JPH10317174A - Reactive ion etching apparatus - Google Patents

Reactive ion etching apparatus

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JPH10317174A
JPH10317174A JP9123900A JP12390097A JPH10317174A JP H10317174 A JPH10317174 A JP H10317174A JP 9123900 A JP9123900 A JP 9123900A JP 12390097 A JP12390097 A JP 12390097A JP H10317174 A JPH10317174 A JP H10317174A
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plasma
vacuum chamber
cylindrical
electric field
substrate
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巍 陳
Masahiro Ito
正博 伊藤
Toshio Hayashi
俊雄 林
Taijirou Uchida
岱二郎 内田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To execute reactive ion etching without the occurrence of an etch stop in microprocessing by arranging parallel multiple wound high-frequency coils on the outer periphery of a cylindrical side wall consisting of a dielectric substance and converting gas mainly composed of gaseous halogen introduced from an upper part to plasma. SOLUTION: A cylindrical side wall 2 of a plasma generating section 1a of a vacuum chamber 1 is formed of a dielectric substance and a double wound high-frequency antenna 3 is arranged on the outer periphery thereof to convert the gas mainly composed of the gaseous halogen supplied from a gas introducing port 6 disposed at a top plate 5 is converted to the plasma. The etchant, such as positive ions, formed by this plasma is drawn out by a substrate electrode 7 which is arranged in a lower part and on which a high-frequency bias voltage is impressed and is bombarded to a substrate arranged thereon to effect reaction. The substrate is etched by prescribed patterns. As a result, the adhesion of deposits on the side wall 2 is suppressed and the pattern etching of submicron holes is made possible without the etch stop in microprocessing of <=0.3 μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマを利用し
て、半導体上或いは電子部品、その他の基板上の物質を
エッチングする反応性イオンエッチング装置に関するも
のである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a reactive ion etching apparatus for etching a substance on a semiconductor, an electronic component, or another substrate using plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術において用いられてきた誘導結
合放電エッチング装置は、図6に示すように、真空チャ
ンバーA内に放電プラズマを発生するための1重のコイ
ルからなるアンテナBを真空チャンバーAの側壁A1の外
側に設け、この高周波アンテナBにプラズマ発生用高周
波電源Cから高周波電力を印加し、ハロゲン系のガスを
主体とするエッチングガスが流量制御器を通して上部天
板A2付近の周囲より導入され、気体を真空チャンバーA
内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気
体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを
積極的に利用し、プラズマに接する基板電極Dに高周波
電源Eから高周波電場を印加して基板電極D上に載置さ
れた基板をエッチングするように構成されている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 6, an inductively coupled discharge etching apparatus used in the prior art includes an antenna B composed of a single coil for generating discharge plasma in a vacuum chamber A and a vacuum chamber A. A high frequency power is applied from a high frequency power supply C for plasma generation to the high frequency antenna B, and an etching gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced from the vicinity near the upper top plate A2 through a flow rate controller. And the gas is evacuated to vacuum chamber A
To form a plasma at a low pressure, decompose the introduced gas, actively use the generated atoms, molecules, radicals, and ions, and apply a high-frequency electric field from a high-frequency power source E to a substrate electrode D in contact with the plasma. The substrate mounted on the substrate electrode D is etched.

【0003】また、図7には、本願発明者らが、先に特
開平7−263192号において提案した磁気中性線放電エッ
チング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャ
ンバーAの上部の誘電体円筒壁A1の外側に載置された3
つの磁場コイルF、G、Hによって真空チャンバーA内
部に磁気中性線Iが形成され、この磁気中性線Iに沿っ
て、中間の磁場コイルGの内側に配置された1重のアン
テナBにアンテナ用高周波電源Cから高周波電場を印加
することによりリング状のプラズマが形成されるように
構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を
通して上部天板A2付近の周囲より導入され、コングクタ
ンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チ
ャンバーAの下部の基板電極Dにはバイアス用高周波電
源Eから高周波電力が印加される。
FIG. 7 shows a magnetic neutral ray discharge etching apparatus proposed by the present inventors in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-263192. The previously proposed device is a three-dimensional device mounted outside the dielectric cylindrical wall A1 at the top of the vacuum chamber A.
A magnetic neutral line I is formed inside the vacuum chamber A by the two magnetic field coils F, G, and H. Along this magnetic neutral line I, a single antenna B disposed inside the intermediate magnetic field coil G is formed. A ring-shaped plasma is formed by applying a high-frequency electric field from the high-frequency power source C for the antenna. The etching gas is introduced from around the upper top plate A2 through the flow controller, and the pressure is controlled by the aperture ratio of the contactance valve. High-frequency power is applied from a high-frequency power source E for bias to a substrate electrode D below the vacuum chamber A.

【0004】このような構成した図7に示される磁気中
性線放電エッチング装置について説明する。エッチング
ガスは真空チャンバーAの上部フランジ付近から導入さ
れ、誘電体円筒壁A1の外側と中間の磁場コイルGとの間
に配置された1重のアンテナBに高周波電力を印加する
ことによりプラズマが形成されて導入ガスが分解され
る。真空チャンバーAの下部の基板電極Dにはバイアス
用高周波電源Eからバイアス用の高周波電力が印加され
る。ブロッキングコンデンサーによって浮遊状態になっ
ている基板電極Dは負のセルフバイアス電位となり、プ
ラズマ中の正イオンが引き込まれて基板上の物質をエッ
チングする。
A magnetic neutral beam discharge etching apparatus having such a configuration and shown in FIG. 7 will be described. The etching gas is introduced from the vicinity of the upper flange of the vacuum chamber A, and plasma is formed by applying high-frequency power to a single antenna B disposed between the outside of the dielectric cylindrical wall A1 and the intermediate magnetic field coil G. Then, the introduced gas is decomposed. A high frequency power for bias is applied from a high frequency power supply for bias E to a substrate electrode D below the vacuum chamber A. The substrate electrode D, which is in a floating state due to the blocking capacitor, has a negative self-bias potential, and positive ions in the plasma are attracted to etch the substance on the substrate.

【0005】磁気中性線放電では、真空中にリング状に
形成される磁気中性線Iの部分に密度の高いプラズマを
形成するため、リング状磁気中性線Hに沿って形成され
る誘導電場を有効利用するものでる。この方法によっ
て、容易に1011cm-3の荷電粒子密度を持つプラズマが形
成される。
In the magnetic neutral wire discharge, a high-density plasma is formed at a portion of the magnetic neutral wire I formed in a ring shape in a vacuum, so that an induction formed along the ring magnetic neutral wire H is formed. The electric field is used effectively. By this method, a plasma having a charged particle density of 10 11 cm −3 is easily formed.

【0006】しかしながら、ハロゲン系のガスを用いて
微細な構造をもつレジストパターンのエッチングに適用
すると、微細な孔のエッチングが十分にできないと言う
不都合のあることがわかった。
However, it has been found that when the method is applied to etching of a resist pattern having a fine structure using a halogen-based gas, there is a disadvantage that etching of fine holes cannot be sufficiently performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】エッチングでは、反応
性の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質
との反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に
削ればよいわけではなく、微細化に伴いより形状制御が
重要になってきている。このためにはエッチャントの他
に微細孔内部の壁面に付着してイオンの当たらない側壁
を保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなけ
ればならない。0.3μm幅以下の微細加工ではこのエッチ
ャントと保護物質との相対濃度及び孔内部への相対的な
到達量が重要になる。保護物質がエッチャントに対して
多くなり過ぎると、0.3μm幅以下の微細孔は、保護物質
により埋まってしまい、いわゆ るエッチストップが起
こって、削れないことになる。保護物質が、逆に、少な
すぎると、エッチャントによって側壁が削られて、Bowi
ngが発生し、望ましい形状が得られない。
In the etching, a substrate material is gasified by a reaction with the substrate material by irradiating the substrate with radicals and ions having high reactivity, and the substrate material is etched. The shape control is becoming more important with the progress of the technology. For this purpose, in addition to the etchant, a substance that adheres to the inner wall surface of the micropore and protects the side wall not exposed to ions must be generated in the plasma. In fine processing with a width of 0.3 μm or less, the relative concentration of the etchant and the protective substance and the relative amount reaching the inside of the hole are important. If the amount of the protective substance becomes too large for the etchant, the pores having a width of 0.3 μm or less are filled with the protective substance, so-called an etch stop occurs, and cannot be removed. Conversely, if the protective material is too low, the etchant will cut the sidewalls,
ng occurs and the desired shape cannot be obtained.

【0008】従来用いられてきた誘導結合放電エッチン
グ装置や磁気中性線放電エッチング装置では、プラズマ
を形成するためのアンテナとバイアス電圧を発生させる
ための電気的に浮遊状態の電極に高周波電力が印加され
る。ハロゲン系のガスが導入されてプラズマが形成され
ると、ガス分子がプラズマ分解され、エッチャントや重
合しやすい物質が生成される。この時、プラズマはアン
テナから放射される方位角方向の誘導電場とアンテナ自
身の電位によって形成される電場によって励起、維持さ
れる。前者の放電成分をH成分、後者の放電成分をE成
分とも言う。E放電は、いわゆる、静電結合による放電
成分である。磁気中性線放電では真空中にリング状に形
成される磁気中性線の部分に密度の高いプラズマを形成
するため、磁気中性線に沿って形成される誘導電場を利
用するものであり、H放電成分を主としたプラズマにし
ている。これは、アンテナとしてプラズマとの間の静電
容量を小さくできる断面円形のパイプを用いることで達
成される。これまで、パイプ径8〜10mmのものがアンテ
ナとして用いられてきた。パイプの断面直径と同程度の
平板を用いても静電結合成分は小さく、誘導結合成分が
大きいため、プラズマの特性は断面円形のパィプを用い
たときと殆ど変わらない。しかし、静電結合成分も含ん
でいるので、アンテナ電力を増加させるとアンテナ表面
の電位が高くなり、アンテナ内部の真空チャンバーの誘
電体内壁面がイオンスパッタされるようになる。真空チ
ャンバーの壁面がスパッタされると、微細加工に望まし
くない、SiO化合物や表面で重合した物質がプラズマ
中に析出して、エッチストップの原因となる。また、30
0mm径のウエハに対応した大口径プラズマ発生室にする
と、誘電体で構成される真空チャンバー部分の径も大き
くなり、それに伴ってアンテナ径も大きくなる。その結
果、アンテナのインピーダンスが高くなって回路上のマ
ッチングが取れなくなることやマッチングが取れてもア
ンテナ電位が望ましくないほど高くなって、同様に、誘
電体内壁面がイオンスパッタされるようになる。
In the conventionally used inductively coupled discharge etching apparatus and magnetic neutral line discharge etching apparatus, high frequency power is applied to an antenna for generating plasma and an electrode in an electrically floating state for generating a bias voltage. Is done. When a halogen-based gas is introduced and plasma is formed, gas molecules are decomposed by plasma, and an etchant or a substance which is easily polymerized is generated. At this time, the plasma is excited and maintained by the induced electric field in the azimuthal direction emitted from the antenna and the electric field formed by the potential of the antenna itself. The former discharge component is also called an H component, and the latter discharge component is called an E component. The E discharge is a discharge component due to so-called electrostatic coupling. The magnetic neutral discharge uses an induction electric field formed along the magnetic neutral line to form a high-density plasma in the magnetic neutral line formed in a ring in vacuum. The plasma is mainly composed of H discharge components. This is achieved by using a pipe having a circular cross section that can reduce the capacitance between the plasma and the antenna. Up to now, pipes having a diameter of 8 to 10 mm have been used as antennas. Even if a flat plate having a diameter approximately equal to the cross-sectional diameter of the pipe is used, the electrostatic coupling component is small and the inductive coupling component is large, so that the characteristics of the plasma are almost the same as those using a circular pipe. However, since it also includes an electrostatic coupling component, when the antenna power is increased, the potential of the antenna surface increases, and the dielectric wall surface of the vacuum chamber inside the antenna is ion-sputtered. When the wall surface of the vacuum chamber is sputtered, an SiO compound or a substance polymerized on the surface, which is not desirable for fine processing, precipitates in the plasma and causes an etch stop. Also, 30
When a large-diameter plasma generation chamber corresponding to a wafer having a diameter of 0 mm is used, the diameter of a vacuum chamber portion made of a dielectric increases, and the antenna diameter also increases accordingly. As a result, the impedance of the antenna becomes high and the matching on the circuit cannot be obtained. Even if the matching is obtained, the antenna potential becomes undesirably high, and similarly, the wall surface of the dielectric material is ion-sputtered.

【0009】そこで、本発明は、上記の問題を解決し
て、0.3μm幅以下の微細加工においてエッチストップを
発生させることなくエッチングできる反応性イオンエッ
チング装置を提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem and to provide a reactive ion etching apparatus capable of etching without generating an etch stop in fine processing with a width of 0.3 μm or less.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による反応性イオンエッチング装置におい
ては、プラズマ発生用アンテナを並列多重巻きにして高
周波電力を印加するように構成される。
In order to achieve the above object, a reactive ion etching apparatus according to the present invention is configured such that a plasma generating antenna is wound in multiple parallel turns to apply high frequency power.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の一つの実施の形態によれ
ば、真空チャンバー内に放電プラズマを発生するための
高周波コイルを備えたプラズマ発生手段を有し、ハロゲ
ン系のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入
し、低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解
し、発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に
利用し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高
周波電場を印加して電極上に載置された基板をエッチン
グする誘導結合放電型反応性イオンエッチング装置にお
いて、真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成
し、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分の
下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設け、上記
円筒状の真空チャンバー部分の外側にプラズマを発生す
るための高周波コイルを並列多重巻きに配置したことを
特徴としている。
According to one embodiment of the present invention, there is provided a plasma generating means provided with a high-frequency coil for generating discharge plasma in a vacuum chamber, and mainly comprises a halogen-based gas. A gas is introduced into a vacuum chamber to form a plasma at a low pressure and decompose the introduced gas.The generated atoms, molecules, radicals, and ions are actively used, and an alternating electric field or a high-frequency electric field is applied to a substrate electrode in contact with the plasma. In an inductively coupled discharge type reactive ion etching apparatus in which a substrate is placed on an electrode by applying a voltage, a part of a vacuum chamber is formed of a cylindrical dielectric, and a cylindrical vacuum formed of the dielectric is formed. A substrate electrode for applying a high-frequency bias is provided below the chamber portion, and a high-frequency coil for generating plasma outside the cylindrical vacuum chamber portion is provided. It is characterized in that were arranged in parallel multi-turn.

【0012】また本発明の別の実施の形態によれば、真
空チャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置であ
る環状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設け
ると共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこ
の磁気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コ
イルを設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系
のガスを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、
低圧でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、
発生した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用
し、プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波
電場を印加して電極上に載置された基板をエッチングす
る磁気中性線放電型反応性イオンエッチング装置におい
て、真空チャンバーの一部を円筒状の誘電体で構成し、
誘電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分の外側
に、この真空チャンバー部分内に環状磁気中性線を形成
する複数の磁場コイルを配置し、円筒状の真空チャンバ
ー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設
け、磁気中性線と同一面内であって誘電体で構成された
円筒状の真空チャンバー部分と磁場コイルとの間にプラ
ズマを発生するための並列多重の高周波コイルを配置し
たことを特徴としている。
According to another embodiment of the present invention, there is provided a magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line, which is a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber. It has a plasma generating means provided with a high-frequency coil for generating a discharge plasma in the magnetic neutral line by applying an alternating electric field along the neutral line. Introduced to
It forms plasma at low pressure and decomposes the introduced gas,
Active use of the generated atoms, molecules, radicals, and ions to apply an alternating electric field or high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate mounted on the electrode. In the ion etching apparatus, a part of the vacuum chamber is formed of a cylindrical dielectric,
A plurality of magnetic field coils forming an annular magnetic neutral line are arranged inside the vacuum chamber portion outside the cylindrical vacuum chamber portion made of a dielectric, and a high frequency bias is applied to a lower portion of the cylindrical vacuum chamber portion. A substrate electrode to be applied is provided, and a parallel multiplex high-frequency coil for generating plasma is arranged between the magnetic field coil and the cylindrical vacuum chamber portion made of a dielectric material in the same plane as the magnetic neutral line. It is characterized by doing.

【0013】[0013]

【実施例】以下、添付図面の図1〜図5を参照して本発
明の実施例について説明する。図1には本発明の反応性
イオンエッチング装置の一実施例を示し、誘導結合型と
して構成されている。図示エッチング装置において、1
は真空チャンバーで、上部のプラズマ発生部1aと基板電
極部1bとを備え、基板電極部には排気口1cが設けられて
いる。プラズマ発生部1aは円筒形の側壁2を備え、この
側壁2の外側には、真空チャンバ−1内にプラズマを発
生させる二重巻きアンテナ3が配置され、この二重巻き
アンテナ3はプラズマ発生用高周波電源4に接続され、
真空チャンバー1の上部のプラズマ発生部1a内に放電プ
ラズマを発生するようにしている。真空チャンバー1の
上部のプラズマ発生部1aの天板5は側壁2の上部フラン
ジに密封固着され、またこの天板5の周囲部には真空チ
ャンバ−1内へエッチングガスを導入するガス導入口6
が設けられ、このガス導入口6は図示してないガス供給
通路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御
装置を介してエッチングガス供給源に接続される。また
真空チャンバ−1のプラズマ発生部1aの下部の基板電極
部1b内には基板電極7が絶縁体部材8を介して設けら
れ、この基板電極7はRFバイアスを印加する高周波電源
9に接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows an embodiment of the reactive ion etching apparatus of the present invention, which is configured as an inductive coupling type. In the illustrated etching apparatus, 1
Is a vacuum chamber having an upper plasma generating section 1a and a substrate electrode section 1b, and the substrate electrode section is provided with an exhaust port 1c. The plasma generating section 1a has a cylindrical side wall 2. Outside the side wall 2, a double-winding antenna 3 for generating plasma in the vacuum chamber 1 is disposed. Connected to the high frequency power supply 4,
Discharge plasma is generated in the plasma generation section 1a in the upper part of the vacuum chamber 1. The top plate 5 of the plasma generating section 1a at the top of the vacuum chamber 1 is hermetically fixed to the upper flange of the side wall 2, and a gas inlet 6 for introducing an etching gas into the vacuum chamber 1 is provided around the top plate 5.
The gas inlet 6 is connected to an etching gas supply source via a gas supply passage (not shown) and a gas flow controller for controlling the flow rate of the etching gas. Further, a substrate electrode 7 is provided in the substrate electrode portion 1b below the plasma generating portion 1a of the vacuum chamber 1 via an insulator member 8, and the substrate electrode 7 is connected to a high frequency power supply 9 for applying an RF bias. ing.

【0014】図2には本発明の反応性イオンエッチング
装置の別の実施例を示し、この場合には磁気中性線放電
型として構成されている。図1の装置と対応した部分は
同じ符号で示す。この実施例では、真空チャンバー1の
上部のプラズマ発生部1aの円筒形の側壁2は誘電体で構
成され、この側壁2の外側でしかも二重巻きアンテナ3
の外側には、真空チャンバ−1内に磁気中性線を形成す
るための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル
10、11、12が設けられ、真空チャンバー1の上部のプラ
ズマ発生部1a内に磁気中性線13を形成する。プラズマ発
生用の二重巻きアンテナ3は、三つの磁場コイル10〜12
によって真空チャンバー1の上部のプラズマ発生部1a内
に形成された磁気中性線13に沿って交番電場を加えてこ
の磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしてい
る。
FIG. 2 shows another embodiment of the reactive ion etching apparatus according to the present invention. In this case, the apparatus is configured as a magnetic neutral discharge type. Parts corresponding to those of the apparatus of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the cylindrical side wall 2 of the plasma generating section 1a on the upper part of the vacuum chamber 1 is made of a dielectric material.
Outside, three magnetic field coils forming magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber-1
The magnetic neutral wire 13 is formed in the plasma generating section 1a at the upper part of the vacuum chamber 1 provided with 10, 11, and 12. The double wound antenna 3 for plasma generation has three magnetic field coils 10 to 12
As a result, an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 13 formed in the plasma generating section 1a in the upper part of the vacuum chamber 1 so as to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.

【0015】このように構成した図1及び図2に示す装
置において、プラズマ発生用高周波電源4(13.56MHz)
の電力を2.OkW、基板バイアス高周波電源9(800kHz)
の電力を500W、Ar90sccm(90%)、C4810sccm(1
0%)を導入し、3mTorrの圧力下でエッチングしたとこ
ろ、エッチストップなしにシリコン酸化膜に0.3μm径の
ほぼ垂直形状のエッチングが可能であった。従来の装置
構成における同条件下でのエッチングでは、パターン幅
によって多少の相違はあるものの、約0.5μm深さでエッ
チストップが起こっていた。壁面に付着する物質には、
CF、CF2、CF3、C22、C24、C25、C
35、C36、等の化合物やさらに分解の進んだC
2X、C3X、C4X(x=1〜2)等の化合物があ
る。これらの化合物は壁面に付着して重合膜を形成す
る。アンテナ3の表面電位が高いと、イオン衝撃が起こ
り、これらの化合物及び壁面材質がスパッタされて、微
細加工に望ましくない物質として気相中に析出する。し
かし、イオン衝撃が抑えられると、望ましくない物質の
析出が低減されるばかりでなく、抑えられなくとも低電
位でスパッタされて再びCF、CF2、CF3等の有用な
ラジカルとなつて気相中に飛び出し、逆に望ましいエッ
チャントとなる。このように誘導磁場成分を有効に形成
することにより、従来の装置構成ではエッチストップが
起こっていた条件でもエッチストップなしにサブミクロ
ンのホールパターンをエッチングできるようになった。
In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 configured as described above, the plasma generating high-frequency power supply 4 (13.56 MHz)
Power of 2.OkW, substrate bias high frequency power supply 9 (800kHz)
Power of 500 W, Ar 90 sccm (90%), C 4 F 8 10 sccm (1
0%) and etched under a pressure of 3 mTorr, it was possible to etch the silicon oxide film in a substantially vertical shape with a diameter of 0.3 μm without an etch stop. In the etching under the same conditions in the conventional apparatus configuration, the etch stop occurred at a depth of about 0.5 μm, although there were some differences depending on the pattern width. Substances that adhere to the wall include
CF, CF 2 , CF 3 , C 2 F 2 , C 2 F 4 , C 2 F 5 , C
3 F 5, C 3 F 6 , advanced a compound or further decomposition of equal C
2 F X, there is a C 3 F X, compounds such as C 4 F X (x = 1~2 ). These compounds adhere to the wall to form a polymer film. If the surface potential of the antenna 3 is high, ion bombardment occurs, and these compounds and wall materials are sputtered and deposited in the gas phase as a substance that is not desirable for fine processing. However, when the ion bombardment is suppressed, not only the deposition of undesired substances is reduced, but even if the ion bombardment is not suppressed, it is sputtered at a low potential and again becomes a useful radical such as CF, CF 2 , CF 3, etc. Jumps in and conversely becomes a desirable etchant. By effectively forming the induced magnetic field component in this manner, a submicron hole pattern can be etched without an etch stop even in a condition where an etch stop has occurred in the conventional apparatus configuration.

【0016】図示実施例ではエッチング装置に適用した
例を述ぺたが、同様な効果はプラズマCVD装置を用い
たときでも期待できることは言うまでもない。また、図
示実施例では並列2重巻きのアンテナが用いられている
が、巻き数を多くすればそれだけインピーダンスが減少
し、アンテナ表面に発生する電位をより低く抑えること
ができ、真空チャンバー中心方向の誘導電場をより有効
に発生させることができる。
In the illustrated embodiment, an example in which the present invention is applied to an etching apparatus has been described, but it is needless to say that a similar effect can be expected even when a plasma CVD apparatus is used. Further, in the illustrated embodiment, a parallel double-wound antenna is used, but as the number of turns increases, the impedance decreases accordingly, the potential generated on the antenna surface can be suppressed lower, and the potential in the center of the vacuum chamber is reduced. The induction electric field can be generated more effectively.

【0017】図3〜図5には従来の1重巻きアンテナ面
内における径方向誘導電場と本発明における並列2重巻
きアンテナの中間位置の面内における径方向誘導電場と
を示し、径方向位置1がアンテナの位置である。図4で
は本発明における並列2重巻きアンテナはZ=0の位置
にあり、一方従来例の1重巻きアンテナ位置はアンテナ
と同一平面である。アンテナ近傍における誘導電場は1
重巻きでも並列2重巻きでも大きな差違はないが、アン
テナ位置より遠くなると差違が発生する。並列2重巻き
の場合、より遠方まで誘導電場成分が形成されている。
このことは、プラズマ発生用のアンテナの表面電位を低
くして、有効に誘導結合成分を大きくすることができる
ことを意味する。この結果、従来の1重巻きアンテナの
時に比べて、アンテナの内側の誘電体内壁面のスパッタ
が抑制される上に、プラズマ密度を低下させずに有効に
プラズマを形成、維持できる。従って、静電結合成分を
少なくしているので、アンテナ径を大きくできる上に、
インピーダンスが減少した分、高い周波数の電力を供給
することもできる。また、プラズマ発生用のアンテナの
表面電位が減少するので、微細加工に望ましくないSi
O化合物や表面で重合した物質のプラズマ中へのスパッ
タによる析出を低く抑えることができる。
FIGS. 3 to 5 show a radial induction electric field in the plane of a conventional single-wound antenna and a radial induction electric field in an intermediate position of the parallel double-wound antenna according to the present invention. 1 is the position of the antenna. In FIG. 4, the parallel double-wound antenna of the present invention is at the position of Z = 0, whereas the position of the conventional single-wound antenna is flush with the antenna. The induced electric field near the antenna is 1
There is no significant difference between the heavy winding and the parallel double winding, but a difference occurs at a position farther from the antenna position. In the case of the parallel double winding, an induced electric field component is formed farther away.
This means that the surface potential of the antenna for plasma generation can be reduced and the inductive coupling component can be effectively increased. As a result, as compared with the conventional single-wound antenna, spatter on the inner wall of the dielectric inside the antenna is suppressed, and plasma can be effectively formed and maintained without lowering the plasma density. Therefore, since the electrostatic coupling component is reduced, the antenna diameter can be increased, and
Higher frequency power can be supplied by the reduced impedance. In addition, since the surface potential of the antenna for plasma generation decreases, Si which is not
Precipitation of an O compound or a substance polymerized on the surface by sputtering into plasma can be suppressed to a low level.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
反応性イオンエッチング装置においては、プラズマ発生
用アンテナを並列多重巻きにして高周波電力を印加する
ように構成しているので、O.3μm幅以下の微細加工にお
いて、並列多重巻きアンテナに高周波電力を印加して、
適当な電力領域でエッチングすることによりエッチスト
ップなしにサブミクロンホールのパターンエッチングが
できる。従って、半導体や電子部品加工に用いられてい
る反応性イオンエッチングプロセスに大きな貢献をする
ものである。
As described above, in the reactive ion etching apparatus according to the present invention, since the plasma generating antenna is configured to apply multiple high-frequency power in parallel multiple turns, the 0.3 μm width is applied. In the following micromachining, high frequency power is applied to the parallel multiple winding antenna,
By etching in an appropriate power region, pattern etching of submicron holes can be performed without an etch stop. Therefore, it greatly contributes to the reactive ion etching process used for processing semiconductors and electronic parts.

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

【図1】 本発明の一実施例を示す概略線図。FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の別の実施例を示す概略線図。FIG. 2 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】 本発明によるエッチング装置におけるベクト
ルポテンシャルの計算位置を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a calculation position of a vector potential in the etching apparatus according to the present invention.

【図4】 ベクトルポテンシャルの径方向の分布を示す
グラフ。
FIG. 4 is a graph showing a radial distribution of a vector potential.

【図5】 R=0.8におけるZ方向のベクトルポテンシ
ャルの径方向の分布を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the radial distribution of the vector potential in the Z direction at R = 0.8.

【図6】 従来の誘導結合放電型エッチング装置を示す
概略線図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional inductively coupled discharge type etching apparatus.

【図7】 従来の磁気中性線放電型エッチング装置を示
す概略線図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a conventional magnetic neutral beam discharge etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:真空チャンバー 2:円筒形の側壁 3:二重巻高周波アンテナ 4:プラズマ発生用高周波電源 5:天板 6:ガス導入口 7:基板電極 8:絶縁体部材 9:高周波電源 10〜12:磁場コイル 13:磁気中性線 1: vacuum chamber 2: cylindrical side wall 3: double winding high frequency antenna 4: high frequency power supply for plasma generation 5: top plate 6: gas inlet 7: substrate electrode 8: insulator member 9: high frequency power supply 10 to 12: Magnetic field coil 13: magnetic neutral wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 岱二郎 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Daijiro Uchida 2500 Hagizono, Chigasaki-shi, Kanagawa Japan Vacuum Engineering Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバー内に放電プラズマを発生
するための高周波コイルを備えたプラズマ発生手段を有
し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバ
ー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入
気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオン
を積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電
場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板
をエッチングする誘導結合放電型反応性イオンエッチン
グ装置において、真空チャンバーの一部を円筒状の誘電
体で構成し、誘電体で構成された円筒状の真空チャンバ
ー部分の下部に高周波バイアスを印加する基板電極を設
け、上記円筒状の真空チャンバー部分の外側にプラズマ
を発生するための高周波コイルを並列多重巻きに配置し
たことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
1. A plasma generating means having a high-frequency coil for generating discharge plasma in a vacuum chamber, wherein a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into the vacuum chamber to form plasma at a low pressure. At the same time, the introduced gas is decomposed and the generated atoms, molecules, radicals, and ions are positively used, and an alternating electric field or a high-frequency electric field is applied to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate mounted on the electrode. In an inductively coupled discharge type reactive ion etching apparatus, a part of a vacuum chamber is composed of a cylindrical dielectric, and a substrate electrode for applying a high-frequency bias is provided below a cylindrical vacuum chamber part composed of the dielectric. A high frequency coil for generating plasma is arranged in parallel multiple winding outside the cylindrical vacuum chamber portion. Reactive ion etching equipment.
【請求項2】 真空チャンバー内に連続して存在する磁
場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁
場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交
番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生す
るための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を
有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャン
バー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導
入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオ
ンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番
電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基
板をエッチングする磁気中性線放電型反応性イオンエッ
チング装置において、真空チャンバーの一部を円筒状の
誘電体で構成し、誘電体で構成された円筒状の真空チャ
ンバー部分の外側に、この真空チャンバー部分内に環状
磁気中性線を形成する複数の磁場コイルを配置し、円筒
状の真空チャンバー部分の下部に高周波バイアスを印加
する基板電極を設け、磁気中性線と同一面内であって誘
電体で構成された円筒状の真空チャンバー部分と磁場コ
イルとの間にプラズマを発生するための並列多重の高周
波コイルを配置したことを特徴とした反応性イオンエッ
チング装置。
2. A magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line which is a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line. It has a plasma generating means provided with a high-frequency coil for generating discharge plasma in this magnetic neutral wire, and introduces a gas mainly composed of a halogen-based gas into a vacuum chamber to form plasma at a low pressure. Decomposes the introduced gas, actively utilizes the generated atoms, molecules, radicals, and ions, applies an alternating electric field or high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma, and etches the substrate mounted on the electrode. In a radiation discharge type reactive ion etching apparatus, a part of a vacuum chamber is formed of a cylindrical dielectric, and a part of the vacuum chamber is formed outside the cylindrical vacuum chamber formed of the dielectric. A plurality of magnetic field coils forming an annular magnetic neutral line are arranged in this vacuum chamber portion, and a substrate electrode for applying a high-frequency bias is provided at a lower portion of the cylindrical vacuum chamber portion, and in the same plane as the magnetic neutral line. A reactive ion etching apparatus characterized in that a parallel multiple high-frequency coil for generating plasma is arranged between a cylindrical vacuum chamber portion made of a dielectric and a magnetic field coil.
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