JPH10270419A - Plasma etching apparatus and method - Google Patents
Plasma etching apparatus and methodInfo
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- JPH10270419A JPH10270419A JP6954297A JP6954297A JPH10270419A JP H10270419 A JPH10270419 A JP H10270419A JP 6954297 A JP6954297 A JP 6954297A JP 6954297 A JP6954297 A JP 6954297A JP H10270419 A JPH10270419 A JP H10270419A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
装置およびプラズマエッチング方法に関し、詳しくは、
高精度の微細加工を実用上十分大きいエッチング速度行
うことができ、高い集積密度を有する半導体装置の製造
に特に好適な、ドライエッチング装置およびプラズマエ
ッチング方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma etching apparatus and a plasma etching method.
The present invention relates to a dry etching apparatus and a plasma etching method capable of performing high-precision fine processing at a sufficiently high etching rate for practical use and particularly suitable for manufacturing a semiconductor device having a high integration density.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のプラズマエッチング法において、
パルス電圧をバイアス電圧として被エッチ物に印加する
ことによって、エッチングの断面形状を制御し、特にノ
ッチングと呼ばれる局所的なサイドエッチングを防止す
る方法が、特開平６-２９３６８８に記載されている。2. Description of the Related Art In a conventional plasma etching method,
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-293688 discloses a method of controlling a cross-sectional shape of etching by applying a pulse voltage to a material to be etched as a bias voltage, and in particular, preventing local side etching called notching.
【０００３】この方法は、従来広く用いられていたＲＦ
バイアスに代えて、パルスバイアスを用いる方法であ
り、これにより従来困難であった電子の加速を行って、
微細パターン底面への電子の入射を促進し、チャージア
ップなどの問題を防止することが可能になった。[0003] This method uses an RF which has been widely used in the past.
This is a method that uses a pulse bias instead of a bias, which accelerates electrons, which was conventionally difficult,
This makes it possible to promote the incidence of electrons on the bottom surface of the fine pattern and prevent problems such as charge-up.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、パルス電圧を
バイアス電圧として被エッチング物に印加する、このパ
ルスバイアス法では、エッチング特性を決める重要パラ
メータであるバイアス電圧の制御が重要な課題になって
いる。すなわち、従来のパルスバイアス法では、パルス
波形が正の部分と負の部分を有しているため、電子の加
速を制御する正電圧のパルスと、イオンの加速を制御す
る負電圧の部分が、自己整合的に形成されてしまい、両
者を個々に独立して制御することはできなかった。However, in the pulse bias method in which a pulse voltage is applied as a bias voltage to an object to be etched, control of a bias voltage, which is an important parameter for determining etching characteristics, is an important issue. . That is, in the conventional pulse bias method, since the pulse waveform has a positive portion and a negative portion, a positive voltage pulse for controlling the acceleration of electrons and a negative voltage portion for controlling the acceleration of ions are: They were formed in a self-aligned manner and could not be controlled independently of each other.
【０００５】そのため、電子の加速に最適の正のパルス
波形とイオンの加速に最適な負のパルス波形を両立させ
ることが難しく、電子の加速とイオンの加速のいずれに
も最適な条件でエッチングを行うのは困難であった。[0005] Therefore, it is difficult to achieve both a positive pulse waveform optimal for electron acceleration and a negative pulse waveform optimal for ion acceleration, and etching is performed under optimal conditions for both electron acceleration and ion acceleration. It was difficult to do.
【０００６】例えば、パルス電圧を印加して、１００Ｖ
程度の正電圧を発生させると、電子の加速は十分行われ
るが、このときの負電圧は約１０Ｖ以下に過ぎず、イオ
ンの加速は極めて不十分になってしまう。この場合、電
子加速は十分に行われるので、被エッチ物のチャージア
ップの問題は解消されるが、イオンの加速が不十分であ
るため、十分なエッチング速度が得られず、エッチング
の断面形状制御性も不十分である。For example, when a pulse voltage is applied,
When a positive voltage of a certain level is generated, the electrons are sufficiently accelerated, but the negative voltage at this time is only about 10 V or less, and the acceleration of the ions becomes extremely insufficient. In this case, since the electron acceleration is sufficiently performed, the problem of charge-up of the object to be etched is solved. However, since the ion acceleration is insufficient, a sufficient etching rate cannot be obtained, and the control of the etching cross-sectional shape is performed. The nature is also insufficient.
【０００７】本発明の目的は、パルスバイアスを印加す
る従来のプラズマエッチング装置の有する上記問題を解
決し、エッチング特性に最適の正電圧と負電圧をバイア
ス電圧として印加することができるプラズマエッチング
装置およびプラズマエッチング方法を提供することであ
る。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional plasma etching apparatus for applying a pulse bias, and to provide a plasma etching apparatus capable of applying a positive voltage and a negative voltage optimum for etching characteristics as a bias voltage. It is to provide a plasma etching method.
【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
の本発明のプラズマエッチング装置は、被エッチ物をエ
ッチングするための真空処理室と、上記真空室内を排気
する手段と、処理ガスのプラズマを発生させる手段と、
上記真空処理室内に配置されたその上に上記被エッチ物
を置くための試料台と、処理ガスのプラズマを用いて上
記被エッチ物をエッチングする手段と、所定のパルス状
の電圧と高周波状の電圧の重畳電圧を、バイアス電圧と
して上記被エッチ物もしくは上記試料台に印加する手段
を少なくとも具備することを特徴とする。A plasma etching apparatus according to the present invention for achieving the above object has a vacuum processing chamber for etching an object to be etched, means for exhausting the vacuum chamber, and a plasma of a processing gas. Means for generating
A sample stage for placing the object to be etched thereon disposed in the vacuum processing chamber, means for etching the object to be etched using plasma of a processing gas, a predetermined pulse voltage and a high frequency At least means for applying a superimposed voltage as a bias voltage to the object to be etched or the sample stage is provided.
【０００９】すなわち、本発明によれば、図１に示した
ように、パルス状の電圧ａと高周波状の電圧ｂを重畳
し、得られた重畳電圧が、被エッチ物もしくは試料台に
バイアス電圧として印加される。そのため、プラズマ中
の電子はパルス状の正電圧によって加速されるととも
に、プラズマ中に含まれる正イオンは高周波状の負電圧
によって加速される。そのため、電子およびイオンの微
細パターンの底面への入射が促進され、ノッチングやチ
ャージアップは効果的に防止される。しかも、これらパ
ルス状の電圧と高周波状の電圧の値は、それぞれ独立し
て所望の値に制御できるので、電子およびイオンの加速
を極めて良好に行うことができる。That is, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a pulsed voltage a and a high-frequency voltage b are superimposed, and the obtained superimposed voltage is applied to the object to be etched or the sample stage by a bias voltage. Is applied. Therefore, the electrons in the plasma are accelerated by the pulsed positive voltage, and the positive ions contained in the plasma are accelerated by the high frequency negative voltage. Therefore, the incidence of electrons and ions on the bottom surface of the fine pattern is promoted, and notching and charge-up are effectively prevented. In addition, the values of the pulse voltage and the high frequency voltage can be independently controlled to desired values, and therefore, the acceleration of electrons and ions can be performed extremely well.
【００１０】上記パルス状の電圧は、例えば図１
（ａ）、（ｄ）に示したように、すべて正電圧である場
合が最も好ましいが、例えば図１（ｂ）、（ｃ）に示し
たように、負の部分を含んでいてもよい。同様に、上記
高周波状の電圧も、例えば図１（ａ）〜（ｄ）に示した
ように、正の部分が若干含まれていても支障はない。[0010] The pulse voltage is, for example, as shown in FIG.
It is most preferable that all voltages are positive as shown in (a) and (d). However, for example, as shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), a negative portion may be included. Similarly, there is no problem even if the high-frequency voltage includes a slight positive portion as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d), for example.
【００１１】上記パルス状の電圧を発生させるためのパ
ルス電源と上記被エッチ物もしくは上記試料台の間に
は、パルス電圧のみを実質的に通過させる手段を設け、
上記高周波状の電圧を発生させるための高周波電源と上
記被エッチ物もしくは上記試料台の間には、高周波電圧
のみを実質的に通過させる手段を設けることによって、
パルス状の電圧および高周波状の電圧を、これらの手段
を介して上記被エッチ物もしくは上記試料台にそれぞれ
印加することができる。A means for substantially passing only the pulse voltage is provided between the pulse power supply for generating the pulse voltage and the object to be etched or the sample table,
By providing a means for substantially passing only a high-frequency voltage between the high-frequency power supply for generating the high-frequency voltage and the object to be etched or the sample table,
A pulse-like voltage and a high-frequency-like voltage can be applied to the object to be etched or the sample stage via these means, respectively.
【００１２】すなわち、パルス電圧と高周波電圧を重畳
するに際しては、両者の電源から電圧が漏れないように
する必要がある。通常、高周波電圧の大きさは約２０Ｖ
〜５００Ｖ程度であり、パルス電圧は約５０Ｖ〜２００
Ｖ程度である。これらの電圧を重畳するために両電源か
らの電圧信号を接続すると、それぞれ相手側の電源の入
力端子に数百Ｖの電圧が漏れる可能性がある。この程度
の電圧の反射に耐え得る電源も存在するが、通常の電源
はこれに耐えられない場合が多い。従って、このような
相手側電源からの電圧の漏れを、高周波電源側に高周波
電圧のみを実質的に通過させる手段（例えばローパスフ
ィルタ）、パルス電源側にパルス電圧のみを実質的に通
過させる手段（例えばハイパスフィルタ）を、それぞれ
設けて防ぐことが望ましい。上記ハイパスフィルタとし
ては、パルス幅１０ｎｓ〜５００ｎｓ程度のパルスを通
過させることができ、プラズマ中の電子を十分加速でき
るパルス正電圧を発生できるものが用いられる。また、
ハイパスフィルタ通過後の波形は微分波形になるが、本
発明の目的には支障はない。なお、ローパスフィルタと
ハイパスフィルタを組み合わせて使用するのみではな
く、他の手段、例えばバンドパスフィルタを用いること
もできる。That is, when superimposing the pulse voltage and the high-frequency voltage, it is necessary to prevent the voltage from leaking from both power supplies. Usually, the magnitude of the high frequency voltage is about 20V
About 500 V, and the pulse voltage is about 50 V to 200 V.
About V. If voltage signals from both power supplies are connected to superimpose these voltages, there is a possibility that a voltage of several hundred volts may leak to the input terminal of the power supply on the other side. There are power supplies that can withstand such a voltage reflection, but ordinary power supplies often cannot. Therefore, such a leakage of the voltage from the power supply on the other side is substantially achieved by passing only the high-frequency voltage to the high-frequency power supply (for example, a low-pass filter), and substantially by passing only the pulse voltage to the pulse power supply ( For example, a high-pass filter is desirably provided to prevent each. As the high-pass filter, a filter that can pass a pulse having a pulse width of about 10 ns to 500 ns and can generate a pulse positive voltage that can sufficiently accelerate electrons in plasma is used. Also,
The waveform after passing through the high-pass filter is a differentiated waveform, but does not hinder the purpose of the present invention. It should be noted that not only a low-pass filter and a high-pass filter are used in combination, but also other means, for example, a band-pass filter can be used.
【００１３】上記パルス状の電圧の位相と上記高周波状
の電圧の位相を同期させるための位相同期手段をさらに
具備すれば、例えば図１に示したように、パルス状の電
圧の位相ａと高周波状の電圧の位相ｂを同期させること
ができるので、極めて好ましい。If a phase synchronizing means for synchronizing the phase of the pulse voltage and the phase of the high-frequency voltage is further provided, for example, as shown in FIG. This is very preferable because the phase b of the voltage can be synchronized.
【００１４】上記位相同期手段を用い、上記パルス状の
電圧の位相と上記高周波状の電圧を同期させることによ
って、常に一定に制御された正電圧と負電圧を印加する
ことができ、両者の位相を制御することによって、電子
とイオンの入射のタイミングを最適化して、チャージア
ップを効果的に防止することができる。By synchronizing the phase of the pulse-like voltage with the frequency of the high-frequency voltage using the above-mentioned phase synchronization means, it is possible to apply a positive voltage and a negative voltage which are constantly controlled to be constant. , The timing of electron and ion incidence can be optimized and charge-up can be effectively prevented.
【００１５】上記パルス状の電圧を発生させるためのパ
ルス電源および上記高周波状の電圧を発生させるための
高周波電源と上記被エッチ物もしくは上記試料台の間に
電磁コイルを設け、この電磁コイルによる電力合成によ
って波形合成を行い、上記パルス状の電圧と高周波状の
電圧を上記被エッチ物もしくは上記試料台に印加するこ
とができる。この場合は、上記ローパスフィルタ、ハイ
パスフィルタおよび位相同期回路は不要であり、パルス
波形が微分波形にならないという利点がある。試料台の
負荷側のインピーダンスとマッチングがとれていない場
合などでは、高周波電源とパルス電源から互いに他方の
電源に電圧が漏れる恐れがあるが、このような場合は、
電圧の反射に耐え得る電源もしくは保護回路を用いれば
よい。An electromagnetic coil is provided between the pulse power source for generating the pulse voltage and the high frequency power source for generating the high frequency voltage and the object to be etched or the sample table. Waveform synthesis is performed by synthesis, and the pulsed voltage and the high-frequency voltage can be applied to the object to be etched or the sample table. In this case, the low-pass filter, the high-pass filter, and the phase synchronization circuit are unnecessary, and there is an advantage that the pulse waveform does not become a differential waveform. In cases such as when the impedance of the load side of the sample stage is not matched, the voltage may leak from the high-frequency power supply and the pulsed power supply to the other power supply.
A power supply or a protection circuit that can withstand voltage reflection may be used.
【００１６】また、上記パルス状の電圧と高周波状の電
圧を、任意電圧波形発生器によって上記被エッチ物もし
くは上記試料台に印加することもできる。この場合は、
高周波電圧とパルス電圧の重畳波形のみでなく、任意の
波形を有する電圧を作ることができるという利点があ
る。パルス電圧と高周波電圧は周波数帯域が大幅に異な
るが、周波数帯域が広く高出力の増幅装置を用いて、合
成された波形の電圧を増幅することができる。Further, the pulse-like voltage and the high-frequency-like voltage can be applied to the object to be etched or the sample table by an arbitrary voltage waveform generator. in this case,
There is an advantage that it is possible to generate a voltage having an arbitrary waveform as well as a superimposed waveform of a high-frequency voltage and a pulse voltage. Although the pulse voltage and the high-frequency voltage have significantly different frequency bands, the voltage of the synthesized waveform can be amplified using a high-output amplifier having a wide frequency band.
【００１７】上記任意電圧波形発生器によって、正弦波
が高周波電圧として最も容易に発生することができる
が、矩形波、鋸歯状波若しくは三角波を高周波として発
生することができ、これら高周波とパルス波の合成波を
発生させて、正電圧と負電圧を適宜制御することができ
る。The arbitrary voltage waveform generator can most easily generate a sine wave as a high-frequency voltage, but can generate a rectangular wave, a sawtooth wave, or a triangular wave as a high-frequency voltage. By generating a composite wave, the positive voltage and the negative voltage can be appropriately controlled.
【００１８】上記パルス状の電圧の繰り返し周波数と上
記高周波電圧の周波数が実質的に一致している場合は、
極めて好ましい結果が得られる。When the repetition frequency of the pulse-like voltage and the frequency of the high-frequency voltage substantially match,
Very favorable results are obtained.
【００１９】上記高周波状の電圧の周波数が上記パルス
状の電圧の繰り返し周波数の整数倍であることが好まし
く、また、上記パルス状の電圧を１周期内に複数回発生
するパルスとすることができる。It is preferable that the frequency of the high frequency voltage is an integral multiple of the repetition frequency of the pulse voltage, and the pulse voltage can be a pulse generated a plurality of times in one cycle. .
【００２０】上記パルス状の電圧のパルス幅は１０ｎｓ
以上、５００ｎｓ以下とすれば、正電圧を高い効率で発
生することができ、好ましい。上記パルス状の電圧の繰
返し周波数は、高周波状の電圧の周波数と同じまたは同
程度とするのが好ましく、１００ＫＨｚ以上、１００Ｍ
Ｈｚ以下とすれば好ましい結果が得られる。The pulse voltage has a pulse width of 10 ns.
As described above, when the time is 500 ns or less, a positive voltage can be generated with high efficiency, which is preferable. The repetition frequency of the pulse-like voltage is preferably the same as or approximately the same as the frequency of the high-frequency voltage.
If the frequency is set to not more than Hz, a preferable result can be obtained.
【００２１】上記高周波状の電圧の周波数は、被エッチ
物または試料台にバイアス電圧を高い効率で印加するた
めには１００ＫＨｚ以上にするのが好ましく、バイアス
電圧印加の均一性からは１００ＭＨｚ以下にするのが好
ましい。The frequency of the high-frequency voltage is preferably 100 KHz or more in order to apply a bias voltage to an object to be etched or a sample stage with high efficiency, and is set to 100 MHz or less in view of uniformity of bias voltage application. Is preferred.
【００２２】上記重畳電圧の電圧振幅は、イオンや電子
の加速のために２０Ｖ以上、５００Ｖ以下にするのが好
ましい。電圧がそれより高くなると、被エッチ物に損傷
を与える恐れがある。The voltage amplitude of the superimposed voltage is preferably set to 20 V or more and 500 V or less for accelerating ions or electrons. If the voltage is higher than that, there is a risk of damaging the object to be etched.
【００２３】さらに、真空容器内に配置された試料台上
に置かれた被エッチ物を、所定のエッチングガスのプラ
ズマを用いてエッチングする方法において、上記被エッ
チ物のエッチングは上記試料台若しくは上記被エッチ物
に、所定のパルス状正電圧と高周波状負電圧の重畳電圧
をバイアス電圧として印加して被エッチ物のエッチング
を行うことにより、極めて好ましい結果が得られる。Further, in the method of etching an object to be etched placed on a sample stage placed in a vacuum vessel by using a plasma of a predetermined etching gas, the etching of the object to be etched is performed on the sample stage or the sample stage. An extremely favorable result can be obtained by etching the object to be etched by applying a superimposed voltage of a predetermined pulsed positive voltage and a high frequency negative voltage as a bias voltage to the object to be etched.
【００２４】[0024]
【発明の実施の形態】本発明によれば、パルス状の正電
圧と高周波状の負電圧を重畳した波形の電圧が、被エッ
チ物もしくは試料台に印加するバイアス電圧として印加
される。これらパルス電圧と高周波電圧は、それぞれ独
立して制御することができるので、正電圧による電子の
加速と負電圧によるイオンの加速はそれぞれ独立して制
御され、これにより、チャージアップ防止と高いエッチ
ング速度、高いエッチング断面形状制御性が同時に達成
される。According to the present invention, a voltage having a waveform in which a pulsed positive voltage and a high-frequency negative voltage are superimposed is applied as a bias voltage to be applied to an object to be etched or a sample stage. Since the pulse voltage and the high frequency voltage can be controlled independently of each other, the acceleration of electrons by the positive voltage and the acceleration of ions by the negative voltage are controlled independently, thereby preventing charge-up and high etching rate. In addition, high etching cross-sectional shape controllability is achieved at the same time.
【００２５】高周波状の電圧とパルス状の電圧を重畳し
て被エッチ物もしくは試料台に印加するには、（１）ロ
ーパスフィルタとハイパスフィルタを用い、位相同期回
路によって高周波状の電圧にパルス状の電圧を同期させ
る、（２）電磁コイルによって電力合成する、および
（３）任意波形発生手段を用いる、という三つの態様が
ある。In order to superimpose a high-frequency voltage and a pulse-like voltage and apply them to an object to be etched or a sample stage, (1) a low-pass filter and a high-pass filter are used, and the high-frequency voltage is pulse-like converted to a high-frequency voltage by a phase-locked loop. (3) synthesizing power using an electromagnetic coil, and (3) using arbitrary waveform generating means.
【００２６】従来のプラズマエッチング装置では、バイ
アス電圧として高周波電圧をマッチングボックスを通し
て被エッチ物もしくは試料台に印加していた。本発明の
上記態様（１）によれば、この従来のバイアス印加回路
に、パルス印加手段、ローパスフィルタ、ハイパスフィ
ルタおよび位相同期回路を追加するのみで、高周波電圧
とパルス電圧の重畳電圧を、被エッチ物もしくは試料台
に印加できる。In a conventional plasma etching apparatus, a high-frequency voltage is applied as a bias voltage to a workpiece or a sample stage through a matching box. According to the aspect (1) of the present invention, the superimposed voltage of the high-frequency voltage and the pulse voltage is applied to the conventional bias applying circuit only by adding the pulse applying means, the low-pass filter, the high-pass filter, and the phase locked loop. It can be applied to an etch object or a sample stage.
【００２７】この場合、高周波電圧とパルス電圧の位相
を同期させる手段である上記位相同期回路を用いること
によって、例えば図１に示したように、両者を同期させ
ることができ、また、高周波電圧とパルス電圧の位相を
制御する手段によって両者の位相を所望の値に制御でき
る。In this case, by using the above-mentioned phase synchronization circuit, which is means for synchronizing the phases of the high-frequency voltage and the pulse voltage, both can be synchronized as shown in FIG. By controlling the phase of the pulse voltage, both phases can be controlled to desired values.
【００２８】図１（ａ）は、上記パルス状の電圧と高周
波状の電圧が同期し、両者の周波数が一致した場合を示
した。このように両者が同期して周波数が一致した場合
が最も好ましいが、その他の態様も実用可能である。た
とえば、図１（ｂ）に示したように、高周波状の電圧の
ピーク近傍に複数のパルス状の電圧が来るようにしても
よい。また、図１（ｃ）に示したように、高周波状の電
圧のピークから外れた位置（極端な場合は底部近傍）
に、パルス状の電圧が来るようにしても実用は可能であ
る。ただし、この場合は、パルス状の電圧の振幅を十分
大きくして、電子の加速に必要な正電圧を確保する必要
がある。さらに、図１（ｄ）に示したように、高周波状
の電圧のサイクルにパルス状の電圧が１回の頻度で印加
することも可能である。この場合も、パルス状の電圧の
振幅を十分大きくして、電子の加速を促進することが必
要である。FIG. 1A shows a case where the above-mentioned pulse voltage and high-frequency voltage are synchronized and their frequencies coincide with each other. As described above, it is most preferable that the two are synchronized and the frequencies coincide with each other, but other modes are also practical. For example, as shown in FIG. 1B, a plurality of pulsed voltages may be arranged near the peak of the high-frequency voltage. Further, as shown in FIG. 1C, a position deviating from the peak of the high-frequency voltage (in an extreme case, near the bottom).
Practically, it is possible to use a pulsed voltage. However, in this case, it is necessary to increase the amplitude of the pulse-like voltage sufficiently to secure a positive voltage necessary for accelerating electrons. Further, as shown in FIG. 1D, a pulse-like voltage can be applied once in a high-frequency voltage cycle. Also in this case, it is necessary to increase the amplitude of the pulsed voltage sufficiently to accelerate the acceleration of the electrons.
【００２９】上記ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ
およびマッチングボックスは、いずれもコンデンサ、コ
イル、抵抗など、非能動素子から構成されているので、
高電圧および高周波の電力が通る回路として、簡単でし
かも十分な信頼性を有している。Each of the low-pass filter, high-pass filter and matching box is composed of an inactive element such as a capacitor, a coil and a resistor.
It is simple and has sufficient reliability as a circuit through which high-voltage and high-frequency power passes.
【００３０】また、電磁コイルによって電力合成を行う
上記態様（２）および任意波形発生器と増幅器の組み合
わせる上記態様（３）も、被エッチ物の種類やエッチン
グの目的に応じて適宜選択し、使用できる。上記態様
（３）において使用される任意波形を増幅するための上
記増幅器は、高周波電圧とパルス電圧の両者を増幅する
ため、広い周波数帯域を有することが必要であり、周波
数帯域が少なくとも１００ＫＨｚから３０ＭＨｚ、好ま
しくは１０ＫＨｚから２００ＭＨｚであることが好まし
い。The above mode (2) in which power is synthesized by an electromagnetic coil and the mode (3) in which an arbitrary waveform generator and an amplifier are combined are also appropriately selected and used according to the type of the object to be etched and the purpose of etching. it can. The amplifier for amplifying the arbitrary waveform used in the above mode (3) needs to have a wide frequency band in order to amplify both the high-frequency voltage and the pulse voltage, and the frequency band is at least 100 KHz to 30 MHz. , Preferably from 10 KHz to 200 MHz.
【００３１】本発明のプラズマエッチング装置は、例え
ばマイクロ波プラズマエッチング装置や平行平板型プラ
ズマエッチング装置など、被エッチ物や試料台にバイア
ス電圧が印加されるプラズマエッチング装置に広く適用
できる。The plasma etching apparatus of the present invention can be widely applied to a plasma etching apparatus in which a bias voltage is applied to an object to be etched or a sample stage, such as a microwave plasma etching apparatus or a parallel plate type plasma etching apparatus.
【００３２】[0032]
〈実施例１〉本発明によるプラズマエッチング装置の一
例を図２に示した。図２に示したように、本実施例のプ
ラズマエッチング装置は、プラズマ４を発生させるため
のマグネトロン８と磁場コイル１１を具備し、さらに、
試料台６にバイアスとして高周波電圧とパルス電圧の合
成電圧を印加するための高周波電源１５およびパルス電
源３を有している。エッチング処理すべきウエハ１を試
料台６の上に置き、試料台６の上の静電吸着膜１３に直
流電圧(４００Ｖ)を印加してウエハ１を試料台６に吸着
させる。<Embodiment 1> FIG. 2 shows an example of a plasma etching apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the plasma etching apparatus of the present embodiment includes a magnetron 8 for generating a plasma 4 and a magnetic field coil 11.
A high frequency power supply 15 and a pulse power supply 3 for applying a composite voltage of a high frequency voltage and a pulse voltage as a bias to the sample table 6 are provided. The wafer 1 to be etched is placed on the sample stage 6, and a DC voltage (400 V) is applied to the electrostatic chucking film 13 on the sample stage 6 to attract the wafer 1 to the sample stage 6.
【００３３】プラズマ中の電子およびイオンの加速を行
うため、パルス電圧と高周波電圧の重畳（合成）電圧
が、試料台６に印加される。高周波電圧を印加するため
に、８００ＫＨｚから１４ＭＨｚの高周波を発生させる
高周波電源１５を設け、この高周波を実質的に通過させ
るローパスフィルタ１４、およびこの高周波の負荷側へ
のインピーダンスマッチングをとるためのマッチングボ
ックス１２を設けた。また、パルス電圧発生のためのパ
ルス電源３、このパルスを実質的に通過させるハイパス
フィルタ１６を設けた。In order to accelerate the electrons and ions in the plasma, a superposition (synthesis) voltage of the pulse voltage and the high-frequency voltage is applied to the sample stage 6. In order to apply a high frequency voltage, a high frequency power supply 15 for generating a high frequency of 800 KHz to 14 MHz is provided, a low pass filter 14 for substantially passing the high frequency, and a matching box for matching the impedance of the high frequency to a load side. 12 were provided. Further, a pulse power supply 3 for generating a pulse voltage and a high-pass filter 16 for substantially passing the pulse are provided.
【００３４】高周波電源１５からの高周波電圧とパルス
電源３からのパルス電圧の波形は、両者の位相が一致す
るように位相同期回路３１によって重畳され、重畳され
た電圧は試料台６に印加される。The waveform of the high-frequency voltage from the high-frequency power supply 15 and the waveform of the pulse voltage from the pulse power supply 3 are superimposed by the phase-locked loop 31 so that their phases match, and the superimposed voltage is applied to the sample stage 6. .
【００３５】試料台６上に形成された静電吸着膜１３と
しては、アルミナ系セラミック材を堆積して形成された
膜を用いた。なお、図２において、符合２は処理室、５
はガス導入機構、７は排気ポンプ、８はマグネトロン、
９は導波管、１０はガス導入プレート、１１は磁場コイ
ルをそれぞれ表す。As the electrostatic attraction film 13 formed on the sample table 6, a film formed by depositing an alumina ceramic material was used. In FIG. 2, reference numeral 2 denotes a processing chamber, 5
Is a gas introduction mechanism, 7 is an exhaust pump, 8 is a magnetron,
9 denotes a waveguide, 10 denotes a gas introduction plate, and 11 denotes a magnetic field coil.
【００３６】このプラズマエッチング装置を用いて、シ
リコンウエハを覆うＳｉＯ2膜上に形成された多結晶シ
リコン膜を、塩素ガスによってエッチングした。エッチ
ング条件は、２.４５ＧＨｚのマイクロ波放電パワー：
８００Ｗ、ガス圧力：１Ｐａ、ガス流量：１００ｓｃｃ
ｍ、パルス電圧：８００ＫＨｚ、正パルス幅：１００ｎ
ｓ、正パルス高：＋１００Ｖ、高周波電圧：８００ＫＨ
ｚとし、高周波電圧は１０Ｖから９０Ｖまで変化させ
た。高周波電圧とパルス電圧の重畳波形の位相は、位相
同期回路３１によって図１に示したように同期させた。Using this plasma etching apparatus, the polycrystalline silicon film formed on the SiO 2 film covering the silicon wafer was etched with chlorine gas. The etching conditions are microwave discharge power of 2.45 GHz:
800 W, gas pressure: 1 Pa, gas flow rate: 100 scc
m, pulse voltage: 800 KHz, positive pulse width: 100 n
s, positive pulse height: +100 V, high frequency voltage: 800 KH
z, and the high-frequency voltage was changed from 10 V to 90 V. The phase of the superimposed waveform of the high-frequency voltage and the pulse voltage was synchronized by the phase synchronization circuit 31 as shown in FIG.
【００３７】上記条件でエッチングを行った結果、図３
に示したように、多結晶シリコン膜とＳｉＯ2膜の界面
に発生するノッチングと呼ばれるサイドエッチングは約
１０ｎｍで極めて小さく、高周波電圧を増大させてもそ
の値はほとんど変わらなかった。一方、多結晶シリコン
膜のエッチ速度は、高周波電圧の上昇とともに大きくな
り、高いエッチング速度と高いエッチング精度を同時に
達成できることが確認された。As a result of etching under the above conditions, FIG.
As shown in the figure, the side etching called notching generated at the interface between the polycrystalline silicon film and the SiO 2 film was extremely small at about 10 nm, and the value hardly changed even when the high frequency voltage was increased. On the other hand, the etch rate of the polycrystalline silicon film increased with an increase in the high-frequency voltage, and it was confirmed that a high etching rate and high etching accuracy could be simultaneously achieved.
【００３８】〈実施例２〉実施例１で使用したマイクロ
波エッチング装置において、図４に示したように、パル
ス電源３からのパルス状の電圧と高周波電源１５からの
高周波状の電圧を、電磁コイル１７によって電力合成
し、合成された電圧波形を、バイアス負荷１８（被エッ
チング物または試料台）に印加してエッチングを行っ
た。<Embodiment 2> In the microwave etching apparatus used in Embodiment 1, as shown in FIG. 4, a pulsed voltage from the pulse power source 3 and a high frequency The power was synthesized by the coil 17 and the synthesized voltage waveform was applied to the bias load 18 (the object to be etched or the sample stage) to perform the etching.
【００３９】本実施例によれば、合成前の波形をそれぞ
れほぼ忠実に維持しながら、二つの波形が重畳された波
形を、合成波形として得ることができ、バイアス負荷１
８に印加することができた。なお、パルス電源３、高周
波電源１５には、それぞれ漏れ電圧、反射電圧に対する
保護回路を設けた。According to the present embodiment, a waveform in which two waveforms are superimposed can be obtained as a composite waveform while maintaining the waveforms before the synthesis almost faithfully.
8 could be applied. Note that the pulse power supply 3 and the high-frequency power supply 15 were provided with protection circuits for leakage voltage and reflection voltage, respectively.
【００４０】〈実施例３〉実施例１で使用したマイクロ
波プラズマエッチング装置において、図５に示したよう
に、任意電圧波形発生器１９と電圧増幅器２０を用いて
合成波形を作成し、試料台６に印加した。任意電圧波形
発生器１９は、図１に示した波形とほぼ同様の高周波と
パルスの合成波形を発生する。この合成波形の信号の振
幅は最大約１Ｖであり、この信号を電圧増幅器２０によ
って約２０Ｖから最大５００Ｖに増幅した。電圧増幅器
２０の周波数帯域は、パルス電圧の増幅のため約１０Ｋ
Ｈｚから２００ＭＨｚの高帯域のものを用いた。<Embodiment 3> In the microwave plasma etching apparatus used in Embodiment 1, as shown in FIG. 5, a composite waveform was created using an arbitrary voltage waveform generator 19 and a voltage amplifier 20, and a sample stage was prepared. 6 was applied. The arbitrary voltage waveform generator 19 generates a composite waveform of a high frequency and a pulse substantially similar to the waveform shown in FIG. The amplitude of the signal of the synthesized waveform was about 1 V at maximum, and this signal was amplified from about 20 V to 500 V at maximum by the voltage amplifier 20. The frequency band of the voltage amplifier 20 is about 10K for amplifying the pulse voltage.
A high frequency band from Hz to 200 MHz was used.
【００４１】これにより、一つの電源で合成波形を作る
ことができた。ただし、電圧増幅器２０は高い性能が必
要であるため、コストはやや上昇した。As a result, a composite waveform could be created with one power supply. However, since the voltage amplifier 20 requires high performance, the cost has increased slightly.
【００４２】図５に示したエッチング装置を用いてエッ
チングを行ったところ、図２に示した装置を用いた場合
とほぼ同様の結果が得られた。When etching was performed using the etching apparatus shown in FIG. 5, almost the same results as in the case of using the apparatus shown in FIG. 2 were obtained.
【００４３】〈実施例４〉実施例１と同じエッチング装
置を用いて、図６に示したような３種類のＤＲＡＭのゲ
ート電極のパターニングを行った。すなわち、（ａ）シ
リコンウエハ２５を覆うＳｉＯ2膜２４上に形成された
厚さ３００ｎｍの多結晶シリコン膜２２、（ｂ）厚さ１
５０ｎｍの多結晶シリコン膜２２上に厚さ１５０ｎｍの
タングステンシリサイド膜２６を積層した膜および
（ｃ）厚さ３００ｎｍのタングステン膜２７を、それぞ
れホトレジストマスク２１として用い、塩素ガスによっ
てエッチングを行った。エッチング条件は、２.４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波放電パワー８００Ｗ、ガス圧力１Ｐ
ａ、ガス流量１００ｓｃｃｍ、パルス電圧８００ＫＨ
ｚ、正パルス幅１００ｎｓ、正パルス高＋１００Ｖ、高
周波電圧８００ＫＨｚ、高周波ピーク・ツー・ピーク電
圧は６０Ｖとした。<Embodiment 4> Using the same etching apparatus as in Embodiment 1, patterning of gate electrodes of three kinds of DRAMs as shown in FIG. 6 was performed. That is, (a) a polycrystalline silicon film 22 having a thickness of 300 nm formed on the SiO 2 film 24 covering the silicon wafer 25, and (b) a thickness 1
Using a 50 nm polycrystalline silicon film 22 on which a 150 nm thick tungsten silicide film 26 was laminated and (c) a 300 nm thick tungsten film 27 as a photoresist mask 21, etching was performed using chlorine gas. Etching condition is 2.45G
Hz microwave discharge power 800W, gas pressure 1P
a, gas flow rate 100 sccm, pulse voltage 800 KH
z, the positive pulse width was 100 ns, the positive pulse height was +100 V, the high frequency voltage was 800 KHz, and the high frequency peak-to-peak voltage was 60 V.
【００４４】その結果、図６に示したように、パルスバ
イアスを印加しない従来の場合は、いずれもノッチング
２３が発生した。しかし、上記条件でパルスバイアスを
印加した場合は、このようなノッチングは発生せず、図
７に示したように、幅０.２５μｍのゲート電極２９を
サイドエッチ量０.０１μｍで形成でき、エッチ速度も
３５０ｎｍ／ｍｉｎと十分な値が得られた。As a result, as shown in FIG. 6, notching 23 occurred in any of the conventional cases where no pulse bias was applied. However, when a pulse bias is applied under the above conditions, such notching does not occur, and the gate electrode 29 having a width of 0.25 μm can be formed with a side etch amount of 0.01 μm as shown in FIG. The speed was 350 nm / min, a sufficient value.
【００４５】なお、上記実施例１〜４では、いずれもマ
イクロ波プラズマエッチング装置を用いた例を示した
が、本発明はマイクロ波プラズマエッチング装置に限定
されるものではなく、例えば平行平板型プラズマエッチ
ング装置など、被エッチング物または試料台にバイアス
電圧が印加されるプラズマエッチング装置に広く適用で
きる。In each of the first to fourth embodiments, an example using a microwave plasma etching apparatus has been described. However, the present invention is not limited to a microwave plasma etching apparatus. The present invention can be widely applied to a plasma etching apparatus in which a bias voltage is applied to an object to be etched or a sample stage, such as an etching apparatus.
【００４６】[0046]
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば、ノッチングの発生を大幅に減少することがで
き、高い形状制御性とエッチング速度向上を同時に達成
できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the occurrence of notching can be greatly reduced, and high shape controllability and an improvement in etching rate can be simultaneously achieved.
【図１】本発明によるバイアス波形の例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a bias waveform according to the present invention.
【図２】本発明の第１の実施例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の効果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the effect of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第４の実施例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
１……ウエハ、２……処理室、３……パルス電源、４…
…プラズマ、５……ガス導入機構、６……試料台、７…
…排気ポンプ、８……マグネトロン、９……導波管、１
０……ガス導入プレート、１１……磁場コイル、１２…
…マッチングボックス、１３……静電吸着膜、１４……
ローパスフィルタ、１５……高周波電源、１６……ハイ
パスフィルタ、１７……電磁コイル、１８……バイアス
負荷、１９……任意電圧波形発生器、２０……増幅器、
２１……エッチングマスク、２２……多結晶シリコン
膜、２３……ノッチング発生部分、２４……ゲート酸化
膜、２５……基板シリコン、２６……メタルシリサイド
膜、２７……メタル膜、２８……ストレージノード、２
９……ゲート電極、３０……ゲート酸化膜、３１……位
相同期回路。1 wafer 2 processing chamber 3 pulse power supply 4
... plasma, 5 ... gas introduction mechanism, 6 ... sample stand, 7 ...
... exhaust pump, 8 ... magnetron, 9 ... waveguide, 1
0: gas introduction plate, 11: magnetic field coil, 12:
... matching box, 13 ... electrostatic attraction film, 14 ...
Low-pass filter, 15 high-frequency power supply, 16 high-pass filter, 17 electromagnetic coil, 18 bias load, 19 arbitrary voltage waveform generator, 20 amplifier
Reference numeral 21: etching mask, 22: polycrystalline silicon film, 23: notched portion, 24: gate oxide film, 25: substrate silicon, 26: metal silicide film, 27: metal film, 28 ... Storage node, 2
9: gate electrode, 30: gate oxide film, 31: phase-locked loop.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shinichi Taji 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (14)
理室と、上記真空室内を排気する手段と、処理ガスのプ
ラズマを発生させる手段と、上記真空処理室内に配置さ
れたその上に上記被エッチ物を置くための試料台と、処
理ガスのプラズマを用いて上記被エッチ物をエッチング
する手段と、上記被エッチ物もしくは上記試料台に、所
定のパルス状の電圧と高周波状の電圧の重畳電圧をバイ
アス電圧として印加する手段を少なくとも具備すること
を特徴とするプラズマエッチング装置。A vacuum processing chamber for etching an object to be etched; a means for evacuating the vacuum chamber; a means for generating a plasma of a processing gas; A sample stage for placing an etching object, means for etching the object to be etched using plasma of a processing gas, and superposition of a predetermined pulsed voltage and a high-frequency voltage on the etching object or the sample stage. A plasma etching apparatus comprising at least means for applying a voltage as a bias voltage.
ルス電源および上記高周波状の電圧を発生させるための
高周波電源と上記被エッチ物もしくは上記試料台の間に
は、それぞれパルス電圧のみを実質的に通過させる手段
および高周波電圧のみを実質的に通過させる手段が設け
られ、上記パルス状の電圧および上記高周波状の電圧
は、それぞれ上記パルス電圧のみを実質的に通過させる
手段および高周波電圧のみを実質的に通過させる手段を
介して上記被エッチ物もしくは上記試料台に印加される
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング
装置。2. A pulse power source for generating the pulse voltage and a high frequency power source for generating the high frequency voltage, and only a pulse voltage is substantially applied between the object to be etched or the sample stage. Means for substantially passing only the high-frequency voltage and means for substantially passing only the high-frequency voltage are provided, and the pulse-like voltage and the high-frequency voltage are respectively the means for substantially passing only the pulse voltage and the high-frequency voltage only. 2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the plasma etching apparatus is applied to the object to be etched or the sample stage through a substantially passing means.
の電圧の位相を同期させるための位相同期手段をさらに
具備していることを特徴とする請求項２に記載のプラズ
マエッチング装置。3. The plasma etching apparatus according to claim 2, further comprising phase synchronization means for synchronizing the phase of the pulse-like voltage with the phase of the high-frequency voltage.
上記パルス状の電圧を発生させるためのパルス電源およ
び上記高周波状の電圧を発生させるための高周波電源と
上記被エッチ物もしくは上記試料台の間に設けられた電
磁コイルを介して、上記被エッチ物もしくは上記試料台
に印加されることを特徴とする請求項１に記載のプラズ
マエッチング装置。4. The pulse-like voltage and the high-frequency-like voltage are:
The object to be etched through a pulse power supply for generating the pulse-like voltage and a high-frequency power supply for generating the high-frequency-like voltage and the object to be etched or an electromagnetic coil provided between the sample stage. 2. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the voltage is applied to the sample stage.
任意電圧波形発生器によって発生されることを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマエッチング装置。5. The pulse-like voltage and the high-frequency-like voltage are:
The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the plasma etching apparatus is generated by an arbitrary voltage waveform generator.
波、矩形波、鋸歯上波若しくは三角波である高周波とパ
ルス波が発生されることを特徴とする請求項５に記載の
プラズマエッチング装置。6. The plasma etching apparatus according to claim 5, wherein said arbitrary voltage waveform generator generates a high frequency wave and a pulse wave which are a sine wave, a rectangular wave, a sawtooth wave or a triangular wave.
記高周状の波電圧の周波数が実質的に一致していること
を特徴とする請求項１から６のいずれか一に記載のプラ
ズマエッチング装置。7. The plasma etching according to claim 1, wherein a repetition frequency of the pulse-like voltage substantially coincides with a frequency of the high-period wave voltage. apparatus.
状の電圧の繰り返し周波数の整数倍であることを特徴と
する請求項１から６のいずれか一に記載のプラズマエッ
チング装置。8. The plasma etching apparatus according to claim 1, wherein the frequency of the high frequency voltage is an integral multiple of the repetition frequency of the pulse voltage.
生するパルスであることを特徴とする請求項７若しくは
８に記載のプラズマエッチング装置。9. The plasma etching apparatus according to claim 7, wherein the pulse-like voltage is a pulse generated a plurality of times in one cycle.
ｓ以上、５００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項
１から９のいずれか一に記載のプラズマエッチング装
置。10. The pulse-like voltage has a pulse width of 10n.
The plasma etching apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the period is not less than s and not more than 500 ns.
００ＫＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であることを特徴と
する請求項１から１０のいずれか一に記載のプラズマエ
ッチング装置。11. The repetition frequency of the pulsed voltage is 1
The plasma etching apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the frequency is from 00 KHz to 100 MHz.
Ｈｚ以上、１００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請
求項１から１１のいずれか一に記載のプラズマエッチン
グ装置。12. The high frequency voltage has a frequency of 100K.
The plasma etching apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the frequency is not lower than 100 Hz and not higher than 100 MHz.
５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１から１２
のいずれか一に記載のプラズマエッチング装置。13. The voltage amplitude of the superimposed voltage is 20V or more.
13. The voltage is 500 V or less.
The plasma etching apparatus according to any one of the above.
た被エッチ物を、所定のエッチングガスのプラズマを用
いてエッチングする方法において、所定のパルス状の電
圧と高周波状の電圧の重畳電圧を、バイアス電圧として
上記試料台若しくは上記被エッチ物に印加して、上記被
エッチ物のエッチングが行われることを特徴とするプラ
ズマエッチング方法。14. A method for etching an object to be etched placed on a sample stage placed in a vacuum vessel by using a plasma of a predetermined etching gas, wherein a predetermined pulse voltage and a high frequency voltage are superimposed. A plasma etching method, wherein a voltage is applied as a bias voltage to the sample stage or the object to be etched, and the object to be etched is etched.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6954297A JPH10270419A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Plasma etching apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6954297A JPH10270419A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Plasma etching apparatus and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270419A true JPH10270419A (en) | 1998-10-09 |
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ID=13405721
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6954297A Pending JPH10270419A (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Plasma etching apparatus and method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270419A (en) |
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1997
- 1997-03-24 JP JP6954297A patent/JPH10270419A/en active Pending
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