JPH06252097A - Plasma etching device - Google Patents
Plasma etching deviceInfo
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- JPH06252097A JPH06252097A JP5035906A JP3590693A JPH06252097A JP H06252097 A JPH06252097 A JP H06252097A JP 5035906 A JP5035906 A JP 5035906A JP 3590693 A JP3590693 A JP 3590693A JP H06252097 A JPH06252097 A JP H06252097A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶表示
素子の微細なパターンを形成する低温プラズマ処理装置
に係り、特に成膜面が高い段差を有していても高精度な
微細パターンを形成するのに好適なプラズマエッチング
処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a low temperature plasma processing apparatus for forming a fine pattern of a semiconductor element or a liquid crystal display element, and particularly, it is possible to form a highly precise fine pattern even if the film-forming surface has a high step. The present invention relates to a plasma etching processing apparatus suitable for forming.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子の製造では高集積化が進んで
おり、半導体素子を形成するパターンの寸法は０．５か
ら０．３μｍと微細化している。また、高集積化に伴い
成膜積層パターンの数も増え、それにより半導体素子表
面の凹凸も大きくなっている。このような高い段差の面
にパターンを形成すると、垂直方向の膜厚が高段差面で
見かけ上厚くなる。2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor elements, the degree of integration is increasing, and the dimensions of the patterns forming the semiconductor elements have been reduced to 0.5 to 0.3 μm. In addition, the number of film-forming laminated patterns has increased with the increase in the degree of integration, and as a result, the irregularities on the surface of the semiconductor element have become large. When a pattern is formed on a surface having such a high step, the vertical film thickness becomes apparently thick on the high step surface.
【０００３】微細パターンをエッチングするプラズマエ
ッチングではイオンが垂直に入射しエッチングが進行す
るため、各場所のエッチング速度は垂直方向速度が同じ
になる。したがって、高段差面の見かけ上膜厚が厚い部
分では、エッチングに要する時間が他の部分に比べて長
い時間を必要とする。そのため見かけ上の膜厚が薄くな
る部分では、エッチング完了後も長い間プラズマに曝さ
れることになり、下地膜の削れが大きくなる。In plasma etching for etching a fine pattern, since ions are vertically incident and the etching proceeds, the etching speed at each location is the same in the vertical direction. Therefore, a portion having a large apparent film thickness on the high step surface requires a longer time for etching than other portions. Therefore, the portion where the apparent film thickness is thin is exposed to the plasma for a long time even after the etching is completed, and the base film is largely scraped.
【０００４】このような場合、上下配線のショートによ
り半導体素子が機能しなくなる問題、あるいは信頼性が
低下する問題等が発生する。したがって、これらの０．
５から０．３μｍプロセスで生産される半導体素子で
は、高精度パターンを形成すると共に、下地の膜を削ら
ないようにエッチングすることが重要となっている。In such a case, there arises a problem that the semiconductor element does not function due to a short circuit between the upper and lower wirings, or a problem that reliability is deteriorated. Therefore, these 0.
In a semiconductor device manufactured by the 5 to 0.3 μm process, it is important to form a high-precision pattern and perform etching so as not to scrape the underlying film.
【０００５】下地を削らないエッチングに適した装置及
び方法として、プラズマ処理室の他にプラズマ発生室を
設け、エッチングガスをプラズマ処理室に導入する前に
プラズマ処理室で励起分解する方式が提案されている。
これによると電気的に中性な反応種だけを多量に発生す
ることができ、エッチング反応における化学反応の割合
を増し、下地削れの少ない高選択なエッチングを行うこ
とができる。このようなプラズマ処理装置及びプラズマ
エッチング方法に関連する技術として、例えば特開昭５
２−１３３４０３号公報及び特開昭６０−４７４２１号
公報が挙げられる。As a device and method suitable for etching without removing the underlying layer, a method has been proposed in which a plasma generating chamber is provided in addition to the plasma processing chamber, and the plasma is excited and decomposed in the plasma processing chamber before the etching gas is introduced into the plasma processing chamber. ing.
According to this, a large amount of only electrically neutral reactive species can be generated, the ratio of chemical reaction in the etching reaction can be increased, and highly selective etching with less ground removal can be performed. A technique related to such a plasma processing apparatus and a plasma etching method is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
2-133403 and JP-A-60-47421 are mentioned.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、下地削れが少ない高選択エッチングに有効
ではあるが、今後のより微細化された高段差パターンエ
ッチングには不十分であり、さらに高選択化する必要が
ある。また、この種の微細パターンを高精度に形成する
という点に関しては、技術的課題があったとしても実用
化能なレベルまで改良されていないのが現状である。However, although the above-mentioned prior art is effective for high-selective etching with less ground removal, it is not sufficient for future finer and finer step pattern etching. Need to be converted. Further, regarding the point of forming this kind of fine pattern with high accuracy, even if there is a technical problem, it has not yet been improved to a practical level.
【０００７】したがって、本発明の目的は、上記従来の
問題点を解消し、高段差パターン上に下地の削れが少な
く、しかも高精度なパターンを高速に形成することが可
能なプラズマエッチング装置を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a plasma etching apparatus capable of forming a highly precise pattern at a high speed with less abrasion of a base on a high step pattern. To do.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では従来技術のように反応種の量を増やすだ
けでなく、反応種発生手段、プラズマ発生手段、イオン
エネルギ制御手段をそれぞれ独立させ、個別に制御でき
るようにし、反応種量に適したイオン量及びイオンエネ
ルギを同時に実現できるようにした。また、高段差部の
エッチング寸法精度を高めるために、プラズマ処理室の
プラズマ発生圧力を下げることができ、シース間でのエ
ネルギロスが少なく、かつイオンの散乱角を増やす原因
となる磁場を用いないプラズマ発生手段を用いるように
した。なお、上記目的達成手段について説明されていな
い具体的な事項については、後述する作用及び実施例の
項で補足し、さらに詳しく説明する。In order to achieve the above object, the present invention not only increases the amount of reactive species as in the prior art but also includes reactive species generating means, plasma generating means, and ion energy controlling means, respectively. Independent and individually controllable ion amount and ion energy suitable for the amount of reactive species can be realized at the same time. Further, in order to improve the etching dimension accuracy of the high step portion, the plasma generation pressure in the plasma processing chamber can be lowered, the energy loss between the sheaths is small, and the magnetic field that causes the increase of the ion scattering angle is not used. A plasma generating means was used. It should be noted that specific matters not described for the above-mentioned object achieving means will be described in more detail by supplementing them in the section of action and embodiment described later.
【０００９】[0009]
【作用】プラズマエッチング反応は、プラズマ中で発生
した反応種がエッチングされる被加工表面に吸着され、
これにプラズマよりシース間で加速されたイオンが入射
することで、イオンが入射したエッチング面の温度が局
所的に上昇し、この領域に吸着されていた反応種とエッ
チング表面の原子との間で反応が進行し、揮発性の高い
反応生成物となり除去されエッチングが進行する。[Function] In the plasma etching reaction, the reactive species generated in plasma are adsorbed on the surface to be etched,
When the ions accelerated by the plasma from the sheath are incident on this, the temperature of the etching surface on which the ions are incident locally rises, and the reactive species adsorbed in this region and the atoms on the etching surface The reaction proceeds, becomes a highly volatile reaction product, is removed, and etching proceeds.
【００１０】ここでイオンの量が多い場合には、反応種
のエッチング表面への吸着が間に合わず、イオンの入射
量に対し反応種量が不足するためエッチングの進行割合
が低下し、選択比が低下する。一方、イオンの量が少な
い場合には、エッチングが進行しなくなりエッチング速
度が低下する。同様にイオンのエネルギを高めた場合、
イオンの入射によりエッチングが進行する領域が広くな
り、イオン量の増加と同様に選択比が低下する。したが
って、本発明のように反応種量、イオン量、イオンエネ
ルギをそれぞれ独立に適切な量に制御することにより、
高選択で、高速のエッチングが実現できる。When the amount of ions is large, the reactive species are not adsorbed to the etching surface in time, and the amount of reactive species is insufficient with respect to the incident amount of ions, so that the progress rate of etching is reduced and the selectivity ratio is reduced. descend. On the other hand, when the amount of ions is small, the etching does not proceed and the etching rate decreases. Similarly, if you increase the energy of the ions,
The region where etching proceeds due to the incidence of ions becomes wider, and the selection ratio decreases as the amount of ions increases. Therefore, by controlling the amount of reactive species, the amount of ions, and the ion energy independently as in the present invention,
High selection and high-speed etching can be realized.
【００１１】エッチング反応は、イオンの入射により進
行するため、斜めに入射するイオンがあると、レジスト
マスクの下もこのイオンによりエッチング（サイドエッ
チ）される。特に高段差パターンのエッチングでは、段
差部の見かけ上のエッチング膜厚が厚くなり、エッチン
グ時間が長くなるため、斜め入射イオンによるレジスト
マスク下のエッチング（サイドエッチ）が進行し、高精
度なパターン形成を困難にする。Since the etching reaction proceeds due to the incidence of ions, if there are ions that are obliquely incident, the ions under the resist mask are also etched (side-etched) by these ions. Particularly in the etching of a high step pattern, the apparent etching film thickness of the step portion becomes thicker and the etching time becomes longer, so that the etching (side etching) under the resist mask due to obliquely incident ions progresses to form a highly accurate pattern. Make it difficult.
【００１２】斜め入射イオンの発生原因は、プラズマと
基板間のシースでの中性ガス分子との衝突によりイオン
が散乱されること、磁場を用いたプラズマ発生方式では
プラズマ中で電子が磁場に拘束されるため、プラズマ中
に発生した電界によりイオンが加速されイオン温度が高
くなることによる。イオン温度が高い場合、シースに入
射した時点でのイオンの横方向運動速度が、シース間で
加速される運動速度に比べ十分小さくないと斜め入射イ
オンが発生する。したがって、低い圧力で処理基板近傍
に磁場を用いないプラズマにより高段差パターンの高精
度エッチングが実現できる。The cause of the obliquely incident ions is that the ions are scattered by collision of neutral gas molecules in the sheath between the plasma and the substrate. In the plasma generation method using a magnetic field, electrons are confined to the magnetic field in the plasma. Therefore, the ions are accelerated by the electric field generated in the plasma, and the ion temperature rises. When the ion temperature is high, obliquely incident ions are generated unless the lateral movement velocity of the ions upon entering the sheath is sufficiently smaller than the movement velocity accelerated between the sheaths. Therefore, it is possible to realize high-precision etching of a high step pattern by using plasma that does not use a magnetic field in the vicinity of the processing substrate at low pressure.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、図面により本発明の一実施例を具体的
に説明する。 〈実施例１〉 （１）装置構成 図１は、在来の高周波放電による平行平板型のプラズマ
エッチング装置に本発明を適用したプラズマエッチング
装置の構成を示す概略図である。本発明の特徴は、反応
種発生手段、プラズマ発生手段及びイオンエネルギ制御
手段を独立させ、個別に制御できる構成としているとこ
ろにあり、これら各手段は、以下の記載から明らかとな
ろう。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. <Embodiment 1> (1) Apparatus Configuration FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a plasma etching apparatus in which the present invention is applied to a conventional parallel plate type plasma etching apparatus using high frequency discharge. The feature of the present invention resides in that the reactive species generating means, the plasma generating means, and the ion energy control means are independent and individually controllable. Each of these means will be apparent from the following description.
【００１４】プラズマ処理室１には、試料基板６が載置
されるステージ電極２が配設され、プラズマ処理室に対
しては絶縁リング３により絶縁されており、その対向面
にはプラズマ発生電極４が配設され、絶縁リング５によ
り絶縁されている。ステージ電極２には１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源１０が接続され、エッチング処理時に高
周波バイアス電圧の印加により基板６に入射するイオン
のエネルギが制御できる構成になっている。ステージ電
極２と高周波電源１０との間にはプラズマ発生電極４か
らの高周波電流がステージ２に流れないようにフィルタ
回路９（この例ではローパスフィルタ）が設けられてい
る。A stage electrode 2 on which a sample substrate 6 is placed is arranged in the plasma processing chamber 1 and is insulated from the plasma processing chamber by an insulating ring 3, and a plasma generating electrode is provided on the opposite surface thereof. 4 is provided and insulated by an insulating ring 5. 13.56 MH for the stage electrode 2
A high frequency power source 10 of z is connected, and the energy of the ions incident on the substrate 6 can be controlled by applying a high frequency bias voltage during the etching process. A filter circuit 9 (a low pass filter in this example) is provided between the stage electrode 2 and the high frequency power source 10 so that the high frequency current from the plasma generating electrode 4 does not flow to the stage 2.
【００１５】エッチングガスは、図示されていない供給
源からエッチングガス供給管１５により供給され、反応
種発生室１３を通りプラズマ発生電極４の吹き出し口４
ａより均等に処理室に供給されるようになっている。反
応種発生室１３とプラズマ発生電極４の間には反応種発
生室１３の圧力を制御するバルブ１７が配設されてい
る。反応種発生室１３には平行平板電極１４が設けられ
ており、エッチングガスはこの電極間を通過する間にプ
ラズマにより分解されて反応種を生成し、プラズマ発生
電極４に供給されるようになっている。また、この平行
平板電極１４には１３．５６ＭＨｚの高周波電源１６が
接続されており、電極間にプラズマを発生する構成とな
っている。なお、反応種発生室１３で生成した反応種を
効率良く圧力制御バルブ１７を介してプラズマ発生電極
４に移送することが重要であり、そのためには反応種の
移送手段となるこの輸送系路を極力短くし、輸送中に反
応種が減少するのを押さえる構成にすることが望まし
い。また、これらの輸送系路を短縮するために輸送路を
プラズマ発生電極４の中に組み込む構成としても良い。The etching gas is supplied by an etching gas supply pipe 15 from a supply source (not shown), passes through the reactive species generating chamber 13, and is blown out 4 of the plasma generating electrode 4.
A is supplied to the processing chamber more evenly than a. A valve 17 for controlling the pressure of the reactive species generating chamber 13 is arranged between the reactive species generating chamber 13 and the plasma generating electrode 4. A parallel plate electrode 14 is provided in the reactive species generating chamber 13, and the etching gas is decomposed by the plasma while passing between the electrodes to generate reactive species and supplied to the plasma generating electrode 4. ing. A high frequency power supply 16 of 13.56 MHz is connected to the parallel plate electrodes 14 so that plasma is generated between the electrodes. It is important to efficiently transfer the reactive species generated in the reactive species generating chamber 13 to the plasma generating electrode 4 via the pressure control valve 17, and for this purpose, this transportation system path which is a reactive species transferring means is used. It is desirable to make the structure as short as possible and suppress the reduction of reactive species during transportation. Further, in order to shorten these transportation system paths, the transportation paths may be incorporated in the plasma generating electrode 4.
【００１６】プラズマ発生電極４には、プラズマ発生用
の１００ＭＨｚの高周波電源１２が接続されており、さ
らにプラズマ発生電極４とこの電源間にはステージ電極
２に印加されるイオンエネルギ制御用高周波バイアス電
流が流れないようフィルタ回路１１（この例ではハイパ
スフィルタ）が設けられている。プラズマ処理室１の内
面にはグランド電極７が設けられており、ステージ電極
２及びプラズマ発生電極４からの高周波電流が流れるよ
うになっている。A high-frequency power supply 12 of 100 MHz for plasma generation is connected to the plasma generation electrode 4, and a high-frequency bias current for controlling ion energy applied to the stage electrode 2 between the plasma generation electrode 4 and this power supply. A filter circuit 11 (a high-pass filter in this example) is provided to prevent the noise from flowing. A ground electrode 7 is provided on the inner surface of the plasma processing chamber 1 so that high-frequency currents from the stage electrode 2 and the plasma generating electrode 4 can flow.
【００１７】本実施例の装置構成は以上の通りであり、
装置の特徴である反応種発生手段、プラズマ発生手段及
びイオンエネルギ制御手段をそれぞれ個別に制御する各
構成をまとめると以下の通りである。The apparatus configuration of this embodiment is as described above.
The respective features for individually controlling the reactive species generating means, the plasma generating means, and the ion energy controlling means, which are features of the apparatus, are summarized as follows.
【００１８】反応種発生手段は、プラズマを発生するこ
とのできる反応種発生室１３にエッチングガスを供給す
る手段で構成され、プラズマ発生電極４に供給する反応
種の制御は、制御バルブ１７による反応種発生室１３内
の圧力調整及び平行平板電極１４に供給する高周波電力
の調整により行われる。The reactive species generating means is constituted by means for supplying an etching gas to the reactive species generating chamber 13 capable of generating plasma, and the control of the reactive species supplied to the plasma generating electrode 4 by the control valve 17. It is performed by adjusting the pressure in the seed generating chamber 13 and adjusting the high frequency power supplied to the parallel plate electrodes 14.
【００１９】プラズマ発生手段は、プラズマ処理室１内
に配設されたプラズマ発生電極４及びこれにフィルタ回
路１１を介して接続したプラズマ発生用高周波電源１２
で構成され、高周波電力を調整することにより所定のプ
ラズマを発生することができ、基板６に入射するイオン
量の制御できるようになっている。The plasma generating means includes a plasma generating electrode 4 arranged in the plasma processing chamber 1 and a high frequency power source 12 for plasma generation connected to the plasma generating electrode 4 via a filter circuit 11.
It is possible to generate a predetermined plasma by adjusting the high frequency power, and to control the amount of ions incident on the substrate 6.
【００２０】イオンエネルギ制御手段は、ステージ電極
２にフィルタ回路９を介して接続された高周波電源１０
で構成され、この高周波電力を調整することによりステ
ージ電極２に印加する高周波バイアスを制御して基板６
に入射するイオンのエネルギを制御することができる。The ion energy control means is a high frequency power source 10 connected to the stage electrode 2 through a filter circuit 9.
The high-frequency bias applied to the stage electrode 2 is controlled by adjusting the high-frequency power to control the substrate 6
The energy of the ions incident on can be controlled.
【００２１】（２）エッチング処理方法 上記装置によるエッチング処理方法を以下に説明する。
エッチングガス供給管１５によりエッチングガスである
ＳＦ6を反応種発生室１３に通し、プラズマ処理室１に
供給する。排気管８より排気するエッチングガスの排気
量を図示しない排気制御装置によりコントロールし、プ
ラズマ処理室１内を１Ｐａの圧力に設定する。この時、
反応種発生室１３の圧力は５０Ｐａの圧力になるように
設定されており高周波電源１６より平行平板電極１４に
１０００Ｗの高周波電力を供給し、プラズマを発生させ
る。(2) Etching treatment method An etching treatment method by the above apparatus will be described below.
SF 6 which is an etching gas is supplied to the plasma processing chamber 1 through the reactive species generation chamber 13 through the etching gas supply pipe 15. The exhaust amount of the etching gas exhausted from the exhaust pipe 8 is controlled by an exhaust control device (not shown) to set the pressure in the plasma processing chamber 1 to 1 Pa. At this time,
The pressure of the reactive species generation chamber 13 is set to 50 Pa, and a high frequency power of 16 W is supplied from the high frequency power supply 16 to the parallel plate electrodes 14 to generate plasma.
【００２２】プラズマ処理室１では、ステージ電極２上
に予めＷ膜を形成した基板６を載せ、プラズマ発生電極
４に高周波電源１２から１００ＭＨｚ、３００Ｗの高周
波電力を供給しプラズマを発生させる。ステージ電極２
には、プラズマから基板６に入射するイオンのエネルギ
を制御するために高周波電源１０から１３．５６ＭＨｚ
の５０Ｗの高周波電力を供給する。エッチングガス（Ｓ
Ｆ6）は反応種発生室１３の平行平板電極１４間のプラ
ズマにより分解され、反応種であるＦを発生しプラズマ
処理室１に供給される。In the plasma processing chamber 1, a substrate 6 having a W film formed thereon is placed on the stage electrode 2, and high frequency power of 100 MHz and 300 W from the high frequency power source 12 is supplied to the plasma generating electrode 4 to generate plasma. Stage electrode 2
In order to control the energy of the ions entering the substrate 6 from the plasma, the high frequency power source 10 to 13.56 MHz
50 W of high frequency power is supplied. Etching gas (S
F 6 ) is decomposed by the plasma between the parallel plate electrodes 14 of the reactive species generating chamber 13 to generate F which is a reactive species and is supplied to the plasma processing chamber 1.
【００２３】プラズマ処理室１では１００ＭＨｚ、３０
０Ｗの高周波電力によりプラズマを発生させるため、プ
ラズマとプラズマ発生電極４間のシース、すなわち、等
価回路モデルではコンデンサに当たる部分での電圧が低
くなり電力損失が低減され、低いガス圧で安定に放電を
発生させることができる。また、プラズマ発生電極４に
入射するイオンのエネルギを低減し、プラズマ発生電極
４の消耗を低減することができる。基板６に入射するイ
オンのエネルギは、ステージ電極２に印加される電源１
０からの高周波電力により制御される。In the plasma processing chamber 1, 100 MHz, 30
Since the plasma is generated by the high frequency power of 0 W, the voltage at the sheath between the plasma and the plasma generating electrode 4, that is, the portion corresponding to the capacitor in the equivalent circuit model is reduced, the power loss is reduced, and the stable discharge is performed at a low gas pressure. Can be generated. Further, the energy of the ions that enter the plasma generating electrode 4 can be reduced, and the consumption of the plasma generating electrode 4 can be reduced. The energy of the ions incident on the substrate 6 is applied to the stage electrode 2 by the power source 1
It is controlled by high frequency power from zero.
【００２４】プラズマの電位は、高周波電源１２からの
１００ＭＨｚのプラズマ発生用高周波により変動する
が、１００ＭＨｚの高周波電流はフィルタ回路９（ロー
パスフィルタ）によりステージ電極２には流れず、周囲
のグランド電極７に流れるため１００ＭＨｚに対する基
板６とプラズマの電位は同位相、同振幅で変動し電位差
は変動しない。このためプラズマ発生用高周波によりイ
オンのエネルギが影響を受けることはなく、基板６に入
射するイオンエネルギは電源１０の高周波電力を所定値
に設定することにより高度な制御ができる構成となって
いる。これによりイオンエネルギの制御範囲を低エネル
ギ側に広げることができ、エッチングの高選択化ができ
るようになった。また、同様にフィルタ回路１１（ハイ
パスフィルタ）により、イオンエネルギ制御用高周波の
電流もプラズマ発生電極４に流れないようにし、プラズ
マ発生電極４に入射するイオンのエネルギを高めないよ
うにしている。The plasma potential fluctuates due to the 100 MHz high frequency for plasma generation from the high frequency power source 12, but the 100 MHz high frequency current does not flow to the stage electrode 2 due to the filter circuit 9 (low-pass filter), and the surrounding ground electrode 7 is used. Therefore, the potentials of the substrate 6 and the plasma with respect to 100 MHz fluctuate in the same phase and the same amplitude, and the potential difference does not fluctuate. Therefore, the energy of ions is not affected by the high frequency for plasma generation, and the ion energy incident on the substrate 6 can be highly controlled by setting the high frequency power of the power source 10 to a predetermined value. As a result, the control range of the ion energy can be expanded to the low energy side, and the etching can be highly selected. Similarly, the filter circuit 11 (high-pass filter) prevents the high-frequency current for controlling the ion energy from flowing into the plasma generating electrode 4 so that the energy of the ions entering the plasma generating electrode 4 is not increased.
【００２５】本実施例のプラズマ発生条件では、通常の
反応種発生室１３を用いない場合のプラズマ発生高周波
電力条件の１０００Ｗに比べ低い３００Ｗに設定し、プ
ラズマ処理室１のプラズマ密度を低くしている。これ
は、プラズマ処理室１でＦガスを多く発生する条件では
基板６に入射するイオンの量が多くなり、下地膜の削れ
が多く、エッチング選択比が低下するためである。それ
に対し本発明の条件では、基板表面に吸着する反応種Ｆ
ガスの速度に合わせたイオン量になるようプラズマ発生
電力を３００Ｗに適正化できる。これによりＦガスの量
は反応種発生室１３で従来と同等量発生できるため、Ｗ
膜のエッチング速度は低下させずに、下地膜やレジスト
の削れ量を低減することができる。Under the plasma generation conditions of this embodiment, the plasma density is set to 300 W, which is lower than the plasma generation high-frequency power condition of 1000 W when the normal reactive species generation chamber 13 is not used, and the plasma density of the plasma processing chamber 1 is lowered. There is. This is because, under the condition that a large amount of F gas is generated in the plasma processing chamber 1, the amount of ions incident on the substrate 6 is large, the base film is often scraped, and the etching selection ratio is lowered. On the other hand, under the conditions of the present invention, the reactive species F adsorbed on the substrate surface
The plasma generation power can be optimized to 300 W so that the amount of ions matches the gas velocity. As a result, the amount of F gas can be generated in the reactive species generation chamber 13 in the same amount as in the conventional case.
It is possible to reduce the amount of abrasion of the base film and the resist without reducing the etching rate of the film.
【００２６】また、プラズマ処理室内の処理圧力を１Ｐ
ａに低減したため、シース間でのイオンと中性ガス分子
の衝突を低減できると共に、磁場を用いないためプラズ
マ中のイオンの温度が高くならず、イオンは低加速条件
でも基板６に対し垂直に入射するようにでき、高精度な
パターン形成ができる。なお、本実施例では、プラズマ
処理室内の処理圧力を、より好ましい条件である１Ｐａ
に設定しているが、許容される圧力は５Ｐａを超えない
低圧下であればよい。また、イオンの入射角をより垂直
に近付けることができるため長いオーバエッチングの際
にもパターンの底が逆テーパ形状になったり、高段差部
の側面がエッチングされるような現象が大幅に低減で
き、０．５から０．３μｍプロセスで生産される半導体
素子の信頼性向上、歩留まり向上を図ることができる。Further, the processing pressure in the plasma processing chamber is set to 1 P.
Since it is reduced to a, collisions between ions and neutral gas molecules between the sheaths can be reduced, and since the magnetic field is not used, the temperature of the ions in the plasma does not rise, and the ions are perpendicular to the substrate 6 even under low acceleration conditions. It can be made incident, and highly accurate pattern formation can be performed. In this example, the processing pressure in the plasma processing chamber was set to 1 Pa, which is a more preferable condition.
However, the allowable pressure may be a low pressure that does not exceed 5 Pa. Also, since the incident angle of ions can be made closer to vertical, it is possible to greatly reduce the phenomenon that the bottom of the pattern becomes an inverse taper shape and the side surface of the high step portion is etched even in the case of long overetching. , It is possible to improve the reliability and the yield of semiconductor devices manufactured in the 0.5 to 0.3 μm process.
【００２７】従来装置では下地膜やレジストに対するＷ
膜とのエッチング速度の比率は２程度であったが、本発
明では５以上に高めることができ、高い選択比を実現す
ることができた。また、寸法精度も従来の０．１〜０．
１５μｍあった下地の削れを０．０３μｍに低減でき
た。In the conventional apparatus, W for the base film and the resist is used.
The ratio of the etching rate to the film was about 2, but in the present invention, it could be increased to 5 or more, and a high selection ratio could be realized. Further, the dimensional accuracy is 0.1 to 0.
It was possible to reduce the scraping of the base, which was 15 μm, to 0.03 μm.
【００２８】〈実施例２〉 （１）装置構成 図２は、在来のマイクロ波放電によるプラズマエッチン
グ装置に本発明を適用したプラズマエッチング装置の構
成を示す概略図である。すなわち、本実施例ではプラズ
マ発生をマイクロ波とスロットアンテナ付き空洞共振器
により実現している。プラズマ処理室１の上面は石英窓
２２により真空シールされ、その上に空洞共振器２０が
配設されている。空洞共振器２０の底面にはスロットア
ンテナ２１が設けられており、導波管２３より供給され
たマイクロ波の電界強度を強め、プラズマ処理室１に放
射するようになっている。このマイクロ波によりプラズ
マ処理室１にプラズマを発生させ、エッチング処理を行
うものである。その他の構成（反応種発生手段及びイオ
ンエネルギ制御手段）は実施例１に示した構成と同じで
あり、反応種発生室１３で発生した反応種（例えばＦガ
ス）を、ガス供給管２４によりプラズマ処理室１に供給
する。この場合も、輸送中に反応種を減少させないよう
にガス供給管２４を極力短くすることが望ましい。<Embodiment 2> (1) Apparatus Configuration FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of a plasma etching apparatus in which the present invention is applied to a conventional plasma etching apparatus using microwave discharge. That is, in this embodiment, plasma generation is realized by the microwave and the cavity resonator with the slot antenna. The upper surface of the plasma processing chamber 1 is vacuum-sealed by a quartz window 22, and the cavity resonator 20 is arranged thereon. A slot antenna 21 is provided on the bottom surface of the cavity resonator 20 so that the electric field strength of the microwave supplied from the waveguide 23 is strengthened and radiated to the plasma processing chamber 1. The microwave is used to generate plasma in the plasma processing chamber 1 to perform etching processing. The other configurations (reactive species generating means and ion energy control means) are the same as those shown in the first embodiment, and the reactive species (for example, F gas) generated in the reactive species generating chamber 13 are plasma-treated by the gas supply pipe 24. Supply to the processing chamber 1. Also in this case, it is desirable to make the gas supply pipe 24 as short as possible so as not to reduce the reactive species during transportation.
【００２９】マイクロ波によるプラズマ発生では、マイ
クロ波の電界によりプラズマ中の電子に直接エネルギを
供給するため、プラズマ発生によりプラズマの電位変動
が発生せず、高周波電源１０からのイオンエネルギ制御
用高周波バイアスにより高精度なイオンエネルギ制御が
できる。これにより実施例１で述べたように高選択エッ
チング処理ができる。また、この方法は磁場を用いずに
低い圧力でプラズマが発生できるため、イオンの方向性
を高精度化することができ、高段差面上に高精度なパタ
ーン形成ができる。In the plasma generation by microwaves, energy is directly supplied to the electrons in the plasma by the electric field of the microwaves, so that the potential of the plasma is not changed by the plasma generation and the high frequency bias for ion energy control from the high frequency power source 10 is generated. This enables highly accurate ion energy control. As a result, the high selective etching process can be performed as described in the first embodiment. Further, since this method can generate plasma at a low pressure without using a magnetic field, the directionality of ions can be made highly precise, and a highly precise pattern can be formed on a highly stepped surface.
【００３０】マイクロ波によるプラズマ発生では先に述
べたようにプラズマの電位変動を発生させないため、ス
テージ電極側のイオンエネルギ制御に影響せず、実施例
１に示したフィルタ回路９は必要ない。Since the plasma potential is not generated in the plasma generation by the microwave as described above, it does not affect the ion energy control on the stage electrode side, and the filter circuit 9 shown in the first embodiment is not necessary.
【００３１】（２）エッチング処理方法 エッチングガス供給管１５よりエッチングガスであるＳ
Ｆ6を、反応種発生室１３に通し、圧力制御バルブ１７
を介してプラズマ処理室１に供給する。排気管８より排
気し、プラズマ処理室１内を１Ｐａの圧力に設定する。
反応種発生室１３の圧力は５０Ｐａの圧力になるように
設定されており、図示されていない高周波電源１６（図
１と同一）より１０００Ｗの高周波電力を供給し、プラ
ズマを発生する。(2) Etching treatment method The etching gas S from the etching gas supply pipe 15 is used.
F 6 is passed through the reactive species generating chamber 13 and the pressure control valve 17
Is supplied to the plasma processing chamber 1 via. The inside of the plasma processing chamber 1 is set to a pressure of 1 Pa by exhausting from the exhaust pipe 8.
The pressure of the reactive species generation chamber 13 is set to a pressure of 50 Pa, and high frequency power of 1000 W is supplied from a high frequency power source 16 (not shown) (same as in FIG. 1) to generate plasma.
【００３２】プラズマ処理室１では、ステージ電極２上
に予めＷ膜を形成した基板６を載せ、図示しないマイク
ロ波電源より、２５０Ｗのマイクロは電力を供給し、プ
ラズマを発生させる。ステージ電極２にはプラズマすら
基板６に入射するイオンのエネルギを制御するために、
高周波電源１０から５０Ｗの高周波電力を供給する。In the plasma processing chamber 1, a substrate 6 having a W film formed thereon is placed on the stage electrode 2, and a microwave of 250 W supplies electric power from a microwave power source (not shown) to generate plasma. In order to control the energy of the ions incident on the substrate 6, even the plasma on the stage electrode 2,
A high frequency power of 50 W is supplied from the high frequency power supply 10.
【００３３】エッチングガス（ＳＦ6）は、反応種発生
室１３でプラズマにより分解され、反応種であるＦを発
生し、プラズマ処理室１に供給される。The etching gas (SF 6 ) is decomposed by plasma in the reactive species generating chamber 13 to generate F which is a reactive species, and is supplied to the plasma processing chamber 1.
【００３４】本実施例の場合、エッチング速度３６０ｎ
ｍ／分、選択比６．２で高精度のエッチング特性が得ら
れた。なお、マイクロ波電力を３００Ｗに上げるとＷの
エッチング速度は３６０ｎｍ／分から３９５ｎｍ／分に
上昇するが、選択比は６．２から５．４に低下する。ま
た、マイクロ波電力を２００Ｗに下げると選択比はほと
んど変わらず、エッチング速度が３１０ｎｍ／分に低下
する。したがって、マイクロ波電力２５０Ｗが適正条件
となる。In the case of this embodiment, the etching rate is 360 n
High-precision etching characteristics were obtained at m / min and a selection ratio of 6.2. When the microwave power is increased to 300 W, the etching rate of W increases from 360 nm / min to 395 nm / min, but the selection ratio decreases from 6.2 to 5.4. Further, when the microwave power is reduced to 200 W, the selection ratio remains almost unchanged and the etching rate is reduced to 310 nm / min. Therefore, the microwave power of 250 W is an appropriate condition.
【００３５】また、反応種発生室１３に電力を投入せ
ず、マイクロ波電力を１０００Ｗにした比較例の場合、
Ｗエッチング速度は３０５ｎｍ／分、選択比は２．４と
なり、選択比が著しく劣化した。Further, in the case of the comparative example in which the microwave power is 1000 W without supplying the power to the reactive species generating chamber 13,
The W etching rate was 305 nm / min and the selection ratio was 2.4, which markedly deteriorated the selection ratio.
【００３６】高段差パターンでは、図３に要部断面斜視
図を示すように、高段差部３０のパターン側面の（Ａ）
部は入射するイオンにわずかな傾きがあっても、その影
響が大きく現れる。なお、同図の３１はエッチング形成
した微細パターン、３２はレジストマスク、３３は基板
である。In the high step pattern, as shown in the cross-sectional perspective view of the main part in FIG.
Even if there is a slight inclination to the incident ions, the part has a large effect. In the figure, 31 is an etched fine pattern, 32 is a resist mask, and 33 is a substrate.
【００３７】本実施例では、低圧、無磁場でイオンの入
射散乱角を低減すると共に、入射するイオンのエネルギ
を低減させずに高選択比を実現している。そのため入射
するイオンのエネルギを低減し、高選択を実現する方法
に比べイオンの垂直入射性を高めることができ、高選択
と高精度エッチングの両立を図ることができる。In this embodiment, the incident scattering angle of the ions is reduced under a low pressure and no magnetic field, and a high selection ratio is realized without reducing the energy of the incident ions. Therefore, the energy of incident ions can be reduced and the vertical incidence of ions can be enhanced as compared with the method of achieving high selection, and both high selection and high precision etching can be achieved.
【００３８】また、本実施例の場合、マイクロ波電力を
２００Ｗに下げた条件で高周波バイアス電力を５０Ｗか
ら７０Ｗに高めると、選択比は６．２から６．０に多少
低下するがイオン加速電圧（ステージ電極２に印加され
る高周波電圧振幅）は１２０Ｖから１６０Ｖになり、エ
ッチング寸法精度の高精度化を図ることができる。Further, in the case of this embodiment, when the high frequency bias power is increased from 50 W to 70 W under the condition that the microwave power is reduced to 200 W, the selection ratio is slightly decreased from 6.2 to 6.0, but the ion acceleration voltage is decreased. (Amplitude of high-frequency voltage applied to stage electrode 2) is changed from 120V to 160V, and etching dimension accuracy can be improved.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように本発明により所期の
目的を達成することができた。すなわち、今後の表面の
凹凸が大きい高集積半導体素子のパターン形成を信頼性
よく生産することができ、半導体素子の生産性向上が図
れると共に、半導体素子製造の歩留まり向上が図れる。As described above, according to the present invention, the intended purpose can be achieved. That is, it is possible to reliably produce pattern formation of a highly integrated semiconductor device having a large surface irregularity in the future, and it is possible to improve the productivity of the semiconductor device and improve the yield of the semiconductor device manufacturing.
【図１】本発明の一実施例となるプラズマエッチング装
置の構成例を示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】同じく他の実施例となるプラズマエッチング装
置の構成例を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of a plasma etching apparatus which is also another embodiment.
【図３】高段差パターンの要部断面斜視図。FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of a main part of a high step pattern.
１…プラズマ処理室、 ２…ステージ電極、 ３、
５…絶縁リング、４…プラズマ発生電極、 ６…基
板、 ７…アース電極、８…排気管、
９、１１…フィルタ回路、１０、１２、１６…高周
波電源、 １３…反応種発生室、１５
…エッチングガス供給管、 １７…
圧力制御バルブ、２０…空洞共振器、 ２１…スロ
ットアンテナ、２２…石英窓、２３…導波管、
２４…反応種ガス供給管。1 ... Plasma processing chamber, 2 ... Stage electrode, 3,
5 ... Insulating ring, 4 ... Plasma generating electrode, 6 ... Substrate, 7 ... Ground electrode, 8 ... Exhaust pipe,
9, 11 ... Filter circuit, 10, 12, 16 ... High frequency power source, 13 ... Reactive species generating chamber, 15
… Etching gas supply pipe, 17…
Pressure control valve, 20 ... Cavity resonator, 21 ... Slot antenna, 22 ... Quartz window, 23 ... Waveguide,
24 ... Reactant gas supply pipe.
Claims (10)
ガスを予め分解して反応種を生成する反応種発生室とを
備え、前記反応種発生室で生成された反応種を前記プラ
ズマエッチング処理室に供給するようにしたプラズマエ
ッチング装置において、前記反応種発生室をプラズマエ
ッチング処理室とは独立に配設すると共に、前記プラズ
マエッチング処理室内に配設されたステージ電極に高周
波バイアスを独立に印加し、前記ステージ電極に載置さ
れた試料基板に入射するイオンエネルギを独立に制御す
る手段を配設して成り、反応種発生と、プラズマ発生
と、イオンエネルギ制御とをそれぞれ独立に制御できる
ように構成して成るプラズマエッチング装置。1. A plasma etching processing chamber and a reactive species generating chamber for preliminarily decomposing an etching gas to generate a reactive species, and supplying the reactive species generated in the reactive species generating chamber to the plasma etching processing chamber. In the plasma etching apparatus, the reactive species generation chamber is arranged independently of the plasma etching treatment chamber, and a high frequency bias is independently applied to the stage electrode arranged in the plasma etching treatment chamber, A means for independently controlling the ion energy incident on the sample substrate placed on the stage electrode is provided, and it is configured so that reactive species generation, plasma generation, and ion energy control can be controlled independently. Plasma etching equipment.
プラズマ処理を、磁場を用いずに低圧下で処理できるプ
ラズマ発生手段として成る請求項１記載のプラズマエッ
チング装置。2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing of the substrate in the plasma etching processing chamber is a plasma generating means capable of processing at a low pressure without using a magnetic field.
理室間に配設した反応種ガス供給路に圧力制御バルブを
配設し、プラズマエッチング処理室内の圧力と反応種ガ
ス供給量とを制御できるようにして成る請求項１記載の
プラズマエッチング装置。3. A pressure control valve is provided in a reactive-species gas supply passage arranged between the reactive-species generating chamber and the plasma etching processing chamber to control the pressure in the plasma etching processing chamber and the reactive-species gas supply amount. The plasma etching apparatus according to claim 1, which is formed as described above.
ラズマ発生手段を、高周波放電プラズマ発生手段として
成る請求項２記載のプラズマエッチング装置。4. The plasma etching apparatus according to claim 2, wherein the plasma generating means capable of processing under a low pressure without using the magnetic field is a high frequency discharge plasma generating means.
ラズマ発生手段を、マイクロ波放電プラズマ発生手段と
して成る請求項２記載のプラズマエッチング装置。5. The plasma etching apparatus according to claim 2, wherein the plasma generating means that can be processed under a low pressure without using the magnetic field is a microwave discharge plasma generating means.
室と、エッチングガスを予め高周波放電により分解して
反応種を生成する反応種発生室とを備え、前記反応種発
生室で生成された反応種を前記プラズマエッチング処理
室に供給するようにしたプラズマエッチング装置におい
て、前記プラズマエッチング処理室とは独立に反応種発
生室を配設すると共に、前記プラズマエッチング処理室
内に配設されたステージ電極に高周波バイアスを独立に
印加し、前記ステージ電極に載置された試料基板に入射
するイオンエネルギを独立に制御する手段を配設し、し
かも前記プラズマエッチング処理室に配設したプラズマ
発生電極とそれに接続された高周波電源との間に前記ス
テージ電極に印加された高周波バイアスを遮断するフィ
ルタ回路を、前記ステージ電極とこれに印加する高周波
バイアス電源との間に前記プラズマ発生電極に印加され
た高周波電力を遮断するフィルタ回路をそれぞれ接続し
て成り、反応種発生と、プラズマ発生と、イオンエネル
ギ制御とをそれぞれ独立に制御できるように構成して成
るプラズマエッチング装置。6. A plasma etching treatment chamber using a high frequency discharge, and a reaction species generation chamber that decomposes an etching gas in advance by a high frequency discharge to generate a reaction species, wherein the reaction species generated in the reaction species generation chamber are described above. In a plasma etching apparatus adapted to supply to the plasma etching processing chamber, a reactive species generating chamber is provided independently of the plasma etching processing chamber, and a high frequency bias is applied to a stage electrode provided in the plasma etching processing chamber. A plasma generating electrode disposed in the plasma etching processing chamber and a high frequency connected thereto are provided with means for independently controlling and independently controlling the ion energy incident on the sample substrate mounted on the stage electrode. A filter circuit for cutting off the high frequency bias applied to the stage electrode between the power source and A filter circuit for cutting off the high-frequency power applied to the plasma generating electrode between a tage electrode and a high-frequency bias power source applied to the tage electrode, respectively, for generating reactive species, generating plasma, and controlling ion energy. A plasma etching system configured so that it can be controlled independently.
源の周波数及び電力を、ステージ電極に印加するイオン
エネルギ制御用高周波電源の周波数及び電力よりも常に
大きく設定する構成として成る請求項６記載のプラズマ
エッチング装置。7. The plasma according to claim 6, wherein the frequency and the power of the high frequency power source applied to the plasma generating electrode are always set higher than the frequency and the power of the high frequency power source for controlling the ion energy applied to the stage electrode. Etching equipment.
プラズマ処理を、磁場を用いずに低圧下で処理できるプ
ラズマ発生手段として成る請求項７記載のプラズマエッ
チング装置。8. The plasma etching apparatus according to claim 7, wherein the plasma processing of the substrate in the plasma etching processing chamber is a plasma generating means capable of processing at a low pressure without using a magnetic field.
理室間に配設した反応種ガス供給路に圧力制御バルブを
配設し、プラズマエッチング処理室内の圧力と反応種ガ
ス供給量とを制御できるようにして成る請求項７記載の
プラズマエッチング装置。9. A pressure control valve is provided in a reactive-species gas supply passage arranged between the reactive-species generating chamber and the plasma etching processing chamber, so that the pressure in the plasma etching processing chamber and the reactive-species gas supply amount can be controlled. 8. The plasma etching apparatus according to claim 7, which is formed as described above.
チング処理室内の圧力を５Ｐａ以下の低圧に設定してプ
ラズマ処理できるプラズマ発生手段として成る請求項
２、４、５もしくは８記載のプラズマエッチング装置。10. The plasma etching apparatus according to claim 2, 4, 5 or 8, wherein the plasma generating means is a plasma generating means capable of performing plasma processing by setting the pressure in the plasma etching processing chamber to a low pressure of 5 Pa or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035906A JPH06252097A (en) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Plasma etching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035906A JPH06252097A (en) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Plasma etching device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252097A true JPH06252097A (en) | 1994-09-09 |
Family
ID=12455077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5035906A Pending JPH06252097A (en) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | Plasma etching device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06252097A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001052900A (en) * | 1999-07-16 | 2001-02-23 | Feltech Corp | Method of generating high-speed electric pulse train and method of applying the same to particle acceleration |
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| JP2004535672A (en) * | 2001-07-13 | 2004-11-25 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | Method and apparatus for low energy ion generation and transport by microjets in plasma processing |
| US6902683B1 (en) | 1996-03-01 | 2005-06-07 | Hitachi, Ltd. | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| WO2012011171A1 (en) * | 2010-07-21 | 2012-01-26 | トヨタ自動車株式会社 | Etching device |
-
1993
- 1993-02-25 JP JP5035906A patent/JPH06252097A/en active Pending
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| JP5382125B2 (en) * | 2010-07-21 | 2014-01-08 | トヨタ自動車株式会社 | Etching device |
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