JP5288555B2 - Inductively coupled plasma processing apparatus and plasma etching method - Google Patents
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Description
本発明は、基板に対してエッチングやアッシング等の各種プラズマ処理を行う誘導結合プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to an inductively coupled plasma processing apparatus that performs various plasma processes such as etching and ashing on a substrate.
近年、高速で低消費電力のデバイスを製造するため、Si基板に代わって、絶縁膜であるSiO2上に単結晶Siを形成したSOI基板が用いられることがある。しかし、SOI基板には、プラズマエッチングによってSi層をエッチングした場合にSi層とSiO2層の境界部に「ノッチ」(または「ノッチング」)とよばれる横方向へのエッチングが発生し、垂直な形状の加工ができないという問題がある(図10参照)。ノッチは、被エッチング部が狭いアスペクト比が非常に大きな微細パターンをSi層に形成するとき、より顕著に発生する。
In recent years, in order to manufacture a high-speed and low-power consumption device, an SOI substrate in which single crystal Si is formed on
ノッチは次のような理由で生じると考えられている。
プラズマ処理装置の処理室内に配置された下部電極の上方でプラズマを発生させるとともに下部電極に高周波電力を印加すると、プラズマと下部電極間に電位差が生じ、下部電極に垂直な方向のイオンシース電界が生じる。すると、イオンシース電界によってプラズマ中の正イオンがSOI基板の表面に向けて加速され、Si層をエッチングする。
Notches are thought to occur for the following reasons.
When plasma is generated above the lower electrode disposed in the processing chamber of the plasma processing apparatus and high frequency power is applied to the lower electrode, a potential difference is generated between the plasma and the lower electrode, and an ion sheath electric field in a direction perpendicular to the lower electrode is generated. Arise. Then, positive ions in the plasma are accelerated toward the surface of the SOI substrate by the ion sheath electric field, and the Si layer is etched.
一方、プラズマ中の電子は、イオンシース電界により加速されないため、方向性を持たずにSi層の微細パターン内に入射して側壁などに衝突する。このとき、Si層がエッチングされている場合には、微細パターン底面に入射した正イオンと微細パターン側壁に衝突した電子とがSi層中で再結合して中和されるため、電気的中性が保たれる。しかし、エッチングが進行して絶縁性のSiO2層に達すると、微細パターン底面に入射した正イオンが微細パターン側壁に衝突した電子と中和されず、微細パターン底面が正にチャージアップしてしまう。従って、微細パターン底面へ入射する正イオンは、微細パターン底面に蓄積した正電荷による反発によって軌道が曲げられる。このため、Si層とSiO2層との境界部において横方向のエッチングが発生し、切り欠き形状のノッチが生じることになる。
On the other hand, since electrons in the plasma are not accelerated by the ion sheath electric field, they do not have directionality and enter the fine pattern of the Si layer and collide with the side walls. At this time, when the Si layer is etched, positive ions incident on the bottom surface of the fine pattern and electrons colliding with the side wall of the fine pattern are recombined and neutralized in the Si layer. Is preserved. However, when the etching progresses and reaches the insulating SiO2 layer, the positive ions incident on the bottom surface of the fine pattern are not neutralized with the electrons colliding with the side wall of the fine pattern, and the bottom surface of the fine pattern is positively charged up. Therefore, the trajectory of positive ions incident on the bottom surface of the fine pattern is bent by repulsion due to the positive charges accumulated on the bottom surface of the fine pattern. Therefore, lateral etching occurs at the boundary between the Si layer and the
ノッチの問題は、SOI基板の表面に設けられたマスクの間隔(被エッチング部の間隔)が全て同じ幅であれば特に問題にはならない。なぜなら、全ての被エッチング部がほぼ同じ速度でエッチングされてSiO2層に達するからである。しかし、通常のデバイス製造工程ではSOI基板の表面には様々な間隔の被エッチング部が混在しており、被エッチング部毎にエッチング速度が異なる。エッチング速度が遅い被エッチング部(通常はマスク間隔が狭い被エッチング部)がSiO2層に達するまでエッチング工程を継続する必要があるため、既にSiO2層に達している被エッチング部(通常はマスク間隔が広い被エッチング部)ではオーバーエッチングとなり、ノッチが生じることになる。
The problem of notches is not particularly problematic as long as the intervals between the masks provided on the surface of the SOI substrate (intervals between the portions to be etched) are the same. This is because all the parts to be etched are etched at substantially the same speed and reach the
ノッチの発生を防止するために、従来からいくつかの方法が提案されている。例えば特許文献1には、下部電極に印加する高周波電力をパルス化することにより、微細パターン内に入射した電子の一部を微細パターンの底面に引き込んでイオンと中和させる方法が記載されている。
また、被エッチング部が狭くアスペクト比が非常に大きい微細パターンを作成する方法として、フッ素系重合膜を側壁に成膜しながらエッチングを行う方法が多く用いられる。このような方法において、微細パターンの深い底面に電子を引き込むために、下部電極に印加する電力として低周波電力を用いたり(特許文献2)、高周波電力をパルス化したり(特許文献2、3)、高周波電力を変調したり(特許文献4)、高周波電力をパルス化し、さらに低周波変調したり(特許文献5)することが提案されている。しかし、これらの方法では、いずれも充分な効果が得られていない。
In order to prevent the occurrence of notches, several methods have been proposed in the past. For example,
Further, as a method for creating a fine pattern with a narrow portion to be etched and a very large aspect ratio, a method of performing etching while forming a fluorine-based polymer film on the side wall is often used. In such a method, in order to draw electrons into the deep bottom surface of the fine pattern, low frequency power is used as power applied to the lower electrode (Patent Document 2), or high frequency power is pulsed (
本発明が解決しようとする課題は、処理基板に微細パターンをエッチングする際にノッチの発生を極力防止することができる誘導結合プラズマ処理装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an inductively coupled plasma processing apparatus capable of preventing the generation of notches as much as possible when etching a fine pattern on a processing substrate.
上記課題を解決するために成された本発明に係る誘導結合プラズマ処理装置は、
a)処理室と、
b)前記処理室内に配置され、処理基板が載置される下部電極と、
c)前記処理室内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、
d)前記処理室の外部に配置され、当該処理室内の反応性ガスを励起することによりプラズマを発生させる誘導結合コイルと、
e)前記処理室内に酸素ガスを導入する酸素ガス導入管と
を備え、前記プラズマにより処理基板をプラズマ処理する装置であって、
前記処理基板は、絶縁層の上に導電層が形成された構造を有するSOI基板であり、
10〜800kHzの第1周波数の高周波電力を発振する第1高周波電源と、
前記第1周波数よりも高い10〜60MHzの第2周波数の高周波電力を発振する第2高周波電源と、
前記第1高周波電源より発振された高周波電力に前記第2高周波電源より発振された高周波電力を重畳した重畳高周波電力を前記下部電極に印加する高周波電力印加手段と、
前記処理基板の微細パターンの側面及び底面に絶縁性薄膜を形成する成膜工程と、前記処理基板の微細パターンの底面に形成された絶縁性薄膜を除去し、導電層をエッチングするエッチング工程とを交互に繰り返すエッチング手段と
を備え、
前記エッチング工程が、絶縁性薄膜を除去する第1エッチング工程と、絶縁層をエッチングする第2エッチング工程とから成り、前記高周波電力印加手段が、前記第1エッチング工程において前記重畳高周波電力を前記下部電極に印加することを備えることを特徴とする。
An inductively coupled plasma processing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a processing chamber;
b) a lower electrode disposed in the processing chamber and on which a processing substrate is placed;
c) gas introduction means for introducing a reactive gas into the processing chamber;
d) an inductive coupling coil disposed outside the processing chamber and generating plasma by exciting a reactive gas in the processing chamber;
e) an oxygen gas introduction pipe for introducing oxygen gas into the processing chamber, and an apparatus for plasma processing a processing substrate with the plasma,
The substrate is a SOI substrate which have a structure in which conductive layers are formed on the insulating layer,
A first high-frequency power source that oscillates high-frequency power having a first frequency of 10 to 800 kHz;
A second high frequency power source that oscillates high frequency power of a second frequency of 10 to 60 MHz higher than the first frequency;
High-frequency power application means for applying, to the lower electrode, superimposed high-frequency power obtained by superimposing high-frequency power oscillated from the second high-frequency power source on high-frequency power oscillated from the first high-frequency power source;
A film forming step of forming an insulating thin film on the side and bottom surfaces of the fine pattern of the processing substrate; and an etching step of removing the insulating thin film formed on the bottom surface of the fine pattern of the processing substrate and etching the conductive layer. Etching means that repeats alternately, and
The etching step includes a first etching step for removing the insulating thin film and a second etching step for etching the insulating layer, and the high-frequency power application means applies the superimposed high-frequency power to the lower portion in the first etching step. Applying to the electrode.
本発明の誘導結合プラズマ処理装置では、処理室の外部に設けられた誘導結合コイルに高周波電力を印加することにより、誘電体を介して処理室内のガスが励起される。例えば、処理室をアルミニウム製とし、当該処理室の上方に板状の誘電体(石英板)を配置すると共に前記誘電体上に誘導結合コイルを載置した構成、前記誘電体を円筒状に構成し、誘電体の外部を周回するように誘導結合コイルを配置した構成が挙げられる。円筒状の誘電体はスパッタ防止と冷却性が優れる点でファラデーシールドと誘電体が一体的に形成されていることが好ましい。 In the inductively coupled plasma processing apparatus of the present invention, a high frequency power is applied to an inductively coupled coil provided outside the processing chamber, thereby exciting the gas in the processing chamber through the dielectric. For example, the processing chamber is made of aluminum, a plate-like dielectric (quartz plate) is disposed above the processing chamber, and an inductive coupling coil is placed on the dielectric, and the dielectric is cylindrical. And the structure which has arrange | positioned the inductive coupling coil so that the exterior of a dielectric material may be mentioned. In the cylindrical dielectric, it is preferable that the Faraday shield and the dielectric are integrally formed from the viewpoint of excellent spatter prevention and cooling performance.
本発明の誘導結合プラズマ処理装置で処理する基板は、絶縁層の上に導電層が形成された構造の基板が特に好ましい。例えば、絶縁層であるSiO2上に単結晶Siを形成したSOI基板が挙げられる。また、複数の被エッチング部分が形成されるようにSi表面には開口部を有するマスクが設けられる。前記基板は処理室内に配置された下部電極に載置され、被エッチング領域がプラズマ処理されて微細パターンが形成される。
下部電極はイオンの入射量を調整できる点でプラズマ発生領域と下部電極との距離を調整できることが好ましい。例えば下部電極を上下に移動可能に構成すると良い
The substrate processed by the inductively coupled plasma processing apparatus of the present invention is particularly preferably a substrate having a structure in which a conductive layer is formed on an insulating layer. For example, an SOI substrate in which single crystal Si is formed on SiO2 that is an insulating layer can be given. Further, a mask having an opening is provided on the Si surface so that a plurality of portions to be etched are formed. The substrate is placed on a lower electrode disposed in a processing chamber, and a region to be etched is plasma-processed to form a fine pattern.
The lower electrode is preferably capable of adjusting the distance between the plasma generation region and the lower electrode in that the incident amount of ions can be adjusted. For example, the lower electrode may be configured to be movable up and down.
本発明のプラズマ処理装置では、処理室外に設けた誘導結合コイルを用いて該処理室内にプラズマを発生させるので、平行平板型のプラズマ処理装置に比べて高真空下でも高密度のプラズマを発生させることができる。このため、成膜工程とエッチング工程とを交互に繰り返しつつ高密度プラズマを発生させてアスペクト比が高いエッチング処理を行うプラズマ処理装置として好適である。成膜工程で用いられるガスとしてC4F8が挙げられる。また、エッチング工程で用いられるガスとしてSF6が挙げられる。 In the plasma processing apparatus of the present invention, plasma is generated in the processing chamber using an inductive coupling coil provided outside the processing chamber, so that high-density plasma is generated even under a high vacuum as compared with a parallel plate type plasma processing apparatus. be able to. For this reason, it is suitable as a plasma processing apparatus that generates high-density plasma while alternately repeating the film forming process and the etching process to perform an etching process with a high aspect ratio. An example of a gas used in the film forming process is C4F8. An example of the gas used in the etching process is SF6.
成膜工程は、SOI基板に高アスペクト比のエッチングを行うために、微細パターンの側面および底面を絶縁性のCF系膜で保護する工程である。微細パターンの側面のCF系膜の厚さは微細パターンの深さによって異なるが、10nm〜1μm程度であり、電子はCF系膜を通過してSi層に流れる。このため、電子による帯電の影響はほとんど考慮しなくてもよい。 The film forming process is a process of protecting the side surface and the bottom surface of the fine pattern with an insulating CF film in order to perform high aspect ratio etching on the SOI substrate. Although the thickness of the CF-type film on the side surface of the fine pattern varies depending on the depth of the fine pattern, it is about 10 nm to 1 μm, and electrons flow through the CF-type film to the Si layer. For this reason, it is not necessary to consider the influence of charging by electrons.
エッチング工程は、少なくとも、成膜工程で覆われた微細パターン底部の膜(CF系膜)を除去する第1エッチング工程と、Si層をエッチングする第2エッチング工程から構成することが好ましい。全ての微細パターン底部がSi層にあるときは、微細パターン底部のチャージアップはほとんど問題とならないので、第1エッチング工程では下部電極に印加される高周波電力は重畳高周波電力でも通常の高周波電力のいずれでもよい。第2エッチング工程では下部電極に重畳高周波電力や通常の高周波電力を印加することは必須ではなく、微細パターン底部のSi層のエッチングが進行する。 The etching process preferably includes at least a first etching process for removing the film (CF film) at the bottom of the fine pattern covered in the film forming process and a second etching process for etching the Si layer. When all the bottoms of the fine pattern are in the Si layer, the charge-up of the bottom of the fine pattern is hardly a problem. Therefore, in the first etching process, the high frequency power applied to the lower electrode is either superposition high frequency power or normal high frequency power. But you can. In the second etching step, it is not essential to apply superposed high-frequency power or normal high-frequency power to the lower electrode, and etching of the Si layer at the bottom of the fine pattern proceeds.
いずれかの微細パターン底部がSiO2層に到達するか、あるいは、SiO2層の直前に達したときは、下部電極に重畳高周波電力が印加される。少なくとも第1エッチング工程ではイオンでチャージアップされることなく微細パターン底部のCF系膜を除去するために下部電極に重畳高周波電力が印加される。第2エッチング工程では下部電極に高周波電力を印加することは必須ではなく、既にSiO2層に到達した微細パターン底部ではエッチングは進行せず、未だSiO2層に到達していない微細パターン底部ではエッチングが進行する。また、ノッチ防止の効果がより高い点で、パルス化された重畳高周波電力を下部電極に印加することが好ましい。
When any one of the fine pattern bottoms reaches the SiO2 layer or just before the SiO2 layer, the superimposed high-frequency power is applied to the lower electrode. At least in the first etching process, superimposed high frequency power is applied to the lower electrode in order to remove the CF-based film at the bottom of the fine pattern without being charged up with ions. In the second etching step, it is not essential to apply high-frequency power to the lower electrode. Etching does not proceed at the bottom of the fine pattern that has already reached the
また、エッチング工程および成膜工程の両工程において処理室内に酸素ガスを導入することが好ましい。そうすれば、処理室内で生じる硫黄や炭素などの副生物が析出するのを防ぐことができる。 In addition, oxygen gas is preferably introduced into the treatment chamber in both the etching process and the film formation process. By doing so, it is possible to prevent precipitation of by-products such as sulfur and carbon generated in the processing chamber.
本発明の誘導結合プラズマ処理装置では、下部電極に重畳高周波電力を印加することにより、処理基板に微細パターンをエッチングする際に当該微細パターンにイオンを引き込むことができるため、ノッチの発生を防止することができる。 In the inductively coupled plasma processing apparatus of the present invention, by applying superimposed high frequency power to the lower electrode, ions can be drawn into the fine pattern when the fine pattern is etched on the processing substrate, thereby preventing the occurrence of notches. be able to.
本発明の一実施例である誘導結合プラズマ処理装置について図面を参照して説明する。図1及び図2に示すように、本実施例のプラズマ処理装置1は、処理室2と、処理室2の上部に設けられ、当該処理室2内にプラズマを発生させるための誘導結合コイル4とを備えている。処理室2内には下部電極6が設けられている。
An inductively coupled plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the
下部電極6には静電チャック8が設けられており、この静電チャック8によって下部電極6上に載置されたSOI基板等の処理基板が吸着保持される。
下部電極6内には冷媒循環パイプ10が配設されている。また、下部電極6内には静電チャック8に伝熱ガスを供給する伝熱ガス供給管12が配設されている。冷媒循環パイプ10内を循環する冷媒、伝熱ガス供給管12を通して供給される伝熱ガス(例えばヘリウムガス)によって下部電極6上に配置される処理基板は所定温度(例えば25℃)に維持される。
The
A
処理室2内には、ガス導入管14,16,18を介してエッチングガス(例えばSF6)、成膜ガス(C4F8)、酸素ガスがそれぞれ導入されるようになっている。エッチングガス、成膜ガスの導入管14,16には、マスフローコントローラ141,161、三方バルブ142,162が設けられている。酸素ガスの導入管18には、マスフローコントローラ181、三方バルブ182が設けられている。処理室2にはロードロック室20が併設されている。各ガス導入管14,16,18の三方バルブ142,162,182には、前記ロードロック室20の排気管22につながる配管24,26,27が接続されている。このような配管系は特開昭60-50923号の第15図に例示されている。
また、処理室2の排気管28及びロードロック室20の排気管22にはそれぞれ真空ポンプ30及び真空ポンプ31が設けられている。前記真空ポンプ30により処理室2内は所定の減圧雰囲気に維持される。前記真空ポンプ31によりロードロック室20内が所定の減圧雰囲気に維持され、また、三方バルブ142又は162によって処理室2内に導入されなかったガスが排出される。
An etching gas (for example, SF6), a film forming gas (C4F8), and an oxygen gas are respectively introduced into the
Further, a
処理室2の上部には円筒状の誘電体32、誘電体32の外周面に一体的に形成されたファラデーシールド34、及びファラデーシールド34の外周に巻回された誘導結合コイル4が配置されている。誘導結合コイル4には整合器(マッチングボックス)37を介して高周波電源38が接続されている。ファラデーシールド34には、ファラデーシールド34が誘電体32の外周を一周回することがないように、切れ目が設けられている。これによって誘導結合コイル4に流れる電流とは逆向きの電流がファラデーシールド34に流れることがない。
A
下部電極6には重畳高周波電力供給装置40が接続されている。この重畳高周波電力供給装置40は、下部電極6に重畳高周波電力を印加するもので、第1周波数の高周波電力を発振する第1高周波電源42と、第1周波数よりも高い第2周波数の高周波電力を発振する第2高周波電源44とを備えている。以下の説明では、第1高周波電源42が発振する高周波電力を「低周波電力」という。
第1及び第2高周波電源42,44は、パルス信号機46の出力信号に従い所定の間隔(パルス)で高周波電力を発振することができる。第1高周波電源42は、整合器48、フィルタ50、加算器51を介して下部電極6に接続されている。第2高周波電源44は整合器52を介して前記加算器51に接続されている。これにより、下部電極6には、第1高周波電源42からの低周波電力に第2高周波電源44からの高周波電力が重畳された重畳高周波電力が印加される。
マスフローコントローラ141,161,181、バルブ142,162,182、パルス信号機46、加算器51、真空ポンプ30等の駆動は図示しない制御装置によって制御される。
A superimposed high frequency
The first and second high
The driving of the
次に、上記誘導結合プラズマ処理装置1を用いてSOI基板のSi層をエッチングして微細パターンを形成するプロセスについて説明する。SOI基板は、絶縁性のSiO2層の上に単結晶Siを形成したものである。
まず、エッチングプロセスの開始に先立ち、真空ポンプ30によって処理室2内が所定の減圧雰囲気、例えば20mTorrに維持される。
この状態で、エッチング工程が開始され、エッチングガス供給源からガス導入管14を通ってエッチングガスであるSF6が処理室2内に導入される。また、酸素ガス供給源からガス導入管18を通って酸素ガスが処理室2内に導入される。
なお、エッチング工程においては、成膜ガス供給源からガス導入管14に供給される成膜ガスは、ロードロック室20の排気管22に排出されるように三方バルブ162の出口位置が調整される。
そして、誘導結合コイル4に例えば13.56MHzの高周波電力が印加される。これにより、処理室2内のSF6がプラズマ状態になり、Si層に対するエッチングが行われる。
Next, a process for forming a fine pattern by etching the Si layer of the SOI substrate using the inductively coupled
First, prior to the start of the etching process, the inside of the
In this state, the etching process is started, and
In the etching step, the outlet position of the three-
For example, high frequency power of 13.56 MHz is applied to the inductive coupling coil 4. As a result, the
エッチング工程が所定時間行われると、次に成膜工程が行われる。
成膜工程では、エッチングガス導入管14の三方バルブ142が切り替えられ、SF6がロードロック室20の排気管22に排出される。それと同時に、成膜ガス導入管16の三方バルブ162が切り替えられ、成膜ガスであるC4F8が処理室2内に導入される。また、酸素ガス供給源からガス導入管18を通って酸素ガスが処理室2内に導入される。なお、成膜ガスの導入に同期して、エッチング工程の残ガスが処理室2内から排出される。
この結果、誘導結合コイル4によって成膜ガスがプラズマ化され、微細パターンの側壁や底面において保護膜として機能するCF系の高分子が重合される。
After the etching process is performed for a predetermined time, a film forming process is performed next.
In the film forming process, the three-
As a result, the film forming gas is turned into plasma by the inductive coupling coil 4, and the CF-based polymer that functions as a protective film is polymerized on the side wall and bottom surface of the fine pattern.
エッチング工程と成膜工程は、微細パターンがSOI基板のSi層とSiO2層の境界に達するまで繰り返し交互に行われる。
エッチング工程および成膜工程の間、処理室2内に連続して導入される酸素ガスは、成膜工程において微細パターンの底面に形成される保護膜を除去する機能を有する。また、酸素ガスは硫黄や炭素の除去にも寄与する。従って、酸素ガスを導入することにより、成膜工程の後で行われるエッチング工程において、微細パターンの底面の保護膜を迅速に除去して垂直方向にエッチングすることができる。
The etching process and the film forming process are repeated alternately until the fine pattern reaches the boundary between the Si layer and the
The oxygen gas continuously introduced into the
また、成膜工程の後で行われるエッチング工程は、微細パターン内にイオンを強く引き込んで底面の保護膜を除去するための第1エッチング工程と、Si層をエッチングするための第2エッチング工程に分けられる。 The etching process performed after the film forming process includes a first etching process for strongly drawing ions into the fine pattern and removing the protective film on the bottom surface, and a second etching process for etching the Si layer. Divided.
第1エッチング工程では、重畳高周波電力供給装置40から下部電極6に重畳高周波電力が印加される。一方、第2エッチング工程では、下部電極6に対する重畳高周波電力の印加は停止される。なお、成膜工程ではエッチングに寄与するイオン(SF6のイオン)を微細パターンの底面に引き込む必要はない。従って、重畳高周波電力は下部電極6に印加しなくても良い。
In the first etching step, the superimposed high frequency power is applied to the
次に、下部電極6に対する重畳高周波電力の印加方法について説明する。
第1高周波電源42から例えば400kHzの正弦波の低周波電力を出力し、整合器を介してフィルタに導入する。重畳高周波電力の低周波電力成分は微細パターン内に電子を垂直に引き込む役割を担う。低周波電力の正弦波周波数は、10〜800kHzが好ましい。低周波電力の周波数がこの範囲からはずれると、電子を引き込む効果が低下する傾向がある。なお、ここで引き込まれる電子は、プラズマ中に生じた電子、および、重畳高周波電力に含まれる高周波電力成分によって生じた電子に由来する。すなわち、重畳高周波電力には高周波電力成分が含まれているので、効率よく且つ充分に電子を発生させることが可能となる。
Next, a method for applying superimposed high frequency power to the
For example, a low frequency power of 400 kHz sine wave is output from the first high
一方、第2高周波電源44から例えば13.56MHzの高周波電力を出力し、整合器を介してフィルタの出力側に導入する。低周波電力とのマッチングを調整し易い点で、高周波電力も正弦波が好ましい。重畳高周波電力の高周波電力成分は電子を生成する役割を担う。高周波電力の正弦波周波数は10〜60MHzが好ましい。高周波電力の周波数がこの範囲からはずれると、イオンが微細パターン内に入射し難くなり、エッチング速度が低下する傾向がある。
On the other hand, high frequency power of 13.56 MHz, for example, is output from the second high
重畳高周波電力の低周波電力成分(第1周波数の高周波電力)の電力に対する高周波電力成分(第2高周波の高周波電力)の電力の比は、1:0.5〜1:100が好ましい。電力の比がこの範囲を外れると微細パターン内に電子を引き込む効果が低下したり、あるいは、効率よく電子を発生させる効果が低下したりする傾向がある。図3に低周波電力成分の電力に対する高周波電力成分の電力の比が1:0.5の重畳高周波電力の例を示す。 The ratio of the power of the high frequency power component (second high frequency power) to the power of the low frequency power component (high frequency power of the first frequency) of the superimposed high frequency power is preferably 1: 0.5 to 1: 100. If the power ratio is out of this range, the effect of drawing electrons into the fine pattern tends to decrease, or the effect of efficiently generating electrons tends to decrease. FIG. 3 shows an example of superimposed high frequency power in which the ratio of the power of the high frequency power component to the power of the low frequency power component is 1: 0.5.
また、高周波電力成分(13.56MHzなど)を一旦低周波で振幅変調を行い、この振幅変調された高周波電力に対して、さらに、低周波電力成分(400kHzなど)を重畳して重畳高周波電力を得ることも可能である。ここで、高周波電力成分に振幅変調を行う低周波は、低周波電力成分よりも低い周波数であることが好ましい。例えば低周波電力成分が400kHzであれば、高周波電力成分に振幅変調を行う周波数は200kHzが好ましい。 In addition, high-frequency power components (such as 13.56 MHz) are once subjected to amplitude modulation at low frequencies, and superimposed high-frequency power is obtained by superimposing low-frequency power components (such as 400 kHz) on this amplitude-modulated high-frequency power. It is also possible. Here, it is preferable that the low frequency which modulates an amplitude to a high frequency electric power component is a frequency lower than a low frequency electric power component. For example, if the low frequency power component is 400 kHz, the frequency for performing amplitude modulation on the high frequency power component is preferably 200 kHz.
図4は、第1高周波電源および第2高周波電源に対して同じ位相でパルス信号(パルスON:500μ秒、パルスOFF:1500μ秒)を印加して得られたパルス化高周波電力を重畳した重畳高周波電力の例を示す。 FIG. 4 shows superimposed high-frequency power on which pulsed high-frequency power obtained by applying a pulse signal (pulse ON: 500 μsec, pulse OFF: 1500 μsec) with the same phase to the first high-frequency power supply and the second high-frequency power supply is superimposed. An example of power is shown.
次に、サムコ株式会社製の誘導結合プラズマ処理装置(RIE−800iPB)を用いて実際にSOI基板(8インチ)にエッチングを行ったときの微細パターンの底部(SiO2とSiの境界部分)に生じたノッチの発生の様子を調べた。
この誘導結合プラズマ処理装置は、処理室がアルミニウム製で、下部電極の上方に円筒状の誘電体でできたプラズマ発生室が設けられている。誘電体の周囲には単巻きの誘導結合コイルが設けられており、誘導結合コイルには高周波電源(13.56MHz)が接続されている。また、下部電極は上下方向に移動可能であり、誘導結合コイルと下部電極の距離を調節できるようになっている。
前記SOI基板はSiO2層の上に60μmの厚さのSi層が積層されており、Si層の表面にはフォトレジストが設けられている。このフォトレジストには3μm幅のスリット(被エッチング部分)が等間隔に設けられている。
Next, it occurs at the bottom of the fine pattern (the boundary between SiO2 and Si) when the SOI substrate (8 inches) is actually etched using an inductively coupled plasma processing apparatus (RIE-800iPB) manufactured by Samco Corporation. The state of occurrence of a notch was examined.
In this inductively coupled plasma processing apparatus, the processing chamber is made of aluminum, and a plasma generation chamber made of a cylindrical dielectric is provided above the lower electrode. A single winding inductive coupling coil is provided around the dielectric, and a high frequency power source (13.56 MHz) is connected to the inductive coupling coil. Further, the lower electrode is movable in the vertical direction, and the distance between the inductive coupling coil and the lower electrode can be adjusted.
In the SOI substrate, a Si layer having a thickness of 60 μm is laminated on a
[実施例1]
下部電極に、第1高周波電源から発振される第1周波数が400kHzの高周波電力(40W)と、第2高周波電源から発振される第2周波数が13.56MHzの高周波電力(20W)とを重畳することにより得た重畳高周波電力を印加した。
つぎに、SF6(流量100sccm)及び酸素ガス(流量10sccm)をプラズマ発生室に4秒間導入してエッチングを行う工程(最初の2秒間のみ重畳高周波電力を下部電極に印加した。)、および、C4F8(流量100sccm)及び酸素ガス(流量10sccm)をプラズマ発生室に2秒間導入して成膜を行う工程を交互に繰り返してエッチング処理を行った。エッチング処理の時間は、SiO2層に到達するのに充分な時間(10分間)に加えて、さらに、同じ条件のまま5分間のオーバーエッチングを行った。エッチング終了後、微細パターンの底部に生じたノッチの形状を電子顕微鏡で観察して横方向の切れ込み距離を計測した。ここで、ノッチの横方向の切れ込み距離とは、図5中、記号Lで示す長さを意味する。
[Example 1]
Superimposing a high frequency power (40 W) with a first frequency of 400 kHz oscillated from the first high frequency power supply and a high frequency power (20 W) with a second frequency of 13.56 MHz oscillated from the second high frequency power supply on the lower electrode. The superimposed high frequency power obtained by the above was applied.
Next, SF6 (flow rate 100 sccm) and oxygen gas (flow
[実施例2]
第1高周波電源および第2高周波電源に対して同じ位相でパルス信号(パルスON:500μ秒、パルスOFF:1500μ秒)を印加して得られたパルス化高周波電力を重畳した重畳高周波電力を下部電極に印加した以外は、実施例1と同様にしてプラズマエッチングを行った。エッチング終了後、微細パターンの底部に生じたノッチの形状を電子顕微鏡で観察して横方向の切れ込み距離を計測した。
[Example 2]
Superimposed high-frequency power superimposed on pulsed high-frequency power obtained by applying a pulse signal (pulse ON: 500 μsec, pulse OFF: 1500 μsec) with the same phase to the first high-frequency power supply and the second high-frequency power supply Plasma etching was performed in the same manner as in Example 1 except that the above was applied. After completion of the etching, the shape of the notch formed at the bottom of the fine pattern was observed with an electron microscope to measure the lateral cut distance.
[比較例1]
第2高周波電源から発振された高周波電力(13.56MHz)のみ下部電極に印加した以外は、実施例1と同様にしてプラズマエッチングを行った。エッチング終了後、微細パターンの底部に生じたノッチの形状を電子顕微鏡で観察し、実施例1と同様にして横方向の切れ込み距離を計測した。
[Comparative Example 1]
Plasma etching was performed in the same manner as in Example 1 except that only the high frequency power (13.56 MHz) oscillated from the second high frequency power source was applied to the lower electrode. After completion of the etching, the shape of the notch formed at the bottom of the fine pattern was observed with an electron microscope, and the lateral cut distance was measured in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
第1高周波電源から発振された高周波電力(400kHz)のみ下部電極に印加した以外は、実施例1と同様にしてプラズマエッチングを行った。エッチング終了後、微細パターンの底部に生じたノッチの形状を電子顕微鏡で観察し、実施例1と同様にして横方向の切れ込み距離を計測した。
[Comparative Example 2]
Plasma etching was performed in the same manner as in Example 1 except that only the high frequency power (400 kHz) oscillated from the first high frequency power source was applied to the lower electrode. After completion of the etching, the shape of the notch formed at the bottom of the fine pattern was observed with an electron microscope, and the lateral cut distance was measured in the same manner as in Example 1.
[比較例3]
比較例1の高周波電源に対してパルス信号(パルスON:500μ秒、パルスOFF:1500μ秒)を印加して得られたパルス化高周波電力を下部電極に印加した以外は実施例1と同様にしてプラズマエッチングを行った。エッチング終了後、微細パターンの底部に生じたノッチの形状を電子顕微鏡で観察し、実施例1と同様にして横方向の切れ込み距離を計測した。
[Comparative Example 3]
Except that pulsed high frequency power obtained by applying a pulse signal (pulse ON: 500 μsec, pulse OFF: 1500 μsec) to the high frequency power source of Comparative Example 1 was applied to the lower electrode in the same manner as in Example 1. Plasma etching was performed. After completion of the etching, the shape of the notch formed at the bottom of the fine pattern was observed with an electron microscope, and the lateral cut distance was measured in the same manner as in Example 1.
図6に、上記実施例1及び2並びに比較例1〜3で計測した横方向の切れ込み距離を示す。
FIG. 6 shows the horizontal cut distance measured in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.
1…誘導結合プラズマ処理装置
2…処理室
4…誘導結合コイル
6…下部電極
8…静電チャック
14,16,18…ガス導入管
40…重畳高周波電力供給装置
42…第1高周波電源
44…第2高周波電源
DESCRIPTION OF
Claims (3)
b)前記処理室内に配置され、処理基板が載置される下部電極と、
c)前記処理室内に反応性ガスを導入するガス導入手段と、
d)前記処理室の外部に配置され、当該処理室内の反応性ガスを励起することによりプラズマを発生させる誘導結合コイルと、
e)前記処理室内に酸素ガスを導入する酸素ガス導入管と
を備え、前記プラズマにより処理基板をプラズマ処理する誘導結合プラズマ処理装置において、
前記処理基板は、絶縁層の上に導電層が形成された構造を有するSOI基板であり、
10〜800kHzの第1周波数の高周波電力を発振する第1高周波電源と、
前記第1周波数よりも高い10〜60MHzの第2周波数の高周波電力を発振する第2高周波電源と、
前記第1高周波電源より発振された高周波電力に前記第2高周波電源より発振された高周波電力を重畳した重畳高周波電力を前記下部電極に印加する高周波電力印加手段と、
前記処理基板の微細パターンの側面及び底面に絶縁性薄膜を形成する成膜工程と、前記処理基板の微細パターンの底面に形成された絶縁性薄膜を除去し、導電層をエッチングするエッチング工程とを交互に繰り返すエッチング手段と
を備え、
前記エッチング工程が、絶縁性薄膜を除去する第1エッチング工程と、絶縁層をエッチングする第2エッチング工程とから成り、前記高周波電力印加手段が、前記第1エッチング工程において前記重畳高周波電力を前記下部電極に印加することを特徴とする誘導結合プラズマ処理装置。 a) a processing chamber;
b) a lower electrode disposed in the processing chamber and on which a processing substrate is placed;
c) gas introduction means for introducing a reactive gas into the processing chamber;
d) an inductive coupling coil disposed outside the processing chamber and generating plasma by exciting a reactive gas in the processing chamber;
e) In an inductively coupled plasma processing apparatus comprising: an oxygen gas introduction pipe for introducing oxygen gas into the processing chamber, wherein the processing substrate is plasma-processed by the plasma;
The substrate is a SOI substrate which have a structure in which conductive layers are formed on the insulating layer,
A first high-frequency power source that oscillates high-frequency power having a first frequency of 10 to 800 kHz;
A second high frequency power source that oscillates high frequency power of a second frequency of 10 to 60 MHz higher than the first frequency;
High-frequency power application means for applying, to the lower electrode, superimposed high-frequency power obtained by superimposing high-frequency power oscillated from the second high-frequency power source on high-frequency power oscillated from the first high-frequency power source;
A film forming step of forming an insulating thin film on the side and bottom surfaces of the fine pattern of the processing substrate; and an etching step of removing the insulating thin film formed on the bottom surface of the fine pattern of the processing substrate and etching the conductive layer. Etching means that repeats alternately, and
The etching step includes a first etching step for removing the insulating thin film and a second etching step for etching the insulating layer, and the high-frequency power application means applies the superimposed high-frequency power to the lower portion in the first etching step. An inductively coupled plasma processing apparatus characterized by being applied to an electrode.
前記処理基板の微細パターンの側面及び底面に絶縁性薄膜を形成する成膜工程と、前記処理基板の微細パターンの底面に形成された絶縁性薄膜を除去し、導電層をエッチングするエッチング工程を有し、
前記エッチング工程が、絶縁性薄膜を除去する第1エッチング工程と、絶縁層をエッチングする第2エッチング工程とから成り、
前記第1エッチング工程において、前記下部電極に、10〜800kHzの第1周波数の高周波電力と前記第1周波数よりも高い10〜60MHzの第2周波数の高周波電力とを重畳させた重畳高周波電力を印加することを特徴とするプラズマエッチング方法。 A method of plasma etching a processing substrate, which is an SOI substrate mounted on a lower electrode in a processing chamber and having a structure in which a conductive layer is formed on an insulating layer,
A film forming step for forming an insulating thin film on the side and bottom surfaces of the fine pattern of the processing substrate; and an etching step for removing the insulating thin film formed on the bottom surface of the fine pattern on the processing substrate and etching the conductive layer. And
The etching step includes a first etching step for removing the insulating thin film and a second etching step for etching the insulating layer,
In the first etching step, a superimposed high frequency power in which a high frequency power having a first frequency of 10 to 800 kHz and a high frequency power having a second frequency of 10 to 60 MHz higher than the first frequency are applied to the lower electrode. A plasma etching method comprising:
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