JP6047281B2 - Plasma etching method - Google Patents

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本発明は、半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造に利用されるプラズマエッチング方法及に関するものである。   The present invention relates to a plasma etching method used for manufacturing electronic devices such as semiconductors, micromachines, and molds used in nanoimprint technology.

半導体等の電子デバイスやマイクロマシンの製造、ナノインプリント技術で使用する金型の製造において、近年、プラズマ処理によるドライエッチング加工技術の重要性は高まっている。従来のプラズマ処理によるドライエッチング方法の一例を、図1を参照して説明する。このエッチング方法では、誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用する。このプラズマ処理装置は、例えば特許文献1に開示されているものと類似のものである。図1において、真空容器1内に、ガス供給装置2から反応性エッチングガスとして所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプシステム3により排気を行い、調圧弁4により真空容器1内を所定の圧力に保ちながら、コイル用高周波電源5により13.56MHzの高周波電力を、真空容器1の外周面に設けたコイル6に供給することにより、真空容器1内に誘導結合型プラズマ7が発生し、基板電極8上に載置された静電チャック9により、基板電極8に密着された基板10に対してプラズマ処理を行うことができる。また、基板電極8に電力を供給するための基板電極用交流電源11が設けられている。 In the manufacture of electronic devices such as semiconductors, micromachines, and the manufacture of molds used in nanoimprint technology, the importance of dry etching processing technology by plasma processing has been increasing in recent years. An example of a conventional dry etching method using plasma processing will be described with reference to FIG. In this etching method, a plasma processing apparatus using an inductively coupled plasma source is used. This plasma processing apparatus is similar to that disclosed in Patent Document 1, for example. In FIG. 1, while introducing a predetermined gas as a reactive etching gas from a gas supply device 2 into a vacuum vessel 1, exhaust is performed by a turbo molecular pump system 3 as an exhaust device, and a pressure regulating valve 4 is used to exhaust the interior of the vacuum vessel 1. The high frequency power of 13.56 MHz is supplied to the coil 6 provided on the outer peripheral surface of the vacuum vessel 1 by the high frequency power source 5 for the coil while maintaining a predetermined pressure, so that the inductively coupled plasma 7 is generated in the vacuum vessel 1. The plasma processing can be performed on the substrate 10 that is generated and mounted on the substrate electrode 8 and is in close contact with the substrate electrode 8. Also, a substrate electrode AC power supply 11 for supplying power to the substrate electrode 8 is provided.

図2に、このプラズマ処理装置でエッチングによって作成された金型12の一部を示す。図2において符号13はエッチング用のマスクである。金型12は、シリコン製で、その上面にエッチング用のマスク13を配置して、静電チャック9により基板電極8に密着され、プラズマエッチングされる。この金型12におけるエッチングされずに残って傾斜面が、それが突出している面と成す角度αをテーパー角度とする。   FIG. 2 shows a part of a mold 12 created by etching with this plasma processing apparatus. In FIG. 2, reference numeral 13 denotes an etching mask. The mold 12 is made of silicon, and an etching mask 13 is disposed on the upper surface thereof. The mold 12 is brought into close contact with the substrate electrode 8 by the electrostatic chuck 9 and plasma etched. The taper angle is defined as an angle α formed by the inclined surface remaining unetched in the mold 12 and the surface from which the inclined surface protrudes.

特開2006-286536号公報JP 2006-286536 A

図2に示すようなナノインプリント技術で使われる金型12を作成する際、金型12のテーパー角度が例えば角度βで示すように90°以上であった場合、金型12を基板に押し当てた後、基板から離型する際に、アンカー効果により離型性が悪くなる。そこで、離型性を良くする方法の一つとして、アンカー効果対策として金型のテーパー角を角度αで示すように90°以下にする必要性が生じる。特に、金型材料をシリコンとした場合、上述した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理が含まれるドライエッチングによって、シリコンをエッチングしたときのテーパー角度は90°以上となる。   When the mold 12 used in the nanoimprint technology as shown in FIG. 2 is created, when the taper angle of the mold 12 is 90 ° or more as shown by the angle β, for example, the mold 12 is pressed against the substrate. Later, when releasing from the substrate, the releasability deteriorates due to the anchor effect. Therefore, as one of the methods for improving the releasability, the taper angle of the mold needs to be 90 ° or less as shown by the angle α as a countermeasure for the anchor effect. In particular, when the mold material is silicon, the taper angle when silicon is etched by dry etching including the above-described plasma processing using the inductively coupled plasma source is 90 ° or more.

本発明は、テーパー角度を90度未満とするプラズマエッチング方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the plasma etching method which makes a taper angle less than 90 degree | times.

本発明の一態様のプラズマエッチング方法は、反応性エッチングガスとしてフッ素を含むガスと酸素とを用いて、ナノインプリント用金型をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、前記金型を氷点下に冷却しつつ、前記金型に供給する交流電力の周波数によって、前記金型のテーパー角度を、90度未満に制御するものである。テーパー角度は、前記金型においてエッチングされずに残った傾斜面が、それらが突出している面となす角度である。例えば真空槽を真空に排気した後、フッ素を含むガスと酸素と反応性エッチングガスとして、導入し、真空槽に高周波電力を印加して、反応性ガスをプラズマ化する。金型は、例えば基板電極上に配置され、基板電極に交流電力を印加する。基板電極が氷点下に冷却される。プラズマ化された反応性ガスが金型に向かい、金型をエッチングする。基板電極を氷点下に冷却しつつ、これに印加される交流電力の周波数を、適切に選択することによって、金型のテーパー角度を制御する。金型は、シリコン製である。 The plasma etching method of one embodiment of the present invention is a plasma etching method for plasma etching a nanoimprint mold using a gas containing fluorine as a reactive etching gas and oxygen, while cooling the mold below freezing point, The taper angle of the mold is controlled to be less than 90 degrees according to the frequency of the AC power supplied to the mold. The taper angle is an angle between an inclined surface remaining without being etched in the mold and a surface from which they protrude. For example, after the vacuum chamber is evacuated to vacuum, it is introduced as a fluorine-containing gas, oxygen, and a reactive etching gas, and high-frequency power is applied to the vacuum chamber to convert the reactive gas into plasma. A metal mold | die is arrange | positioned, for example on a board | substrate electrode, and applies alternating current power to a board | substrate electrode. The substrate electrode is cooled below freezing point. The plasma-ized reactive gas goes to the mold and etches the mold. While the substrate electrode is cooled below the freezing point, the taper angle of the mold is controlled by appropriately selecting the frequency of the AC power applied to the substrate electrode. The mold is made of silicon.

このようにエッチング部材に印加される高電流の周波数を適切に選択することによってテーパー角度を90度未満とすることができる。   Thus, the taper angle can be made less than 90 degrees by appropriately selecting the frequency of the high current applied to the etching member.

本発明の1実施形態のプラズマエッチング方法に使用する装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus used for the plasma etching method of one Embodiment of this invention. テーパー角度の説明図である。It is explanatory drawing of a taper angle. 図1のエッチング方法によって作成したナノインプリント用の金型の図である。It is the figure of the metal mold | die for nanoimprint created by the etching method of FIG.

本発明の一実施形態のプラズマエッチング方法は、図1に示した誘導結合型プラズマ源を用いたプラズマ処理装置を使用するもので、真空容器1内の基板電極8に静電チャック9により、基板10として例えばシリコン部材を密着させる。なお、基板電極8は、冷却装置を備え、温度管理されている。真空容器1内にガス供給源2から処理ガスを供給しつつ真空容器1内をターボ分子式ポンプシステム3によって排気し、調圧弁4により真空容器1内を所定の圧力に制御しながら、高周波電力、例えば周波数13.56MHzのコイル用高周波電力を基板電極10の上部に設けられたコイル6の一端をなす給電点に供給する。これによって、真空容器1内に誘導結合型プラズマ7が発生する。基板電極10に基板電極用交流電源11から基板電極用交流電力を供給し、基板最表面を処理する。基板電極用交流電源11は、その周波数を可変することができるものである。   The plasma etching method according to an embodiment of the present invention uses the plasma processing apparatus using the inductively coupled plasma source shown in FIG. 1, and the substrate electrode 8 in the vacuum vessel 1 is attached to the substrate by the electrostatic chuck 9. For example, a silicon member is brought into close contact with 10. The substrate electrode 8 includes a cooling device and is temperature-controlled. While supplying the processing gas from the gas supply source 2 into the vacuum vessel 1, the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated by the turbo molecular pump system 3, and the inside of the vacuum vessel 1 is controlled to a predetermined pressure by the pressure regulating valve 4. For example, high frequency power for a coil having a frequency of 13.56 MHz is supplied to a feeding point that forms one end of the coil 6 provided on the upper portion of the substrate electrode 10. As a result, inductively coupled plasma 7 is generated in the vacuum vessel 1. Substrate electrode AC power is supplied to the substrate electrode 10 from the substrate electrode AC power source 11 to treat the outermost surface of the substrate. The substrate electrode AC power supply 11 can vary its frequency.

具体的には、基板10を基板電極8上に配置されている静電チャック9上に搭載する。そして、静電チャック9が発生させる静電気力により基板10を静電チャック9と密着させる。静電チャック9と基板10との間には小さな体積の空間が存在するが、ここにヘリウムを1000Pa以上の圧力になるまで充填する。これにより、基板10と基板電極9との熱伝導は上昇する。   Specifically, the substrate 10 is mounted on the electrostatic chuck 9 disposed on the substrate electrode 8. Then, the substrate 10 is brought into close contact with the electrostatic chuck 9 by the electrostatic force generated by the electrostatic chuck 9. A space with a small volume exists between the electrostatic chuck 9 and the substrate 10, but helium is filled therein until the pressure reaches 1000 Pa or more. Thereby, the heat conduction between the substrate 10 and the substrate electrode 9 increases.

真空容器1内に反応性ガスとして、六フッ化硫黄と酸素を2:1〜1:1の割合でガス供給源2から流し、調圧弁4により処理圧力を例えば5Paに調整する。コイル用高周波電力を例えば100W〜2000Wの範囲でコイル6に印加することにより、誘導結合型プラズマ7が励起される。   As a reactive gas, sulfur hexafluoride and oxygen are allowed to flow from the gas supply source 2 in the vacuum vessel 1 at a ratio of 2: 1 to 1: 1, and the processing pressure is adjusted to, for example, 5 Pa by the pressure regulating valve 4. The inductively coupled plasma 7 is excited by applying high frequency power for the coil to the coil 6 in the range of 100 W to 2000 W, for example.

基板電極8に交流電力を、例えば0W〜500Wの範囲で基板電極8に印加することにより、基板10には誘導結合型プラズマ7中に存在するイオンを積極的に入射させ、基板10のエッチングを促進させる。この時、基板電極用交流電力の周波数を変化させることで、例えばナノインプリントで使用する金型のテーパー角度を制御することが可能となる。   By applying AC power to the substrate electrode 8 in the range of, for example, 0 W to 500 W, ions existing in the inductively coupled plasma 7 are actively incident on the substrate 10 to etch the substrate 10. Promote. At this time, by changing the frequency of the AC power for the substrate electrode, for example, the taper angle of a mold used in nanoimprinting can be controlled.

また、この時、基板電極を温度調整することにより、静電チャックにより熱伝導率を良く密着されている基板の温度を調整することができ、基板温度を変化させることでテーパー角度を制御することが可能となる。   At this time, by adjusting the temperature of the substrate electrode, it is possible to adjust the temperature of the substrate whose thermal conductivity is closely adhered by the electrostatic chuck, and to control the taper angle by changing the substrate temperature. Is possible.

実施例として、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とをほぼ2:1の割合で真空容器1内に導入し、処理圧力を5Paに調整し、コイル用高周波電力(周波数:13.56MHz)400Wをコイルに印加し、基板電極用交流電力30Wを−15℃に温度調整された基板電極10に印加する。この時の基板電極用交流周波数を500kHz、13.56MHzそして27MHzとした場合のエッチング形状を図3に示す。エッチングテーパー角度は、500kHzで89.86度、13.56MHzで87.81度、27MHzで85.96度とそれぞれなり、基板電極用交流周波数が高くなると共に、テーパー角度は低くなっている。このように基板電極用交流周波数を高くすることによって、テーパー角度を低くできる   As an example, sulfur hexafluoride and oxygen as reactive gases are introduced into the vacuum vessel 1 at a ratio of approximately 2: 1, the processing pressure is adjusted to 5 Pa, and the coil high frequency power (frequency: 13.56 MHz). 400 W is applied to the coil, and substrate electrode AC power 30 W is applied to the substrate electrode 10 whose temperature is adjusted to −15 ° C. FIG. 3 shows an etching shape when the substrate electrode AC frequency is 500 kHz, 13.56 MHz, and 27 MHz. The etching taper angle is 89.86 degrees at 500 kHz, 87.81 degrees at 13.56 MHz, and 85.96 degrees at 27 MHz, respectively, and the substrate electrode AC frequency is increased and the taper angle is decreased. Thus, the taper angle can be lowered by increasing the AC frequency for the substrate electrode.

それは、以下の理由と推測される。一般的に基板電極近傍のプラズマ密度nsは、基板電極用交流周波数をf、基板電極用交流電源の交流電圧をV、ωを2πfとすると、ns∝ω2Vで表される。この式から明らかなように、基板電極用交流周波数fが高いほど、基板電極近傍のプラズマ密度nsが高くなる。基板10として、シリコンを使用した場合、シリコンは四フッ化シリコンとして気化し、エッチングされる。そして、気化した四フッ化シリコンは、プラズマ中で再分解され、一部は酸化シリコンとして生成される。この生成された酸化シリコンは、固体となり、基板10上に付着し、そのうちエッチングされた側壁(図2に符号Aで示す)へ堆積した酸化シリコン膜が、側壁保護膜となる。このエッチング表面へ堆積した酸化シリコンにプラズマ7中のイオンがエネルギーを持って流入し、酸化シリコンはたたき出される。酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度は、プラズマ密度が高まることにより増加する。つまり、交流電源周波数が高くなると、酸化シリコンの側壁保護膜の成長速度も大きくなる。そのため、順テーパー形状のシリコンのエッチングを交流電源周波数により制御することが可能となる。   The reason is estimated as follows. In general, the plasma density ns near the substrate electrode is expressed as ns∝ω2V, where f is the substrate electrode AC frequency, V is the AC voltage of the substrate electrode AC power supply, and ω is 2πf. As is apparent from this equation, the higher the substrate electrode AC frequency f, the higher the plasma density ns near the substrate electrode. When silicon is used as the substrate 10, the silicon is vaporized as silicon tetrafluoride and etched. The vaporized silicon tetrafluoride is re-decomposed in plasma, and a part thereof is generated as silicon oxide. The generated silicon oxide becomes solid and adheres to the substrate 10, and the silicon oxide film deposited on the etched side wall (indicated by symbol A in FIG. 2) becomes the side wall protective film. The ions in the plasma 7 flow with energy into the silicon oxide deposited on the etched surface, and the silicon oxide is knocked out. The growth rate of the sidewall protective film of silicon oxide increases as the plasma density increases. That is, as the AC power supply frequency increases, the growth rate of the silicon oxide sidewall protective film also increases. Therefore, the etching of the forward tapered silicon can be controlled by the AC power supply frequency.

上記の実施形態では、反応性ガスとして六フッ化硫黄と酸素とを使用したが、これに代えて、例えばCF4やC4F8等を使用することもできる。コイル用高周波電力の周波数として13.56MHzを使用したが、これに限らず、例えば1MHz乃至100MHzの周波数を使用することができる。エッチング部材としてはシリコンを使用したが、これに代えて、例えば石英や窒化シリコン等を使用することもできる。 In the above embodiment, sulfur hexafluoride and oxygen are used as the reactive gas, but instead, for example, CF4, C4F8, or the like may be used. Although 13.56 MHz is used as the frequency of the high frequency power for the coil, the present invention is not limited to this, and for example, a frequency of 1 MHz to 100 MHz can be used. Although silicon is used as the etching member, for example, quartz, silicon nitride, or the like can be used instead .

1 真空容器
2 ガス供給装置
3 ターボ分子ポンプシステム
4 調圧弁
5 コイル用高周波電源
6 コイル
7 誘導結合型プラズマ
8 基板電極
10 基板
11 基板電極用交流電源
1 Vacuum container 2 Gas supply device
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Turbo molecular pump system 4 Pressure regulating valve 5 High frequency power supply for coils 6 Coils 7 Inductively coupled plasma 8 Substrate electrode 10 Substrate 11 AC power supply for substrate electrode

Claims (1)

反応性ガスとして、フッ素を含むガスと酸素とを用いて、ナノインプリント用金型を プラズマエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記金型を氷点下に冷却しつつ、前記金型に供給する交流電力の周波数によって 前記金型のテーパー角度を90度未満に制御するプラズマエッチング方法であって、前記テーパー角度は、前記金型においてエッチングされずに残った傾斜面が、それらが突出している面となす角度であり、前記金型がシリコン製であるプラズマエッチング方法。
In a plasma etching method in which a nanoimprint mold is plasma etched using a fluorine-containing gas and oxygen as a reactive gas,
A plasma etching method for controlling a taper angle of the mold to be less than 90 degrees according to a frequency of AC power supplied to the mold while cooling the mold below a freezing point, wherein the taper angle is A plasma etching method, wherein an inclined surface that remains without being etched is an angle formed by a surface from which the surface protrudes, and the mold is made of silicon .
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