JPH0750287A - Plasma etching treatment - Google Patents

Plasma etching treatment

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JPH0750287A
JPH0750287A JP4070568A JP7056892A JPH0750287A JP H0750287 A JPH0750287 A JP H0750287A JP 4070568 A JP4070568 A JP 4070568A JP 7056892 A JP7056892 A JP 7056892A JP H0750287 A JPH0750287 A JP H0750287A
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JP
Japan
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sample
etching
magnetic field
plasma
flux density
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Application number
JP4070568A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Hisada
正浩 久田
Seiichi Nakamura
誠一 中村
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form a hole pattern having a vertical form uniformly on the surface of a specimen, by forming magnetic field distribution wherein the value of flux density on the specimen surface is in a specified range, and the magnetic flux density on the outer periphery is higher than that of the specimen surface, and performing an etching treatment. CONSTITUTION:An inner coil 21 and an outer coil 22, which constitute a magnetic field generator 20, are arranged under a specimen stand 17, the magnetic field distribution on the specimen S surface is controlled by changing the intensity of applied magnetic field, and an etching process is performed by using reaction gas. That is, a magnetic field distribution is formed as follows: the magnetic flux density on the specimen S surface is uniform, its value is in the range of 0-50 Gauss, and the magnetic flux density on the peripheral part of the specimen S is higher than that of the specimen S surface. An SiO2 film is subjected to anisotropic etching by using fluorocarbon based gas wherein the ratio of the number of atoms is larger than or equal to 0.375. Thereby the pattern shape is uniformed, and the etching selection ratio and the etching rate can be improved.

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、半導体製造プロセスに
おけるエッチング処理方法、より詳細にはシリコン酸化
膜のエッチング処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for etching a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a method for etching a silicon oxide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴(以下ECRと
記す)励起によりプラズマを発生させる方法は、低ガス
圧力で活性度の高いプラズマを生成させることができ、
イオンエネルギーの広範な選択が可能であり、また大き
なイオン電流がとれ、イオン流の指向性及び均一性に優
れる等の利点を有している。このため、高集積半導体素
子等の製造における薄膜形成やエッチング等のプロセス
には欠かせないものとして、盛んに研究が進められてい
る。
2. Description of the Related Art A method of generating plasma by electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR) excitation can generate highly active plasma at a low gas pressure,
A wide range of ion energy can be selected, a large ion current can be obtained, and the ion flow has excellent directivity and uniformity. Therefore, research is being actively conducted as an indispensable process for thin film formation and etching in the production of highly integrated semiconductor devices and the like.

【0003】図4は従来のマイクロ波プラズマ装置の一
例としてのエッチング装置を模式的に示した断面図であ
り、図中11はプラズマ生成室を示している。プラズマ
生成室11周壁は2重構造に構成されており、その内部
には冷却水の通流室11aが形成され、また上部壁中央
には石英ガラス板11bにより封止されたマイクロ波導
入口11cが形成され、さらに下部壁中央には前記マイ
クロ波導入口11cと対向する位置にプラズマ引き出し
窓11dが形成されている。マイクロ波導入口11cに
は他端が図示しないマイクロ波発振器に接続された導波
管12の一端が接続され、またプラズマ引き出し窓11
dに臨ませて試料室13が配設されている。さらにプラ
ズマ生成室11及びこれに接続された導波管12の一端
部にわたってこれらを囲繞する態様でこれらと同心状に
励磁コイル14が配設されている。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing an etching apparatus as an example of a conventional microwave plasma apparatus, and 11 in the figure shows a plasma generation chamber. The peripheral wall of the plasma generation chamber 11 is configured in a double structure, a cooling water flow chamber 11a is formed inside the microwave generation port 11c, and a microwave inlet 11c sealed by a quartz glass plate 11b is formed in the center of the upper wall. A plasma extraction window 11d is formed in the center of the lower wall at a position facing the microwave introduction port 11c. The microwave inlet 11c is connected to one end of a waveguide 12 whose other end is connected to a microwave oscillator (not shown), and the plasma extraction window 11
A sample chamber 13 is arranged so as to face d. Further, an exciting coil 14 is arranged concentrically with the plasma generation chamber 11 and the waveguide 12 connected to the plasma generation chamber 11 so as to surround them.

【0004】一方試料室13内にはプラズマ引き出し窓
11dと対向する位置に試料台17が配設され、試料台
17上にはウエハ等の試料Sが静電吸着等の手段にて着
脱可能に載置され、また試料室13の下部壁には、図示
しない排気装置に接続される排気口13aが形成されて
いる。
On the other hand, a sample table 17 is disposed in the sample chamber 13 at a position facing the plasma extraction window 11d, and a sample S such as a wafer can be attached to and detached from the sample table 17 by means such as electrostatic adsorption. An exhaust port 13a is formed on the lower wall of the sample chamber 13 that is placed and connected to an exhaust device (not shown).

【0005】また図中11gはプラズマ生成室11に連
なる反応ガス供給系を示しており、図中13gは試料室
13に連なる反応ガス導入口を示しており、図中11
h、11iは冷却水の供給系、排出系を示している。
Further, 11g in the drawing shows a reaction gas supply system connected to the plasma generation chamber 11, 13g in the drawing shows a reaction gas inlet connected to the sample chamber 13, and 11g in the drawing.
Reference numerals h and 11i denote a cooling water supply system and a cooling water supply system.

【0006】このように構成されたエッチング装置にあ
っては、プラズマ生成室11及び試料室13内を所定の
真空度に設定した後、プラズマ生成室11内に反応ガス
供給系11gを通じて所要のガス圧力が得られるように
ガスを供給し、励磁コイル14により磁界を形成しつつ
マイクロ波導入口11cを通じてプラズマ生成室11内
にマイクロ波を導入し、プラズマ生成室11を空洞共振
器としてガスを共鳴励起し、プラズマを生成させる。生
成したプラズマは励磁コイル14により形成される試料
室13側に向かうに従い磁束密度が低下する発散磁界に
よって試料室13内の試料S周辺に投射され、試料室1
3内の試料S表面をエッチングするようになっている
(特開昭57ー133636号公報)。
In the thus constructed etching apparatus, after the plasma generation chamber 11 and the sample chamber 13 are set to a predetermined vacuum degree, a desired gas is supplied into the plasma generation chamber 11 through the reaction gas supply system 11g. Gas is supplied so as to obtain a pressure, a microwave is introduced into the plasma generation chamber 11 through the microwave introduction port 11c while forming a magnetic field by the excitation coil 14, and the gas is resonantly excited by using the plasma generation chamber 11 as a cavity resonator. Then, plasma is generated. The generated plasma is projected to the periphery of the sample S in the sample chamber 13 by the divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber 13 side formed by the excitation coil 14, and the sample chamber 1
The surface of the sample S in No. 3 is etched (JP-A-57-133636).

【0007】上記した装置は、活性度の高いプラズマが
低ガス圧力領域で発生することから荷電粒子の指向性が
強く異方性エッチングに適している。
The above-mentioned apparatus is suitable for anisotropic etching because the highly active plasma is generated in the low gas pressure region and the charged particles have a strong directivity.

【0008】しかしながら、発散磁界によって引き出さ
れるプラズマは、磁力線に従い広がるために、試料表面
上におけるプラズマ密度の分布は中心部が高く、周辺に
行くに従い低くなる。また、周辺部のおいては磁力線が
試料に対して斜めに入射するため、これに従うプラズマ
も斜めに試料に入射することになる。ちなみに、このと
きの試料台17上の試料台に垂直方向の磁束密度Bzの
径方向の分布を図5に示す。図5では横軸に試料台中心
からの径方向位置(mm)を、縦軸に鉛直方向の磁束密度
(ガウス)をとって示している。磁束密度Bzは試料S
の中心で極大値をとり、試料Sの径方向外側に向かうに
つれて単調に減少する分布となっている。この磁場分布
での試料Sの中心部及び周辺部におけるエッチング形状
の断面図を図6に示す。試料Sとしては、Si基板41
上にSiO2膜42が形成され、さらにこのSiO2膜42上に
フォトレジスト膜43が形成され、このフォトレジスト
膜43にホール44のパターンが形成されているものを
用いた。このエッチングの際、試料SのSiO2膜がこのホ
ールパターンに従って垂直にエッチングされかつ試料S
上の至る場所で均一な速度でエッチングされることが好
ましい。しかし、図6のエッチング形状の断面図を見る
と、周辺部ではSiO2膜42は斜めにエッチングされてお
り、また、中心部では垂直にはエッチングされているも
ののエッチング速度が周辺部よりも遅いという結果を示
している。すなわち、周辺部では磁力線の斜め入射に従
いプラズマが斜めに試料Sに入射するために斜めにエッ
チングが進み、また中心部ではプラズマ密度が周辺部に
比べ高いため試料台に印加される高周波のエネルギーの
個々のイオンへの与えられ方を考えると中心部の方が周
辺部より小さくなるため中心部の方が周辺部よりエッチ
ング速度が遅くなるのである。したがって、この発散磁
界の磁場分布のもとでは、良好なエッチング形状でエッ
チング速度の均一性良くエッチングを行うことは困難で
ある。
However, since the plasma extracted by the divergent magnetic field spreads according to the lines of magnetic force, the distribution of the plasma density on the sample surface is high at the central portion and becomes lower toward the periphery. Further, in the peripheral portion, the lines of magnetic force are obliquely incident on the sample, and accordingly, plasma is also obliquely incident on the sample. By the way, FIG. 5 shows the radial distribution of the magnetic flux density Bz in the direction perpendicular to the sample table on the sample table 17 at this time. In FIG. 5, the horizontal axis represents the radial position (mm) from the center of the sample table, and the vertical axis represents the vertical magnetic flux density (Gauss). The magnetic flux density Bz is the sample S
The distribution has a maximum value at the center of, and decreases monotonically toward the outside of the sample S in the radial direction. FIG. 6 shows a sectional view of the etching shape in the central portion and the peripheral portion of the sample S in this magnetic field distribution. As the sample S, a Si substrate 41
A SiO 2 film 42 was formed on the SiO 2 film 42, a photoresist film 43 was formed on the SiO 2 film 42, and a pattern of holes 44 was formed on the photoresist film 43. During this etching, the SiO 2 film of the sample S is vertically etched according to this hole pattern and
It is preferable to etch at a uniform rate throughout the top. However, when the cross-sectional view of the etching shape of FIG. 6 is seen, the SiO 2 film 42 is obliquely etched in the peripheral portion, and the etching rate is slower than that in the peripheral portion although the SiO 2 film 42 is vertically etched in the central portion. The result is shown. That is, in the peripheral portion, the plasma obliquely enters the sample S in accordance with the oblique incidence of the lines of magnetic force, so that the etching proceeds obliquely, and in the central portion, the plasma density is higher than in the peripheral portion, so that the high-frequency energy applied to the sample stage is Considering how each ion is given, the etching rate in the central portion is lower than that in the peripheral portion because the central portion is smaller than the peripheral portion. Therefore, under the magnetic field distribution of this divergent magnetic field, it is difficult to perform etching with a good etching shape and a uniform etching rate.

【0009】そこで、本出願人は上記問題に対する対策
として先に特開昭64ー8624号公報において図7に
示したプラズマ処理装置を提案した。図7は試料台近傍
の拡大断面図であり、試料Sを載置した試料台17の下
方には、磁界生成器20が配設されている。磁界生成器
20は二重構造の円筒形状を呈しており、外側には外コ
イル22が配設され、内側には内コイル21がヨーク2
3により取り囲まれた形態で配設されている。
Therefore, the present applicant has previously proposed the plasma processing apparatus shown in FIG. 7 in Japanese Patent Laid-Open No. 64-8624 as a measure against the above problem. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the sample table, and a magnetic field generator 20 is arranged below the sample table 17 on which the sample S is placed. The magnetic field generator 20 has a double-structured cylindrical shape. An outer coil 22 is arranged outside and an inner coil 21 is arranged inside the yoke 2.
It is arranged in a form surrounded by 3.

【0010】上記した外コイル22は、励起コイル14
(図4)からの発散磁界の磁力線方向と同方向の磁界を
形成しており、内コイル21は外コイル22とは逆方向
の磁界を形成している。
The above-mentioned outer coil 22 is the excitation coil 14
A magnetic field is formed in the same direction as the magnetic line of force of the divergent magnetic field from (FIG. 4), and the inner coil 21 forms a magnetic field in the opposite direction to the outer coil 22.

【0011】内コイル21により、試料Sに垂直な方向
の磁束密度Bzを減少させ、プラズマを試料の径方向に
拡げることができる。しかし、これだけではその拡がり
を制限するものがなく、プラズマが拡がりすぎて、プラ
ズマ密度が低下し、エッチング処理速度を低下させるこ
とになる。そこで外コイル22により励磁コイル14か
らの発散磁界と同一方向であるような磁界を形成する
と、ヨーク23の上方に強い磁界が形成される。内コイ
ル21で形成された磁界により拡げられたプラズマは、
この強い磁界により外側へ拡がることができず、この内
側の磁界の弱い領域に閉じ込められ、かつ強い磁界によ
るプラズマの拘束がないため、その領域内で均一化され
る。従って外コイル22及び内コイル21が各々発生す
る磁界の大きさを変化させることにより、プラズマ分布
を制御し得ることとなる。
The inner coil 21 can reduce the magnetic flux density Bz in the direction perpendicular to the sample S and expand the plasma in the radial direction of the sample. However, this alone does not limit the spread, and the plasma spreads too much, the plasma density decreases, and the etching processing speed decreases. Therefore, when a magnetic field having the same direction as the divergent magnetic field from the exciting coil 14 is formed by the outer coil 22, a strong magnetic field is formed above the yoke 23. The plasma expanded by the magnetic field formed by the inner coil 21 is
The strong magnetic field prevents the magnetic field from spreading outward, is confined in the inner region where the magnetic field is weak, and there is no constraint of the plasma due to the strong magnetic field, so that the region is made uniform. Therefore, the plasma distribution can be controlled by changing the magnitudes of the magnetic fields generated by the outer coil 22 and the inner coil 21, respectively.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記した装置における
試料台17の径方向(r方向)に対する試料台17上の
鉛直方向の磁束密度Bzの一例を図8に示す。またこの
ときの試料中心部及び試料外周部におけるエッチング形
状を示した断面図を図9に示す。図8に示したように、
試料S中心部におけるプラズマ密度は小さくなっている
ことがわかる。SiO2膜42表面の異方性エッチング処理
を行なう場合、試料S中心部ではプラズマ密度が小さく
なったため、図9に示したように、ホール44に沿いSi
O2膜42の所望のエッチングが得られるのに対し、試料
S外周部では、発散磁界の磁力線が傾いた状態であり、
このためプラズマが試料S外周部に斜入射して、SiO2
42が傾いたパターン形状にエッチングされ、さらにプ
ラズマ密度が大きくなるため、イオン1個当りのバイア
ス電位の減少によってイオンエネルギーが減少し、フロ
ロカーボン系反応ガスの解離によって生じたカーボン系
ラジカルによる重合膜の堆積量が増加するためにマイク
ロローディングが生じるという課題があった。
FIG. 8 shows an example of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample stage 17 with respect to the radial direction (r direction) of the sample stage 17 in the above-mentioned apparatus. Further, FIG. 9 shows a cross-sectional view showing the etching shapes in the sample central portion and the sample outer peripheral portion at this time. As shown in FIG.
It can be seen that the plasma density in the central portion of the sample S is low. When the anisotropic etching treatment of the surface of the SiO 2 film 42 is performed, the plasma density becomes small in the central portion of the sample S, and as shown in FIG.
While the desired etching of the O 2 film 42 is obtained, in the outer peripheral portion of the sample S, the magnetic force lines of the divergent magnetic field are inclined,
Therefore, the plasma obliquely enters the outer periphery of the sample S, the SiO 2 film 42 is etched into an inclined pattern shape, and the plasma density further increases, so that the ion potential decreases due to the decrease in the bias potential per ion. However, there has been a problem that micro-loading occurs because the amount of the polymerized film deposited by the carbon radicals generated by the dissociation of the fluorocarbon reaction gas increases.

【0013】あるいは図10で示したように、試料Sの
場所によっては、プラズマ密度が小さくなるため、バイ
アス電位の増加によってイオンエネルギーが増加してス
パッタ効果が強くなり、フォトレジスト43のホール4
4の側壁部47が傾斜してエッチングされレジストの後
退が起こり、その結果通常のホール44より大きいホー
ル48にエッチングされることも生じるといった課題が
あった。
Alternatively, as shown in FIG. 10, depending on the location of the sample S, the plasma density decreases, so that the ion energy increases due to the increase of the bias potential and the sputtering effect becomes stronger, and the hole 4 of the photoresist 43 is increased.
There is a problem that the side wall portion 47 of 4 is etched and the resist recedes, and as a result, a hole 48 larger than the normal hole 44 is etched.

【0014】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであって、異方性エッチングで形成するホールパター
ンを垂直形状にかつ試料面上で均一状態に形成すること
ができるプラズマ処理方法を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a plasma processing method capable of forming a hole pattern formed by anisotropic etching in a vertical shape and in a uniform state on a sample surface. The purpose is to do.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るプラズマエッチング方法は、プラズマ生
成室で、導入したガスにマイクロ波による高周波電界と
励磁コイルにより形成される磁界とを作用させてプラズ
マを発生させると共に、該プラズマを前記磁界により前
記プラズマ生成室と連通している試料室に導き、該試料
室に配置された試料に対してエッチング処理を施すプラ
ズマエッチング処理方法において、磁界生成器により、
前記試料表面上における磁束密度が均一でその値が0〜
50ガウスの範囲の何れかの値であり、かつ、前記試料
表面上における磁束密度よりも前記試料の周辺部外側の
磁束密度の方が高い磁場分布を形成し、エッチング処理
を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a plasma etching method according to the present invention applies a high frequency electric field by a microwave and a magnetic field formed by an exciting coil to a gas introduced in a plasma generating chamber. In the plasma etching method, the plasma is generated by introducing the plasma into the sample chamber communicating with the plasma generation chamber by the magnetic field, and the sample placed in the sample chamber is etched. By the generator
The magnetic flux density on the surface of the sample is uniform and its value is 0 to
A magnetic field distribution having a value in a range of 50 gauss and having a higher magnetic flux density outside the peripheral portion of the sample than on the sample surface is subjected to etching treatment. To do.

【0016】[0016]

【作用】励磁コイルによる一定の発散磁界の下で、試料
台下の二重磁気コイルにより試料台上の磁場分布を制御
して試料面上の磁場分布を均一にしたとしても、その磁
場の大きさによってはシリコン酸化膜の異方性エッチン
グ後のパターン形状の分布が変化する。
[Function] Even if the magnetic field distribution on the sample table is controlled by the double magnetic coil under the sample table to make the magnetic field distribution uniform under the constant divergent magnetic field by the exciting coil, the magnitude of the magnetic field is large. Depending on the thickness, the distribution of the pattern shape after anisotropic etching of the silicon oxide film changes.

【0017】試料に垂直な方向の磁束密度が0ガウス以
下の場合、ガスの解離によって生じた荷電粒子のサイク
ロトロン半径が長くなることから、試料中心付近のプラ
ズマは試料の径方向に拡がる。試料中心部ではプラズマ
密度が小さくなるため、バイアス電位の増加によってイ
オンエネルギーが増大してスパッタ効果が強くなる。そ
の結果、フォトレジストパターンの側壁部が角度を持っ
てスパッタされ、レジストの後退が起こりパターン寸法
も大きくなる。逆に試料周辺部ではプラズマ密度が大き
くなるため、バイアス電位の減少によってイオンエネル
ギーが減少し、フロロカーボン系反応ガスの解離によっ
て生じたカーボン系ラジカルによる重合膜の堆積量が増
大してエッチング速度が遅くなる。
When the magnetic flux density in the direction perpendicular to the sample is 0 Gauss or less, the cyclotron radius of the charged particles generated by gas dissociation becomes long, so that the plasma near the center of the sample spreads in the radial direction of the sample. Since the plasma density becomes small in the center of the sample, the ion energy increases due to the increase in bias potential, and the sputtering effect becomes stronger. As a result, the sidewalls of the photoresist pattern are sputtered at an angle, the resist recedes, and the pattern size increases. On the contrary, since the plasma density becomes higher in the peripheral area of the sample, the ion energy decreases due to the decrease of the bias potential, and the deposition amount of the polymer film due to the carbon-based radicals generated by the dissociation of the fluorocarbon-based reaction gas increases to slow the etching rate. Become.

【0018】一方、試料に垂直な方向の磁束密度を試料
上で50ガウス以上の均一磁場に設定した場合、プラズ
マ密度の分布が試料中心部で密になり、パターン形状分
布は0ガウス以下の場合と逆の分布になる。
On the other hand, when the magnetic flux density in the direction perpendicular to the sample is set to a uniform magnetic field of 50 Gauss or more on the sample, the plasma density distribution becomes dense in the center of the sample and the pattern shape distribution is 0 Gauss or less. It has the opposite distribution.

【0019】また、試料上で0〜50ガウスの範囲内に
均一な磁場を形成した場合、プラズマが試料面内で均一
に拡がるため、垂直形状のホールパターンが試料面内で
均一に形成されることとなる。
Further, when a uniform magnetic field is formed within the range of 0 to 50 Gauss on the sample, the plasma uniformly spreads in the sample plane, and thus a vertical hole pattern is uniformly formed in the sample plane. It will be.

【0020】上記した本発明に係る方法によれば、試料
表面上における磁束密度よりも前記試料外側における磁
束密度が高くなるように磁界生成器を用いて設定すると
共に、前記試料表面上における前記磁束密度を0〜50
ガウスに設定するので、異方性エッチングで形成される
ホールパターンが垂直形状となり、かつ試料面上でのパ
ターン形状の均一性が向上する。
According to the above-mentioned method of the present invention, the magnetic flux density on the sample surface is set so that the magnetic flux density on the outside of the sample is higher than the magnetic flux density on the sample surface, and the magnetic flux on the sample surface is set. Density 0-50
Since Gauss is set, the hole pattern formed by anisotropic etching has a vertical shape, and the uniformity of the pattern shape on the sample surface is improved.

【0021】またSiO2膜表面にプラズマエッチング処理
を施す場合、SiO2膜のエッチング速度が速く、しかもフ
ォトレジスト膜に対するエッチング選択比が大きいこと
が望ましい。フロロカーボン系ガスを反応ガスとして用
いると、プラズマ中で反応ガスが解離し、この解離した
カーボン系ラジカル種が試料表面上に重合膜として堆積
する。この重合膜はSiO2膜のエッチング速度の減少量以
上にレジストのエッチング速度を減少させる効果を持つ
ため上記選択比が大きくなる。
When the surface of the SiO 2 film is subjected to the plasma etching treatment, it is desirable that the etching rate of the SiO 2 film is high and the etching selection ratio with respect to the photoresist film is large. When a fluorocarbon-based gas is used as the reaction gas, the reaction gas is dissociated in plasma, and the dissociated carbon-based radical species are deposited as a polymerized film on the sample surface. This polymer film has the effect of reducing the etching rate of the resist more than the amount of decrease of the etching rate of the SiO 2 film, so that the above selection ratio becomes large.

【0022】そして、フッ素に対する炭素の原子数比率
が0.375以上のフロロカーボン系ガス、すなわちC
38 ガスあるいはC48 ガスでは、それ以下のガス
種に比べてエッチング速度が大きく、しかも選択比も大
きく、SiO2膜の異方性エッチングに適している。
A fluorocarbon-based gas having a carbon to fluorine atomic ratio of 0.375 or more, that is, C
The 3 F 8 gas or C 4 F 8 gas is suitable for anisotropic etching of a SiO 2 film because it has a higher etching rate and a larger selection ratio than those of gases of less than that.

【0023】従って、図7に示した磁界生成器である二
重磁気コイルを試料台の下に配設し、試料表面上の磁場
分布を上記した条件となるように制御し、上記反応ガス
を用いてSiO2膜の異方性エッチングを行なえば、パター
ン形状の均一化、選択比及びエッチング速度を向上させ
ることができる。
Therefore, the double magnetic coil which is the magnetic field generator shown in FIG. 7 is arranged under the sample stage, and the magnetic field distribution on the sample surface is controlled so as to satisfy the above-mentioned conditions, and the reaction gas By anisotropically etching the SiO 2 film using the same, the pattern shape can be made uniform, the selection ratio and the etching rate can be improved.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明に係るプラズマ処理方法の実施
例を図面に基づいて説明する。なお、プラズマ処理装置
は図7に示した従来のものと同様のものを使用してお
り、装置の説明は省略するものとする。まずSiO2膜の異
方性エッチングを行なう際、C38 またはC48
スを反応ガスとして使用し、試料台上の磁場分布を変化
させた場合のホールの形状変化及びその面内分布の変化
を観察し、適切な条件を検索した。
Embodiments of the plasma processing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The plasma processing apparatus used is the same as the conventional one shown in FIG. 7, and the description of the apparatus will be omitted. First, when anisotropic etching of a SiO 2 film is performed, when C 3 F 8 or C 4 F 8 gas is used as a reaction gas and the magnetic field distribution on the sample stage is changed, the shape change of the hole and its in-plane We observed changes in distribution and searched for appropriate conditions.

【0025】図1(a)〜(f)は、試料S表面上にお
ける磁束密度Bzの大きさを変化させた時の試料台17
の径方向(r方向)における磁束密度分布図であり、図
2(a)〜(f)は、図1(a)〜(f)の磁束密度分
布に対応させて試料S中心部及び試料S外周部における
エッチング形状を示した断面図である。このとき、励磁
コイルによる発散磁束を一定にして、内コイル21と外
コイル22の印加磁界の大きさを変化させて試料台17
上における磁束密度Bzを試料S面内で均一に設定し
た。試料S面内の磁束密度Bzより試料S周縁部の外側
の磁束密度Bzが高くなるように、ヨーク23上で磁束
密度Bzが極大値を持つように設定した。設定した値は
80〜200ガウスであった。
FIGS. 1A to 1F show the sample table 17 when the magnitude of the magnetic flux density Bz on the surface of the sample S is changed.
2A to 2F are magnetic flux density distribution diagrams in the radial direction (r direction) of FIGS. 2A to 2F corresponding to the magnetic flux density distributions of FIGS. 1A to 1F. It is sectional drawing which showed the etching shape in the outer peripheral part. At this time, the divergent magnetic flux from the exciting coil is made constant, and the magnitude of the magnetic field applied to the inner coil 21 and the outer coil 22 is changed to change the magnitude of the sample stand 17
The magnetic flux density Bz above was set uniformly within the surface of the sample S. The magnetic flux density Bz is set to have a maximum value on the yoke 23 so that the magnetic flux density Bz outside the peripheral edge of the sample S is higher than the magnetic flux density Bz in the surface of the sample S. The set value was 80 to 200 gauss.

【0026】図1(a)および図2(a)に示したよう
に、試料Sにおける磁束密度Bz=100ガウスの場
合、試料S中心部ではエッチング速度の低下が生じてい
る。これはガスの解離によって生じた荷電粒子のサイク
ロトロン半径が短くなることから試料S中心付近でプラ
ズマ密度が大きくなり、その結果フロロカーボン系重合
膜の堆積量が増加したためと考えられる。また試料外周
部では、プラズマ密度が小さいため、イオンエネルギー
が増大し、スパッタリング効果が大きくなり、ホール4
4のフォトレジスト膜43の側壁部47が斜めに削ら
れ、所望のホール形状の寸法より大きくエッチングされ
ている。
As shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a), when the magnetic flux density Bz = 100 Gauss in the sample S, the etching rate is lowered in the central portion of the sample S. It is considered that this is because the cyclotron radius of the charged particles generated by the dissociation of the gas is shortened and the plasma density is increased in the vicinity of the center of the sample S, and as a result, the deposition amount of the fluorocarbon polymer film is increased. Further, in the outer peripheral portion of the sample, since the plasma density is small, the ion energy is increased, the sputtering effect is increased, and the hole 4
The side wall portion 47 of the photoresist film 43 of No. 4 is cut obliquely and etched larger than the desired hole shape.

【0027】図1(b)および図2(b)に示したよう
に、試料Sにおける磁束密度Bz=75ガウスの場合、
試料S中心部ではBz=100ガウスの場合よりもエッ
チング速度の低下は小さくなっており、試料S外周部に
おいては、SiO2膜42が垂直形状にエッチングされてい
る。
As shown in FIGS. 1B and 2B, when the magnetic flux density Bz = 75 Gauss in the sample S,
In the central portion of the sample S, the decrease of the etching rate is smaller than that in the case of Bz = 100 gauss, and in the outer peripheral portion of the sample S, the SiO 2 film 42 is vertically etched.

【0028】さらに図1(c)〜(e)及び図2(c)
〜(e)に示したように、試料S表面上の磁束密度Bz
の大きさが50〜0ガウスの場合、試料S中心部及び試
料S外周部ともSiO2膜42は垂直形状にエッチングさ
れ、試料S面内における均一性が良好であった。
Further, FIGS. 1 (c) to 1 (e) and 2 (c).
~ (E), the magnetic flux density Bz on the surface of the sample S
Of 50 to 0 Gauss, the SiO 2 film 42 was vertically etched both in the central portion of the sample S and the outer peripheral portion of the sample S, and the uniformity within the surface of the sample S was good.

【0029】また図1(f)及び図2(f)に示したよ
うに、試料Sにおける磁束密度Bz=−25ガウスの場
合、試料S中心部ではプラズマ密度が小さいため、イオ
ンエネルギーが増大し、スパッタリング効果が大きくな
り、ホール44のフォトレジスト膜43の側壁部47が
斜めに削られ、所望のホール44形状の寸法より大きく
エッチングされ、試料S外周部では、エッチングレート
の低下が生じた。
As shown in FIGS. 1 (f) and 2 (f), when the magnetic flux density Bz = -25 Gauss in the sample S, the plasma density is small in the central portion of the sample S, so that the ion energy increases. The sputtering effect was increased, the sidewall portion 47 of the photoresist film 43 of the hole 44 was obliquely cut, and etching was performed to a size larger than the desired shape of the hole 44, and the etching rate was lowered in the outer peripheral portion of the sample S.

【0030】図3は反応ガス種が異なる場合のSiO2膜の
エッチング速度と対レジスト選択比との関係を示したグ
ラフである。通常高エッチングレートとされる範囲は4
00nm/min以上であり、対レジスト選択比が高い
とされる範囲は5以上である。両者を満たす領域、つま
り図示した斜線部分の領域を満たす反応ガスは、C38
とC48 である。このことよりフッ素に対する炭素
の原子数比が0.375以上のフロロカーボン系ガスが
高エッチングレートでしかも高選択比の得られるガスで
あると言える。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the etching rate of the SiO 2 film and the resist selectivity with respect to the resist when the reactive gas species are different. Normally, the range of high etching rate is 4
The range is 00 nm / min or more, and the range in which the selectivity to resist is high is 5 or more. The reaction gas that fills both regions, that is, the hatched region in the figure, is C 3 F 8
And C 4 F 8 . From this, it can be said that a fluorocarbon-based gas having a carbon atom number ratio to fluorine of 0.375 or more is a gas that can obtain a high etching rate and a high selection ratio.

【0031】以上の説明から明らかなように、実施例に
係るプラズマ処理方法にあっては、SiO2膜42をエッチ
ングする際に、試料S外周部において極大値を持つよう
に、すなわちヨーク23上の磁束密度を80〜200ガ
ウスに固定し、試料S上における磁束密度を0〜50ガ
ウスの範囲内に設定することにより、フォトレジスト膜
43のホール44に沿って垂直形状にエッチングするこ
とができる。またこのときの反応ガスを、フッ素に対す
る炭素の原子数比が0.375以上のフロロカーボン系
ガスを用いることにより、高エッチングレートでしかも
高選択比を得ることができる。
As is clear from the above description, in the plasma processing method according to the embodiment, when the SiO 2 film 42 is etched, it has a maximum value at the outer peripheral portion of the sample S, that is, on the yoke 23. By fixing the magnetic flux density of 80 to 200 gausses and setting the magnetic flux density on the sample S within the range of 0 to 50 gausses, vertical etching can be performed along the holes 44 of the photoresist film 43. . Further, by using a fluorocarbon-based gas having a carbon atom number ratio to fluorine of 0.375 or more as the reaction gas at this time, a high etching rate and a high selection ratio can be obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るプラズ
マ処理方法にあっては、試料表面上における磁束密度よ
りも前記試料外側における磁束密度が高くなるように磁
界生成器を用いて設定すると共に、前記試料表面上にお
ける前記磁束密度を0〜50ガウスに設定するので、プ
ラズマが試料面内で均一に拡がり、垂直形状にエッチン
グすることができ、しかも試料面内で均一性を向上させ
ることができる。
As described above in detail, in the plasma processing method according to the present invention, the magnetic field density is set so that the magnetic flux density outside the sample is higher than the magnetic flux density on the sample surface. At the same time, since the magnetic flux density on the surface of the sample is set to 0 to 50 gauss, the plasma can be uniformly spread in the surface of the sample and can be etched into a vertical shape, and the uniformity can be improved in the surface of the sample. You can

【0033】また上記記載のプラズマ処理方法におい
て、反応ガスとしてフッ素に対する炭素の原子数比が
0.375以上のフロロカーボン系ガスを用いる場合、
エッチング速度が大きく、選択比も高くすることができ
る。
In the above plasma processing method, when a fluorocarbon-based gas having a carbon to fluorine atomic ratio of 0.375 or more is used as the reaction gas,
The etching rate is high and the selection ratio can be high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)〜(f)は試料台の半径方向(r方向)
における試料台上の垂直方向の磁束密度Bzの分布を示
した図である。
1A to 1F are radial directions (r direction) of a sample table.
5 is a diagram showing a distribution of magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample table in FIG.

【図2】(a)〜(f)は図1(a)〜(f)に対応さ
せた試料中心部及び試料周縁部におけるエッチング形状
を示した模式的断面図である。
2A to 2F are schematic cross-sectional views showing etching shapes in a sample central portion and a sample peripheral portion corresponding to FIGS. 1A to 1F.

【図3】ガス種別エッチング速度とフォトレジストに対
するエッチング選択比との関係を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an etching rate according to gas and an etching selection ratio with respect to a photoresist.

【図4】従来のプラズマ装置を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a conventional plasma device.

【図5】従来の試料台の半径方向(r方向)における試
料台上の垂直方向の磁束密度Bzの分布を示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample stage in the radial direction (r direction) of the conventional sample stage.

【図6】従来の装置を用いてエッチング処理を施した場
合における試料中心部及び試料周縁部のエッチング形状
を示した模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing etching shapes of a sample central portion and a sample peripheral portion when an etching process is performed using a conventional apparatus.

【図7】改良されたプラズマ装置の要部を示す拡大断面
図である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the improved plasma device.

【図8】試料台下方に二重コイルを配設した場合の試料
台の半径方向(r方向)における試料台上の垂直方向の
磁束密度Bzの分布を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing the distribution of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample table in the radial direction (r direction) of the sample table when a double coil is arranged below the sample table.

【図9】試料台下方に二重コイルを配設してエッチング
処理を施した場合における試料中心部及び試料周縁部の
エッチング形状を示した模式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing etching shapes of a sample central portion and a sample peripheral portion when a double coil is arranged below the sample table and an etching process is performed.

【図10】試料台下方に二重コイルを配設してエッチン
グ処理を施した場合における試料のエッチング形状を示
した模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an etching shape of a sample when a double coil is arranged below the sample table and an etching process is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 プラズマ生成室 13 試料室 14 励磁コイル 20 磁界生成器 11 Plasma Generation Chamber 13 Sample Chamber 14 Excitation Coil 20 Magnetic Field Generator

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年2月23日[Submission date] February 23, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1の1】及び[1 in FIG. 1] and

【図1の2】(a)〜(f)は試料台の半径方向(r方
向)における試料台上の垂直方向の磁束密度Bzの分布
を示した図である。
1 (a) to 1 (f) are diagrams showing the distribution of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample table in the radial direction (r direction) of the sample table.

【図2の1】及び[1 of FIG. 2] and

【図2の2】(a)〜(f)は図1(a)〜(f)に対
応させた試料中心部及び試料周縁部におけるエッチング
形状を示した模式的断面図である。
2 (a) to 2 (f) are schematic cross-sectional views showing etching shapes in a sample central portion and a sample peripheral portion corresponding to FIGS. 1 (a) to 1 (f).

【図3】ガス種別エッチング速度とフォトレジストに対
するエッチング選択比との関係を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an etching rate according to gas and an etching selection ratio with respect to a photoresist.

【図4】従来のプラズマ装置を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a conventional plasma device.

【図5】従来の試料台の半径方向(r方向)における試
料台上の垂直方向の磁束密度Bzの分布を示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the distribution of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample stage in the radial direction (r direction) of the conventional sample stage.

【図6】従来の装置を用いてエッチング処理を施した場
合における試料中心部及び試料周縁部のエッチング形状
を示した模式的断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing etching shapes of a sample central portion and a sample peripheral portion when an etching process is performed using a conventional apparatus.

【図7】改良されたプラズマ装置の要部を示す拡大断面
図である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the improved plasma device.

【図8】試料台下方に二重コイルを配設した場合の試料
台の半径方向(r方向)における試料台上の垂直方向の
磁束密度Bzの分布を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing the distribution of the magnetic flux density Bz in the vertical direction on the sample table in the radial direction (r direction) of the sample table when a double coil is arranged below the sample table.

【図9】試料台下方に二重コイルを配設してエッチング
処理を施した場合における試料中心部及び試料周縁部の
エッチング形状を示した模式的断面図である。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing etching shapes of a sample central portion and a sample peripheral portion when a double coil is arranged below the sample table and an etching process is performed.

【図10】試料台下方に二重コイルを配設してエッチン
グ処理を施した場合における試料のエッチング形状を示
した模式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an etching shape of a sample when a double coil is arranged below the sample table and an etching process is performed.

【符号の説明】 11 プラズマ生成室 13 試料室 14 励磁コイル 20 磁界生成器[Explanation of Codes] 11 Plasma Generation Chamber 13 Sample Chamber 14 Excitation Coil 20 Magnetic Field Generator

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図06】 [Fig. 06]

【図09】 [Fig. 09]

【図01の1】 [1 of FIG. 01]

【図01の2】 [2 of FIG. 01]

【図03】 FIG. 03

【図04】 [Fig. 04]

【図02の1】 [No. 1 in FIG. 02]

【図02の2】 [FIG. 02-2]

【図05】 [Fig. 05]

【図07】 [Fig. 07]

【図08】 [Fig. 08]

【図10】 [Figure 10]

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ生成室内で、導入したガスにマ
イクロ波による高周波電界と励磁コイルにより形成され
る磁界とを作用させてプラズマを発生させると共に、該
プラズマを前記磁界により前記プラズマ生成室と連通し
ている試料室に導き、該試料室に配置された試料に対し
てエッチング処理を施すプラズマエッチング処理方法に
おいて、磁界生成器により、前記試料表面上における磁
束密度が均一でその値が0〜50ガウスの範囲の何れか
の値であり、かつ、前記試料表面上における磁束密度よ
りも前記試料の周縁部外側の磁束密度の方が高い磁場分
布を形成し、エッチング処理を行うプラズマエッチング
処理方法。
1. In the plasma generation chamber, a high-frequency electric field generated by microwaves and a magnetic field formed by an exciting coil act on the introduced gas to generate plasma, and the plasma is communicated with the plasma generation chamber by the magnetic field. In a plasma etching treatment method in which a sample placed in the sample chamber is subjected to an etching treatment, the magnetic flux density on the surface of the sample is uniform and its value is 0 to 50 by a magnetic field generator. A plasma etching method, wherein a magnetic field distribution having a Gaussian range that is higher than the magnetic flux density on the surface of the sample is higher than the magnetic flux density on the surface of the sample, and etching is performed.
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