JPH04268727A - Method and adevice for dry etching - Google Patents

Method and adevice for dry etching

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JPH04268727A
JPH04268727A JP3030019A JP3001991A JPH04268727A JP H04268727 A JPH04268727 A JP H04268727A JP 3030019 A JP3030019 A JP 3030019A JP 3001991 A JP3001991 A JP 3001991A JP H04268727 A JPH04268727 A JP H04268727A
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dry etching
plasma
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sample
sample stage
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Masabumi Kubota
正文 久保田
Noboru Nomura
登 野村
Norihiko Tamaoki
徳彦 玉置
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Abstract

PURPOSE:To provide the title dry etching method in excellent evenness, easy to be large-scaled doping little damage to a work for producting high density plasma in high degree of vacuum making use of the oscillation or rotary motion of electrons in the pertient high-frequency field. CONSTITUTION:The title dry etching device is provided with a mechanism wherein the space between the first electrode pair 5 and 6 is impressed with the first high-frequency power in 300 MHz and then the space between the second electrode pair 7 and 8 is impressed with the first high-frequency power in the 90 deg. different phase while the space between the remaining one pair of electrodes 2 and 4 is impressed with the second high-freqnency power of 50 MHz. Since Lissajour's waveforms are observed when the signals in the 90 deg. different phase of the same freqnency are inputted in X, Y of an oscilloscope, similar to such a case, electrodes start rotary motion due to the AC power imposed on the electrodes 5, 6, 7, 8. Accordingly, the high ionization effect can be brought about for increasing the etching rate despite the high degree of vacuum.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は プラズマを用いたドラ
イエッチング技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to dry etching technology using plasma.

【0002】0002

【従来の技術】高密度半導体集積回路の進歩は産業革命
にも比較される変革をもたらしつつある。高密度化は素
子寸法の微細化、デバイスの改良、チップサイズの大面
積化等により実現されてきた。素子寸法の微細化は光の
波長程度まで進んで来ており、リソグラフィにはエキシ
マレーザや軟エックス線の使用が検討されている。微細
パターンの実現には、リソグラフィと並んでドライエッ
チングが重要な役割を果たしている。
2. Description of the Related Art Advances in high-density semiconductor integrated circuits are bringing about changes that can be compared to the industrial revolution. High density has been achieved by miniaturizing element dimensions, improving devices, increasing chip size, etc. The miniaturization of element dimensions has progressed to the level of the wavelength of light, and the use of excimer lasers and soft X-rays for lithography is being considered. Along with lithography, dry etching plays an important role in realizing fine patterns.

【0003】ドライエッチングとは、プラズマ、ラジカ
ル、イオン等による気相ー固相表面に於ける化学的また
は物理的反応を利用し、薄膜または基板の不要な部分を
除去する加工法である。ドライエッチング技術として最
も広く用いられている反応性イオンエッチング(RIE
)は、適当なガスの高周波放電プラズマ中に試料を曝す
とエッチング反応により試料表面の不要部分が除去され
るというものである。必要な部分は、通常、マスクとし
て用いたホトレジストパターンにより保護されている。 微細化のためにはイオンの方向性を揃えることが必要で
あるが、このためにはプラズマ中でのイオンの散乱を減
らすことが不可欠である。イオンの方向性を揃えるため
には、プラズマの真空度を高めてイオンの平均自由行程
を大きくするのが効果的であるが、真空度を高めると高
周波放電が生じ難くなるという問題がある。この対策と
して一般にプラズマ室に磁場を印加し、放電を容易にす
る方法としてマグネトロン反応性イオンエッチングやE
CR(電子サイクロトロン共鳴)エッチング技術が開発
されてきた。
[0003] Dry etching is a processing method that removes unnecessary portions of a thin film or substrate by utilizing a chemical or physical reaction between a gas phase and a solid phase surface caused by plasma, radicals, ions, etc. Reactive ion etching (RIE) is the most widely used dry etching technique.
) is that when a sample is exposed to a high-frequency discharge plasma of an appropriate gas, unnecessary portions of the sample surface are removed by an etching reaction. The necessary areas are usually protected by a photoresist pattern used as a mask. For miniaturization, it is necessary to align the directionality of ions, and for this purpose, it is essential to reduce the scattering of ions in the plasma. In order to align the directionality of the ions, it is effective to increase the degree of vacuum of the plasma to increase the mean free path of the ions, but there is a problem that increasing the degree of vacuum makes it difficult to generate high-frequency discharge. As a countermeasure to this problem, a magnetic field is generally applied to the plasma chamber, and methods such as magnetron reactive ion etching and E
CR (Electron Cyclotron Resonance) etching techniques have been developed.

【0004】図14は従来のマグネトロン放電を用いた
反応性イオンエッチング装置を示す模式図である。金属
性チャンバー81中には、ガスコントローラ82を通し
て反応性ガスが導入され、排気系83によって適切な圧
力に制御されている。チャンバー81の上部にはアノー
ド(陽極)84が設けられ、下部にはカソード(陰極)
となる試料台85が設けられている。試料台85には、
インピーダンス整合回路86を介してRF電源87が接
続されており、試料台85とアノード84との間で高周
波放電を起こすことができる。チャンバー81中には、
側面に設置された、2対の、位相の90度異なる対向す
る交流電磁石88によって回転磁界が印加され、高真空
中での放電を容易にしている。電子は印加磁場により、
サイクロイド運動をするため、イオン化効率が高くなる
というものである。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a conventional reactive ion etching apparatus using magnetron discharge. A reactive gas is introduced into the metal chamber 81 through a gas controller 82 and controlled to an appropriate pressure by an exhaust system 83. An anode (anode) 84 is provided at the top of the chamber 81, and a cathode (cathode) is provided at the bottom.
A sample stage 85 is provided. On the sample stage 85,
An RF power source 87 is connected via an impedance matching circuit 86, and a high frequency discharge can be caused between the sample stage 85 and the anode 84. Inside the chamber 81,
A rotating magnetic field is applied by two pairs of opposing alternating current electromagnets 88 with a phase difference of 90 degrees installed on the side, facilitating discharge in a high vacuum. Due to the applied magnetic field, the electrons
Because of the cycloidal motion, the ionization efficiency is increased.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うなマグネトロン放電やECR放電はプラズマ密度を高
めることを目的としているが、試料表面全域で高いプラ
ズマ密度を均一に発生させると言う点には十分配慮され
ていない。このため加工する試料に損傷が導入されてし
まうという問題があった。たとえば従来のマグネトロン
反応性イオンエッチング装置では、回転磁場によって局
所的なプラズマの偏りを時間平均して均一にしているが
、瞬時のプラズマ密度は均一ではないため局所的な電位
差を発生し、MOSLSIプロセスに適用するとゲート
酸化膜破壊を生じることがある。同様にECRエッチン
グ装置では、磁場がチャンバーの径方向に分布を持つた
め、プラズマ密度の局所的な粗密により、エッチング種
の不均一を生じたり、局所的な電位差を発生したりする
。このプラズマの不均一性に基づいてエッチングの均一
性が悪くなり、LSIを歩留まり良く作成することが困
難であった。そしてこのことは、さらに薄いゲート酸化
膜が使用された超微細パターンLSIのドライエッチン
グや大口径ウェハーの使用等においては均一なエッチン
グが一層困難であることを意味する。
[Problem to be solved by the invention] However, although the purpose of magnetron discharge and ECR discharge as described above is to increase plasma density, sufficient consideration must be given to generating a high plasma density uniformly over the entire sample surface. It has not been. For this reason, there was a problem in that damage was introduced into the sample to be processed. For example, in conventional magnetron reactive ion etching equipment, local plasma polarization is time-averaged using a rotating magnetic field to make it uniform, but because the instantaneous plasma density is not uniform, a local potential difference is generated, and the MOSLSI process If applied to the above, the gate oxide film may be destroyed. Similarly, in an ECR etching apparatus, since the magnetic field has a distribution in the radial direction of the chamber, local density of plasma density causes non-uniformity of etching species and local potential difference. This plasma non-uniformity deteriorates etching uniformity, making it difficult to produce LSIs with a high yield. This means that uniform etching is even more difficult in dry etching of ultra-fine patterned LSIs in which thinner gate oxide films are used or in the use of large diameter wafers.

【0006】従来の13.56MHz励起の平行平板型
マグネトロンエッチング装置に100から200MHz
の高周波電力を重畳させ、プラズマの高密度化し、セル
フバイアス電圧を低減し高エネルギーイオンによる試料
への損傷を低減させることも試みられている。この方法
でもやはりプラズマの均一性向上は難しく、プラズマ不
均一に起因する問題の解決には十分とは言えない。
100 to 200 MHz to the conventional parallel plate type magnetron etching device with 13.56 MHz excitation.
Attempts have also been made to superimpose high-frequency power to increase plasma density, reduce self-bias voltage, and reduce damage to samples caused by high-energy ions. Even with this method, it is still difficult to improve plasma uniformity, and it cannot be said to be sufficient to solve problems caused by plasma non-uniformity.

【0007】本発明は上記問題点に鑑み、高真空のもと
で微細加工性に優れた、均一性の良い、デバイスへの損
傷の少ないドライエッチング技術を提供するものである
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a dry etching technique under high vacuum that has excellent microfabrication properties, good uniformity, and less damage to devices.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明のドライエッチング装置は、エッチング用反
応性ガスが導入される真空室内のプラズマ発生部周辺に
配置された電極対,試料台と、電極対に電極間距離を電
子が走行するのに要する時間よりも周期の短い高周波電
力を印加する高周波電源と、試料台上に設置された試料
とを有し、高周波電力の印加によりプラズマ発生部の電
子を振動させてプラズマを発生させ、プラズマ中で生じ
た反応生成物を試料台上に設置した試料に照射させるよ
う構成されている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the dry etching apparatus of the present invention includes an electrode pair and a sample stage arranged around a plasma generation part in a vacuum chamber into which a reactive gas for etching is introduced. has a high-frequency power supply that applies high-frequency power with a cycle shorter than the time required for electrons to travel the distance between the electrodes to the electrode pair, and a sample placed on a sample stage. It is configured to generate plasma by vibrating electrons in the generating section, and to irradiate reaction products generated in the plasma onto a sample placed on a sample stage.

【0009】あるいは本発明のドライエッチング装置は
、エッチング用反応性ガスが導入される真空室内のプラ
ズマ発生部周辺に配置された複数の電極対,試料台と、
複数の電極対に周波数が等しく位相の異なる高周波電力
または高調波の高周波電力を印加する複数の高周波電源
と、高周波電力の印加によりプラズマ発生部の電子を回
転運動させてプラズマを発生させ、プラズマ中で生じた
反応生成物を試料台上に設置した試料に照射させるよう
構成されている。。
Alternatively, the dry etching apparatus of the present invention includes a plurality of electrode pairs and a sample stage arranged around a plasma generation part in a vacuum chamber into which a reactive gas for etching is introduced;
Multiple high-frequency power supplies apply high-frequency power or harmonic high-frequency power with equal frequencies and different phases to multiple electrode pairs, and the application of high-frequency power rotates electrons in the plasma generation part to generate plasma, and generates plasma. The sample is placed on a sample stage and is irradiated with the reaction product generated in the sample stage. .

【0010】本発明の実施に当たっては、位相の異なる
同一周波数の高周波電力、またはその高調波の高周波電
力を、一定の位相差に制御するフェーズロック機構を備
えることが望ましい。また、同一の信号源から生成され
た、位相の異なる同一周波数の高周波電力、またはその
高調波の高周波電力を印加することが望ましい。
In carrying out the present invention, it is desirable to provide a phase lock mechanism that controls high frequency power of the same frequency with different phases or high frequency power of harmonics thereof to a constant phase difference. Furthermore, it is desirable to apply high frequency power of the same frequency and different phases, or high frequency power of harmonics thereof, which are generated from the same signal source.

【0011】[0011]

【作用】本発明は上記した構成によって、1対以上の電
極対に高周波電力を印加し、チャンバー中の電子を振動
、回転またはサイクロイド等のリサージュ図形を描くよ
うに運動させる。この電子の運動は電子とガス分子との
衝突断面積を実効的に大きくするので、従来の平行平板
型ドライエッチ装置と比べると高真空中においても高い
イオン化効率が得られ、また放電も容易である。本発明
の装置では、従来の磁場支援を用いたマグネトロン放電
やECR放電と比較すると、それらの磁場分布に比べて
チャンバー中の高周波電界が均一なためプラズマの均一
性が良く、また装置の大型化も容易である。またプラズ
マの局所的な偏りがほとんどないので、ゲート酸化膜破
壊等のデバイスへの損傷も極めて小さくなる。また、従
来の平行平板ドライエッチ装置に比べて高真空であるた
め、ガス分子によるイオン散乱が少なく異方性の高いエ
ッチングとなる。
[Operation] With the above-described structure, the present invention applies high frequency power to one or more pairs of electrodes to cause the electrons in the chamber to move in a Lissajous figure such as vibration, rotation, or cycloid. This electron movement effectively increases the collision cross section between electrons and gas molecules, so compared to conventional parallel plate dry etching equipment, higher ionization efficiency can be obtained even in high vacuum, and discharge is easier. be. Compared to conventional magnetron discharge and ECR discharge using magnetic field support, the device of the present invention has better plasma uniformity because the high-frequency electric field in the chamber is more uniform than the magnetic field distribution of those devices, and the device is larger. is also easy. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film is also extremely small. Furthermore, since the vacuum is higher than in conventional parallel plate dry etching equipment, there is less ion scattering by gas molecules, resulting in highly anisotropic etching.

【0012】0012

【実施例】以下本発明の一実施例のドライエッチング装
置について、図面を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明のドライエッチング装置の一
実施例の構造を示す模式図である。図1において、1は
チャンバー(真空室)、2は50MHzの高周波電力が
印加される試料台、3は試料台2上に設置された被エッ
チング物試料である半導体ウェハーである。4は試料台
2の対向電極、5、6および7、8は300MHzの高
周波電力が印加される電極対である。電極5、6間に印
加される電力の位相は電極7、8間に印加される電力の
位相とおよそ90度異なっている。電極2,4〜8で囲
まれた部分がプラズマ発生部であり、このプラズマ発生
部の周囲に電極2,4〜8が配置されている。チャンバ
ー1にはエッチングガスがマスフローコントローラ(図
示せず)を介して導入口(図示せず)から導かれ、チャ
ンバー内圧力はターボポンプ(図示せず)により0.1
Paから10Pa程度に制御されている。電極5、6、
7、8に整合回路12、13を介して高周波電力を供給
するアンプ9および10は、フェーズロック機構11に
より一定の位相差(90度)になるよう制御されている
。また、周波数を等しくするため、一つの信号源から生
成された信号を増幅し、アンプ9、10によって位相の
異なる同一周波数の交流電力を供給している。また、試
料台2に50MHzの高周波電力をアンプ14で増幅し
、整合回路15を介して供給している。後で詳しく述べ
るようにチャンバー中で電子は揃った方向に回転運動す
るので、プラズマからは磁界が発生する。16はホール
素子であり、このプラズマから輻射される磁場の強度が
プラズマ密度に比例することを用いて、電極5〜8に印
加する高周波電力を制御するために使用している。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an embodiment of the dry etching apparatus of the present invention. In FIG. 1, 1 is a chamber (vacuum chamber), 2 is a sample stage to which 50 MHz high frequency power is applied, and 3 is a semiconductor wafer, which is a sample to be etched, placed on the sample stage 2. 4 is a counter electrode of the sample stage 2, and 5, 6, 7, and 8 are electrode pairs to which 300 MHz high frequency power is applied. The phase of the power applied between electrodes 5 and 6 is approximately 90 degrees different from the phase of power applied between electrodes 7 and 8. The area surrounded by the electrodes 2, 4 to 8 is a plasma generating section, and the electrodes 2, 4 to 8 are arranged around this plasma generating section. Etching gas is introduced into the chamber 1 from an inlet (not shown) via a mass flow controller (not shown), and the pressure inside the chamber is set to 0.1 by a turbo pump (not shown).
It is controlled from Pa to about 10 Pa. electrodes 5, 6,
Amplifiers 9 and 10 that supply high frequency power to amplifiers 7 and 8 via matching circuits 12 and 13 are controlled by a phase lock mechanism 11 to have a constant phase difference (90 degrees). Further, in order to equalize the frequencies, a signal generated from one signal source is amplified, and the amplifiers 9 and 10 supply alternating current power of the same frequency and different phases. Further, high frequency power of 50 MHz is amplified by an amplifier 14 and supplied to the sample stage 2 via a matching circuit 15. As will be described in detail later, the electrons rotate in the same direction in the chamber, so a magnetic field is generated from the plasma. Reference numeral 16 denotes a Hall element, which is used to control the high frequency power applied to the electrodes 5 to 8 based on the fact that the strength of the magnetic field radiated from the plasma is proportional to the plasma density.

【0014】以上のように構成されたドライエッチング
装置について、以下図2を用いてその動作を説明する。
The operation of the dry etching apparatus constructed as described above will be explained below with reference to FIG.

【0015】図2aは一対の平行平板電極5、6に高周
波電力を印加した場合の電子eの軌跡を模式的に示した
図である。電子eは電極5、6間の高周波電界により振
動をしながら、自身の有する運動エネルギーの方向に進
行する。高周波の1周期中に電子が進む距離を周波数の
関数として求めたのが図3である。この場合は20eV
の電子を想定している。例えば、X方向に20eVのエ
ネルギーで進行する電子は、50MHzの高周波電力の
1周期に当たる20ナノ秒の間に約6cm移動する。電
極間隔が30cmであるとすると、その距離を走る間に
約5回の振動を受けることになる。電子のエネルギーが
大きいとその速度も大きいから、電極間を走行する間の
振動数は減少する。
FIG. 2a is a diagram schematically showing the trajectory of electrons e when high frequency power is applied to a pair of parallel plate electrodes 5 and 6. The electron e travels in the direction of its own kinetic energy while vibrating due to the high frequency electric field between the electrodes 5 and 6. Figure 3 shows the distance traveled by electrons during one period of high frequency as a function of frequency. In this case 20eV
electrons are assumed. For example, an electron traveling in the X direction with an energy of 20 eV moves about 6 cm in 20 nanoseconds, which corresponds to one period of high frequency power of 50 MHz. Assuming that the distance between the electrodes is 30 cm, the bicycle will be vibrated approximately 5 times while running that distance. If the energy of the electron is high, its speed is also high, so the frequency of vibration while traveling between the electrodes decreases.

【0016】ガス種により異なるが、一般にガスを電離
する場合には約15eV以上の電子エネルギーが必要で
ある。また、電離は電子とガス分子との衝突により生じ
るので、電子の走行距離が長いほど衝突確率が増し、イ
オン化効率が高くなる。本発明では電子を振動または回
転運動させることにより電子の走行距離を長くし、イオ
ン化効率を高めている。あるいは電子の振動または回転
運動によりガス分子との衝突断面積が実効的に大きくな
ったと見ることもできる。電極5、6の距離は通常数1
0cm であることから、電子を高周波により振動させ
イオン化効率を向上するには、およそ50MHz以上の
高周波が必要となる。しかしながら50MHzよりも低
い周波数で電子の振動または回転運動による走行距離の
増加がなくなっても、より低エネルギーの電子が振動ま
たは回転することにより電子がチャンバー壁に衝突し消
滅する確率が低下し電子密度の減少が防止されるので、
イオン化効率は高い。
[0016] Although it differs depending on the type of gas, electron energy of approximately 15 eV or more is generally required to ionize a gas. Furthermore, since ionization is caused by collisions between electrons and gas molecules, the longer the distance traveled by electrons, the higher the probability of collision and the higher the ionization efficiency. In the present invention, the travel distance of the electrons is increased by causing the electrons to vibrate or rotate, thereby increasing the ionization efficiency. Alternatively, it can be considered that the vibrational or rotational motion of the electrons effectively increases the collision cross section with the gas molecules. The distance between electrodes 5 and 6 is usually a number 1
0 cm 2 , a high frequency of approximately 50 MHz or higher is required to vibrate electrons with high frequency and improve ionization efficiency. However, even if the travel distance due to vibration or rotational motion of electrons is no longer increased at frequencies lower than 50MHz, the probability that electrons collide with the chamber wall and disappear due to the vibration or rotation of lower-energy electrons decreases, and the electron density decreases. This prevents a decrease in
Ionization efficiency is high.

【0017】このような50MHzあるいはそれ以上の
高周波電力は、従来においてGHz帯でマグネトロンを
用いたマイクロ波電源がマイクロ波放電に使用されてい
る程度でプラズマ発生にはほとんど使用されていなかっ
た。。
[0017] Such high frequency power of 50 MHz or more has conventionally been used only for microwave discharge using a microwave power source using a magnetron in the GHz band, and has hardly been used for plasma generation. .

【0018】図2aの状態の電子に、先の高周波電場に
垂直に位相が90度異なる同一周波数の高周波電力を1
対の平行平板電極7、8に印加した場合を図2bに示す
。電子eはこれにより回転運動を始める。これはオッシ
ロスコープのX信号入力,Y信号入力に同一周波数の9
0度位相の異なる信号を入力した場合に見られる、いわ
ゆるリサージュ波形と呼ばれるものと同様のものである
。リサージュ波形はXYに入力される高周波電力の位相
差により異なる波形となる。位相差とリサージュ波形の
関係を図4に示す。このように電子を電場により振動ま
たは回転運動させ、イオン化効率向上を図っているのが
本発明のドライエッチング技術である。
To the electrons in the state shown in FIG. 2a, a high-frequency power having the same frequency with a phase difference of 90 degrees perpendicular to the previous high-frequency electric field is applied.
The case where the voltage is applied to a pair of parallel plate electrodes 7 and 8 is shown in FIG. 2b. The electron e thus begins a rotational motion. This is the same frequency for the X signal input and Y signal input of the oscilloscope.
This is similar to the so-called Lissajous waveform that can be seen when signals with 0 degrees of phase difference are input. The Lissajous waveform has different waveforms depending on the phase difference of the high frequency power input to XY. FIG. 4 shows the relationship between the phase difference and the Lissajous waveform. The dry etching technique of the present invention aims to improve ionization efficiency by causing electrons to vibrate or rotate using an electric field in this manner.

【0019】従来の回転磁場を用いたマグネトロンエッ
チング装置では、ある瞬時の試料台直上の磁束分布20
は図5aのように不均一である。このためチャンバー中
の電子e(図5b中の黒丸)は、磁場強度に逆比例した
軌道半径で回転するため、磁場強度の弱い場所の電子の
半径は大きくなり、電子eがチャンバー壁に衝突して消
滅する。このため磁場強度の弱い場所の電子密度が減少
し、プラズマ密度も低くなる。こうしてプラズマ密度に
不均一が生じ、エッチングの不均一や加工物への損傷が
生じていたのである。
In a conventional magnetron etching apparatus using a rotating magnetic field, the magnetic flux distribution 20 directly above the sample stand at a certain moment is
is non-uniform as shown in Figure 5a. For this reason, the electron e (black circle in Figure 5b) in the chamber rotates with an orbital radius that is inversely proportional to the magnetic field strength, so the radius of the electron in the area where the magnetic field strength is weak increases, causing the electron e to collide with the chamber wall. disappears. Therefore, the electron density decreases in areas where the magnetic field strength is weak, and the plasma density also decreases. This resulted in non-uniform plasma density, resulting in non-uniform etching and damage to the workpiece.

【0020】これに対して本発明のドライエッチング装
置を用いると、平行平板電極5、6間および電極7、8
間内全域の電界は均一なので、図6のように電子の回転
半径も各所で等しく、プラズマ発生部21全域でのプラ
ズマ密度も均一になり、プラズマ発生部21でのエッチ
ング用反応ガスから生じる反応生成物は試料3全面に均
一に照射される。このためプラズマ発生部21に面して
いる試料全域でのエッチングも均一になりチャージアッ
プによる損傷も極めて少ない。しかもプラズマ密度も高
く、エッチングレートは大きい。
On the other hand, when the dry etching apparatus of the present invention is used, the gap between the parallel plate electrodes 5 and 6 and between the electrodes 7 and 8 is
Since the electric field is uniform throughout the area, the radius of rotation of the electrons is also the same at each location as shown in FIG. The product is uniformly irradiated over the entire surface of the sample 3. Therefore, etching is uniform over the entire sample area facing the plasma generating section 21, and damage caused by charge-up is extremely small. Moreover, the plasma density is high and the etching rate is high.

【0021】図7(a)は従来の回転磁場を用いたマグ
ネトロンエッチング装置でボロンリンガラスをエッチン
グした例を模式的に示している。図中30はSi基板、
31はボロンリンガラス、32はフォトレジストパター
ンである。Si基板30直上のある瞬時の磁場強度分布
が図7(b)に示すように、試料台中央で最小値を持つ
場合では、Si基板30表面に入射して来るイオン(エ
ッチング用反応生成物)のフラックスIは磁場強度分布
に応じたプラズマ密度分布に比例し、図7(a)に示す
ように、中央で疎となる。酸化膜(ボロンリンガラス3
1)のエッチング速度も図7(c)のようにイオンフラ
ックスIにほぼ従ったものとなり、不均一になる。また
プラズマ密度の不均一は電荷の偏在による損傷を引き起
こす。
FIG. 7(a) schematically shows an example in which boron phosphorus glass is etched with a conventional magnetron etching apparatus using a rotating magnetic field. In the figure, 30 is a Si substrate;
31 is boron phosphorus glass, and 32 is a photoresist pattern. When the instantaneous magnetic field strength distribution directly above the Si substrate 30 has a minimum value at the center of the sample stage, as shown in FIG. The flux I is proportional to the plasma density distribution according to the magnetic field strength distribution, and becomes sparse in the center as shown in FIG. 7(a). Oxide film (bororin glass 3
The etching rate in 1) also follows approximately the ion flux I as shown in FIG. 7(c), and is non-uniform. In addition, non-uniform plasma density causes damage due to uneven distribution of charges.

【0022】これに対して、本発明のドライエッチング
技術によれば、先に述べたように均一なプラズマが発生
するため、図8(a)に示すようにSi基板30表面に
入射するエッチング用反応生成物であるイオンフラック
スIIも均一になり、エッチング速度も同図(b)のよ
うに均一性の高いものとなる。また、プラズマが均一な
ので、チャージの偏在は小さく、チャージによる損傷は
極めて小さい。この場合にはチャンバー内に導入するガ
スとしてCHF3+O2、CF4+CH2F2等、フロ
ンガスをベースにしたガスを用い、圧力は0.1〜10
Paで行った。この際、エッチングレートは100から
350nm/minであった。本発明の方法によれば特
にサブミクロンパターンのエッチング、6インチ,8イ
ンチ等の大口径半導体ウェハーのエッチングに特に好ま
しい。それはチャンバー内の圧力が低いため、イオン散
乱が少なくフォトレジストパターンからのエッチングに
よる寸法シフト(いわゆるCDロス)やエッチングレー
トのパターン寸法依存性が小さいからである。また、プ
ラズマの均一性が高くチャンバーの大型化が容易な構造
であるためである。
On the other hand, according to the dry etching technique of the present invention, since uniform plasma is generated as described above, the etching plasma incident on the surface of the Si substrate 30 as shown in FIG. The ion flux II, which is a reaction product, also becomes uniform, and the etching rate also becomes highly uniform as shown in FIG. 4(b). Furthermore, since the plasma is uniform, uneven distribution of charges is small, and damage caused by charges is extremely small. In this case, a gas based on fluorocarbon gas such as CHF3+O2 or CF4+CH2F2 is used as the gas introduced into the chamber, and the pressure is 0.1 to 10.
I went with Pa. At this time, the etching rate was 100 to 350 nm/min. The method of the present invention is particularly suitable for etching submicron patterns and etching large diameter semiconductor wafers such as 6 inches and 8 inches. This is because the pressure inside the chamber is low, so there is little ion scattering, and the dimensional shift (so-called CD loss) due to etching from the photoresist pattern and the dependence of the etching rate on the pattern dimension are small. Another reason is that the structure has high plasma uniformity and allows the chamber to be easily enlarged.

【0023】また本発明のドライエッチング装置による
他の実験では、SF6に微量の酸素を混合したガスを用
い、被エッチング材料はリンドープした多結晶Siとし
た。エッチングガスとしては、SF6や酸素、塩素、よ
う素等のエレクトロネガチィブ(負性)ガスを用いた場
合に本発明の効果の大きいことが実験結果から得られた
。エレクトロネガチィブ(負性)ガスの高周波プラズマ
中では、電子密度が少なく抵抗が高いので、プラズマ中
の電位傾度がエレクトロポジティブ(正性)ガスに比べ
て大きいため本発明の効果が特に大きい。この場合にも
平行平板電極間内部における電界は均一なので、均一性
の良いプラズマが得られ、エッチングの均一性も良好で
ある。またプラズマの局所的な偏りがほとんどないので
、MOSLSIのゲート酸化膜破壊等のデバイスへの損
傷も極めて少なくなった。エッチングレートは200か
ら400nm/minの値を得ている。
In another experiment using the dry etching apparatus of the present invention, a gas containing SF6 mixed with a trace amount of oxygen was used, and the material to be etched was phosphorus-doped polycrystalline Si. Experimental results have shown that the present invention is highly effective when an electronegative gas such as SF6, oxygen, chlorine, or iodine is used as the etching gas. In the high-frequency plasma of electronegative gas, the electron density is low and the resistance is high, so the potential gradient in the plasma is larger than that in electropositive gas, so the effect of the present invention is particularly large. In this case as well, since the electric field inside the parallel plate electrodes is uniform, a plasma with good uniformity can be obtained, and the uniformity of etching is also good. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to devices such as destruction of the gate oxide film of MOSLSI is extremely reduced. The etching rate is 200 to 400 nm/min.

【0024】図1では、プラズマ中の電子の回転運動に
より生じる磁場強度をホール素子16により検出し、磁
場強度がプラズマ密度に比例することを用いて、その値
が設定値になるよう高周波電力を増減することによりプ
ラズマ状態を一定に保つことも行なっている。これによ
り、プラズマ状態から直接のフィードバックが行えるた
め、良好なプラズマ状態の再現が実現できる。
In FIG. 1, the magnetic field strength generated by the rotational movement of electrons in the plasma is detected by the Hall element 16, and using the fact that the magnetic field strength is proportional to the plasma density, high-frequency power is applied so that the value becomes a set value. The plasma state is also kept constant by increasing and decreasing the amount. This allows direct feedback from the plasma state, making it possible to achieve good reproduction of the plasma state.

【0025】本実施例では酸化膜、多結晶シリコンエッ
チングの場合を示したが、Si化合物、Al等のメタル
のエッチング、多層レジストにおけるレジストのエッチ
ング等にも本発明を用いても高い効果が得られる。その
場合、塩素やSF6、O2等のエレクトネガティブガス
を使用すると効果がさらに良くなる。
Although this example shows the case of oxide film and polycrystalline silicon etching, the present invention can also be used to obtain high effects in etching of Si compounds, metals such as Al, resist etching in multilayer resists, etc. It will be done. In that case, the effect will be even better if an electronegative gas such as chlorine, SF6, O2, etc. is used.

【0026】図9に従来のドライエッチング方法と本発
明のドライエッチング方法との比較を示す。従来に比べ
て本発明のドライエッチング方法の優位性が分かる。
FIG. 9 shows a comparison between the conventional dry etching method and the dry etching method of the present invention. It can be seen that the dry etching method of the present invention is superior to the conventional method.

【0027】以上のように本実施例によれば、第1の対
向する電極5、6に第1の周波数の高周波電力を印加し
、第2の対向する電極7、8に電極5、6とは位相がお
よそ90度異なる第1の周波数の高周波電力を印加し、
真空中(プラズマ発生部)の電子を円運動(楕円運動を
含む)させることにより高真空にもかかわらず高密度で
均一性の良いプラズマの発生を行ない、さらに試料台2
を構成する対向する電極に50MHzの高周波電力を印
加制御することにより、エッチングの際の下地との選択
比もコントロールすることができた。またプラズマの局
所的な偏りがほとんどないので、加工物への損傷も極め
て少なくすることができた。
As described above, according to this embodiment, the high frequency power of the first frequency is applied to the first opposing electrodes 5 and 6, and the high frequency power of the first frequency is applied to the second opposing electrodes 7 and 8. applies high frequency power of a first frequency with a phase difference of approximately 90 degrees,
By making circular motion (including elliptical motion) of electrons in the vacuum (plasma generation section), high density and uniform plasma is generated despite the high vacuum.
By controlling the application of 50 MHz high-frequency power to the opposing electrodes constituting the substrate, it was also possible to control the selectivity with respect to the underlying layer during etching. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the workpiece can be extremely reduced.

【0028】なお、本実施例では高周波電力の位相差は
90度一定にした場合を示したが、この場合が最もプラ
ズマへの電力投入効率がよいということであり、90度
と異なっていても本発明の効果は得られる。また位相を
時間の関数の様に変化させてもよい。
[0028] In this example, the case where the phase difference of the high frequency power is constant at 90 degrees is shown, but this case has the highest efficiency of power input to the plasma, and even if the phase difference is different from 90 degrees, The effects of the present invention can be obtained. Alternatively, the phase may be changed as a function of time.

【0029】以下本発明の第2の実施例について図面を
参照しながら説明する。図10は本発明の第2の実施例
であるドライエッチング装置の構造を示す模式図である
。図10おいて、41はチャンバー、42は13.56
MHzの高周波電力が印加される試料台、43は対向電
極となるアース電極、44、45はそれぞれ150MH
z,300MHzの高周波電力が印加されるカソード電
極、46、47はそれらの対向電極となるアース電極で
ある。電極44、45に印加される電力の位相は同じと
したが異なってもよい。48、49、50は整合回路で
ある。チャンバー41内圧力はターボポンプ(図示せず
)により0.1Paから10Pa程度に制御されている
。電極44、45には周波数比を一定に保つため、高周
波電力を供給するアンプ51および52では、一つの信
号源から生成された信号を逓倍,増幅し、おのおの15
0MHz,300MHzの高周波電力を供給している。 高周波電力を供給するアンプ51および52は、フェー
ズロック機構54により一定の位相差(この場合は0度
)になるよう制御されている。チャンバー41はコイル
55により形成されるカプス磁場によりプラズマ閉じこ
めをおこなっている。
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 10, 41 is a chamber, 42 is 13.56
A sample stage to which MHz high-frequency power is applied, 43 is a ground electrode serving as a counter electrode, 44 and 45 are each 150 MH
Cathode electrodes 46 and 47 to which high frequency power of 300 MHz is applied are earth electrodes serving as opposing electrodes. Although the phases of the powers applied to the electrodes 44 and 45 are the same, they may be different. 48, 49, and 50 are matching circuits. The pressure inside the chamber 41 is controlled to about 0.1 Pa to 10 Pa by a turbo pump (not shown). In order to keep the frequency ratio constant to the electrodes 44 and 45, the amplifiers 51 and 52 that supply high frequency power multiply and amplify the signal generated from one signal source, and each
It supplies high frequency power of 0MHz and 300MHz. Amplifiers 51 and 52 that supply high frequency power are controlled by a phase lock mechanism 54 to have a constant phase difference (0 degrees in this case). The chamber 41 confines plasma by a caps magnetic field formed by a coil 55.

【0030】図1と異なるのは電極44、45にそれぞ
れ150MHz,300MHzの異なる高周波電力が印
加されており、またコイル55によりカプス磁場を形成
しプラズマ閉じこめをおこなっているいる点である。
The difference from FIG. 1 is that different high frequency powers of 150 MHz and 300 MHz are applied to the electrodes 44 and 45, respectively, and that a caps magnetic field is formed by a coil 55 to confine the plasma.

【0031】図11は図2と同様にドライエッチング装
置のチャンバー中の電子eの軌跡を水平面に投影した場
合の一例を模式的に示すものである。やはり、電極44
、45に印加された交流電力により電子が「8の字状」
に回転運動し、高真空中にもかかわらず高いイオン化効
率が得られ、高いプラズマ密度が得られている。酸化膜
エッチングに適用した場合、CHF3+O2、CF4+
CH2F2等、フロンガスをベースにしたガスを用い、
圧力は0.1〜10Paとした。この際、エッチングレ
ートは150から500nm/minが得られた。
Similar to FIG. 2, FIG. 11 schematically shows an example of the trajectory of electrons e in the chamber of the dry etching apparatus projected onto a horizontal plane. Again, the electrode 44
The AC power applied to , 45 causes the electrons to form a “figure 8” shape.
Due to its rotational motion, high ionization efficiency and high plasma density are obtained despite being in a high vacuum. When applied to oxide film etching, CHF3+O2, CF4+
Using a fluorocarbon-based gas such as CH2F2,
The pressure was 0.1-10 Pa. At this time, an etching rate of 150 to 500 nm/min was obtained.

【0032】以上のように本実施例によれば、3対の電
極のうち第1の1対の電極44、46に周波数Fの高周
波電力を印加し、第2の1対の電極45、47に周波数
2Fの高周波電力を印加し、被エッチング試料を載せる
試料台を構成している残りの第3の1対の電極42、4
3に別の周波数の高周波電力を印加する機構とを設ける
ことにより、均一性の良いプラズマが得られ、エッチン
グの均一性も良好とすることができる。またプラズマの
局所的な偏りがほとんどないので、ゲート酸化膜破壊等
のデバイスへの損傷も極めて少なくすることができる。 なお、本実施例では第1、第2、第3の高周波電源のア
ース電極(46、48、43)は同電位であるとしたが
、第1、第2の高周波電源のアース電極(46、48)
と第3の高周波電源のアース電極(43)の電位は異な
っていてもよい。
As described above, according to this embodiment, high frequency power of frequency F is applied to the first pair of electrodes 44 and 46 among the three pairs of electrodes, and the high frequency power of frequency F is applied to the second pair of electrodes 45 and 47. A high frequency power with a frequency of 2F is applied to the remaining third pair of electrodes 42 and 4, which constitute a sample stage on which the sample to be etched is placed.
By providing 3 with a mechanism for applying high-frequency power of a different frequency, plasma with good uniformity can be obtained, and the uniformity of etching can also be made good. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film can be extremely reduced. Note that in this embodiment, the ground electrodes (46, 48, 43) of the first, second, and third high-frequency power supplies are at the same potential; 48)
The potentials of the ground electrode (43) and the third high-frequency power source may be different.

【0033】図12は本発明の第3の実施例であるドラ
イエッチング装置の構造を示す模式図である。図12に
おいて、42は300MHzの高周波電力が印加される
試料台、44、45は300MHzの高周波電力が印加
される電極、43、46、47はそれらの対向電極であ
る。電極44、45に印加される電力の位相は試料台4
2に対してそれぞれおよそ120度ずつ進行し、また遅
れている。チャンバー内圧力はターボポンプ(図示せず
)により0.1Paから10Pa程度に制御されている
。電極42、44、45には周波数を等しくするため、
高周波電力を供給するアンプ51、52および53では
、一つの信号源から生成された信号を増幅し、300M
Hzの高周波電力を供給している。高周波電力を供給す
るアンプ51、52、および53は、フェーズロック機
構60により一定の位相差(この場合は各々120度)
になるよう制御されている。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 12, 42 is a sample stage to which 300 MHz high frequency power is applied, 44 and 45 are electrodes to which 300 MHz high frequency power is applied, and 43, 46, and 47 are opposing electrodes. The phase of the power applied to the electrodes 44 and 45 is
They are advancing by about 120 degrees relative to 2, and are also lagging behind. The pressure inside the chamber is controlled to about 0.1 Pa to 10 Pa by a turbo pump (not shown). In order to equalize the frequencies of the electrodes 42, 44, and 45,
Amplifiers 51, 52, and 53 that supply high-frequency power amplify the signal generated from one signal source, and
It supplies high frequency power of Hz. Amplifiers 51, 52, and 53 that supply high-frequency power have a constant phase difference (in this case, 120 degrees each) by a phase lock mechanism 60.
It is controlled to become.

【0034】図1と異なるのは電極42、44、45に
それぞれ300MHzの120度ずつ位相の異なる高周
波電力が印加されている点である。
The difference from FIG. 1 is that high-frequency power of 300 MHz and a phase difference of 120 degrees is applied to the electrodes 42, 44, and 45, respectively.

【0035】この場合にはチャンバー41中の電子は高
周波電力により球面上で回転運動し、高真空中にもかか
わらず高いイオン化効率が得られ、高いプラズマ密度が
得られる。
In this case, the electrons in the chamber 41 are rotated on a spherical surface by high frequency power, and high ionization efficiency and high plasma density can be obtained despite being in a high vacuum.

【0036】アルミニウムエッチングに適用した場合、
BCl3+Cl2、SiCl4+Cl2+CHCl3等
、塩素をベースにしたガスを用い、圧力は0.1〜20
Paとした。この際、エッチングレートは400から9
00nm/minが得られた。  以上のように本実施
例によれば、3対の電極に同じ周波数で位相が120度
ずつ異なる高周波電力を印加する機構を設けることによ
り、均一性の良いプラズマが得られ、エッチングの均一
性も良好とすることができる。またプラズマの局所的な
偏りがほとんどないので、ゲート酸化膜破壊等のデバイ
スへの損傷も極めて少なくすることができる。
When applied to aluminum etching,
Using a chlorine-based gas such as BCl3+Cl2, SiCl4+Cl2+CHCl3, the pressure is 0.1-20
It was set as Pa. At this time, the etching rate is 400 to 9
00 nm/min was obtained. As described above, according to this embodiment, by providing a mechanism for applying high-frequency power to three pairs of electrodes at the same frequency but with a phase difference of 120 degrees, plasma with good uniformity can be obtained, and the uniformity of etching can also be improved. It can be considered good. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the device such as destruction of the gate oxide film can be extremely reduced.

【0037】なお、本実施例ではエッチングされる試料
3は電極42のみに置く場合を示したが、電極44、4
5は42と等価であり、試料を44、45に同時におい
ても同様にエッチングが進行し、スループットが向上す
ることも可能である。
In this embodiment, the sample 3 to be etched is placed only on the electrode 42, but the sample 3 to be etched is placed on the electrode 44, 4
5 is equivalent to 42, and even if the samples are placed at 44 and 45 at the same time, etching proceeds in the same way, and the throughput can be improved.

【0038】以下本発明の第4の実施例について図面を
参照しながら説明する。図13は本発明の第4の実施例
であるドライエッチング装置の構造を示す模式図である
。図13において、71はチャンバー、72はアンプ7
9、整合回路78を介して50MHzの高周波電力が印
加される温度制御された試料台、73は対向電極となる
アース電極、74、75はアンプ76、整合回路77を
介してそれぞれ300MHzの高周波電力が印加される
対向する電極である。チャンバー内圧力はターボポンプ
(図示せず)とバタフライバルブ(図示せず)により0
.1Paから30Pa程度の所定圧力に制御されている
。試料台72はエッチング室中最も低温とされおよそ1
0度から−10度の範囲で制御されている。
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 13, 71 is a chamber, and 72 is an amplifier 7.
9. Temperature-controlled sample stage to which 50 MHz high frequency power is applied via a matching circuit 78; 73 is a ground electrode serving as a counter electrode; 74 and 75 are 300 MHz high frequency power applied via an amplifier 76 and a matching circuit 77; are the opposing electrodes to which is applied. The pressure inside the chamber is reduced to zero by a turbo pump (not shown) and a butterfly valve (not shown).
.. It is controlled to a predetermined pressure of about 1 Pa to 30 Pa. The sample stage 72 is the lowest temperature in the etching chamber and has a temperature of about 1
It is controlled within a range of 0 degrees to -10 degrees.

【0039】図1と異なるのは300MHzの高周波電
力が印加されている電極が1対である点である。また、
電極74、75が石英またはセラミック材料を介してエ
ッチングチャンバーの外に設置されており、エッチング
による腐食を避け、また電極からの金属汚染を防止して
いることである。
The difference from FIG. 1 is that there is one pair of electrodes to which 300 MHz high frequency power is applied. Also,
Electrodes 74 and 75 are placed outside the etching chamber via quartz or ceramic material to avoid corrosion due to etching and to prevent metal contamination from the electrodes.

【0040】以上のように構成されたドライエッチング
装置について、以下図13を用いてその動作を説明する
The operation of the dry etching apparatus constructed as above will be explained below with reference to FIG. 13.

【0041】第1の実施例でも述べたように、電極74
、75に印加された高周波電力により電子が振動運動し
、高真空中にもかかわらず高いイオン化効率が得られ、
高いプラズマ密度が得られている。イオン化効率を高く
するには50MHz以上の高周波を印加することが望ま
しいがそれより低くても効果は認められる。
As mentioned in the first embodiment, the electrode 74
, 75 causes the electrons to vibrate and achieve high ionization efficiency despite being in a high vacuum.
High plasma density is obtained. In order to increase the ionization efficiency, it is desirable to apply a high frequency of 50 MHz or more, but the effect can be recognized even if the frequency is lower than that.

【0042】BCl3+Cl2、SiCl4+Cl2+
CHCl3等、塩素をベースにしたガスを用いるアルミ
ニウムエッチングに適用すると、平行平板電極内におけ
る電界は均一なので、均一性の良いプラズマが得られ、
エッチングの均一性も良好である。本装置では試料台7
2をエッチング室中最も低温にすることにより、ホトレ
ジストとの選択比を5以上の高くすることができた。ま
たプラズマの局所的な偏りがほとんどないので、加工物
への損傷も極めて少なくなった。
BCl3+Cl2, SiCl4+Cl2+
When applied to aluminum etching using a chlorine-based gas such as CHCl3, the electric field within the parallel plate electrodes is uniform, resulting in a highly uniform plasma.
Etching uniformity is also good. In this device, sample stage 7
By setting No. 2 to the lowest temperature in the etching chamber, the selectivity to photoresist could be increased to 5 or more. In addition, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the workpiece is extremely reduced.

【0043】試料台72に印加している50MHzの高
周波電力は、選択比の制御等のために試料に到達するイ
オンのエネルギーを変化させるためのバイアス形成のた
めのものである。このため、通常は数十ワット程度で電
極74、75に印加される高周波電力よりも小さい。こ
のため、試料に流れ込む電流量はエッチングに必要な量
だけであり、プラズマ維持に必要な値に比べて小さくて
済む。このため、試料台をプラズマ維持のための高周波
電力供給用電極とした場合に比べてチャージアップによ
るダメージも少ない。
The 50 MHz high frequency power applied to the sample stage 72 is used to form a bias for changing the energy of ions reaching the sample in order to control the selection ratio and the like. Therefore, the high frequency power is usually about several tens of watts, which is smaller than the high frequency power applied to the electrodes 74 and 75. Therefore, the amount of current flowing into the sample is only the amount required for etching, which is smaller than the amount required to maintain the plasma. Therefore, there is less damage caused by charge-up than when the sample stage is used as a high-frequency power supply electrode for maintaining plasma.

【0044】以上のように本実施例によれば、1対の電
極に50MHz以上の第1の周波数の高周波電力を印加
し、被エッチング試料を載せる試料台が一方の電極を構
成している他の1対の電極に第2の周波数の高周波電力
を印加する機構とを設けることにより、均一性の良い高
密度プラズマが得られ、プラズマの均一性も良好とする
ことができる。またプラズマの局所的な偏りがほとんど
ないので、加工物への損傷も極めて少なくすることがで
きる。
As described above, according to this embodiment, high-frequency power having a first frequency of 50 MHz or more is applied to a pair of electrodes, and the sample stage on which the sample to be etched is placed constitutes one of the electrodes. By providing a mechanism for applying high-frequency power of the second frequency to the pair of electrodes, a highly uniform high-density plasma can be obtained, and the plasma can also have good uniformity. Furthermore, since there is almost no local deviation of the plasma, damage to the workpiece can be extremely reduced.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上のように本発明は、適当な高周波電
界をのもとでは電子が振動, 回転またはサイクロイド
運動するという現象を用いて、高真空のもとで発生した
高密度かつ広い範囲で均一性の高いプラズマをエッチン
グに適用している。本発明により、微細加工性に優れか
つ量産性が高く、均一性の良い、ゲート酸化膜破壊等の
デバイスへの損傷も極めて少ないエッチングが実現でき
、高密度半導体装置の製造に大きく寄与する。る。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention utilizes the phenomenon that electrons vibrate, rotate, or move in a cycloid under an appropriate high-frequency electric field, and utilizes the phenomenon that electrons vibrate, rotate, or move in a cycloid manner under an appropriate high-frequency electric field. A highly uniform plasma is used for etching. According to the present invention, it is possible to realize etching that has excellent microfabriability, high mass productivity, good uniformity, and extremely little damage to devices such as destruction of gate oxide films, and greatly contributes to the production of high-density semiconductor devices. Ru.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例におけるドライエッチン
グ装置の構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus in a first embodiment of the present invention.

【図2】同実施例におけるドライエッチング装置のチャ
ンバー中の電子の動きを説明するための軌跡を水平面に
投影した場合の模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of trajectories projected onto a horizontal plane to explain the movement of electrons in the chamber of the dry etching apparatus in the same embodiment.

【図3】一周期中に電子の進む距離の周波数依存性を示
す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the frequency dependence of the distance traveled by electrons during one cycle.

【図4】位相差とリサージュ波形の関係を示す模式図で
ある。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between phase difference and Lissajous waveform.

【図5】従来のマグネトロンエッチング装置における磁
束分布と電子の回転を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing magnetic flux distribution and electron rotation in a conventional magnetron etching apparatus.

【図6】本発明のドライエッチング装置における電子の
回転を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the rotation of electrons in the dry etching apparatus of the present invention.

【図7】従来のマグネトロンエッチング装置におけるボ
ロンリンガラスのエッチングを説明するための断面図と
磁場強度分布図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view and a magnetic field strength distribution diagram for explaining etching of boron phosphorus glass in a conventional magnetron etching apparatus.

【図8】本発明のドライエッチング装置におけるボロン
リンガラスのエッチングを説明するための断面図である
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining etching of boron phosphorus glass in the dry etching apparatus of the present invention.

【図9】本発明のドライエッチング装置と従来のドライ
エッチング装置を比較した図である。
FIG. 9 is a diagram comparing the dry etching apparatus of the present invention and a conventional dry etching apparatus.

【図10】本発明の第2の実施例におけるドライエッチ
ング装置の構造を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus in a second embodiment of the present invention.

【図11】同実施例におけるドライエッチング装置のチ
ャンバー中の電子の動きを説明するための軌跡を水平面
に投影した場合の模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of trajectories projected onto a horizontal plane to explain the movement of electrons in the chamber of the dry etching apparatus in the same example.

【図12】本発明の第3の実施例におけるドライエッチ
ング装置の構造を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus in a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4の実施例におけるドライエッチ
ング装置の構造を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of a dry etching apparatus in a fourth embodiment of the present invention.

【図14】従来のマグネトロン放電を用いた反応性イオ
ンエッチング装置を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a conventional reactive ion etching apparatus using magnetron discharge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    チャンバー 2    試料台 3    ウェハー 4    試料台に対向するアース電極5、6および7
、8  300MHzの高周波電力が印加される電極対 9、10、14  アンプ 11  フェーズロック機構
1 Chamber 2 Sample stand 3 Wafer 4 Ground electrodes 5, 6 and 7 facing the sample stand
, 8 Electrode pairs to which 300 MHz high frequency power is applied 9, 10, 14 Amplifier 11 Phase lock mechanism

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  真空室内のプラズマ発生部周辺に電極
対と試料台を配置し、前記プラズマ発生部にエッチング
用反応性ガスを導入し、前記電極対に前記電極間距離を
電子が走行するのに要する時間よりも周期の短い第1の
高周波電力を印加して前記プラズマ発生部の電子を振動
させて前記発生部にプラズマを発生させ、前記プラズマ
中で生じた反応生成物を試料台上に設置した試料に照射
し、前記試料のエッチングを行うことを特徴とするドラ
イエッチング方法。
1. A pair of electrodes and a sample stage are arranged around a plasma generation part in a vacuum chamber, a reactive gas for etching is introduced into the plasma generation part, and the electrode pair is provided with a sample stage in which electrons travel through the distance between the electrodes. Applying a first high-frequency power having a period shorter than the time required for oscillating electrons in the plasma generating section to generate plasma in the generating section, and transferring reaction products generated in the plasma onto a sample stage. A dry etching method characterized by etching a set sample by irradiating the sample.
【請求項2】  真空室内のプラズマ発生部周辺に複数
の電極対と試料台を配置し、前記プラズマ発生部にエッ
チング用反応性ガスを導入し、前記複数の電極対に位相
の異なる高周波電力または高調波の高周波電力を印加し
て前記プラズマ発生部の電子を回転運動させて前記発生
部にプラズマを発生させ、前記プラズマ中で生じた反応
生成物を試料台上に設置した試料に照射し、前記試料の
エッチングを行うことを特徴とするドライエッチング方
法。
2. A plurality of electrode pairs and a sample stage are arranged around a plasma generation part in a vacuum chamber, a reactive gas for etching is introduced into the plasma generation part, and high frequency power or a sample with different phases is applied to the plurality of electrode pairs. Applying harmonic high-frequency power to rotate electrons in the plasma generation section to generate plasma in the generation section, and irradiating reaction products generated in the plasma onto a sample placed on a sample stage; A dry etching method characterized by etching the sample.
【請求項3】  試料台にバイアス印加して試料をエッ
チングすることを特徴とする請求項1または請求項2に
記載のドライエッチング方法。
3. The dry etching method according to claim 1, wherein the sample is etched by applying a bias to the sample stage.
【請求項4】  試料台に交流電力を印加することによ
り直流バイアスを発生させることを特徴とする請求項3
記載のドライエッチング方法。
[Claim 4] Claim 3, characterized in that the DC bias is generated by applying AC power to the sample stage.
Dry etching method described.
【請求項5】  第1の高周波電力を印加してプラズマ
を発生したのち、試料台にバイアス印加して試料をエッ
チングすることを特徴とする請求項3記載のドライエッ
チング方法。
5. The dry etching method according to claim 3, wherein after applying the first high frequency power to generate plasma, a bias is applied to the sample stage to etch the sample.
【請求項6】  試料台を温度制御しつつ試料をエッチ
ングすることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載のドライエッチング方法。
6. The dry etching method according to claim 1, wherein the sample is etched while controlling the temperature of the sample stage.
【請求項7】  試料台温度がエッチングを行うエッチ
ング室中最も低温とすることを特徴とする請求項6に記
載のドライエッチング方法。
7. The dry etching method according to claim 6, wherein the temperature of the sample stage is set to be the lowest temperature in the etching chamber in which etching is performed.
【請求項8】  磁場印加によって前記プラズマを閉じ
こめることを特徴とする請求項1または請求項2のいず
れかに記載のドライエッチング方法。
8. The dry etching method according to claim 1, wherein the plasma is confined by applying a magnetic field.
【請求項9】  エッチングガスとしてエレクトロネガ
チィブ(負性)ガスを用いることを特徴とする請求項1
または請求項2に記載のドライエッチング方法。
Claim 9: Claim 1, characterized in that an electronegative gas is used as the etching gas.
Or the dry etching method according to claim 2.
【請求項10】エッチングガスが、SF6、Cl2、I
2等のハロゲンまたはハロゲン化合物または酸素のいず
れかのガスかそれらのいずれかを含む混合ガスからなる
ことを特徴とする請求項9に記載のドライエッチング方
法。
10. Etching gas includes SF6, Cl2, I
10. The dry etching method according to claim 9, wherein the dry etching method comprises a gas such as a halogen, a halogen compound, or oxygen, or a mixed gas containing any of them.
【請求項11】エッチング用反応性ガスが導入される真
空室内のプラズマ発生部周辺に配置された電極対,試料
台と、前記電極対に前記電極間距離を電子が走行するの
に要する時間よりも周期の短い高周波電力を印加する第
1の高周波電源と、前記試料台上に設置された試料とを
有し、前記高周波電力の印加により前記プラズマ発生部
の電子を振動させて前記発生部にプラズマを発生させ、
前記プラズマ中で生じた反応生成物を試料台上に設置し
た試料に照射させることを特徴とするドライエッチング
装置。
11. An electrode pair disposed around a plasma generation part in a vacuum chamber into which a reactive gas for etching is introduced, a sample stage, and the time required for electrons to travel the distance between the electrodes between the electrode pair and the electrode pair. The first high-frequency power source applies short-cycle high-frequency power, and the sample is placed on the sample stage, and the application of the high-frequency power causes electrons in the plasma generation section to vibrate and flow into the plasma generation section. generate plasma,
A dry etching apparatus characterized in that a reaction product generated in the plasma is irradiated onto a sample placed on a sample stage.
【請求項12】エッチング用反応性ガスが導入される真
空室内のプラズマ発生部周辺に配置された複数の電極対
,試料台と、前記複数の電極対に周波数が等しく位相の
異なる高周波電力または高調波の高周波電力を印加する
複数の高周波電源と、前記高周波電力の印加により前記
プラズマ発生部の電子を回転運動させて前記発生部にプ
ラズマを発生させ、前記プラズマ中で生じた反応生成物
を試料台上に設置した試料に照射させることを特徴とす
るドライエッチング装置。
12. A plurality of electrode pairs and a sample stage arranged around a plasma generation part in a vacuum chamber into which a reactive gas for etching is introduced; A plurality of high-frequency power sources apply high-frequency power of waves, and the application of the high-frequency power rotates electrons in the plasma generation section to generate plasma in the generation section, and a reaction product generated in the plasma is collected as a sample. A dry etching device that irradiates a sample placed on a table.
【請求項13】高周波電力を印加する電極対がエッチン
グを行う真空中に露出していないことを特徴とする請求
項11または請求項12に記載のドライエッチング装置
13. The dry etching apparatus according to claim 11 or 12, wherein the electrode pair to which high frequency power is applied is not exposed to the vacuum in which etching is performed.
【請求項14】高周波電力を印加する電極対が、石英ま
たはセラミック材料を介して設置されエッチングを行う
真空中に露出していないことを特徴とする請求項11ま
たは請求項12に記載のドライエッチング装置。
14. The dry etching method according to claim 11 or 12, wherein the electrode pair to which high-frequency power is applied is installed through quartz or ceramic material and is not exposed to the vacuum in which etching is performed. Device.
【請求項15】  試料台にバイアス印加する機構を備
えたことを特徴とする請求項11または請求項12に記
載のドライエッチング方法。
15. The dry etching method according to claim 11, further comprising a mechanism for applying a bias to the sample stage.
【請求項16】  試料台に交流電力を印加することに
より直流バイアスを発生させる機構を備えたことを特徴
とする請求項15に記載のドライエッチング装置。
16. The dry etching apparatus according to claim 15, further comprising a mechanism for generating a DC bias by applying AC power to the sample stage.
【請求項17】  高周波電力を印加してプラズマを発
生したのち、一定時間経過後試料台にバイアス印加する
機構を備えたことを特徴とする請求項15に記載のドラ
イエッチング装置。
17. The dry etching apparatus according to claim 15, further comprising a mechanism for applying a bias to the sample stage after a certain period of time has elapsed after generating plasma by applying high frequency power.
【請求項18】  試料台温度制御機構を備えたことを
特徴とする請求項11または請求項12に記載のドライ
エッチング装置。
18. The dry etching apparatus according to claim 11, further comprising a sample stage temperature control mechanism.
【請求項19】  高周波により生じる電子の運動面に
およそ垂直に直流磁場を印加する機構を有することを特
徴とする請求項11または請求項12のいずれかに記載
のドライエッチング装置。
19. The dry etching apparatus according to claim 11, further comprising a mechanism for applying a DC magnetic field approximately perpendicular to a plane of movement of electrons generated by high frequency waves.
【請求項20】  プラズマから発生する磁場強度を測
定する機構と前記磁場強度により高周波電力を制御する
機構とを備えたことを特徴とする請求項12に記載のド
ライエッチング装置。
20. The dry etching apparatus according to claim 12, further comprising a mechanism for measuring magnetic field strength generated from plasma and a mechanism for controlling high frequency power based on the magnetic field strength.
【請求項21】  位相の異なる高周波電力を、一定の
位相差に制御するフェーズロック機構を備えたことを特
徴とする請求項12に記載のドライエッチング装置。
21. The dry etching apparatus according to claim 12, further comprising a phase lock mechanism that controls high frequency power having different phases to a constant phase difference.
【請求項22】  同一の信号源から生成された複数の
高周波電力を印加する機構を備えたことを特徴とする請
求項12に記載のドライエッチング装置。
22. The dry etching apparatus according to claim 12, further comprising a mechanism for applying a plurality of high frequency powers generated from the same signal source.
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