれるようにな
る。In such a plasma etching apparatus, when a high frequency power of 13.56 MHz is applied to the substrate electrode 8, a self-bias voltage is generated at the substrate electrode 8, and a discharge occurs between the counter electrode 5 and the substrate electrode 8. As a result, plasma is generated, and the plasma has a high density near the counter electrode 5 under the influence of the magnetic field of the double annular electromagnet 6. Then, ions in the plasma having a high density are attracted to the substrate electrode 8 where the self-bias voltage is generated, and collide with the substrate 7 on the substrate electrode 8 or radicals in the plasma react with the substrate 7. As a result, etching with anisotropy is performed at a high speed.
（発明が解決しようとする課題） 従来のプラズマエッチング装置は、上記のように二重
環状電磁石６の磁場の影響を受けて発生した高密度なプ
ラズマ中のイオンやラジカルによって異方性をもったエ
ッチングが高速度でおこなわれるようになる。だが、エ
ッチングを更に高速度に行なおうとするために、二重環
状電磁石６の磁場の強度を強くして、プラズマの密度を
更に高くしようとすると、プラズマ中の電子の運動が磁
場に強く拘束され、基板電極８の自己バイアス電圧が低
くなって、異方性エッチングができなくなり、いわゆる
サイドエッチングが発生するようになる。そこで、この
サイドエッチングの発生を防止するために、基板電極８
の自己バイアス電圧を大きくしようとして、基板電極８
への高周波電力を大きくすると、基板７温度が上昇し、
エッチング用のマスク材が熱変形する問題がおきた。ま
た、磁場分布の不均一性を避けるために、対向電極５と
基板電極８との間隔を広げたり、あるいは磁場を弱めよ
うとすると、必要以上の自己バイアス電圧が発生し、そ
のため、例えば半導体の基板をエッチングする場合に
は、金属薄膜間に存在する薄い絶縁層が絶縁破壊して、
半導体素子の性能を劣化させるようになる等の問題が起
きた。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional plasma etching apparatus has anisotropy due to ions and radicals in high-density plasma generated under the influence of the magnetic field of the double annular electromagnet 6 as described above. Etching is performed at a high speed. However, in order to further increase the etching speed, the intensity of the magnetic field of the double annular electromagnet 6 is increased to further increase the density of the plasma, and the movement of the electrons in the plasma is strongly restricted by the magnetic field. As a result, the self-bias voltage of the substrate electrode 8 decreases, so that anisotropic etching cannot be performed, and so-called side etching occurs. Therefore, in order to prevent the occurrence of the side etching, the substrate electrode 8
To increase the self-bias voltage of the substrate electrode 8
When the high frequency power to the substrate is increased, the temperature of the substrate 7 rises,
There is a problem that the etching mask material is thermally deformed. In addition, if the distance between the counter electrode 5 and the substrate electrode 8 is increased or the magnetic field is weakened in order to avoid non-uniformity of the magnetic field distribution, an unnecessary self-bias voltage is generated. When a substrate is etched, a thin insulating layer existing between metal thin films breaks down,
There have been problems such as deterioration of the performance of the semiconductor element.
この発明の目的は、従来の問題を解決して、エッチン
グ用のマスク材が熱変形および半導体素子の性能の劣化
を引き起こすことなく、高速でかつ均一なエッチングを
可能にするプラズマエッチング装置を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma etching apparatus which solves the conventional problems and enables high-speed and uniform etching without causing thermal deformation and deterioration of the performance of a semiconductor element by an etching mask material. It is in.
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、上記のよう
なプラズマエッチング装置において、対向電極とエッチ
ング室の円筒形の側壁とを絶縁し、一方をアース電位と
し、他方に13.56MHzの高周波電力を印加し、かつ上記基
板電極に100KHz〜600KHzもしくは13.56MHzの高周波電力
を印加したことを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma etching apparatus as described above, in which a counter electrode and a cylindrical side wall of an etching chamber are insulated and one of them is set to a ground potential. 13. The high frequency power of 13.56 MHz is applied to the other, and the high frequency power of 100 KHz to 600 KHz or 13.56 MHz is applied to the substrate electrode.
なお、エッチング室の円筒形の側壁には、パンチ穴を
もった板状の導体または網状になった導体を電気的に接
続することが好ましい。It is preferable that a plate-shaped conductor having a punched hole or a net-shaped conductor be electrically connected to the cylindrical side wall of the etching chamber.
（作用） この発明のプラズマエッチング装置においては、対向
電極とエッチング室の円筒形の側壁との一方をアース電
位とし、他方に13.56MHzの高周波電力を印加し、かつ基
板電極に100KHz〜600KHzもしくは13.56MHzの高周波電力
を印加すると、放電が起こって、プラズマが発生するよ
うになるが、そのプラズマは二重環状電磁石の磁場の影
響を受けて、対向電極の近傍で高密度になっている。そ
して、この高密度になっているプラズマ中のイオンが自
己バイアス電圧の発生した基板電極に引き寄せられ、基
板電極上の基板と衝突したり、あるいはプラズマ中のラ
ジカルが基板と反応したりして、エッチングが高速度で
おこなわれるようになる。この場合、基板電極の自己バ
イアス電圧は、基板電極に印加する高周波電力に応じた
値となるため、基板電極に引き寄せられるプラズマ中の
イオンは自己バイアス電圧に応じて加速され、基板にイ
オン衝撃を与えてエッチングするようになる。一方、プ
ラズマ中のラジカルは磁場や電場の影響を受けることな
く等方的に動き、そして、基板と反応して基板をエッチ
ングするようになるが、ラジカルの発生は対向電極また
は円筒形の側壁に印加される高周波電力と二重環状電磁
石の磁場の強度とによって決まるようになる。(Operation) In the plasma etching apparatus according to the present invention, one of the counter electrode and the cylindrical side wall of the etching chamber is set to the ground potential, the other is applied with a high frequency power of 13.56 MHz, and the substrate electrode is set at 100 kHz to 600 kHz or 13.56 MHz. When a high frequency power of MHz is applied, discharge occurs and plasma is generated. The plasma has a high density near the counter electrode under the influence of the magnetic field of the double annular electromagnet. Then, the ions in the plasma having the high density are attracted to the substrate electrode where the self-bias voltage is generated, and collide with the substrate on the substrate electrode, or the radicals in the plasma react with the substrate, Etching is performed at a high speed. In this case, the self-bias voltage of the substrate electrode has a value corresponding to the high-frequency power applied to the substrate electrode, so that the ions in the plasma attracted to the substrate electrode are accelerated according to the self-bias voltage, causing ion bombardment of the substrate. Give and etch. On the other hand, radicals in the plasma move isotropically without being affected by magnetic and electric fields, and react with the substrate to etch the substrate, but the radicals are generated on the counter electrode or cylindrical side wall. It depends on the applied high frequency power and the strength of the magnetic field of the double annular electromagnet.
（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図はこの発明の実施例を示しており、同図におい
て、従来の装置を示す第３図と同符号のものは同一につ
きその説明を省略するが、この発明の実施例は従来の装
置を改良して、エッチング室２の円筒形の側壁１と上面
板３とを絶縁物12aで絶縁することによって、円筒形の
側壁１と対向電極５とを絶縁し、また、円筒形の側壁１
の下部と下面板13とを絶縁物12bで絶縁している。そし
て、連動する切替えスイッチ14b、14bの一方は上面板３
に接続され、他方は円筒形の側壁１に接続され、また、
各切替えスイッチ14a、14bの一つの端子はアース接地さ
れ、他の端子は13.56MHzの高周波電力を印加する高周波
電源15が接続されている。したがって、切替えスイッチ
14a、14の切替えによって、上面板３をアース接地する
と、対向電極５もアース接地されるが、円筒形の側壁１
は13.56MHzの高周波電力が印加されるようになる。反対
に、切替えスイッチ14a、14bの切替えによって、上面板
３に13.56MHzの高周波電力を印加すると、対向電極５に
も13.56MHzの高周波電力が印加されるようになるが、こ
のとき、円筒形の側壁１はアース接地されるようにな
る。基板電極８には高周波電源11より100KHz〜600KHzも
しくは13.56MHzの高周波電力が印加されている。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. Is improved so that the cylindrical side wall 1 of the etching chamber 2 is insulated from the top plate 3 by an insulator 12a, so that the cylindrical side wall 1 and the counter electrode 5 are insulated from each other.
And the lower plate 13 are insulated by an insulator 12b. One of the interlocking changeover switches 14b, 14b is the upper plate 3
And the other is connected to a cylindrical side wall 1;
One terminal of each of the changeover switches 14a and 14b is grounded, and the other terminal is connected to a high frequency power supply 15 for applying a high frequency power of 13.56 MHz. Therefore, the changeover switch
When the top plate 3 is grounded by switching between 14a and 14, the counter electrode 5 is also grounded.
In this case, 13.56 MHz high frequency power is applied. Conversely, when 13.56 MHz high-frequency power is applied to the top plate 3 by switching the changeover switches 14a and 14b, 13.56 MHz high-frequency power is also applied to the counter electrode 5. The side wall 1 is grounded. A high frequency power of 100 KHz to 600 KHz or 13.56 MHz is applied to the substrate electrode 8 from a high frequency power supply 11.
このような実施例においては、従来の装置と同様に、
二重環状電磁石６の磁場の影響を受けて、対向電極５の
近傍で高密度なプラズマが発生するようになるが、この
高密度なプラズマ中のイオンは自己バイアス電圧の発生
した基板電極８に引き寄せられ、基板電極８上の基板７
と衝突して、それを高速度でエッチングするようにな
る。だが、その場合、基板電極８の自己バイアス電圧は
印加される高周波電力に応じた値となるため、プラズマ
中のイオンは基板電極８の自己バイアス電圧に応じて加
速され、そして、基板７をエッチングするようになる。
一方、プラズマ中のラジカルは磁場や電場の影響を受け
ることなく等方的に動き、そして、基板７と反応してそ
れをエッチングするようになる。だが、ラジカルの発生
は対向電極５または円筒形の側壁１に印加される高周波
電力と二重環状電磁石６の磁場の強度とによって決まる
ようになる。In such an embodiment, similar to a conventional device,
Under the influence of the magnetic field of the double annular electromagnet 6, high-density plasma is generated in the vicinity of the counter electrode 5, but ions in the high-density plasma are applied to the substrate electrode 8 where the self-bias voltage is generated. The substrate 7 on the substrate electrode 8 is drawn.
And etch it at a high rate. However, in this case, since the self-bias voltage of the substrate electrode 8 has a value corresponding to the applied high frequency power, ions in the plasma are accelerated according to the self-bias voltage of the substrate electrode 8, and the substrate 7 is etched. I will be.
On the other hand, radicals in the plasma move isotropically without being affected by a magnetic field or an electric field, and react with the substrate 7 to etch it. However, the generation of radicals depends on the high-frequency power applied to the counter electrode 5 or the cylindrical side wall 1 and the strength of the magnetic field of the double annular electromagnet 6.
ところで、上記実施例は円筒形の側壁１をアース接地
したり、あるいはそれに高周波電力を印加したりするよ
うにしているが、円筒形の側壁１と別の円筒形電極をエ
ッチング室２に設け、その円筒形電極をアース接地した
り、あるいはそれに高周波電力を印加してもよい。ま
た、第２図に示すように、エッチング室２の円筒形の側
壁１にパンチ穴をもって板状の導体16または網状になっ
た導体を電気的に接続してもよい。In the above embodiment, the cylindrical side wall 1 is grounded or high-frequency power is applied thereto. However, the cylindrical side wall 1 and another cylindrical electrode are provided in the etching chamber 2, The cylindrical electrode may be grounded, or high frequency power may be applied thereto. As shown in FIG. 2, a plate-shaped conductor 16 or a net-shaped conductor may be electrically connected to the cylindrical side wall 1 of the etching chamber 2 with a punched hole.
なお、上記実施例はエッチング装置用であるが、この
代わりにプラズマCVD装置やスパッタ装置にも転用でき
ることはいうまでもない。Although the above embodiment is for an etching apparatus, it goes without saying that it can be diverted to a plasma CVD apparatus or a sputtering apparatus instead.
（発明の効果） この発明は上記のように従来の装置と同様に、電磁石
の磁場の影響を受けて、対向電極の近傍で高密度なプア
ズマが発生するが、この高密度なプラズマ中のイオンは
基板電極の自己バイアス電圧によって引き寄せられ、そ
して、基板と衝突してそれをエッチングするようになる
が、基板電極への高周波電力の印加が独立になされてい
るため、プラズマ中のイオンの基板への衝突速度も独立
に制御可能となり、イオン衝突による基板の温度上昇が
抑制され、エッチング用マスク材の熱変形が防止される
ようになる。また、プラズマ中のラジカルは磁場や電場
の影響を受けることなく等方的に動き、そして、基板と
反応して基板をエッチングするようになるが、ラジカル
の発生は対向電極または円筒形の側壁に印加される高周
波電力と二重環状電磁石の磁場の強度とによって決まる
うえ、対向電極または円筒形の側壁への高周波電力の印
加独立になされているため、ラジカルの発生の制御が可
能になり、ラジカルによるエッチングを制御することが
可能になる。更にその上、電磁石の磁場による不均一性
によるプラズマの不均一性は、上記のように基板電極へ
の高周波電力の独立の印加による制御によって、イオン
の基板への衝突速度が緩和され、そのため、半導体の基
板をエッチングする際には、金属薄膜間に存在する薄い
絶縁層の絶縁破壊や、半導体素子の性能の劣化が防止さ
れ、均一性の良好なエッチングが可能になる。(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, high-density plasma is generated near the counter electrode under the influence of the magnetic field of the electromagnet as in the conventional apparatus. Is attracted by the self-bias voltage of the substrate electrode and collides with the substrate to etch it.However, since the application of high-frequency power to the substrate electrode is independent, ions in the plasma are applied to the substrate. Can also be controlled independently, the temperature rise of the substrate due to ion collision is suppressed, and thermal deformation of the etching mask material is prevented. In addition, radicals in the plasma move isotropically without being affected by a magnetic or electric field, and react with the substrate to etch the substrate, but the radicals are generated on the counter electrode or the cylindrical side wall. In addition to being determined by the applied high-frequency power and the strength of the magnetic field of the double annular electromagnet, since the application of high-frequency power to the counter electrode or the cylindrical side wall is independent, the generation of radicals can be controlled and radicals can be controlled. Can be controlled by etching. Furthermore, the non-uniformity of the plasma due to the non-uniformity due to the magnetic field of the electromagnet is controlled by the independent application of the high-frequency power to the substrate electrode, as described above, so that the collision speed of the ions to the substrate is reduced. When etching a semiconductor substrate, dielectric breakdown of a thin insulating layer existing between metal thin films and deterioration of performance of a semiconductor element are prevented, and etching with good uniformity can be performed.
第１図はこの発明の実施例を示す説明図、第２図はこの
発明のその他の実施例を示す説明図である。第３図は従
来のプラズマエッチング装置を示す説明図である。 図中、 １……エッチング室の円筒形の側壁 ２……エッチング室 ４……ガス噴出口 ５……対向電極 ６……二重環状電磁石 ７……基板 ８……基板電極 11……高周波電源 12a……絶縁物 12b……絶縁物 14a……切替えスイッチ 14b……切替えスイッチ 15……高周波電源 16……パンチ穴をもった板状の導体FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory view showing a conventional plasma etching apparatus. In the figure, 1 ... cylindrical side wall of etching chamber 2 ... etching chamber 4 ... gas outlet 5 ... counter electrode 6 ... double annular electromagnet 7 ... substrate 8 ... substrate electrode 11 ... high frequency power supply 12a ... Insulator 12b ... Insulator 14a ... Changeover switch 14b ... Changeover switch 15 ... High frequency power supply 16 ... Plate-shaped conductor with punched holes
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−79726（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−147322（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235332（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−303125（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−16211（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−126881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23F 4/00 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-60-79726 (JP, A) JP-A-63-147322 (JP, A) JP-A-2-235332 (JP, A) JP-A-2- 303125 (JP, A) JP-A-3-16211 (JP, A) JP-A-3-126881 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23F 4/00 H01L 21 / 3065
Claims (3)
同じく平板な基板電極とを円筒形の側壁を持ったエッチ
ング室内において距離をおいて対向して配置し、平板な
対向電極のガス噴出口よりガスを平板な基板電極方向に
噴出させ、放電により発生するプラズマによって、基板
電極上の基板をエッチングするプラズマエッチング装置
において、上記対向電極とエッチング室の円筒形の側壁
とを絶縁し、一方をアース電位とし、他方に13.56MHzの
高周波電力を印加し、かつ上記基板電極に100KHz〜600K
Hzもしくは13.56MHzの高周波電力を印加したことを特徴
とするプラズマエッチング装置。1. A flat counter electrode provided with an electromagnet behind it,
Similarly, a flat substrate electrode is arranged facing away from the flat substrate electrode at a distance in an etching chamber with a cylindrical side wall, and gas is ejected from the gas outlet of the flat counter electrode in the direction of the flat substrate electrode. In the plasma etching apparatus that etches the substrate on the substrate electrode by the plasma to be insulated, the opposite electrode and the cylindrical side wall of the etching chamber are insulated, one is set to the ground potential, and the other is applied with 13.56 MHz high frequency power, And 100KHz ~ 600K on the above substrate electrode
A plasma etching apparatus characterized by applying a high frequency power of Hz or 13.56 MHz.
チ穴をもった板状の導体または網状になった導体を電気
的に接続したことを特徴とするプラズマエッチング装
置。2. A plasma etching apparatus, wherein a plate-shaped conductor or a net-shaped conductor having a punched hole is electrically connected to a cylindrical side wall of the etching chamber.
特徴とする請求項１又は２記載のプラズマエッチング装
置。3. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein said electromagnet is a double annular electromagnet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19206190A JP2969529B2 (en) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Plasma etching equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP19206190A JP2969529B2 (en) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Plasma etching equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0480385A JPH0480385A (en) | 1992-03-13 |
| JP2969529B2 true JP2969529B2 (en) | 1999-11-02 |
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ID=16284974
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| JP19206190A Expired - Lifetime JP2969529B2 (en) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | Plasma etching equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-07-20 JP JP19206190A patent/JP2969529B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0480385A (en) | 1992-03-13 |
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