JPS62271432A - Dry etching apparatus - Google Patents

Dry etching apparatus

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Publication number
JPS62271432A
JPS62271432A JP28195786A JP28195786A JPS62271432A JP S62271432 A JPS62271432 A JP S62271432A JP 28195786 A JP28195786 A JP 28195786A JP 28195786 A JP28195786 A JP 28195786A JP S62271432 A JPS62271432 A JP S62271432A
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JP
Japan
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etching
gap
etched
magnet
cathode
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Application number
JP28195786A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruo Okano
晴雄 岡野
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the efficiency of electric discharge and thereby to etch at high speed a material to be etched, by disposing above or below an electrode a magnet having a gap of a closed circuit, so as to cause electrons to make a magnetron movement by perpendicularly-intersecting electromagnetic fields generated on the electrode or the magnet. CONSTITUTION:A permanent magnet 1, together with a pole piece 3 made of soft iron, generates a magnetic line of force B substantially parallel to an opposite electrode 4 made of stainless steel in a gap 2. An electric component 6 is cooled by a water cooling pipe 7. When a magnetic field exists in the gap 2, perpendicularly-intersecting-electromagnetic fields are generated in the vicinity of the gap 2 by said magnetic field and an electric field which is determined by DC self-bias and high-frequency power. Electrons near the gap 2 are subjected to a drift field, and thereby the efficiency of ionization in the vicinity 15 thereof is increased remarkably in comparison with that in the surroundings 16 thereof. Thereby the efficiency of discharge is improved, and thus a material to be etched is etched at high speed.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路などの製造工程におけるSiや5i0
2あるいはMなどの膜のエツチングに用いられるドライ
エツチング装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the use of Si and 5i0 in the manufacturing process of integrated circuits, etc.
This invention relates to a dry etching device used for etching films such as 2 or M.

近年、集積回路は微細化の一途をたどり、最近では最小
パターン寸法が1〜2μmの起LSIも試作開発される
に至っている。この超微細加工にはプラズマエツチング
技術は欠くことのできないものとなっている。本技術は
通常、平行平板型電極を有する反応容器にCF4などの
反応性ガスを導入し、13.58 MHgなどの高周波
(「f)電力を印加すると電極(陰極)上に試料を置き
、そしてグロー放電によって生じたガスプラズマからの
正イオンを陰極に生じる降下電圧(V dc)によって
加速し、試料に衝撃し、これをエツチングする。
In recent years, integrated circuits have become increasingly finer, and recently, prototype LSIs with a minimum pattern size of 1 to 2 μm have been developed. Plasma etching technology is indispensable for this ultra-fine processing. The technique typically involves introducing a reactive gas such as CF4 into a reaction vessel with parallel plate electrodes, placing the sample on the electrode (cathode) upon application of radio frequency ('f) power such as 13.58 MHg, and Positive ions from the gas plasma generated by the glow discharge are accelerated by a voltage drop (V dc) generated at the cathode, impact the sample, and etch it.

この方法は反応性イオンエツチング(RI E)と呼ば
れている。しかしこの平゛行平板の高周波(「r)を印
加して生じるグロー放電では、例えばCF4+H2ガス
を用いた5i02のRIEでは高々300人/分のエツ
チングであり、1μmの膜厚の5i02エツチングでは
40分も要し、量産性の点で、この極めて低いエツチン
グ速度は現在重大な問題となっている。またMのRIE
では通常CCl4ガスを主に用いるが、エツチング速度
は約1000人/分で1μmの厚さに対して数10分、
リンドープPo1y−StのRIEではCBrF3ガス
を用いて、エツチング速度は500人/分で、4000
人の厚さに対して8分と5i02程ではないが、比較的
低く、これらの速いエツチングも同様に望まれている。
This method is called reactive ion etching (RIE). However, with the glow discharge generated by applying high frequency (r) to parallel plates, for example, in RIE of 5i02 using CF4+H2 gas, the etching rate is at most 300 people/minute, and in the case of etching of 5i02 with a film thickness of 1 μm, the etching rate is 40 This extremely low etching speed is currently a serious problem in terms of mass production.
Usually, CCl4 gas is mainly used, and the etching speed is about 1000 people/min, which takes several tens of minutes for a thickness of 1 μm.
In the RIE of phosphorus-doped Po1y-St, CBrF3 gas was used, and the etching rate was 500 people/min.
Although not as high as 8 minutes and 5i02 for human thickness, these fast etches are desired as well, as they are relatively low.

エツチング速度を向上させるためには、例えばrrm力
を増大させることによって幾分エツチング速度が向上す
るが、しかし、エツチング種の増加の利点より、rf’
電力の熱への変換による損失が太き(、又、陰極降下電
圧などの増大によって、エツチングマスクとなるフォト
レジストの変質や劣化、それにSt基盤への電気的損傷
を招く。それ故現在これらの有害な点を考慮して、エツ
チング速度を犠牲にしてもrfm力をできるだけ下げて
用いられるのが常となっている。この本質的な要因は平
行平板型グロー放電ではガスのイオン化効率が高々5〜
3%程度であるということにある。
In order to improve the etching speed, for example, increasing the rrm force may improve the etching speed somewhat, but the advantage of increasing the number of etching species is outweighed by the rf'
The loss due to the conversion of electric power to heat is large (and the cathode drop voltage increases, etc.), which leads to deterioration and deterioration of the photoresist that serves as an etching mask, and electrical damage to the St substrate. Considering harmful effects, it is customary to lower the RFM power as much as possible even at the expense of etching speed.The essential reason for this is that in parallel plate glow discharge, the gas ionization efficiency is at most 5. ~
It is said that it is about 3%.

これに対して、最近、プラズマ内への電子供給手段をも
った3電極型の装置を用いて、StおよびAl2O3の
高速エツチグが得られたという報告もあるが、これは熱
フィラメントを使用しているために、このフィラメント
の反応性ガスによる腐蝕が生じ、長時間の連続使用に対
しては問題がある。(N、 Ie1man他、J 、 
Mac、 Sci。
On the other hand, there has recently been a report that high-speed etching of St and Al2O3 was achieved using a three-electrode device equipped with a means for supplying electrons into the plasma, but this was not possible using a hot filament. As a result, the filament is corroded by the reactive gas, which poses a problem for long-term continuous use. (N, Ie1man et al., J.
Mac, Sci.

Technol、 1?(3)、 731.1(18G
)さらに、プラズマ中のエツチング種の密度を高めるた
めに、レーザを用いるという方法も提案されている。(
J、I。
Technol, 1? (3), 731.1 (18G
) Furthermore, a method has been proposed in which a laser is used to increase the density of etching species in plasma. (
J.I.

5telnfeld他、J 、 Electroche
m、 Soc、 127,514゜1980)この方法
によると、確かに、エツチング種の密度は大きくなり、
エツチング速度も大きくなってはいるが、増加したエッ
チグ種は主に中性ラジカルであり、従って、エツチング
種は垂直な壁をもったエツチングとはならず、サイドエ
ツチングが入るものと考えられ、1μm以下のサブミク
ロン加工には受は入れられないものである。
5telnfeld et al., J. Electroche
m, Soc, 127,514゜1980) According to this method, the density of etching species certainly increases,
Although the etching rate has also increased, the increased etching species are mainly neutral radicals, and therefore, the etching species does not result in etching with vertical walls, but is thought to include side etching, and it is thought that etching occurs with a thickness of 1 μm. The following submicron processing is unacceptable.

この様な事情は、絶縁材料製反応容器内の電気部品が置
かれる電極にrr印加し、反応容器支持台を接地するタ
イプ、或いは「fの代わりにDC電源を用いるものでも
同じである。
This situation is the same in the type in which rr is applied to the electrode on which electrical parts are placed in the reaction vessel made of insulating material and the reaction vessel support is grounded, or in the type in which a DC power source is used instead of f.

そこで、上記の損傷がなく、エツチング速度を増すため
には、印加重力をできるだけ多く用いて効率の良い放電
を行い、導入ガスを解離して、多くの反応種を作り出す
必要がある。
Therefore, in order to avoid the above damage and increase the etching rate, it is necessary to use as much applied force as possible to perform efficient discharge, dissociate the introduced gas, and create many reactive species.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は高速でしかも電気的損傷などの問題が少ないド
ライエツチング装置を提供することにある。。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a dry etching apparatus that is high-speed and has fewer problems such as electrical damage. .

本発明によれば、電極上又は電極下の永久磁石及び/又
は電磁石により、電極間に、電界と直交する磁界を形成
して電子をドリフト運動させ、電子とガスの衝突解離を
促進して放電効率を向上させることにより、多くのエツ
チング種を生じせしめ、この電極又は磁石上、つまり陰
極面上に置いた被エツチング材料を高速にエツチングす
るものである。
According to the present invention, a magnetic field orthogonal to the electric field is formed between the electrodes by a permanent magnet and/or an electromagnet on or under the electrode, causing electrons to drift, promoting collisional dissociation between electrons and gas, and discharging the gas. By improving the efficiency, a large number of etching species are generated, and the material to be etched placed on the electrode or magnet, that is, on the cathode surface, is etched at high speed.

以下本発明の実施例を図面を参照しなから説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を説明するための断面図であ
る。この装置は永久磁石(1)1個に対して矩形(円形
でも良い)の閉じた間隙(放電路)(2)をもつ。同図
において、(1)は、例えばコバルトサマリウム系の永
久磁石であり、磁性材料、ここでは軟鉄製のポールピー
ス(3)とともに、前記間隙(2)において、ステンレ
ス製の対向電極(陽極)(通常接地電位(17)) (
4)とほぼ平行する磁力線(B)を発生させる。対向電
極(4)は非磁性材料を用いることができる。また、永
久磁石(1)とポールピース(3)は、前記陽極(4)
と対向して、陰極(8)の1部を構成し、この電極上に
は、非磁性材料(5)、ここでは炭素(C)vi、が設
けられている。電気部品(6)は水冷パイプ(7)によ
り冷却されている。
FIG. 1 is a sectional view for explaining one embodiment of the present invention. This device has a rectangular (or circular) closed gap (discharge path) (2) for one permanent magnet (1). In the figure, (1) is a permanent magnet made of, for example, cobalt samarium, and together with a pole piece (3) made of a magnetic material, here soft iron, a counter electrode (anode) made of stainless steel ( Normal earth potential (17)) (
Generate lines of magnetic force (B) that are approximately parallel to 4). A non-magnetic material can be used for the counter electrode (4). Further, the permanent magnet (1) and the pole piece (3) are connected to the anode (4).
A non-magnetic material (5), here carbon (C)vi, is provided on this electrode, which forms part of a cathode (8). Electrical components (6) are cooled by water cooling pipes (7).

ポールピース(3)は箱状であり、その内、上面の閉ル
ープを為す間隙(2)で囲まれた部分は永久磁石(1)
によって支えられている。永久磁石(1)は上面がN1
下面がS極であるので、間隙(2)を跡いてポールピー
ス(3)上にアーチ状に磁力線が生ずる。
The pole piece (3) is box-shaped, and the part surrounded by the gap (2) forming a closed loop on the top surface is a permanent magnet (1).
is supported by The upper surface of the permanent magnet (1) is N1
Since the lower surface is the south pole, lines of magnetic force are formed in an arch shape on the pole piece (3) following the gap (2).

まず、前記間隙に磁場がないとした時について説明する
。最初に真空仕切バルブ(13)を開けてから、反応容
器(4)内を真空にυF気した後、ガス導入口(18)
から解離により生成するイオンが反応性を示す原料ガス
を導入してから、高周波1!源([2)を整合回路(1
1)を介して、陰極(8)に印加する。
First, the case where there is no magnetic field in the gap will be explained. First, open the vacuum partition valve (13), create a vacuum inside the reaction vessel (4), and then open the gas inlet (18).
After introducing a raw material gas in which ions generated by dissociation show reactivity, high frequency 1! The source ([2) is connected to the matching circuit (1
1) to the cathode (8).

そうすると、この高周波電力により、前記導入ガスのグ
ロー放電を生じ、前述した様に陰極上には、陰極降下電
圧(直流自己バイアス)が発生し、いわゆる陰極暗部と
呼ばれる放電光の暗い領域(10)が観察される。
Then, this high-frequency power causes a glow discharge of the introduced gas, and as described above, a cathode drop voltage (DC self-bias) is generated on the cathode, resulting in a dark area of discharge light called the cathode dark area (10). is observed.

次に、間隙(2)に磁界が存在する場合には、磁界がな
い場合と同様じ操作するが、この磁界と、前述の直流自
己バイアスおよび高周波電力によって決まる電界とによ
り、この間隙(2)近傍には直交する電磁界が発生する
ため、間隙近傍の電子は、IEXIB方向にドリフト電
界を受け、間隙近傍のドリフト軌道にトラップされるこ
とになり、従ってその付近(15)のイオン化効率は、
その周囲(16)に比較して著しく増加する。実際、本
発明者等が、陰極上の陰極暗部の厚さを磁場がある場合
とない場合に対して観察してみると、磁場がある場合に
は、肉眼ではほとんど観察することができない程狭くな
ることを確認した。このことは、直交電磁界の存在する
間隙部近傍では局所的にプラズマ密度が非常に高いこと
を意味しておりその結果、従来の直流自己バイアスの大
きさに比較して、小さな値で大きな電力密度を投入でき
ることになる。このことが、本発明の目的である高速エ
ツチングの基本となるものである。すなわち、例えば、
導入ガスとして、CF<  (フレオン)、被エッチン
グ材料である電気部品(本明細書では製造中途のものも
含む)(6)として酸化シリコン(S i 02 )を
選び、前述したエツチング装置において、エツチングを
行うと、エッチャントが当ると揮発性ガスに変わりエツ
チング条件、CF4圧力0 、04To r r 、電
力密度0.2W/ad、披エンチグ材料載置台をC板と
した時、St基板上に形成した5i02膜のエツチング
速度は約1μm/minという高速エツチングが達成さ
れ、しかもSt基板のイオン損傷は小さかった。又、5
i02膜上にレジストパターンを形成して5i02膜エ
ツチング後、そのプロファイルをSEMにより観察し、
垂直なエツチング壁をもった異方性エツチングであるこ
とを認識した。
Next, if a magnetic field exists in the gap (2), the same operation as in the case without a magnetic field is performed, but due to this magnetic field and the electric field determined by the DC self-bias and high-frequency power mentioned above, the gap (2) Since an orthogonal electromagnetic field is generated in the vicinity, electrons near the gap receive a drift electric field in the IEXIB direction and are trapped in the drift orbit near the gap. Therefore, the ionization efficiency in the vicinity (15) is
It increases significantly compared to its surroundings (16). In fact, when the inventors observed the thickness of the cathode dark area on the cathode with and without a magnetic field, they found that in the presence of a magnetic field, it was so narrow that it could hardly be observed with the naked eye. I confirmed that it would happen. This means that the plasma density is locally very high near the gap where the orthogonal electromagnetic field exists, and as a result, compared to the size of the conventional DC self-bias, a large amount of power is generated with a small value. This means that density can be added. This is the basis of high-speed etching, which is the object of the present invention. That is, for example,
CF< (Freon) was selected as the introduced gas, and silicon oxide (S i 02 ) was selected as the electrical component to be etched (including those in the process of being manufactured in this specification) (6). When the etching conditions are CF4 pressure 0, 04 Torr, power density 0.2 W/ad, and the etching material mounting table is C plate, the etchant is formed on the St substrate. A high etching speed of about 1 μm/min was achieved for the 5i02 film, and the ion damage to the St substrate was small. Also, 5
After forming a resist pattern on the i02 film and etching the 5i02 film, its profile was observed by SEM,
We realized that this is anisotropic etching with vertical etching walls.

第2図は、同じ装置において、C2F、にN2を添加し
た時の5i02.Siのエツチング特性(a)を、従来
例、すなわち被エッチング材料を陰極(8)上に置いた
場合(b)とについて比較したものである。同図より明
らかな様に、本発明の方法を用いて5i02をエツチン
グした場合には、従来例に比較して数十倍のエツチング
速度が達成され、また、H2a度70%前後においてS
iとの選択比も、10以上と従来と同程度の良い選択性
の値が得られた。
Figure 2 shows 5i02. when N2 is added to C2F in the same apparatus. The etching characteristics of Si (a) are compared with those of a conventional example (b) where the material to be etched is placed on the cathode (8). As is clear from the figure, when 5i02 is etched using the method of the present invention, an etching speed several tens of times faster than that of the conventional example is achieved, and S
The selectivity ratio with respect to i was also 10 or more, which was comparable to the conventional value.

また、本発明者等は、第3図に示すような試料表面上の
磁界の強さと5i02.SLのエツチング速度の間の特
異な現象を発見した。エツチング条件は0.04Tor
r、 250 WでC2F6ガスを用いた。第4図に言
う磁界の強さとは、第1図において陰極(8)の1部を
構成するポールピース(3)に載せたC仮(5)表面の
、前記放電間隙(2)上の磁界をホールセンサにて測定
したものである。該C板の厚みhを次第に厚くすること
によって、間隙近傍の磁界の強さを変化させた時の5i
02゜Slのエツチング速度は、磁界の強さを増すに従
いStのエツチング速度の上昇よりも5to2の方が大
きくなり、その結果、5i02とSiのエツチング壁の
比も磁界の強さとともに大きくなることが判明した。す
なわち、この実験事実より、Siに対する5i02の選
択エツチングを達成するためには、間隙(2)近傍の磁
界と強さとしては350ガウス以上、また、間隙面から
の高さは8+I11以下でなければならないことがわか
っt;。なお、披エツチング材料を直接、前記磁性材料
(3)上に置いてエツチングしたもの(、h −0)は
、5to2のエツチング速度が実に3μm1分という超
高速の値が得られ、また、Siとの選択比はC21’e
単独のガスで約5〜6という値となり、この値は、従来
方法により、C2FG単独ガスで5i02.Stをエツ
チングした時の値(〜約2程度)よりも高いことがわか
った。
The present inventors also investigated the strength of the magnetic field on the sample surface as shown in FIG. 3 and the 5i02. We discovered a peculiar phenomenon between the etching rates of SL. Etching condition is 0.04 Tor
r, 250 W using C2F6 gas. The strength of the magnetic field shown in Figure 4 refers to the magnetic field above the discharge gap (2) on the surface of the C temporary (5) placed on the pole piece (3) that constitutes a part of the cathode (8) in Figure 1. was measured using a Hall sensor. 5i when the strength of the magnetic field near the gap is changed by gradually increasing the thickness h of the C plate.
As the strength of the magnetic field increases, the etching rate of 02°Sl becomes larger for 5to2 than the etching rate of St, and as a result, the ratio of the etching wall of 5i02 to Si also increases with the strength of the magnetic field. There was found. In other words, from this experimental fact, in order to achieve selective etching of 5i02 on Si, the magnetic field and strength near the gap (2) must be 350 Gauss or more, and the height from the gap surface must be 8 + I11 or less. I found out that it doesn't happen. In addition, when the etching material was placed directly on the magnetic material (3) and etched (h-0), an ultra-high etching speed of 3 μm/minute was obtained for 5to2, and it was also The selectivity ratio of C21'e
A value of about 5 to 6 is obtained with a single gas, and this value is 5i02. It was found that the value was higher than that obtained when St was etched (approximately 2).

第4図は、ガスとしてC2F、を用い、圧力0.04T
orr、 C板の厚さくh)を2 mmとした時、rf
’電力250W、80Wに対してSi、5i02のエツ
チング速度を間隙(2)の中央からの距離(x)を横軸
として求めたものである。間隙の中央上、即ちx−0で
は、250Wの時には5i02のエツチング速度は1μ
mに達しているが、80Wでは極めて低く、デポジショ
ンの影響があるものと思われる。
Figure 4 uses C2F as the gas, and the pressure is 0.04T.
orr, when the thickness h) of C plate is 2 mm, rf
'The etching rate of Si, 5i02 was determined using the distance (x) from the center of the gap (2) as the horizontal axis for electric power of 250 W and 80 W. At the center of the gap, i.e. at x-0, the etching rate of 5i02 is 1μ at 250W.
m, but it is extremely low at 80W, which is probably due to the influence of deposition.

第5図は、同じく、C2F fl、  0.(14To
rr、C板の厚さを2 mmとした時、r(’t4力に
対してSt。
FIG. 5 also shows C2F fl, 0. (14To
rr, C When the thickness of the plate is 2 mm, r('St for the t4 force.

5i02のエツチング速度を求めたものである。The etching speed of 5i02 was determined.

100Wは近から選択性が急増を始め、又、5i02の
エツチング速度も急増し、高速、高選択性が得られてい
る。
At 100W, the selectivity begins to increase rapidly, and the etching speed of 5i02 also increases rapidly, resulting in high speed and high selectivity.

第5図で行なった200〜400Wのエツチングでは、
高周波電力の増加に対して陰極降下電圧が殆んど変化し
なかった。この時の陰極降下電圧Vdcを横軸に取ると
、Vdcに対してイオン電流が急峻に増加するマグネト
ロンモードが認められた。
In the 200-400W etching shown in Figure 5,
The cathode drop voltage hardly changed as the radio frequency power increased. When the cathode drop voltage Vdc at this time was plotted on the horizontal axis, a magnetron mode was observed in which the ion current sharply increased with respect to Vdc.

VdcはDCバイアスの時はD C11S圧に対応する
Vdc corresponds to DC11S pressure at DC bias.

第6図は、陰極(8)を接地し、ボーピース(3)に対
向するように平板陽極を反応容器(4)内に設け、DC
電源を接続した時のDC電圧とイオン電流の関係である
。C板は除いてあり、C2F6ガスを用い、圧力2 x
 10  Torr(a)、7 x 10−’Torr
(b)、 3 x 10−’Torr(c)では、(a
) 、 (b)にマグネトロンモードが認められた。
In Figure 6, the cathode (8) is grounded, a flat plate anode is provided in the reaction vessel (4) so as to face the bow piece (3), and the DC
This is the relationship between DC voltage and ion current when the power source is connected. The C plate is removed, and C2F6 gas is used at a pressure of 2 x
10 Torr(a), 7 x 10-'Torr
(b), 3 x 10-'Torr (c), (a
), magnetron mode was observed in (b).

第7図は、”第2図で説明した5i02とStとの選択
比が最も得られる、H2a度70%付近でSiをエツチ
ングした時の試料表面を真上から観察した時の図である
。第2図に示した例においては、従来方法によりエツチ
ングした試料はH2濃度が60%を越えると、C−F結
合を有したテフロン系の有機膜がウェハ表面に全面にわ
たって堆積するが、1B本発明の実施例においては、同
図に示すように、放電間隙(19)−a、b両側約1 
cm程度(21)−a、b、cは全く有機膜の堆積が見
られず、堆積場所はその周辺(20)−a、b、cに限
られることがわかった。この有機膜は、この膜を前記放
電間隙(19)−a、  b、上に置くことによりエツ
チングすることができるが、殊に、19−a。
FIG. 7 is a view of the sample surface observed from directly above when Si is etched at around 70% H2a, where the selectivity between 5i02 and St described in FIG. 2 is best obtained. In the example shown in Figure 2, when the H2 concentration exceeds 60% in the sample etched by the conventional method, a Teflon-based organic film with C-F bonds is deposited over the entire surface of the wafer; In the embodiment of the invention, as shown in the figure, the discharge gap (19)-a, b is about 1
It was found that no organic film was deposited at all in (21)-a, b, and c of about cm, and that the deposition locations were limited to the surrounding areas (20)-a, b, and c. This organic film can be etched by placing it over the discharge gaps (19)-a, b, but especially 19-a.

19− b上にプラズマ密度極大位置が複数存在する場
合に、その間の電気部品にあってもエツチングが行なわ
れる如く狭めることによりエツチング均一性を高めるこ
とができる。第3図を例にとれば電界との直交成分が3
50ガウス以上になるようにする。この有機膜堆積は、
第5図の本発明の実施例において説明するように、前記
放電間隙(19)−a、  t)の間の間隙を短くし、
従って、各放電間隙の放電を互いにオーバーラツプさせ
ることにより防止することができる。
When there are a plurality of plasma density maximum positions on 19-b, etching uniformity can be improved by narrowing the area so that even electrical parts between them can be etched. Taking Figure 3 as an example, the orthogonal component to the electric field is 3
Make sure it is at least 50 Gauss. This organic film deposition is
As explained in the embodiment of the invention in FIG. 5, the gap between the discharge gap (19)-a, t) is shortened;
Therefore, discharges in each discharge gap can be prevented by overlapping each other.

さらに第1図の装置では、被エツチング材料は矩形又は
ストライブ状(或いはリング状)にエツチングされるの
みで、試料全体にわたって一様にエツチングを行う目的
には適していない。
Further, in the apparatus shown in FIG. 1, the material to be etched is etched only in a rectangular or stripe (or ring) shape, and is not suitable for uniformly etching the entire sample.

第8図に、実際に均一なエツチングが行えるようにした
本発明の他の実施例を示す。同図において、(22)−
a、b、cは永久磁石であり、整合回路(2B)を介し
て高周波電源(27)の電力が印加される非磁性材料か
らなる陰極(31)の下部に非接触の状態で配置されて
いる。また、(24)は、磁性材料、例えば軟鉄よりな
るポールピースであり、全体として、例えば1方向に走
査するためのモータに連結された箱型の容器に収納され
ており、モータ(28)の駆動とともに、全体としてス
キャンすることが可能な構造になっている。また、永久
磁石を複数個配置することにより複数個の放電間隙(2
3)−a −fが生じ、かつ、各放電間隙での放電、す
なわち、磁場は第7図に示した実験事実によりオーバラ
ップさせるようになっており、(23) −a〜f間に
於いて非堆積傾向又はエツチング傾向になるようにしで
ある。また、(25)は、陰極(31)を冷却するため
の水冷手段である。(29)は絶縁材料である。
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention in which uniform etching can actually be performed. In the same figure, (22)-
Permanent magnets a, b, and c are arranged in a non-contact manner below a cathode (31) made of a non-magnetic material to which power from a high-frequency power source (27) is applied via a matching circuit (2B). There is. Further, (24) is a pole piece made of a magnetic material, for example soft iron, and is housed as a whole in a box-shaped container connected to a motor for scanning in one direction, for example. It has a structure that allows it to be driven and scanned as a whole. In addition, by arranging multiple permanent magnets, multiple discharge gaps (2
3) -a -f occurs, and the discharge in each discharge gap, that is, the magnetic field, is made to overlap according to the experimental facts shown in Fig. 7, and (23) between -a and f. This is so that there is a tendency for non-deposition or etching. Further, (25) is water cooling means for cooling the cathode (31). (29) is an insulating material.

以上説明した陰極下部を構成する永久磁石、ポールピー
ス等は、全体して真空容器(36)内に収められており
、排気系(32)へ、通気孔(34)を通して真空的に
連結している。また、(33)は、陰極上の放電が、前
記陰極下部に入り込まないようにするためのダークスペ
ースシールドである。このような装置構成にすることに
より、エツチング中に永久磁石によって発生する磁場を
ウェハ面上で走査することができ、従って、被エッチン
グ材料を高速にエツチングしなから、かつ均一性良くエ
ツチングすることが可能となった。
The permanent magnet, pole piece, etc. that make up the lower part of the cathode described above are housed as a whole in a vacuum container (36), and are connected to the exhaust system (32) in a vacuum manner through the ventilation hole (34). There is. Moreover, (33) is a dark space shield for preventing the discharge on the cathode from entering the lower part of the cathode. With such an apparatus configuration, the magnetic field generated by the permanent magnet can be scanned over the wafer surface during etching, so that the material to be etched can be etched with good uniformity without being etched at high speed. became possible.

第9図には、同時に、いわゆる″−筆書き”の放電間隙
(38)をもった本発明の更に他の実施例を示しである
が、第7図と同様に電気部品上の一方向に対して非堆積
傾向又はエツチング傾向になるようにしである。第7図
と同様に位一方向に走査することによりやはり一様な均
一性のエツチングが得られた。
FIG. 9 also shows a further embodiment of the present invention having a so-called "-brush" discharge gap (38), but similar to FIG. On the other hand, it tends to be non-depositing or etching. By scanning in the same direction as in FIG. 7, uniform etching was also obtained.

第10図は、さらに、バッチ性を考慮した応用例である
。(a)は装置の断面図、(b)は陰極の上面図で、(
a)で示した永久磁石の断面部位をX−X′で示す。す
なわち、非磁性材料からなる回転テーブル(49)の下
部に放電間隙(50)を図の様に構成することにより、
エツチング中回転テーブル上の被エッチング材料(45
)を連続回転させることによって、高速、かつ均一性良
くバッチ処理ができるエツチング装置を提供するもので
ある。同図において、(47)は永久磁石、(48)は
、ダークスペースシールド、(41)は水冷手段、(3
9)は高周波電源、(42)は回転のためのモータ、(
44)は排気系である。
FIG. 10 is an example of an application in which batch characteristics are further taken into consideration. (a) is a cross-sectional view of the device, (b) is a top view of the cathode, and (
The cross-sectional area of the permanent magnet shown in a) is indicated by X-X'. That is, by configuring the discharge gap (50) as shown in the figure below the rotary table (49) made of non-magnetic material,
During etching, the material to be etched (45
) is continuously rotated to provide an etching apparatus capable of performing batch processing at high speed and with good uniformity. In the figure, (47) is a permanent magnet, (48) is a dark space shield, (41) is a water cooling means, (3
9) is a high frequency power supply, (42) is a motor for rotation, (
44) is the exhaust system.

(48)はガス導入孔、(51)は真空容器、(52)
は絶縁材料、(40)は整合回路、(43)はプーリー
である。
(48) is a gas introduction hole, (51) is a vacuum container, (52)
is an insulating material, (40) is a matching circuit, and (43) is a pulley.

以上本発明の実施例において示したように、例えば平行
平板型プラズマエツチング装置において、電極上、また
は電極下に閉回路の間隙を有する磁石を置き電極または
磁石の上に生じる直交した電磁界により、電子マグネト
ロン運動させることによって、放電効率を向上させ、こ
の電極上、又は磁石上に置いた被エッチング材料を高速
にエツチングできるドライエツチング方法及び装置が得
られ、生産性は大幅に向上した。かかるドライエツチン
グ方法はコンタクト孔形成、電極や配線のバターニング
等、M OSデバイスやバイポーラデバイスの製造に用
いられれる。
As shown in the embodiments of the present invention, for example, in a parallel plate type plasma etching apparatus, a magnet having a closed circuit gap is placed above or below an electrode, and the orthogonal electromagnetic fields generated above the electrode or magnet cause etching. By moving the electron magnetron, a dry etching method and apparatus were obtained which improved the discharge efficiency and could rapidly etch the material to be etched placed on the electrode or magnet, and the productivity was greatly improved. Such dry etching methods are used for forming contact holes, patterning electrodes and wiring, and for manufacturing MOS devices and bipolar devices.

本発明のエツチング方法を用いたエツチングに用いるガ
スとしては、実施例においてはCF、など弗素を含むガ
スの例を示したが、その他、塩素や臭素を含む反応性ガ
スを用いても良く、被加工材料の種類に応じて、例えば
、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金等に対して
は、CCl2゜CCl2 +Cf12ガスを、さらに、
多結晶シリコンモリブデンシリサイド等に対しては、C
BrF3.CBrF3 +CJ2 CjJ2ガスを用い
ることにより5i02の場合と同じ様に高速かつ信頼性
良く、又、選択エツチングが可能である。
As the gas used for etching using the etching method of the present invention, gases containing fluorine such as CF are shown in the examples, but other reactive gases containing chlorine and bromine may also be used. Depending on the type of material to be processed, for example, for aluminum or aluminum alloy, CCl2°CCl2 +Cf12 gas is added,
For polycrystalline silicon molybdenum silicide etc., C
BrF3. CBrF3 +CJ2 By using CjJ2 gas, it is possible to perform selective etching at high speed and with good reliability, as in the case of 5i02.

又、試料を陰極、永久磁石と共に冷却したが、水冷やア
ルコールによる冷却の池、高速エツチングによるレジス
ト膨張を考慮してフレオン等の液化ガスを用いることが
できる。
Furthermore, although the sample was cooled together with the cathode and the permanent magnet, a liquefied gas such as Freon may be used in consideration of resist expansion caused by water cooling or alcohol cooling, or by high-speed etching.

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

第1図は、本発明の一実施例を説明するための構成図、
第2図は、本発明の装置を用いCF4+H2ガスにより
5i02.Stをエツチングした時のエツチング特性を
示す図、第3図は、磁場の強さとエツチングとの関係を
示す図、第4図乃至第6図は本発明の詳細な説明する為
の図、第7図は、第2図のエツチングにおいてテフロン
系の有機膜を堆積させた時のSiウェハ表面を見た図、
第8図乃至第10図は本発明の池の実施例を説明するた
めの構成図である。 図において、 (1)(22) −a’〜c、 (37)(47)・・
・永久磁石、<2)(23>−a −f 、 (38)
、(19) −a、  b、  (50)−放電間隙、
(5)・・・C板、(4) (3B) (51)・・・
真空容器、(3)(24)・・・ポールピース、(6)
 (30) (45)・・・被エツチング材料、(7)
 (25) (41)・・・水冷手段、(11)(31
) (49)・・・陰極、(9) (29) (52)
・・・絶縁材料(テフロン等)、(10)陰極暗部、(
12) (27) (39)・・高周波電力、(11)
 (26) (40)・・・整合回路、(13)・・・
真空仕切りバルブ、(14) (32) (44)・・
・排気系、(15)・・・高密度プラズマ、(16)・
・・グロー放電プラズマ、(17)・・・接地、(11
1)(4B)=・・ガス導入口(20) −a −cテ
フロン系の有機膜堆積部分、(21) −a −cテフ
ロン系の有機膜の堆積していない領域、(33)(4g
)・・・ダークスペースシールド、(34)・・・通気
口(真空連結口)、(35)・・・永久磁石を収める箱
、(28) (42)・・・モータ。
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining one embodiment of the present invention,
FIG. 2 shows 5i02. FIG. 3 is a diagram showing the etching characteristics when etching St. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the strength of the magnetic field and etching. FIGS. 4 to 6 are diagrams for explaining the present invention in detail. The figure is a view of the Si wafer surface when a Teflon-based organic film was deposited during the etching process shown in Figure 2.
FIG. 8 to FIG. 10 are configuration diagrams for explaining an embodiment of the pond of the present invention. In the figure, (1) (22) -a'~c, (37) (47)...
・Permanent magnet, <2) (23>-a - f, (38)
, (19)-a, b, (50)-discharge gap,
(5)...C board, (4) (3B) (51)...
Vacuum container, (3) (24)...Pole piece, (6)
(30) (45)...Material to be etched, (7)
(25) (41)...Water cooling means, (11) (31
) (49)...Cathode, (9) (29) (52)
...Insulating material (Teflon, etc.), (10) Cathode dark area, (
12) (27) (39)...High frequency power, (11)
(26) (40)... matching circuit, (13)...
Vacuum partition valve, (14) (32) (44)...
・Exhaust system, (15)...High density plasma, (16)・
... Glow discharge plasma, (17) ... Grounding, (11
1) (4B) = Gas inlet (20) -a -c Teflon-based organic film deposited area, (21) -a -c Teflon-based organic film not deposited area, (33) (4g
)...Dark space shield, (34)...Vent hole (vacuum connection port), (35)...Box containing permanent magnet, (28) (42)...Motor.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)陽極及び¥被エッチング¥材料を載置する陰極を
対向配置させた容器と、この容器内に解離により発生す
るイオンが反応性を示す¥塩素、臭素もし¥¥くは弗素
を含む原料ガス¥を導入する手段と、前記両極間に電界
と直交する成分を持つアーチ状の磁場を与えるための磁
石を含む手段と、前記両極間に¥電力¥を印加して前記
両極間にプラズマを生成せしめ¥る手段と¥、前記プラ
ズマから前記磁石をシールドするための部材と、前記磁
石を走査する手段とを具備したドライエッチング装置。
(1) A container in which an anode and a cathode on which the material to be etched is placed are placed facing each other, and ions generated by dissociation in this container exhibit reactivity, such as chlorine, bromine, or a raw material containing fluorine. means for introducing gas; means including a magnet for applying an arch-shaped magnetic field having a component perpendicular to the electric field between the two poles; and applying electric power between the two poles to generate plasma between the two poles. A dry etching apparatus comprising means for generating plasma, a member for shielding the magnet from the plasma, and a means for scanning the magnet.
(2)被エッチング材料上に該材料に対しエッチング速
度の異なる¥マスクパターン¥が形成されてなることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載したドライエッ
チング装置。
(2) The dry etching apparatus according to claim 1, wherein a mask pattern having a different etching rate is formed on the material to be etched.
(3)陰極の表面に炭素材、C−F結合又はC−H結合
を有する膜、あるいはアルミナ膜を形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第1項に記載したドライエッチン
グ装置。
(3) The dry etching apparatus according to claim 1, wherein a carbon material, a film having a C-F bond or a C-H bond, or an alumina film is formed on the surface of the cathode.
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JPS63278339A (en) * 1986-12-19 1988-11-16 アプライド マテリアルズインコーポレーテッド Bromine and iodine etching for silicon and silicide

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