JP4272646B2 - Etching device - Google Patents
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Description
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。 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.
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。 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.
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(例えば、特許文献1及び2参照)。
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 (see, for example,
図1に、特許文献1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。
FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of a magnetic neutral wire discharge etching apparatus described in
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。
A
特許文献2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。
The magnetic neutral line discharge etching apparatus described in
図2に、本件と同一出願人が提案した特願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。 FIG. 2 schematically shows a schematic configuration of a magnetic neutral wire discharge etching apparatus described in Japanese Patent Application No. 2001-149825 proposed by the same applicant as the present case. 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.
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。
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。 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.
特許文献1(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。 In the case of the magnetic neutral wire discharge etching apparatus (FIG. 1) described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-263192), when applied to etching of a resist pattern having a fine structure using a halogen-based etching gas, Due to the time etching, the film adhering to the inner wall surface of the top plate is peeled off, and dust is generated.
上記問題を解決するために提案された特許文献2(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。 In the case of the magnetic neutral discharge etching apparatus described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-317173) proposed to solve the above problem, undesirable film adhesion to the inner wall of the vacuum chamber is minimized, and Dust generation from the inner wall of the plate is also suppressed, and the etching resistance of the mask is improved. However, three high frequency power supplies 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 source 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.
これらの問題を解決するために本件と同一出願人により提案された特願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。 In the magnetic neutral discharge plasma etching apparatus (FIG. 2) described in Japanese Patent Application No. 2001-149825 proposed by the same applicant as the present case in order to solve these problems, the generation of dust is suppressed and the etching of the mask is performed. The resistance is also improved, and it becomes possible to etch deep grooves of quartz as long as 30 to 40 μm. 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.
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。 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.
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一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用のアンテナコイルを設け、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、真空チャンバー内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てプラズマと接するようにし、アンテナコイルと一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、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制御機構を設け、この制御機構が、一の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、浮遊電極に電圧測定回路が接続され、電圧測定回路に検波/DC差動増幅回路が接続され、検波/DC差動増幅回路に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、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、浮遊電極の表面電位が−500Vとなるように、浮遊電極に電力が印加されるように構成したことを特徴とする。 The etching apparatus of the present invention is provided with a plasma generating part in the upper part of a vacuum chamber, a substrate electrode part in the lower part, and a plasma generating part connected to one high frequency power source outside the side wall of the plasma generating part made of a dielectric . An Faraday shield or electrostatic field shield-like floating electrode is installed in a vacuum chamber in an etching apparatus that has an antenna coil and a substrate electrode that is connected to another high-frequency power source and is applied with a high-frequency bias power. A branch path is provided in the middle of the feeding path between the antenna coil and one high frequency power source so that a part of the high frequency power is supplied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch path. configured to be branched applied to monitor the high-frequency voltage applied to the floating electrode is provided with a control mechanism for controlling the high-frequency voltage constant This control mechanism is a high-frequency voltage measurement circuit that measures a voltage applied to a floating electrode from one high-frequency power supply, a detection circuit that converts this high-frequency to direct current, and a DC differential amplification circuit that detects a difference from a set voltage value, In addition, it has a motor drive circuit that moves the variable capacitor so that it becomes the set voltage value, a voltage measurement circuit is connected to the floating electrode, a detection / DC differential amplification circuit is connected to the voltage measurement circuit, and detection / DC differential amplification A motor drive circuit is connected to the circuit and incorporated in a variable capacitor, and the high frequency voltage is controlled to be constant by the variable capacitor. Electric power is applied to the floating electrode so that the surface potential of the floating electrode becomes −500V. It is configured to be configured as described above .
上記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。 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. May be.
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一の高周波電源に接続されたプラズマ発生用のアンテナコイルを設け、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、対向電極は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、アンテナコイルと一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、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制御機構を設け、この制御機構が、一の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、浮遊電極に電圧測定回路が接続され、電圧測定回路に検波/DC差動増幅回路が接続され、検波/DC差動増幅回路に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、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、対向電極に接続された一の高周波電源の周波数が13.56MHzである場合、この電極に印加される直流電圧が−500V以下になるように構成されたことを特徴とする。この場合も、上記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。
Another etching apparatus according to the present invention has a plasma generation unit at the top in a vacuum chamber and a substrate electrode unit at the bottom, and plasma generation is connected to a single high frequency power source outside the side wall of the plasma generation unit made of a dielectric. Etching in which an antenna coil is provided, a substrate electrode connected to another high-frequency power source is applied to the substrate electrode portion, and a high-frequency bias power is applied to the substrate electrode portion, and a counter electrode is provided in the plasma generating portion facing the substrate electrode In the apparatus, the counter electrode is a floating electrode that is hermetically fixed to the 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 is a feeding path between the antenna coil and one high-frequency power source A part of the high-frequency power is applied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch. A high frequency voltage to be pressurized and monitored, a control mechanism for controlling the high-frequency voltage constant provided, the control mechanism, the high-frequency voltage measuring circuit for measuring the voltage applied to the floating electrode from a high frequency power supply, the high-frequency It has a detector circuit that converts to DC, a DC differential amplifier circuit that detects the difference from the set voltage value, and a motor drive circuit that moves the variable capacitor so that it becomes the set voltage value. The voltage measurement circuit is connected to the floating electrode. The detection / DC differential amplifier circuit is connected to the voltage measurement circuit, the motor drive circuit is connected to the detection / DC differential amplifier circuit, and the high frequency voltage is controlled to be constant by the variable capacitor. When the frequency of one high-frequency power source connected to the counter electrode is 13.56 MHz, the DC voltage applied to this electrode is −500 V Characterized in that it is configured to be lower. In this case as well, 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 to generate discharge plasma on the magnetic neutral line. It is configured to allowed to have good.
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。 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.
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。 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.
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。 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 is suppressed and dust generation from the top plate is 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.
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。 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, the resistance of the mask can be improved and a good etching rate can be achieved.
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。 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 constantly sputter the surface of the counter electrode. Further, not only the film adhesion can be suppressed and the generation of dust can be suppressed, but also an etchant can be generated by sputtering the polymerized film adhered to the top plate, that is, the inner surface of the counter electrode.
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。 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 is suppressed and dust generation from the top plate is 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, it is possible to generate substances such as SiF x and WF x and deposit these substances on the mask, thereby suppressing the consumption of the mask. The deep groove can be etched.
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。 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.
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。
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
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。
A
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。
The ground electrode provided at a position facing the
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。
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-
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。
The
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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, high-frequency power is branched and applied to the
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。 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.
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。
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
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。
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
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。 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.
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。 Next, an etching process was performed using an NLD etching apparatus configured as shown in FIGS.
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、C4F810scc(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SiO2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SiO2のエッチ速度)が得られた。
The power of the plasma generating high frequency power source 9 (13.56 MHz) is 1.2 kW, the power of the substrate bias high frequency power source 13 (12.56 MHz) is 0.5 kW, the capacity of the
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。 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.
なお、上記エッチング装置に関連するエッチング装置としては、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がある。この場合、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。 As an etching apparatus related to the above-described etching apparatus, a plasma generating part is provided in the upper part of the vacuum chamber, a substrate electrode part is provided in the lower part, and connected to a high frequency power source outside the side wall of the plasma generating part made of a dielectric. A high frequency antenna coil for plasma generation is provided, and a substrate electrode connected to another high frequency power source to which a high frequency bias power is applied is provided in the substrate electrode portion, and a counter electrode is provided in the plasma generation portion so as to face the substrate electrode. In the etching apparatus provided, the counter electrode is a floating electrode that is hermetically fixed to the 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, the antenna coil and its high-frequency power source A branch path is provided in the middle of the power supply path between and a high frequency power is supplied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch path. And a high frequency voltage measuring circuit for measuring a voltage applied to the floating electrode from the high frequency power source, a detection circuit for converting the high frequency to direct current, and a DC for detecting a difference between the set voltage values A differential amplifier circuit, and a motor drive circuit that moves a variable capacitor so as to be the set voltage value; the voltage measurement circuit is connected to the floating electrode; and the detection / DC differential amplifier circuit is connected to the voltage measurement circuit Is connected to the detection / DC differential amplifier circuit, and is incorporated in a variable capacitor, and is configured to control the high-frequency voltage to be constant by the variable capacitor. Some have provided a mechanism for monitoring a high-frequency voltage applied to the floating electrode and controlling the high-frequency voltage to be constant. In this case, 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 so as to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. It may be configured as follows.
また、上記エッチング装置に関連するエッチング装置としては、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がある。この場合、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。 In addition, as an etching apparatus related to the above-described etching apparatus, a plasma generation unit is provided in the upper part of the vacuum chamber, a substrate electrode part is provided in the lower part, and connected to a high-frequency power source outside the side wall of the plasma generation unit made of a dielectric. In an etching apparatus provided with a high frequency antenna coil for plasma generation, and provided with a substrate electrode connected to another high frequency power source and applied with a high frequency bias power to the substrate electrode portion, a Faraday shield or static electricity is provided inside the antenna coil. An electric field shield-like floating electrode is installed, a branch path is provided in the middle of the feeding path between the antenna coil and the high-frequency power source, and a high-frequency power is supplied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch path. The high frequency voltage measurement is configured to measure the voltage applied to the floating electrode from the high frequency power supply. Path, 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 motor drive circuit for moving a variable capacitor so as to be the set voltage value, the floating electrode The voltage measurement circuit is connected to the voltage measurement circuit, 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 is incorporated in the variable capacitor. A control mechanism configured to control the high-frequency voltage to be constant by the variable capacitor, provided with a mechanism for monitoring the high-frequency voltage applied to the floating electrode and controlling the high-frequency voltage to be constant There is. In this case, 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 so as to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. It may be configured as follows.
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
DESCRIPTION OF
15
Claims (4)
該真空チャンバー内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てプラズマと接するようにし、
該アンテナコイルと該一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、
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制御機構を設け、
該制御機構が、該一の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、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、
該浮遊電極の表面電位が−500Vとなるように、浮遊電極に電力が印加されるように構成したことを特徴とするエッチング装置。 A plasma generation unit is provided in the upper part of the vacuum chamber, a substrate electrode unit is provided in the lower part, and an antenna coil for plasma generation connected to one high frequency power source is provided outside the side wall of the plasma generation unit made of a dielectric. In the etching apparatus in which the electrode portion is provided with a substrate electrode connected to another high-frequency power source and applied with a high-frequency bias power,
Faraday shield or electrostatic field shield-like floating electrode is installed in the vacuum chamber so as to come into contact with the plasma,
A branch path is provided in the middle of the feeding path between the antenna coil and the one 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. To configure
A high-frequency voltage applied to the floating electrode is monitored, and a control mechanism for controlling the high-frequency voltage is provided.
The control mechanism measures a voltage applied to the floating electrode from the one high-frequency power supply, a high-frequency voltage measuring circuit, a detection circuit for converting the high-frequency to direct current, and a DC differential amplifier circuit for detecting a difference from a set voltage value And a motor drive circuit that moves a variable capacitor so as to be the set voltage value, the voltage measurement circuit is connected to the floating electrode, and the detection / DC differential amplification circuit is connected to the voltage measurement circuit, 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 characterized in that power is applied to a floating electrode so that the surface potential of the floating electrode is -500V.
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、
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制御機構を設け、
該制御機構が、該一の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、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、
該対向電極に接続された一の高周波電源の周波数が13.56MHzである場合、この電極に印加される直流電圧が−500V以下になるように構成されたことを特徴とするエッチング装置。 A plasma generation unit is provided in the upper part of the vacuum chamber, a substrate electrode unit is provided in the lower part, and an antenna coil for plasma generation connected to one high frequency power source is provided outside the side wall of the plasma generation unit made of a dielectric. In the etching apparatus in which the electrode portion is provided with a substrate electrode connected to another high-frequency power source and to which a high-frequency bias power is applied, and the 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 a side wall of the plasma generation unit via an insulator, and is configured as a potential floating state.
A branch path is provided in the middle of the feeding path between the antenna coil and the high-frequency power source, and a part of the high-frequency power is applied to the floating electrode via a variable capacitor provided in the branch path. ,
A high-frequency voltage applied to the floating electrode is monitored, and a control mechanism for controlling the high-frequency voltage is provided.
The control mechanism measures a voltage applied to the floating electrode from the one high-frequency power supply, a high-frequency voltage measuring circuit, a detection circuit for converting the high-frequency to direct current, and a DC differential amplifier circuit for detecting a difference from a set voltage value And a motor drive circuit that moves a variable capacitor so as to be the set voltage value, the voltage measurement circuit is connected to the floating electrode, and the detection / DC differential amplification circuit is connected to the voltage measurement circuit, 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 characterized in that when a frequency of one high-frequency power source connected to the counter electrode is 13.56 MHz, a DC voltage applied to the electrode is -500 V or less.
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