JP3736795B2

JP3736795B2 - Etching device

Info

Publication number: JP3736795B2
Application number: JP2001305101A
Authority: JP
Inventors: 広持加賀; 俊雄林
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2021-10-01
Also published as: JP2003109947A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチング装置、特に、半導体や電子部品等の製造工程に用いられる誘導結合型プラズマ源を持つエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導結合型プラズマ源を持つエッチング装置では、導入されたガス分子がプラズマ分解されて分解物がチャンバー内壁部へ付着することや、エッチング生成物が内壁部へ付着することが問題となっていた。このため、チャンバー全体を高温に制御したり、壁面に加熱防着板を設けるなどして付着を防いでいた。
また、誘導結合型プラズマ源を持つエッチング装置として、例えば、以下述べるような磁気中性線放電エッチング装置が提案されている（特開平７−２６３１９２号公報、特開平１０−３１７１７３号公報、及び特願２００１−１４９８２５参照）。
【０００３】
図１に、特開平７−２６３１９２号公報記載の磁気中性線放電エッチング装置の概略の構成を模式的に示す。図１に示すように、このエッチング装置は、真空チャンバー１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２であり、下部は基板電極部３である。プラズマ発生部２の壁（誘電体側壁）の外側に設けられた三つの磁場コイル４、５及び６によって、プラズマ発生部２内に環状磁気中性線７が形成される。中間の磁場コイル５と誘電体側壁の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル８が配置され、この高周波アンテナコイル８は、高周波電源９に接続され、三つの磁場コイル４、５、６によって形成された磁気中性線７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構成されている。
【０００４】
磁気中性線７の作る面と平行して下部の基板電極部３内には基板電極１０が絶縁体部材１１を介して設けられている。この基板電極１０は、ブロッキングコンデンサー１２を介して高周波バイアス電力を印加する高周波電源１３に接続され、ブロッキングコンデンサー１２によって電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部２の天板１４は誘電体側壁の上部フランジに密封固着され、対向電極を形成している。プラズマ発生部２には、真空チャンバー１内ヘエツチングガスを導入するガス導入口１５が設けられ、このガス導入口１５は、図示していないが、ガス供給路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続されている。基板電極部３には排気口１６が設けられている。
【０００５】
特開平１０−３１７１７３号公報記載の磁気中性線放電エッチング装置は、図１に示すエッチング装置の構成に、さらに、天板を絶縁体を介してプラズマ発生部の側壁（誘電体側壁）の上部フランジに密封固着して、基板電極１０と対向する位置に設置し、この天板１４にコンデンサーを介して高周波バイアス電源を接続し、天板に対して弱い高周波バイアスを印加できるように構成された３周波放電方式に係るものである。この対向電極としての天板は浮遊電極として機能する。このように対向電極、基板電極及びプラズマ発生用アンテナコイルに高周波電力を印加するように構成されている。
【０００６】
図２に、特願２００１−１４９８２５記載の磁気中性線放電エッチング装置の概略の構成を模式的に示す。図中、図１の従来例と同一名称の要素には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示すエッチング装置は、上記３周波放電方式の改良型である２周波放電方式である。このエッチング装置では、基板電極１０と対向する位置に設けた接地電極を誘電体により電位的に浮遊状態とした対向電極として構成し、この対向電極（天板１４）に対して弱い高周波バイアス電力が印加できるように構成されている。プラズマ発生用高周波電源９から誘導放電を発生させる高周波アンテナコイル８へ至る給電路の途中の任意の位置に分岐路を設け、この分岐路に設けたコンデンサーを介して誘導放電用高周波電力の一部を対向電極に分岐印加し、対向電極に自己バイアスを発生させるように構成されている。この対向電極としての天板は浮遊電極として機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の場合、真空室全体をオープン様にして加熱し、全体を高温に制御する方式は、大がかりであり、消費電力も大きいという問題がある。また、加熱防着板方式は、防着板を膜付着の比較的多いところに取付けて行われるが、時間とともに防着板への付着膜が厚くなり、やがて剥離してダストの原因となる。従って、定期的に防着板を取り外して洗浄することが必要となる。
特開平７−２６３１９２号公報記載の磁気中性線放電エッチング装置（図１）の場合、ハロゲン系のエッチングガスを用いて微細な構造を持つレジストパターンのエッチングに適用すると、長時間のエッチングにより天板内壁面に付着した膜の剥離が起こり、ダストが発生するという不都合があった。
【０００８】
上記問題を解決するために提案された特開平１０−３１７１７３号公報記載の磁気中性線放電エッチング装置の場合、真空チャンバー内壁への好ましくない膜付着が最小に抑えられ、天板内壁部からのダスト発生も抑制され、また、マスクのエッチング耐性も向上する。しかし、三つの高周波電源が必要であり、高価になるというだけでなく、対向電極（浮遊電極）と誘導コイルとが近接しているために、これらに印加する高周波電場が互いに干渉するという問題も生じる。また、高周波アンテナコイルに接続された高周波電源からの給電路を分岐し、この分岐路に設けたコンデンサーを介して天板（浮遊電極）又はアンテナコイルの内側に設置されたファラディーシールド様浮遊電極に高周波電力を分割印加する場合、安価に出来るものの、電力の供給がコンデンサーの容量とアンテナコイル電力に依存するため、充分制御できるものではなかった。
【０００９】
これらの問題を解決するために提案された特願２００１−１４９８２５記載の磁気中性線放電プラズマエッチング装置（図２）では、ダストの発生が抑制されると共に、マスクのエッチング耐性も向上し、３０〜４０μｍにも及ぶ石英の深溝エッチングが可能になる。しかし、アンテナコイル電力を増減させると、天板（対向電極）に印加される高周波電力も増減してしまうという不具合があった。天板に付着した膜をスパッタ除去するには、ある値以上の高周波電圧が印加されていることが必要である。しかし、この電圧が高すぎると、マスクの耐性は向上するが、スパッタ効果が強すぎるためにエッチ部にもスパッタされた物質が飛来するので、エッチングを抑制してしまい、エッチ速度を減少させてしまうという問題がある。
【００１０】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、構造が簡単な安価な２周波型放電方式のエッチング装置であって、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題を伴わずに、高効率のプラズマを形成することができ、また、所定電圧値の高周波電圧を印加することができるように構成され、マスクの耐性を向上させると共に良好なエッチ速度を達成することができるエッチング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のエッチング装置は、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部、下部に基板電極部を設け、誘電体で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、該基板電極部には別の高周波電源に接続されて高周波バイアス電力が印加される基板電極を設け、この基板電極に対向させて該プラズマ発生部内に対向電極を設けてなるエッチング装置において、該対向電極は該プラズマ発生部側壁の上部フランジに絶縁体を介して密封固着され、電位的に浮遊状態として構成された浮遊電極であり、該アンテナコイルとその高周波電源との間の給電路の途中に分岐路を設けて、この分岐路に設けた可変コンデンサーを介して該浮遊電極に高周波電力の一部が印加されるように構成し、そして、高周波電源から浮遊電極に印加される電圧を測定する高周波電圧測定回路、この高周波を直流に変換する検波回路及び設定電圧値との差を検出するＤＣ差動増幅回路、並びに該設定電圧値になるように可変コンデンサーを動かすモーター駆動回路を有し、該浮遊電極に該電圧測定回路が接続され、該電圧測定回路に該検波／ＤＣ差動増幅回路が接続され、また、該検波／ＤＣ差動増幅回路に該モーター駆動回路が接続されて可変コンデンサーに組み込まれ、該可変コンデンサーにより高周波電圧を一定に制御するように構成されている制御機構であって、該浮遊電極に印加される高周波電圧をモニターし、この高周波電圧を一定に制御する機構を設けたものである。
【００１２】
このアンテナコイルの外側に磁場コイルを設け、この磁場コイルによってプラズマ発生部内に形成された環状磁気中性線に沿って交番電場が印加され、該磁気中性線に放電プラズマを発生せしめるように構成されていても良い。
【００１３】
本発明の別のエッチング装置は、真空チャンバー内の上部にプラズマ発生部、下部に基板電極部を設け、誘電体で構成されたプラズマ発生部側壁の外側に高周波電源に接続されたプラズマ発生用高周波アンテナコイルを設け、該基板電極部には別の高周波電源に接続されて高周波バイアス電力が印加される基板電極を設けてなるエッチング装置において、該アンテナコイルの内側にファラディシールド又は静電場シールド様浮遊電極を設置し、該アンテナコイルとその高周波電源との間の給電路の途中に分岐路を設けて、この分岐路に設けた可変コンデンサーを介して該浮遊電極に高周波電力の一部が分岐印加されるように構成し、そして、高周波電源から浮遊電極に印加される電圧を測定する高周波電圧測定回路、この高周波を直流に変換する検波回路及び設定電圧値との差を検出するＤＣ差動増幅回路、並びに該設定電圧値になるように可変コンデンサーを動かすモーター駆動回路を有し、該浮遊電極に該電圧測定回路が接続され、該電圧測定回路に該検波／ＤＣ差動増幅回路が接続され、また、該検波／ＤＣ差動増幅回路に該モーター駆動回路が接続されて可変コンデンサーに組み込まれ、該可変コンデンサーにより高周波電圧を一定に制御するように構成されている制御機構であって、該浮遊電極に印加される高周波電圧をモニターし、この高周波電圧を一定に制御する機構を設けたものである。このエッチング装置の場合も、プラズマ発生用高周波アンテナコイルの外側にさらに磁場コイルを設け、この磁場コイルによってプラズマ発生部内に形成された環状磁気中性線に沿って交番電場が印加され、該磁気中性線に放電プラズマを発生せしめるように構成されていても良い。
【００１４】
上記のように構成されたエッチング装置によれば、対向電極用として別個に高周波電源を設ける必要がなくなり、装置の構造を簡素化でき、安価となるだけでなく、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題を伴わずに、高効率のプラズマを形成することができる。また、対向電極に所定電圧値の高周波を浮遊電極に印加することができるので、マスクの耐性を向上させると共に、良好なエッチ速度を達成することができる。
また、ガスのプラズマ分解によって生成された物質が壁面に付着し、やがて剥離してダストとして基板表面に落ちてくることがＩＣＰプラズマ源やＥＣＲプラズマ源では問題となっていたが、基板上方に浮遊状態の対向電極を設け、この対向電極に高周波電力を印加することによって、プラズマ中のイオンが絶えず対向電極表面をスパッタするので、膜の付着が抑えられてダスト発生を抑制できるだけでなく、天板すなわち対向電極内面に付着し重合した膜をスパッタするので、エッチャントを生成するという副次的な効果も期待できる。
【００１５】
上記したように、対向電極に高周波電力を印加し、対向電極に負のバイアスが発生するように構成されているので、対向電極は常に正イオンによって衝撃されるようになる。その結果、従来の天板を接地電位にしていた構成のものに比べて、天板への膜付着が抑えられ、天板からのダスト発生が抑制される。さらにまた、ＳｉやＷＳｉ等の金属で構成された天板を用いることにより、ＳｉＦｘやＷＦｘなどの物質を発生させ、これらの物質をマスク上に堆積させて、マスクの消耗を抑えることもでき、深溝のエッチングが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、誘導結合放電プラズマエッチング装置に対して適用されるものであるが、説明の都合上、図３及び４に概略の構成を模式的に示す磁気中性線放電エッチング装置を例にとり、本発明の実施の形態を説明する。図中、図１及び２の従来例と同一の要素には同一符号を付す。
【００１７】
図３に示すように、このエッチング装置は、誘導結合放電用アンテナコイルに接続された高周波電源の給電路を分岐し、可変コンデンサを介して、電位的に浮遊状態にある天板（対向電極）に高周波電力の一部を供給できるように構成した２周波型放電方式の装置である。このエッチング装置は、真空チャンバー１を有し、その上部は誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部２であり、下部は基板電極部３である。プラズマ発生部２の壁（誘電体側壁）の外側に設けられた三つの磁場コイル４、５及び６を設け、この磁場コイルによってプラズマ発生部２内に環状磁気中性線７が形成されるようになっている。中間の磁場コイル５と誘電体側壁の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル８が配置され、この高周波アンテナコイル８は、高周波電源９に接続され、三つの磁場コイル４、５、６によって形成された磁気中性線７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構成されている。
【００１８】
磁気中性線７の作る面と平行して下部の基板電極部３内には基板電極１０が絶縁体部材１１を介して設けられ、この基板電極１０は、ブロッキングコンデンサー１２を介して高周波バイアス電力を印加する高周波電源１３に接続され、電位的に浮遊電極になっており、負のバイアス電位となる。
この基板電極１０と対向する位置に設けた接地電極を、誘電体により電位的に浮遊状態とした対向電極である天板１４として構成する。天板１４は、絶縁体１７を介して誘電体側壁の上部フランジに密封固着されている。この天板１４は、内壁材料として炭素材や珪素材、又はそれらの化合物や混合物を用いて構成されていても良い。
また、プラズマ発生用高周波電源９と誘導放電を発生させる高周波アンテナコイル８との間の給電路の途中の任意の位置に分岐路を設け、誘導放電用高周波電力を分岐し、可変コンデンサー１８を介して対向電極である天板１４に高周波電力の一部を印加し、対向電極に自己バイアスを発生するように構成されている。
【００１９】
プラズマ発生部２には、真空チャンバー１内ヘエツチングガスを導入するガス導入口１５が設けられ、このガス導入口１５は、図示していないが、ガス供給路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続されている。基板電極部３には排気口１６が設けられている。
本実施の形態では、図３に示すように、上記のように構成した対向電極１４に対して、図４に示す測定回路、制御回路を組み込んだ可変コンデンサー１８を介して高周波電力を分岐印加するように構成されている。すなわち、対向電極１４に対し、高周波電源９から分岐路を経て対向電極に印加される電圧を測定する高周波電圧測定回路を接続し、この測定回路に、高周波を直流に変換する検波回路及び設定値との差を検出するＤＣ差動増幅回路を接続し、また、この検波／差動増幅回路に、設定電圧値になるように可変コンデンサー１８を動かすモーター駆動回路を接続するように構成されている。
【００２０】
上記のようにして構成された本実施の形態のエッチング装置は、簡単な構造を有し、かつ、安価であり、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題もなく、高効率のプラズマを形成することができる。また、対向電極である天板に所定範囲の値の高周波電圧を印加することができるので、天板に付着した膜を効率的にスパッタ除去することができると共に、マスクの耐性を向上させ、エッチングを抑制することなく、良好なエッチ速度を達成することができる。
本発明者らの実験によれば、１３．５６ＭＨｚの高周波電源９の場合、天板１４に印加されるＶｄｃを−５００Ｖ以下（絶対値で５００Ｖ以上）にすると、天板に膜が付着しないことが分かっている。このＶｄｃの値が大きすぎると天板が過剰にスパッタされるので、この電圧を−５００Ｖ付近に設定することが望ましい。また、天板材料をスパッタエッチすることにより天板材料物質を基板上に付着させ、マスクのエッチ耐性を増加させることを目的とする場合には、天板のＶｄｃを−５００Ｖ以下（絶対値で５００Ｖ以上）に設定する。天板に膜付着が起こってもダスト発生源にならなければ良いと言う場合には、−５００Ｖ以上（−５００〜−５０Ｖ）に設定しても良い。
【００２１】
アンテナコイルに接続された高周波電源９の給電路を分岐して、高周波電力を分岐し、可変コンデンサー１８を通して、アンテナコイル８の内側に設置されたファラディシールド（又は、静電場シールド）様浮遊電極に、高周波電力の一部を分岐印加する方式の場合も、上記したように天板を浮遊電極とする方式の場合と同様に構成することができ、同様なエッチングを実行することができる。このファラディシールド様浮遊電極等は、高周波アンテナコイルの内側に設置することができる。但し、ファラディシールドを真空チャンバーのプラズマ発生部の側壁である誘電体側壁の外側で高周波アンテナコイルの内側に設置する場合には、プラズマとファラディシールドとの間に誘電体が介在するので、誘電体側壁表面の電位を−５００Ｖ以下にしないと膜の付着を防止することが出来ない。従って、誘電体側壁の外側に設置した場合には、ファラディシールドの電位をさらに低くする（絶対値を大きくする）必要がある。また、ファラディシールドを真空チャンバー内部に設置し、プラズマと接するようにした場合には、ファラディシールド表面の電位を−５００Ｖにすると膜の付着はほとんど発生しない。この差は誘電体の厚さによっても異なる。
【００２２】
上記ファラディシールドは、既知のファラディシールドであり、例えば、複数のスリットが平行に設けられ、このスリットの長手方向の中間にスリットと直交してアンテナコイルが設けられた金属板である。スリットの長手方向の両端には、短冊状金属板の電位を同じにする金属縁が設けられている。アンテナコイルの静電場は金属板によりシールドされるが、誘導磁場はシールドされない。この誘導磁場がプラズマ中に入り誘導電場を形成する。スリットの幅は、目的に応じて適宜設計でき、０．５〜１０ｍｍ程度のものが用いられるが、通常は、１〜２ｍｍのスリットで十分である。スリットの幅が広すぎると静電場の浸みこみが起こり、好ましくない。スリットの厚みは、〜２ｍｍである。
【００２３】
次いで、図３及び４に示すように構成されたＮＬＤエッチング装置を用いて、エッチングプロセスを行った。
プラズマ発生用高周波電源９（１３．５６ＭＨｚ）の電力を１．２ｋＷ、基板バイアス高周波電源１３（１２．５６ＭＨｚ）の電力を０．５ｋＷ、可変コンデンサー１８の容量として２００ｐＦを用い、Ａｒ９０ｓｃｃｍ、Ｃ_４Ｆ_８１０ｓｃｃ（１０％）を導入し、３ｍＴｏｒｒの圧力下でエッチングしたところ、ｐｏｌｙ−Ｓｉをマスクとした熱酸化ＳｉＯ_２膜に対して、エッチ速度６００ｎｍ／ｍｉｎ、選択比２５（ｐｏｌｙ−Ｓｉのエッチ速度に対するＳｉＯ_２のエッチ速度）が得られた。
従来の装置構成における同条件下でのエッチング（図１）と比べ、パターン幅によって多少の相違はあるものの、ほぼ同じエッチ速度で選択比が２．５倍に向上した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、基板電極と対向する位置に設けた接地電極を電位的に浮遊状態とした対向電極として構成し、誘導放電を発生させる高周波アンテナコイルに接続された給電路の任意の位置に分岐路を設け、高周波電力を分岐して、誘導放電用高周波電力の一部を対向電極に分岐印加し、コンデンサーを介して対向電極に自己バイアスを発生するように構成してあるので、対向電極用として別個に高周波電源を設ける必要がなくなり、装置の構造を簡素化でき、安価となるだけでなく、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題を解消でき、高効率のプラズマを形成することができる。また、対向電極に所定電圧値の高周波を印加することができるので、マスクの耐性を向上させると共に、良好なエッチ速度を達成することができる。
【００２５】
また、ガスのプラズマ分解によって生成された物質が壁面に付着するが、基板上方に対向電極を設け、この対向電極に高周波電力を印加することによってプラズマ中のイオンが絶えず対向電極表面をスパッタするので、膜の付着が抑えられ、ダスト発生を抑制できるだけでなく、天板すなわち対向電極内面に付着し重合した膜をスパッタすることにより、エッチャントを生成することができる。
さらに、本発明によれば、対向電極に高周波電力を印加し、対向電極に負のバイアスが発生するようにしたので、対向電極は常に正イオンによって衝撃されるようになる。その結果、従来の天板を接地電位にしていた構成のものに比べて、天板への膜付着が抑えられ、天板からのダスト発生が抑制される。さらにまた、ＳｉやＷＳｉ等の金属で構成された天板を用いることにより、ＳｉＦｘやＷＦｘなどの物質を発生させ、これら物質をマスク上に堆積させて、マスクの消耗を抑えることができ、深溝のエッチングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエッチング装置の概略の構成を模式的に示す構成図。
【図２】従来の別のエッチング装置の概略の構成を模式的に示す構成図。
【図３】本発明の一実施の形態のエッチング装置の概略の構成を模式的に示す構成図。
【図４】図３のエッチング装置に設けられた測定回路及び制御回路を可変コンデンサーに組み込んだ構成を示す構成図。
【符号の説明】
１真空チャンバー２プラズマ発生部
３基板電極部４、５、６磁場コイル
７磁気中性線８高周波アンテナコイル
９高周波電源１０基板電極
１１絶縁体部材１２ブロッキングコンデンサー
１３高周波電源１４天板（対向電極、浮遊電極）
１５ガス導入口１６排気口
１７絶縁体１８可変コンデンサー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching apparatus, and more particularly to an etching apparatus having an inductively coupled plasma source used in a manufacturing process of a semiconductor, an electronic component, or the like.
[0002]
[Prior art]
In an etching apparatus having a conventional inductively coupled plasma source, the introduced gas molecules are decomposed into plasma, and the decomposition products adhere to the inner wall of the chamber, and the etching products adhere to the inner wall. It was. For this reason, adhesion was prevented by controlling the whole chamber to high temperature, or providing a heat-proofing board on the wall surface.
As an etching apparatus having an inductively coupled plasma source, for example, a magnetic neutral line discharge etching apparatus as described below has been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 7-263192, 10-317173, and Application 2001-149825).
[0003]
FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of a magnetic neutral line discharge etching apparatus described in JP-A-7-263192. As shown in FIG. 1, this etching apparatus has a vacuum chamber 1, the upper part of which is a plasma generating part 2 formed by a dielectric cylindrical wall, and the lower part is a substrate electrode part 3. An annular magnetic neutral line 7 is formed in the plasma generation unit 2 by the three magnetic field coils 4, 5 and 6 provided outside the wall (dielectric side wall) of the plasma generation unit 2. A high frequency antenna coil 8 for plasma generation is disposed between the intermediate magnetic field coil 5 and the outside of the dielectric side wall. This high frequency antenna coil 8 is connected to a high frequency power source 9 and is connected to three magnetic field coils 4, 5, 6. An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 7 formed by the above to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.
[0004]
A substrate electrode 10 is provided in the lower substrate electrode portion 3 through an insulator member 11 in parallel with the surface formed by the magnetic neutral wire 7. The substrate electrode 10 is connected to a high-frequency power source 13 that applies a high-frequency bias power via a blocking capacitor 12 and is a floating electrode in terms of potential by the blocking capacitor 12 and has a negative bias potential. The top plate 14 of the plasma generator 2 is hermetically fixed to the upper flange of the dielectric side wall to form a counter electrode. The plasma generation unit 2 is provided with a gas introduction port 15 for introducing a etching gas into the vacuum chamber 1, and this gas introduction port 15 is a gas that controls the flow rate of the gas supply path and the etching gas, although not shown. It is connected to an etching gas supply source via a flow rate control device. The substrate electrode portion 3 is provided with an exhaust port 16.
[0005]
The magnetic neutral wire discharge etching apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-317173 has the same structure as the etching apparatus shown in FIG. 1, but further has a top plate placed on an upper portion of the side wall (dielectric side wall) of the plasma generation unit through an insulator. Sealed and fixed to the flange, installed at a position facing the substrate electrode 10, and a high frequency bias power source is connected to the top plate 14 via a capacitor so that a weak high frequency bias can be applied to the top plate. This relates to the three-frequency discharge method. The top plate as the counter electrode functions as a floating electrode. In this way, high-frequency power is applied to the counter electrode, the substrate electrode, and the plasma generating antenna coil.
[0006]
FIG. 2 schematically shows a schematic configuration of a magnetic neutral wire discharge etching apparatus described in Japanese Patent Application No. 2001-149825. In the figure, elements having the same names as those of the conventional example of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The etching apparatus shown in FIG. 2 is a two-frequency discharge method that is an improved version of the three-frequency discharge method. In this etching apparatus, a ground electrode provided at a position facing the substrate electrode 10 is configured as a counter electrode that is floated in potential by a dielectric, and weak high-frequency bias power is applied to the counter electrode (top plate 14). It can be applied. A branch path is provided at an arbitrary position in the middle of the power supply path from the plasma generating high-frequency power source 9 to the high-frequency antenna coil 8 that generates the induction discharge, and a part of the induction discharge high-frequency power is passed through a capacitor provided in the branch path. Is applied to the counter electrode in a branched manner to generate a self-bias in the counter electrode. The top plate as the counter electrode functions as a floating electrode.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the above prior art, the method of heating the whole vacuum chamber in an open manner and controlling the whole to a high temperature has a problem of large scale and large power consumption. In addition, the heat-prevention plate method is performed by attaching the adhesion-prevention plate to a place where film adhesion is relatively large, but the adhesion film on the adhesion-prevention plate becomes thick with time, and eventually peels off and causes dust. Therefore, it is necessary to periodically remove and wash the protective plate.
In the case of the magnetic neutral line discharge etching apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263192 (FIG. 1), when it is applied to etching of a resist pattern having a fine structure using a halogen-based etching gas, the etching is performed for a long time. The film adhering to the inner wall surface of the plate is peeled off, and dust is generated.
[0008]
In the case of the magnetic neutral line discharge etching apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-317173 proposed to solve the above problem, undesirable film adhesion to the inner wall of the vacuum chamber can be suppressed to a minimum, and from the inner wall of the top plate Dust generation is also suppressed, and the etching resistance of the mask is improved. However, three high-frequency power sources are required, which is not only expensive, but also because the counter electrode (floating electrode) and the induction coil are close to each other, the high-frequency electric field applied to them interferes with each other. Arise. Also, a power supply path from a high-frequency power supply connected to the high-frequency antenna coil is branched, and a Faraday shield-like floating electrode installed inside the top plate (floating electrode) or antenna coil via a capacitor provided in this branching path When high-frequency power is applied in a divided manner, the power supply depends on the capacity of the capacitor and the antenna coil power, but it cannot be sufficiently controlled.
[0009]
In the magnetic neutral discharge plasma etching apparatus described in Japanese Patent Application No. 2001-149825 proposed for solving these problems (FIG. 2), the generation of dust is suppressed and the etching resistance of the mask is improved. Quartz deep groove etching of up to 40 μm is possible. However, when the antenna coil power is increased or decreased, the high frequency power applied to the top plate (counter electrode) also increases or decreases. In order to remove the film adhering to the top plate by sputtering, it is necessary that a high frequency voltage of a certain value or more is applied. However, if this voltage is too high, the resistance of the mask will improve, but the sputtered effect will be too strong, and the sputtered material will also fly into the etched area, thus suppressing etching and reducing the etch rate. There is a problem of end.
[0010]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is an inexpensive two-frequency discharge type etching apparatus having a simple structure, which does not involve the problem that applied high-frequency electric fields interfere with each other. In addition, it is possible to form a high-efficiency plasma and to be able to apply a high-frequency voltage of a predetermined voltage value, thereby improving the resistance of the mask and achieving an excellent etching rate. To provide an apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The etching apparatus according to the present invention includes a plasma generating high-frequency antenna coil provided with a plasma generating unit at the upper part of a vacuum chamber and a substrate electrode unit at the lower part, and connected to a high-frequency power source outside a side wall of the plasma generating unit made of a dielectric. In the etching apparatus, the substrate electrode portion is provided with a substrate electrode connected to another high-frequency power source to which a high-frequency bias power is applied, and a counter electrode is provided in the plasma generation portion so as to face the substrate electrode. The counter electrode is a floating electrode that is hermetically fixed to an upper flange of the side wall of the plasma generation unit via an insulator, and is configured to be in a floating state in terms of potential, and a feeding path between the antenna coil and the high-frequency power source A part of the high-frequency power is applied to the floating electrode through a variable capacitor provided in the branch. Te, a high-frequency voltage measuring circuit for measuring the voltage applied to the floating electrode from the high frequency power supply, DC differential amplifier circuit that detects a difference between the detection circuit and the set voltage value and converts the high frequency current, and the set voltage value The voltage measurement circuit is connected to the floating electrode, the detection / DC differential amplification circuit is connected to the voltage measurement circuit, and the detection / DC The motor drive circuit is connected to a differential amplifier circuit and incorporated in a variable capacitor, and is a control mechanism configured to control a high-frequency voltage constant by the variable capacitor, the high-frequency applied to the floating electrode A mechanism for monitoring the voltage and controlling the high-frequency voltage to be constant is provided.
[0012]
A magnetic field coil is provided outside the antenna coil, and an alternating electric field is applied along the annular magnetic neutral line formed in the plasma generating unit by the magnetic field coil, and a discharge plasma is generated on the magnetic neutral line. May be .
[0013]
Another etching apparatus of the present invention is a high frequency plasma generating unit in which a plasma generating unit is provided in the upper part of a vacuum chamber, a substrate electrode unit is provided in a lower part, and a plasma generating unit side wall made of a dielectric is connected to a high frequency power source. In an etching apparatus in which an antenna coil is provided and a substrate electrode connected to another high-frequency power source and applied with a high-frequency bias power is provided in the substrate electrode portion, a Faraday shield or electrostatic field shield-like floating is provided inside the antenna coil the electrode was placed, feed lines of the branch channel is provided in the middle, partially branched application of a high frequency power to the floating electrode through the variable capacitor provided in the branch path between the antenna coil and the high frequency power source configured to be, then the high-frequency voltage measuring circuit for measuring the voltage applied to the floating electrode from the high frequency power source, converts the radio frequency to DC And a DC differential amplifier circuit for detecting a difference from the set voltage value, and a motor drive circuit for moving a variable capacitor so as to be the set voltage value, and the voltage measuring circuit is connected to the floating electrode. The detection / DC differential amplification circuit is connected to the voltage measurement circuit, and the motor drive circuit is connected to the detection / DC differential amplification circuit and incorporated in a variable capacitor, and a high-frequency voltage is generated by the variable capacitor. A control mechanism configured to be controlled at a constant level is provided that monitors a high-frequency voltage applied to the floating electrode and controls the high-frequency voltage at a constant level. In the case of this etching apparatus, a magnetic field coil is further provided outside the high frequency antenna coil for plasma generation, and an alternating electric field is applied along the annular magnetic neutral line formed in the plasma generation unit by the magnetic field coil. It may be configured to generate discharge plasma in the sexual line .
[0014]
According to the etching apparatus configured as described above, it is not necessary to separately provide a high frequency power source for the counter electrode, the structure of the apparatus can be simplified and the cost is reduced, and the applied high frequency electric fields interfere with each other. Thus, it is possible to form a highly efficient plasma. In addition, since a high frequency having a predetermined voltage value can be applied to the floating electrode to the counter electrode, the resistance of the mask can be improved and a good etching rate can be achieved.
In addition, the substance generated by the plasma decomposition of gas adheres to the wall surface and eventually peels off and falls as dust to the substrate surface, which has been a problem with ICP plasma sources and ECR plasma sources. By providing a counter electrode in a state and applying high-frequency power to the counter electrode, ions in the plasma constantly sputter the surface of the counter electrode, so that not only film adhesion can be suppressed and dust generation can be suppressed, but also the top plate That is, since the polymerized film adhering to the inner surface of the counter electrode is sputtered, a secondary effect of generating an etchant can be expected.
[0015]
As described above, since the high frequency power is applied to the counter electrode and a negative bias is generated in the counter electrode, the counter electrode is always struck by positive ions. As a result, film adhesion to the top plate can be suppressed and dust generation from the top plate can be suppressed as compared with the conventional configuration in which the top plate is set to the ground potential. Furthermore, by using a top plate made of a metal such as Si or WSi, substances such as SiFx and WFx can be generated, and these substances can be deposited on the mask to reduce the consumption of the mask. It becomes possible to etch deep grooves.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is applied to an inductively coupled discharge plasma etching apparatus. For convenience of explanation, the magnetic neutral line discharge etching apparatus schematically shown in FIGS. 3 and 4 is taken as an example. An embodiment of the present invention will be described. In the figure, the same reference numerals are given to the same elements as those of the conventional example of FIGS.
[0017]
As shown in FIG. 3, this etching apparatus branches a feeding path of a high-frequency power source connected to an antenna coil for inductively coupled discharge, and a top plate (counter electrode) that is floating in potential via a variable capacitor. This is a two-frequency discharge type device configured to be able to supply a part of the high-frequency power to. This etching apparatus has a vacuum chamber 1, the upper part of which is a plasma generating part 2 formed by a dielectric cylindrical wall, and the lower part is a substrate electrode part 3. Three magnetic field coils 4, 5 and 6 are provided outside the wall (dielectric side wall) of the plasma generation unit 2, and an annular magnetic neutral wire 7 is formed in the plasma generation unit 2 by the magnetic field coils. It has become. A high frequency antenna coil 8 for plasma generation is disposed between the intermediate magnetic field coil 5 and the outside of the dielectric side wall. This high frequency antenna coil 8 is connected to a high frequency power source 9 and is connected to three magnetic field coils 4, 5, 6. An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 7 formed by the above to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.
[0018]
A substrate electrode 10 is provided in the lower substrate electrode portion 3 through an insulator member 11 in parallel with the surface formed by the magnetic neutral line 7, and this substrate electrode 10 is connected to a high frequency bias power via a blocking capacitor 12. Is connected to a high-frequency power source 13 for applying voltage, and is a floating electrode in terms of potential, resulting in a negative bias potential.
The ground electrode provided at a position facing the substrate electrode 10 is configured as a top plate 14 that is a counter electrode that is floated in potential by a dielectric. The top plate 14 is hermetically fixed to the upper flange of the dielectric sidewall via an insulator 17. The top plate 14 may be configured using a carbon material, a silicon material, or a compound or mixture thereof as an inner wall material.
Further, a branch path is provided at an arbitrary position in the middle of the feeding path between the plasma generating high-frequency power source 9 and the high-frequency antenna coil 8 for generating induction discharge, and the induction discharge high-frequency power is branched through a variable capacitor 18. Then, a part of the high-frequency power is applied to the top plate 14 which is a counter electrode, and a self-bias is generated in the counter electrode.
[0019]
The plasma generation unit 2 is provided with a gas introduction port 15 for introducing a etching gas into the vacuum chamber 1, and this gas introduction port 15 is a gas that controls the flow rate of the gas supply path and the etching gas, although not shown. It is connected to an etching gas supply source via a flow rate control device. The substrate electrode portion 3 is provided with an exhaust port 16.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, high-frequency power is branched and applied to the counter electrode 14 configured as described above via a variable capacitor 18 incorporating the measurement circuit and control circuit shown in FIG. It is configured as follows. That is, a high-frequency voltage measurement circuit for measuring a voltage applied to the counter electrode from the high-frequency power source 9 via the branch path is connected to the counter electrode 14, and a detection circuit for converting high frequency to direct current and a set value are connected to the measurement circuit. A DC differential amplifier circuit for detecting a difference between the motor and a motor driving circuit for moving the variable capacitor 18 to a set voltage value is connected to the detection / differential amplifier circuit. .
[0020]
The etching apparatus of the present embodiment configured as described above has a simple structure, is inexpensive, and forms a high-efficiency plasma without the problem that applied high-frequency electric fields interfere with each other. be able to. In addition, a high frequency voltage within a predetermined range can be applied to the top plate, which is a counter electrode, so that the film attached to the top plate can be efficiently sputtered off, and the resistance of the mask is improved and etching is performed. A good etching rate can be achieved without suppressing the above.
According to the experiments by the present inventors, in the case of the 13.56 MHz high-frequency power source 9, when Vdc applied to the top plate 14 is −500 V or less (absolute value is 500 V or more), no film adheres to the top plate. I know. If the value of Vdc is too large, the top plate will be sputtered excessively, so it is desirable to set this voltage in the vicinity of -500V. When the top plate material is adhered on the substrate by sputter-etching the top plate material to increase the etching resistance of the mask, the Vdc of the top plate is −500 V or less (in absolute value). 500V or more). Even if film adhesion occurs on the top plate, it may be set to −500V or more (−500 to −50V) if it is not necessary to become a dust generation source.
[0021]
The power supply path of the high frequency power source 9 connected to the antenna coil is branched, the high frequency power is branched, and the Faraday shield (or electrostatic field shield) -like floating electrode installed inside the antenna coil 8 through the variable capacitor 18. The method of branching and applying a part of the high-frequency power can be configured similarly to the method of using the top plate as a floating electrode as described above, and the same etching can be performed. This Faraday shield-like floating electrode or the like can be installed inside the high-frequency antenna coil. However, when the Faraday shield is installed outside the dielectric side wall, which is the side wall of the plasma generating part of the vacuum chamber, inside the high-frequency antenna coil, the dielectric is interposed between the plasma and the Faraday shield. Film adhesion cannot be prevented unless the potential on the side wall surface is set to −500 V or less. Therefore, when it is installed outside the dielectric sidewall, it is necessary to further lower the potential of the Faraday shield (increase the absolute value). In addition, when the Faraday shield is installed inside the vacuum chamber and is in contact with the plasma, when the potential of the Faraday shield surface is set to -500 V, film adhesion hardly occurs. This difference also depends on the thickness of the dielectric.
[0022]
The Faraday shield is a known Faraday shield, and is, for example, a metal plate in which a plurality of slits are provided in parallel and an antenna coil is provided in the middle of the slit in a direction perpendicular to the slits. At both ends in the longitudinal direction of the slit, metal edges that make the potential of the strip-shaped metal plate the same are provided. The electrostatic field of the antenna coil is shielded by the metal plate, but the induction magnetic field is not shielded. This induction magnetic field enters the plasma and forms an induction electric field. The width of the slit can be appropriately designed according to the purpose, and about 0.5 to 10 mm is used, but usually a slit of 1 to 2 mm is sufficient. If the width of the slit is too wide, the electrostatic field will penetrate, which is not preferable. The thickness of the slit is ˜2 mm.
[0023]
Next, an etching process was performed using an NLD etching apparatus configured as shown in FIGS.
The power of the plasma generating high frequency power supply 9 (13.56 MHz) is 1.2 kW, the power of the substrate bias high frequency power supply 13 (12.56 MHz) is 0.5 kW, the capacity of the variable capacitor 18 is 200 pF, Ar 90 sccm, C ₄ F ₈ When 10 scc (10%) is introduced and etching is performed under a pressure of 3 mTorr, the etching rate is 600 nm / min and the selectivity is 25 (poly-Si etching) with respect to the thermally oxidized SiO ₂ film using poly-Si as a mask. SiO ₂ etch rate versus rate) was obtained.
Compared with the etching under the same conditions in the conventional apparatus configuration (FIG. 1), the selectivity improved by 2.5 times at almost the same etching speed, although there were some differences depending on the pattern width.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the ground electrode provided at a position facing the substrate electrode is configured as a counter electrode that is in a floating state in potential, and is disposed at an arbitrary position on the feeding path connected to the high-frequency antenna coil that generates inductive discharge. Since the branch path is provided, the high frequency power is branched, a part of the high frequency power for induction discharge is branched and applied to the counter electrode, and the counter electrode is self-biased via the capacitor. It is no longer necessary to provide a separate high frequency power supply for the purpose of use, and the structure of the apparatus can be simplified and not only inexpensive, but also the problem that the high frequency electric fields to be applied interfere with each other can be eliminated, and a highly efficient plasma can be formed. it can. In addition, since a high frequency of a predetermined voltage value can be applied to the counter electrode, it is possible to improve the resistance of the mask and achieve a good etch rate.
[0025]
In addition, although the substance generated by the plasma decomposition of the gas adheres to the wall surface, a counter electrode is provided above the substrate, and by applying high frequency power to the counter electrode, ions in the plasma continuously sputter the surface of the counter electrode. Further, not only can the adhesion of the film be suppressed and the generation of dust can be suppressed, but also the etchant can be generated by sputtering the polymerized film that adheres to the top plate, that is, the inner surface of the counter electrode.
Furthermore, according to the present invention, since high frequency power is applied to the counter electrode and a negative bias is generated in the counter electrode, the counter electrode is always struck by positive ions. As a result, film adhesion to the top plate can be suppressed and dust generation from the top plate can be suppressed as compared with the conventional configuration in which the top plate is set to the ground potential. Furthermore, by using a top plate made of a metal such as Si or WSi, substances such as SiFx and WFx can be generated, and these substances can be deposited on the mask, thereby reducing the consumption of the mask. Etching is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a schematic configuration of a conventional etching apparatus.
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a schematic configuration of another conventional etching apparatus.
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing a schematic configuration of an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram showing a configuration in which a measurement circuit and a control circuit provided in the etching apparatus of FIG. 3 are incorporated in a variable capacitor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Plasma generating part 3 Substrate electrode part 4, 5, 6 Magnetic coil 7 Magnetic neutral wire 8 High frequency antenna coil 9 High frequency power supply 10 Substrate electrode 11 Insulator member 12 Blocking capacitor 13 High frequency power supply 14 Top plate (counter electrode, Floating electrode)
15 Gas inlet 16 Exhaust port 17 Insulator 18 Variable condenser

Claims

A plasma generating part is provided at the upper part in the vacuum chamber, a substrate electrode part is provided at the lower part, and a high frequency antenna coil for plasma generation connected to a high frequency power source is provided outside the side wall of the plasma generating part made of a dielectric. In the etching apparatus in which a substrate electrode to which a high-frequency bias power is applied is connected to another high-frequency power source, and a counter electrode is provided in the plasma generating portion so as to face the substrate electrode, the counter electrode is the plasma A floating electrode that is hermetically fixed to the upper flange of the side wall of the generator through an insulator and is configured to be in a floating state in terms of potential. A branch path is provided in the middle of the feeding path between the antenna coil and the high-frequency power source. Te, configured as part of the high-frequency power is applied to the floating electrode through the variable capacitor provided in the branch passage, and the floating collector from the high-frequency power source A high-frequency voltage measuring circuit for measuring a voltage applied to the detection circuit, a detection circuit for converting the high-frequency to direct current, a DC differential amplifier circuit for detecting a difference from a set voltage value, and a variable capacitor so as to be the set voltage value A motor driving circuit for moving, the voltage measuring circuit being connected to the floating electrode, the detection / DC differential amplifier circuit being connected to the voltage measuring circuit, and the motor being connected to the detection / DC differential amplifier circuit A driving mechanism is connected to the variable capacitor, and the control mechanism is configured to control the high-frequency voltage to be constant by the variable capacitor. The control mechanism monitors the high-frequency voltage applied to the floating electrode. An etching apparatus comprising a mechanism for controlling a voltage to be constant.

A magnetic field coil is provided outside the antenna coil, and an alternating electric field is applied along the annular magnetic neutral line formed in the plasma generating part by the magnetic field coil, and a discharge plasma is generated on the magnetic neutral line. The etching apparatus according to claim 1, wherein

A plasma generating part is provided at the upper part in the vacuum chamber, a substrate electrode part is provided at the lower part, and a high frequency antenna coil for plasma generation connected to a high frequency power source is provided outside the side wall of the plasma generating part made of a dielectric. In an etching apparatus provided with a substrate electrode connected to another high-frequency power source to which a high-frequency bias power is applied, a Faraday shield or electrostatic field shield-like floating electrode is installed inside the antenna coil, and the antenna coil A branch path is provided in the middle of the power supply path to the high-frequency power source, and a part of the high-frequency power is branched and applied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch path, and A high-frequency voltage measurement circuit that measures the voltage applied to the floating electrode from a high-frequency power source, a detection circuit that converts this high-frequency to direct current, and a set voltage value And a motor driving circuit that moves a variable capacitor so as to be the set voltage value, the voltage measuring circuit is connected to the floating electrode, and the detection / DC is connected to the voltage measuring circuit. A differential amplifier circuit is connected, and the motor drive circuit is connected to the detection / DC differential amplifier circuit and incorporated in a variable capacitor, and the high frequency voltage is controlled to be constant by the variable capacitor. An etching apparatus comprising a control mechanism for monitoring a high-frequency voltage applied to the floating electrode and controlling the high-frequency voltage to be constant .

A magnetic field coil is provided outside the antenna coil, and an alternating electric field is applied along the annular magnetic neutral line formed in the plasma generation unit by the magnetic field coil so that a discharge plasma is generated in the magnetic neutral line. The etching apparatus according to claim 3, wherein the etching apparatus is provided.