WO2003085716A1 - Plasma etching method and plasma etching device - Google Patents

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Shoichiro Matsuyama
Masanobu Honda
Kazuya Nagaseki
Hisataka Hayashi
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Tokyo Electron Limited
Kabushiki Kaisha Toshiba
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Abstract

A plasma etching method characterized in that it comprises an arrangement step of arranging a pair of electrodes in a chamber, placing a substrate to be processed and having a silicon film and an inorganic material film adjacently between the electrodes, and allowing one of the electrodes to support the substrate and an etching step of applying a high-frequency power to at least one of the electrodes to produce a high-frequency electric field between the pair of electrodes, supplying a process gas into the chamber to produce a plasma of the process gas by the electric field, and plasma-etching the silicon film of the substrate by the plasma, and that in the etching step, the frequency of the high-frequency power applied to at least one of the electrodes is in the range from 50 to 150 MHz.

Description

明 細 書 ブラズマエツチング方法及びブラズマエッチング装置 技 術 分 野  Description Plasma etching method and plasma etching equipment
本発明は、 シリコン膜とそれに隣接する無機材料膜とを有する半導体ウェハ等 の被処理基板のシリコン膜をブラズマエヅチングするブラズマエヅチング方法お よび装置に関する。 背 景 技 術  The present invention relates to a plasma etching method and apparatus for plasma etching a silicon film on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer having a silicon film and an inorganic material film adjacent thereto. Background technology
半導体デノ イスの製造工程においては、 半導体ウェハにポリシリコン膜等のシ リコン膜ゃ絶縁膜等の多層膜が形成された後、 所定の配線パターンを形成するた めにプラズマエヅチンク"が行われる。  In a semiconductor device manufacturing process, after a silicon film such as a polysilicon film or a multilayer film such as an insulating film is formed on a semiconductor wafer, a plasma etching is performed to form a predetermined wiring pattern. Done.
このようなプラズマエッチングを行うために、 種々の装置が用いられている。 その中でも、 容量結合型平行平板プラズマエッチング装置が主流である。 容量結 合型平行平板プラズマ処理装置では、 チャンバ一内に一対の平行平板電極 (上部 および下部電極) が配置され、 処理ガスがチャンバ一内に導入されるとともに、 電極の少なくとも一方に高周波電力が印加されて電極間に高周波電界が形成され る。 この高周波電界により、 処理ガスのプラズマが形成され、 被処理基板に対し てブラズマエッチング処理が施される。  Various apparatuses have been used to perform such plasma etching. Among them, a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus is mainly used. In a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus, a pair of parallel plate electrodes (upper and lower electrodes) are arranged in one chamber, a processing gas is introduced into the chamber, and high-frequency power is applied to at least one of the electrodes. When applied, a high-frequency electric field is formed between the electrodes. The high-frequency electric field forms a plasma of a processing gas, and a plasma etching process is performed on the substrate to be processed.
このようなプラズマ処理装置においては、 下部電極に 1 3 . 5 6 - 4 O M H z 程度の高周波電力が供給されてエツチングが行われている。  In such a plasma processing apparatus, etching is performed by supplying a high frequency power of about 13.5.6-4 OMHz to the lower electrode.
このような条件で、 例えば S i 02 等の無機系材料膜をマスクとして用いてポ リシリコン膜等のシリコン膜をエッチングする場合には、 無機材料膜に対するェ ヅチング選択比を向上させるために、 比較的高圧の圧力条件でエッチングが行わ れている。 In such conditions, for example in the case of etching a silicon film such as port Rishirikon film using an inorganic material film such as S i 0 2 as a mask, in order to improve the E Dzuchingu selectivity to inorganic material film, Etching is performed under relatively high pressure conditions.
しかしながら、 従来のように比較的高圧の圧力条件でェッチングが行われる場 合には、 シリコン膜の無機材料膜に対するエツチング選択比は向上するものの、 ェヅチング形状制御性が悪いという問題がある。 このような問題は、 無機材料膜 をマスクとして用いる場合のみならず、 シリコン膜の下地に無機材料膜が形成さ れている場合でも同様に生じる。 発 明 の 要 旨 However, when etching is performed under relatively high pressure conditions as in the past, there is a problem that the etching selectivity of the silicon film to the inorganic material film is improved, but the etching shape controllability is poor. Such problems are caused by inorganic material films This occurs not only when using as a mask, but also when an inorganic material film is formed under the silicon film. Summary of the invention
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、 無機系材料膜に隣接した シリコン膜をエッチングする際に、 高エッチング選択比を維持したまま、 形状制 御性を良好にすることができるプラズマエッチング方法および装置を提供するこ とを目的とする。  The present invention has been made in view of such circumstances, and when etching a silicon film adjacent to an inorganic material film, it is possible to improve shape controllability while maintaining a high etching selectivity. An object of the present invention is to provide a plasma etching method and apparatus.
本発明者らの検討結果によれば、 ポリシリコン膜等のシリコン膜のエツチング では、 プラズマ密度が支配的であって、 イオンエネルギーの寄与が小さいのに対 し、 S i 02 や S i N膜等の無機系材料膜のエッチングでは、 プラズマ密度とィ オンエネルギーの両方が必要である。 したがって、 プラズマ密度が高く、 かつ、 イオンエネルギーがある程度低ければ、 無機系材料膜に対するシリコン膜のェッ チング選択比を高くすることができる。 この場合、 プラズマのイオンエネルギー は、 エッチングの際における電極の自己バイアス電圧と間接的に対応する。 従つ て、 無機系材料膜に対するシリコン膜のェッチング選択比を高くするためには、 結局、 高プラズマ密度かつ低バイアスの条件でエッチングすることが必要である。 一方、 エッチングの形状制御性を良好なものにするためには、 プロセスが低圧 で行われることが必要である。 しかしながら、 上記の条件であれば、 より低圧の プロセスで高エッチング選択比を実現することができる。 すなわち、 高プラズマ 密度および低自己バイアス電圧が実現されれば、 より低圧条件下で無機系材料膜 に対するシリコン膜のェッチング選択比を高くすることができ、 高エツチング選 択比と良好なエツチング形状制御性とを両立させることができる。 According to the study results of the present inventors, the etching of the silicon film such as a polysilicon film, a plasma density is dominant, and pair to the contribution of the ion energy is small, S i 0 2 and S i N Etching of inorganic material films such as films requires both plasma density and ion energy. Therefore, if the plasma density is high and the ion energy is low to some extent, the etching selectivity of the silicon film to the inorganic material film can be increased. In this case, the ion energy of the plasma indirectly corresponds to the self-bias voltage of the electrode during etching. Therefore, in order to increase the etching selectivity of the silicon film with respect to the inorganic material film, it is necessary to perform etching under conditions of high plasma density and low bias. On the other hand, in order to improve the shape controllability of etching, it is necessary that the process be performed at a low pressure. However, under the above conditions, a high etching selectivity can be realized with a lower pressure process. That is, if a high plasma density and a low self-bias voltage are realized, the etching selectivity of the silicon film with respect to the inorganic material film can be increased under lower pressure conditions, and a high etching selection ratio and good etching shape control can be achieved. Sex can be compatible.
本発明者らの更なる検討結果によれば、 電極に印加する高周波電力の周波数が 高ければ、 プラズマ密度が高くかつ自己バイアス電圧が小さい状態を実現するこ とができることが判明した。  According to the results of further studies by the present inventors, it has been found that when the frequency of the high-frequency power applied to the electrode is high, a state where the plasma density is high and the self-bias voltage is low can be realized.
本発明は、 チャンバ一内に一対の電極を対向して配置し、 両電極の間にシリコ ン膜と無機材料膜とを隣接して有する被処理基板が配置されるように、 一方の電 極によって当該被処理基板を支持させる配置工程と、 少なくとも一方の電極に高 周波電力を印加して前記一対の電極間に高周波電界を形成するとともに、 チャン バー内に処理ガスを供給し、 前記電界により処理ガスのプラズマを形成し、 該プ ラズマにより前記被処理基板の前記シリコン膜をブラズマエッチングするエッチ ング工程と、 を備え、 前記エッチング工程において、 前記少なくとも一方の電極 に印加する高周波電力の周波数が、 50〜150 MHzであることを特徴とする プラズマエッチング方法である。 The present invention provides a method in which a pair of electrodes are arranged in a chamber so as to face each other, and one of the electrodes is disposed between the two electrodes so that a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other is arranged. And an arrangement step of supporting the substrate to be processed by at least one of the electrodes. A high-frequency electric field is applied between the pair of electrodes to form a high-frequency electric field, a processing gas is supplied into the chamber, and a plasma of the processing gas is formed by the electric field. An etching step of plasma etching the silicon film, wherein the frequency of the high-frequency power applied to the at least one electrode in the etching step is 50 to 150 MHz.
本発明によれば、 電極に印加される高周波電力の周波数が 50〜150MHz であって従来よりも高いため、 より低圧の条件であっても、 高プラズマ密度と低 い自己バイアス電圧とを実現することができ、 シリコン膜を、 無機系材料膜に対 して高エッチング選択比で、 かつ、 良好な形状制御性で、 エッチングすることが できる。  According to the present invention, since the frequency of the high-frequency power applied to the electrode is 50 to 150 MHz, which is higher than the conventional frequency, a high plasma density and a low self-bias voltage can be realized even under a lower pressure condition. Thus, the silicon film can be etched with a high etching selectivity with respect to the inorganic material film and with good shape controllability.
電極に印加される高周波電力の周波数は、 70〜100MHz、 特には 100 MHz、 であることがより好ましい。  The frequency of the high-frequency power applied to the electrode is more preferably 70 to 100 MHz, particularly preferably 100 MHz.
また、 前記エッチング工程において、 前記高周波電力のパワー密度は、 0. 1 5〜5W/cm2 であることが好ましい。 Further, in the etching step, the power density of the high frequency power is preferably 0.15 to 5 W / cm 2 .
また、 前記エッチング工程において、 前記チャンバ一内のプラズマ密度は、 5 X 109 〜2 X 101 Q c m— 3であることが好ましい。 Further, in the etching step, the plasma density in the chamber is preferably 5 × 10 9 to 2 × 10 1 Q cm− 3 .
また、 前記エッチング工程において、 前記チャンバ一内の圧力は、 13. 3P a以下であることが好ましい。  Further, in the etching step, the pressure in the chamber is preferably 13.3 Pa or less.
また、 本発明は、 チャンバ一内に一対の電極を対向して配置し、 両電極の間に シリコン膜と無機材料膜とを隣接して有する被処理基板が配置されるように、 一 方の電極によって当該被処理基板を支持させる配置工程と、 少なくとも一方の電 極に高周波電力を印加して前記一対の電極間に高周波電界を形成するとともに、 チャンバ一内に処理ガスを供給し、 前記電界により処理ガスのプラズマを形成し、 該プラズマにより前記被処理基板の前記シリコン膜をブラズマエッチングするェ ヅチング工程と、 を備え、 前記エッチング工程において、 処理ガスは HBrガス 及び Cl2 ガスのいずれか 1つを含み、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 5 X 109 〜2 X 101(1 cm—3であって、 かつ、 電極の自己バイァス電圧が 200 V 以下であることを特徴とするプラズマエツチング方法である。 本発明によれば、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 5 X 109 〜2X 101Q cm—3であり、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 200V以下であるという条件 で、 HB rガス及び C 1 ガスのいずれか 1つを含むガスのプラズマが形成され るため、 シリコン膜を、 無機系材料膜に対して高工ヅチング選択比でかつ良好な 形状制御性でエッチングすることができる。 Further, the present invention provides a method in which a pair of electrodes are arranged in a chamber so as to face each other, and a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other is arranged between the two electrodes. An arranging step of supporting the substrate to be processed by the electrodes, applying a high-frequency power to at least one of the electrodes to form a high-frequency electric field between the pair of electrodes, and supplying a processing gas into one chamber; Forming a plasma of a processing gas by plasma processing; and performing an etching step of plasma etching the silicon film of the substrate to be processed by the plasma. In the etching step, the processing gas is one of HBr gas and Cl 2 gas. One anda wherein a chamber plasma density in one is 5 X 10 9 ~2 X 10 1 (1 cm- 3, and self Baiasu voltage electrode is 200 V or less Is that plasma Etsu quenching method. According to the present invention, the HBr gas and C 1 gas are supplied under the condition that the plasma density in the chamber 1 is 5 × 10 9 to 2 × 10 1 Q cm− 3 and the self-bias voltage of the electrode is 200 V or less. Since a gas plasma containing any one of the gases is formed, the silicon film can be etched with a high machining selectivity and good shape controllability with respect to the inorganic material film.
以上において、 前記無機系材料膜は、 例えば、 シリコン酸化物、 シリコン窒化 物、 シリコン酸窒化物、 及び、 シリコン炭化物の少なくとも一つからなる。  In the above, the inorganic material film is made of, for example, at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon carbide.
また、 前記高周波電力は、 前記被処理基板を支持する電極に印加されることが 好ましい。 この場合に、 被処理基板を支持する電極に、 前記高周波電力に重畳さ せて 3. 2〜13. 56 MH zの第 2高周波電力が印加されてもよい。 このよう に、 より低い周波数の第 2高周波電力を重畳させることにより、 プラズマ密度お よびイオン引き込み作用を調整することができ、 無機系材料膜に対するエツチン グ選択比を確保した上でシリコン膜のェッチングレートをより上昇させることが 可能である。  Further, it is preferable that the high-frequency power is applied to an electrode supporting the substrate to be processed. In this case, a second high-frequency power of 3.2 to 13.56 MHz may be applied to the electrode supporting the substrate to be processed, superimposed on the high-frequency power. As described above, by superimposing the second high-frequency power having a lower frequency, the plasma density and the ion attraction effect can be adjusted, and the etching of the silicon film can be performed while securing the etching selectivity to the inorganic material film. Rate can be further increased.
重畳させる第 2高周波電力は、 13. 56 MHzであることが好ましい。 重畳 させる高周波電力の周波数が 13. 56 MHzの場合、 そのパワー密度は 0. 6 4W/cm2 以下であることが好ましい。 また、 3. 2〜13. 56 MHzの第 2高周波電力が印加される場合、 前記被処理基板を支持する電極の自己バイアス 電圧は、 200V以下であることが好ましい。 The second high frequency power to be superimposed is preferably 13.56 MHz. When the frequency of the high frequency power to be superimposed is 13.56 MHz, the power density is preferably 0.64 W / cm 2 or less. When a second high-frequency power of 3.2 to 13.56 MHz is applied, the self-bias voltage of the electrode supporting the substrate to be processed is preferably 200 V or less.
また、 本発明は、 シリコン膜と無機系材料膜とを隣接して有する被処理基板を 収容するチャンバ一と、 前記チャンバ一内に設けられ、 その一方が前記被処理基 板を支持する一対の電極と、 前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供 給系と、 前記チャンバ一内を排気する排気系と、 前記電極のうち少なくとも一方 にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周波電源と、 を備え、 前記高周波電 源から発生される高周波電力の周波数が、 50〜150MHzであることを特徴 とするプラズマエツチング装置である。  The present invention also provides a chamber for accommodating a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other, and a pair of chambers provided in the chamber, one of which supports the substrate to be processed. An electrode; a processing gas supply system for supplying a processing gas into the chamber; an exhaust system for exhausting the interior of the chamber; and a high-frequency power supply for supplying high-frequency power for plasma formation to at least one of the electrodes. And a frequency of the high frequency power generated from the high frequency power is 50 to 150 MHz.
前記高周波電源から発生される高周波電力の周波数は、 70〜100MHz、 特には 100MHz、 であることが好ましい。  The frequency of the high-frequency power generated from the high-frequency power source is preferably 70 to 100 MHz, particularly 100 MHz.
好ましくは、 前記高周波電力のパワー密度は、 0. 15~5W/cm2 である また、 前記チャンバ一内の圧力は、 13. 3 Pa以下であることが好ましい。 また、 好ましくは、 前記被処理基板を支持す ¾電極に、 前記高周波電力が印加 される。 Preferably, the power density of the high frequency power is a 0. 15 ~ 5W / cm 2 Further, the pressure in the chamber is preferably 13.3 Pa or less. Preferably, the high-frequency power is applied to an electrode supporting the substrate to be processed.
また、 好ましくは、 前記プラズマエッチング装置は、 前記被処理基板を支持す る電極に前記高周波電力に重畳させて 3. 2〜13. 56MHzの第 2高周波電 力を印加する第 2高周波電源を更に備える。 この場合、 好ましくは、 前記第 2高 周波電力の周波数は、 13. 56 MHzである。 また、 好ましくは、 前記第 2高 周波電力のパワー密度は、 0. 64W/cm2 以下である。 Preferably, the plasma etching apparatus further includes a second high-frequency power supply that applies a second high-frequency power of 3.2 to 13.56 MHz superimposed on the high-frequency power on an electrode supporting the substrate to be processed. Prepare. In this case, preferably, the frequency of the second high frequency power is 13.56 MHz. Preferably, the power density of the second high-frequency power is 0.64 W / cm 2 or less.
ところで、 パッシェンの法則 (Paschen's law ) より、 放電開始電圧 Vsは、 ガス圧力 Pと電極間距離 dの積 pdがある値の時に極小値 (パッシェン最小値) をとり、 パッシェン最小値をとる積 pdの値は、 高周波電力の周波数が大きいほ ど小さくなる。 従って、 高周波電力の周波数が大きい場合に、 放電開始電圧 Vs を小さくして放電を容易にして安定させるためには、 ガス圧力 pが一定であれば 電極間距離 dを小さくする必要がある。 そのため、 本発明では、 電極間距離を 5 0 mm未満とすることが好ましい。 また、 電極間距離を 50 mm未満とすること で、 チャンバ一内でのガスのレジデンスタイムを短くすることができる。 これに より、 反応生成物が効率的に排出され、 エッチングストップを低減することがで きるという効果も得られる。  By the way, according to Paschen's law, the firing voltage Vs takes the minimum value (the minimum value of Paschen) when the product pd of the gas pressure P and the distance d between the electrodes is a certain value, and the product pd that takes the minimum value of Paschen The value becomes smaller as the frequency of the high-frequency power increases. Therefore, when the frequency of the high-frequency power is large, in order to reduce the firing voltage Vs to facilitate and stabilize the discharge, it is necessary to reduce the distance d between the electrodes when the gas pressure p is constant. Therefore, in the present invention, the distance between the electrodes is preferably less than 50 mm. By setting the distance between the electrodes to less than 50 mm, the residence time of the gas in the chamber can be shortened. As a result, the effect of efficiently discharging the reaction product and reducing the number of etching stops can be obtained.
また、 前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に磁場を形成する磁場形成手段 を更に備えることが好ましい。  Preferably, the apparatus further comprises a magnetic field forming means for forming a magnetic field around the plasma region between the pair of electrodes.
印加する高周波電力の周波数が高い場合には、 エッチングレートが周辺部に比 較して給電位置である中央部において高くなるという現象が生じ得るが、 一対の 電極間のブラズマ領域の周囲に磁場を形成することにより、 ブラズマ閉じこめ効 果が発揮されて、 印加する高周波電力の周波数が高い場合でも、 処理空間にある 被処理基板におけるエッチングレートを、 被処理基板のエッジ部 (周辺部) と中 央部とでほぼ同等とすることができる。 すなわち、 エッチングレートを均一化す ることができる。  When the frequency of the applied high-frequency power is high, a phenomenon may occur in which the etching rate is higher in the central portion, which is the power supply position, than in the peripheral portion, but a magnetic field is generated around the plasma region between the pair of electrodes. By forming, the plasma confinement effect is exhibited, and even when the frequency of the applied high-frequency power is high, the etching rate of the substrate to be processed in the processing space is determined by the edge portion (peripheral portion) and the center of the substrate to be processed. It can be made substantially the same for each part. That is, the etching rate can be made uniform.
前記磁場形成手段が前記一対の電極間のブラズマ領域の周囲に形成する磁場の 強度は、 0. 03〜0. 045T (300~450Gaus s) であることが好 ましい。 The intensity of the magnetic field formed around the plasma region between the pair of electrodes by the magnetic field forming means is preferably in the range of 0.03 to 0.045T (300 to 450 Gauss). Good.
また、 被処理基板を支持する電極の周蹈にフォーカスリングが設けられ、 前記 プラズマ領域の周囲に磁場が形成された際に、 フォ一カスリング上の磁場強度が In addition, a focus ring is provided around the electrode supporting the substrate to be processed, and when a magnetic field is formed around the plasma region, the magnetic field intensity on the focus ring is reduced.
0. 001 T (1 OGauss) 以上であり、 被処理基板上の磁場強度が 0. 0 01 T以下であることが好ましい。 It is preferable that the intensity of the magnetic field on the substrate to be processed is not more than 0.001 T (1 OGauss) and not more than 0.001 T.
フォーカスリング上の磁場強度を 0. 001 T以上とすることにより、 フォー カスリング上で電子のドリフト運動が生じ、 周辺部のプラズマ密度が上昇してプ ラズマ密度が均一化される。 一方、 被処理基板上の磁場強度を実質的に被処理基 板に影響を及ぼさない 0. 001 T以下とすることにより、 チャージァヅプダメ ージを防止することができる。 図面の簡単な説明  By setting the magnetic field strength on the focus ring to 0.001 T or more, drift motion of electrons occurs on the focus ring, and the plasma density in the peripheral region increases, and the plasma density becomes uniform. On the other hand, by setting the magnetic field intensity on the substrate to be processed to 0.001 T or less, which does not substantially affect the substrate to be processed, charge damage can be prevented. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明の一実施の形態のプラズマエッチング装置を示す概略断面図で ある。  FIG. 1 is a schematic sectional view showing a plasma etching apparatus according to one embodiment of the present invention.
図 2は、 図 1のプラズマエッチング装置のチャンバ一の周囲に配置されたリン グ磁石を模式的に示す水平断面図である。  FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view schematically showing a ring magnet arranged around one chamber of the plasma etching apparatus of FIG.
図 3は、 本発明のブラズマエツチングが適用される半導体ウェハの構造の一例 を示す断面図である。  FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor wafer to which the plasma etching of the present invention is applied.
図 4は、 本発明のブラズマエッチングが適用される半導体ゥェハの構造の他の 例を示す断面図である。  FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a semiconductor wafer to which the plasma etching of the present invention is applied.
図 5は、 プラズマ生成用の高周波電源とイオン引き込み用の高周波電源とを備 えたプラズマ処理装置を部分的に示す概略断面図である。  FIG. 5 is a schematic sectional view partially showing a plasma processing apparatus provided with a high-frequency power supply for generating plasma and a high-frequency power supply for drawing ions.
図 6は、 アルゴンガスのプラズマにおいて、 高周波電力の周波数が 4 OMH z と 10 OMH zとの場合の、 自己バイアス電圧の絶対値 I Vd c I とプラズマ密 度 Neとの関係を示す図である。  FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the absolute value I Vdc of the self-bias voltage and the plasma density Ne when the frequency of the high-frequency power is 4 OMHz and 10 OMHz in the argon gas plasma. .
図 7 Aは、 高周波電力が 100 MHzの場合におけるウェハの位置に対するポ リシリコン膜のェヅチングレートの値を、 高周波電力パワーが 500W、 100 0W、 1500Wの各場合について示す図である。  FIG. 7A is a diagram showing the values of the etching rate of the polysilicon film with respect to the position of the wafer when the high-frequency power is 100 MHz for the high-frequency power of 500 W, 1000 W, and 1500 W.
図 7Bは、 高周波電力が 4 OMH zの場合におけるウェハの位置に対するポリ シリコン膜のエッチングレートの値を、 高周波電力パワーが 500W、 1000 W、 1500Wの各場合について示す図である。 Figure 7B shows the poly against the wafer position when the high frequency power is 4 OMHz. FIG. 7 is a diagram showing values of an etching rate of a silicon film in cases where high-frequency power is 500 W, 1000 W, and 1500 W;
図 8は、 高周波電力パヮ一とポリシリコン膜のエツチングレートとの関係を、 高周波電力が 4 OMH zと 10 OMH zとの場合について示す図である。  FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the high-frequency power level and the etching rate of the polysilicon film when the high-frequency power is 4 OMHz and 10 OMHz.
図 9は、 高周波電力パワーと S i 02 膜のエッチングレートとの関係を、 高周 波電力が 40MHzと 100MHzとの場合について示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the high frequency power and the etching rate of the SiO 2 film when the high frequency power is 40 MHz and 100 MHz.
図 10は、 高周波電力パワーとポリシリコン膜のェヅチングレートとの関係、 および、 高周波電力パワーとエツチング選択比に相当するポリシリコン膜のェヅ チングレート/ S i 02 膜のェヅチングレートの比との関係を、 高周波電力が 4 0MHzと 100MHzとの場合について示す図である。 FIG. 10 shows the relationship between the high-frequency power and the etching rate of the polysilicon film, and the relationship between the high-frequency power and the ratio of the etching rate of the polysilicon film / the etching rate of the SiO 2 film corresponding to the etching selectivity. FIG. 3 is a diagram showing the case where the high-frequency power is 40 MHz and 100 MHz.
図 11は、 ポリシリコン膜のエッチングレートとエッチング選択比に相当する ポリシリコン膜のエッチングレート ZS i 02 膜のエッチングレートの比との関 係を、 高周波電力が 40 MHzと 100 MHzとの場合について示す図である。 図 12 Aは、 ェヅチングの際のチャンバ一内圧力と高周波電力が 100MHz の場合および 40MHzの場合におけるポリシリコン膜のェヅチングレートとの 関係を示す図である。 11, the relationship between the etching rate ZS i 0 2 film etching rate ratio of the polysilicon film corresponding to the etching rate and etching selection ratio of the polysilicon film, when high-frequency power of 40 MHz and 100 MHz FIG. FIG. 12A is a diagram showing a relationship between the pressure inside the chamber at the time of etching and the etching rate of the polysilicon film when the high-frequency power is 100 MHz and 40 MHz.
図 12Bは、 エッチングの際のチャンバ一内圧力と高周波電力が 100MHz の場合および 40 MHzの場合における S i〇2 膜のエッチングレートとの関係 を示す図である。 Figure 12B is a diagram showing the relationship between the etching rate of the S I_〇 2 film in case one internal pressure and the high frequency power chamber in the case of 100MHz and 40 MHz during etching.
図 13は、 チヤンバ一内圧力とェッチング選択比に相当するポリシリコン膜の ェヅチングレート/ S i 02 膜のエッチングレートの比との関係を、 高周波電力 が 4 OMH zと 10 OMH zとの場合について示す図である。 Fig. 13 shows the relationship between the chamber internal pressure and the ratio of the etching rate of the polysilicon film to the etching rate of the SiO 2 film, which corresponds to the etching selectivity, for the case where the high-frequency power is 4 OMHz and 10 OMHz. FIG.
図 14は、 チャンバ一内圧力とポリシリコン膜のェヅチングレートとの関係、 および、 高周波電力パワーとエツチング選択比に相当するポリシリコン膜のェッ チングレート/ S i 02 膜のエッチングレートの比との関係を、 高周波電力が 4 0MHzと 100 MHzとの場合について示す図である。 FIG. 14 shows the relationship between the pressure in the chamber and the etching rate of the polysilicon film, and the ratio of the etching rate of the polysilicon film / the etching rate of the SiO 2 film corresponding to the high-frequency power and the etching selectivity. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the high-frequency powers of 40 MHz and 100 MHz.
図 15は、 ポリシリコン膜のエッチングレートとエツチング選択比に相当する ポリシリコン膜のェヅチングレー ト/ S i 02 膜のェヅチングレートの比との関 係を、 高周波電力が 40MHzと100MHzとの場合について示す図である。 図 16は、 HB rガスのプラズマにおいて、 高周波電力の周波数が 100MH zであり第 2高周波電力が 13MH zであって、 各高周波電力パワーが変えられ た場合の (高周波電力: 500 W、 1000 W、 1500 W、 2000 W、 第 2 高周波電力: 0W、 20 OWs 600W) 、 自己バイアス電圧の絶対値 I Vd c I とプラズマ密度 Neとの関係を示す図である。 FIG. 15 shows the relationship between the etching rate of the polysilicon film and the ratio of the etching rate of the polysilicon film / the etching rate of the SiO 2 film, which corresponds to the etching selectivity, when the high-frequency power is 40 MHz and 100 MHz. FIG. Fig. 16 shows the case where the frequency of the high frequency power is 100 MHz, the second high frequency power is 13 MHz, and each high frequency power is changed in the HBr gas plasma (high frequency power: 500 W, 1000 W , 1500 W, 2000 W, the second high frequency power: 0 W, 20 OWs 600 W), and the relationship between the absolute value I Vdc of the self-bias voltage and the plasma density Ne.
図 17は、 高周波電力の高周波電力パワーとポリシリコン膜のエッチングレー トとの関係、 および、 高周波電力の高周波電力パワーとエッチング選択比に相当 するポリシリコン膜のエッチングレート/ S i 02 膜のエッチングレートの比と の関係について示す図である。 Figure 17 is a high frequency power relationship between the etching rate of the high-frequency power power and polysilicon film, and the etching rate / S i 0 2 film of the polysilicon film corresponding to a high frequency power power and the etching selectivity of the high-frequency power FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an etching rate ratio and
図 18は、 第 2高周波電力の高周波電力パワーとポリシリコン膜のエッチング レートとの関係、 および、 第 2高周波電力の高周波電力パワーとエッチング選択 比に相当するポリシリコン膜のェッチングレート/ S i 02 膜のエッチングレ一 トの比との関係について示す図である。 Figure 18 shows the relationship between the high-frequency power of the second high-frequency power and the etching rate of the polysilicon film, and the high-frequency power of the second high-frequency power and the etching rate / Si of the polysilicon film corresponding to the etching selectivity. 0 is a diagram showing a relationship between 2 film etching rate one bets ratio.
図 19は、 プラズマガスとして Arガスを用いた場合の、 Arガス流量とゥェ ハ中心部と周辺部の圧力差 ΔΡとの関係を、 電極間ギャップ 25 mmの場合と 4 0mmの場合とで比較して示す図である。 発明を実施するための最良の形態  Figure 19 shows the relationship between the Ar gas flow rate and the pressure difference ΔΡ between the center and periphery of the wafer when Ar gas was used as the plasma gas for the case of a gap between electrodes of 25 mm and 40 mm. It is a figure shown in comparison. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図 1は、 本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置を示す断面図であ る。 このエッチング装置は、 気密に構成され、 小径の上部 1 aと大径の下部 1 b とからなる段つき円筒状のチャンバ一 1を備えている。 チャンバ一 1の壁部は、 例えばアルミニゥム製である。  FIG. 1 is a sectional view showing a plasma etching apparatus used for carrying out the present invention. This etching apparatus is airtightly provided and has a stepped cylindrical chamber 11 composed of a small-diameter upper portion 1a and a large-diameter lower portion 1b. The wall of the chamber 11 is made of, for example, aluminum.
チャンバ一 1内には、 被処理基板であるウェハ Wを水平に支持する支持テープ ル 2が設けられている。 支持テーブル 2は例えばアルミニウムで構成され、 絶縁 板 3を介して導体の支持台 4上に支持されている。 また、 支持テーブル 2の上方 の外周には、 導電性材料または絶縁性材料で形成されたフォーカスリング 5が設 けられている。 ウェハ Wの直径が 200mm øの場合、 フォーカスリング 5は 2 40~280 mm (^であることが好ましい。 支持テーブル 2、 絶縁板 3、 支持台 4及びフォ一カスリング 5は、 ボールねじ 7を含むボールねじ機構により昇降可 能となっている。 支持台 4の下方の昇降駆動部分は、 ステンレス鋼 (S U S ) 製 のぺローズ 8で覆われている。 チャンバ一 1は接地されている。 また、 支持テ一 ブル 2の中には令媒流路 (図示せず) が設けられて支持テーブル 2を冷却可能と なっている。 また、 ベロ一ズ 8の外側にはべローズカバー 9が設けられている。 支持テーブル 2のほぼ中央には、 高周波電力を供給するための給電線 1 2が接 続されている。 この給電線 1 2には、 マッチングボックス 1 1を介して高周波電 源 1 0が接続されている。 高周波電源 1 0からは、 所定の周波数の高周波電力が 支持テーブル 2に供給されるようになっている。 一方、 支持テーブル 2の上方に は、 後述するシャワーへヅド 1 6が互いに平行に対向するように設けられている。 シャワーヘッ ド 1 6は、 接地されている。 したがって、 支持テーブル 2は下部電 極として機能し、 シャワーヘッド 1 6は上部電極として機能して、 すなわち、 支 持テーブル 2とシャワーへッド 1 6とは一対の平板電極を構成している。 In the chamber 11, a support table 2 for horizontally supporting a wafer W as a substrate to be processed is provided. The support table 2 is made of, for example, aluminum, and is supported on a conductor support 4 via an insulating plate 3. A focus ring 5 made of a conductive material or an insulating material is provided on an outer periphery above the support table 2. When the diameter of the wafer W is 200 mm ø, the focus ring 5 is preferably 240 to 280 mm (^. Support table 2, insulating plate 3, support table The focus ring 4 and the focus ring 5 can be moved up and down by a ball screw mechanism including a ball screw 7. The lifting drive section below the support 4 is covered with a stainless steel (SUS) rose 8. Chamber 11 is grounded. In addition, a support channel (not shown) is provided in the support table 2 so that the support table 2 can be cooled. A bellows cover 9 is provided outside the bellows 8. At approximately the center of the support table 2, a power supply line 12 for supplying high-frequency power is connected. A high-frequency power supply 10 is connected to the power supply line 12 via a matching box 11. From the high-frequency power source 10, high-frequency power of a predetermined frequency is supplied to the support table 2. On the other hand, above the support table 2, shower heads 16 to be described later are provided so as to face each other in parallel. Shower head 16 is grounded. Therefore, the support table 2 functions as a lower electrode, and the shower head 16 functions as an upper electrode. That is, the support table 2 and the shower head 16 constitute a pair of flat electrodes.
なお、 これらの電極間の距離は、 5 0 mm未満に設定されることが好ましい。 その理由は以下のとおりである。  The distance between these electrodes is preferably set to less than 50 mm. The reason is as follows.
パッシェンの法則 (Paschen' s law ) により、 放電開始電圧 V sは、 ガス圧力 Pと電極間距離 dの積 p dがある値の時に極小値 (パッシヱン最小値) をとり、 パッシェン最小値をとる積 p dの値は、 高周波電力の周波数が大きいほど小さく なる。 従って、 本実施形態のように高周波電力の周波数が大きい場合に、 放電開 始電圧 V sを小さくして放電を容易にして安定させるためには、 ガス圧力 pがー 定であれば電極間距離 dを小さくする必要がある。 そのため、 電極間距離を 5 0 mm未満とすることが好ましい。 また、 電極間距離を 5 0 mm未満とすることで、 チャンバ一内でのガスのレジデンスタイムを短くすることができる。 これにより、 反応生成物が効率的に排出され、 エッチングストップを低減することができると いう効果も得られる。  According to Paschen's law, the discharge starting voltage V s takes the minimum value (the minimum value of Passion) when the product pd of the gas pressure P and the distance d between the electrodes is a certain value, and the product that takes the minimum value of Paschen. The value of pd decreases as the frequency of the high-frequency power increases. Therefore, when the frequency of the high-frequency power is large as in the present embodiment, in order to reduce the discharge starting voltage V s and facilitate and stabilize the discharge, the distance between the electrodes is constant if the gas pressure p is constant. It is necessary to reduce d. Therefore, it is preferable that the distance between the electrodes is less than 50 mm. In addition, when the distance between the electrodes is less than 50 mm, the residence time of the gas in the chamber can be shortened. As a result, there is also obtained an effect that the reaction product is efficiently discharged and the etching stop can be reduced.
しかし、 電極間距離を小さくしすぎると、 被処理基板であるウェハ Wの表面の 圧力分布 (中心部と周辺部の圧力差) が大きくなる。 この場合、 エッチング均一 性の低下等の問題が生じ得る。 ガス流量によらず、 圧力差を 0 . 2 7 P a ( 2 m T o r r ) より小さくするためには、 電極間距離は 3 5 mm以上であることが好 ましい。 However, if the distance between the electrodes is too small, the pressure distribution (the pressure difference between the central part and the peripheral part) on the surface of the wafer W to be processed increases. In this case, problems such as a decrease in etching uniformity may occur. In order to make the pressure difference smaller than 0.27 Pa (2 mTorr) regardless of the gas flow rate, the distance between the electrodes is preferably 35 mm or more. Good.
支持テ一プル 2の表面上には、 ウェハ Wを静電吸着するための静電チャック 6 が設けられている。 この静電チャック 6は、 絶縁体 6 bの間に電極 6 aが介在さ れて構成されている。 電極 6 aには直流電源 1 3が接続されている。 そして、 電 極 6 aに直流電源 1 3から電圧が印加されることにより、 例えばクーロン力によ つて半導体ウェハ Wが吸着されるようになっている。  An electrostatic chuck 6 for electrostatically attracting the wafer W is provided on the surface of the support tape 2. The electrostatic chuck 6 has an electrode 6a interposed between insulators 6b. A DC power supply 13 is connected to the electrode 6a. When a voltage is applied from the DC power supply 13 to the electrode 6a, the semiconductor wafer W is attracted by, for example, Coulomb force.
支持テーブル 2の内部には、 図示しない冷媒流路が形成されている。 その中に 適宜の冷媒を循環させることによって、 ウェハ Wを所定の温度に制御可能となつ ている。 また、 冷媒からの冷熱を効率よくウェハ Wに伝達するために、 ウェハ W の裏面に H eガスを供給するガス導入機構 (図示せず) が設けられている。 さら に、 フォーカスリング 5の外側にはバヅフル板 1 4が設けられている。 ノ ッフル 板 1 4は、 支持台 4及びべローズ 8を通して、 チャンバ一 1と導通している。 チャンバ一 1の天井壁部分には、 支持テーブル 2に対向するようにシャワーへ ヅド 1 6が設けられている。 シャワーへヅド 1 6は、 その下面に多数のガス吐出 孔 1 8が設けられており、 かつその上部にガス導入部 1 6 aを有している。 そし て、 その内部には空間 1 7が形成されている。 ガス導入部 1 6 aにはガス供給配 管 1 5 aが接続されており、 このガス供給配管 1 5 aの他端には、 エッチング用 の反応ガス及び希釈ガスからなる処理ガスを供給する処理ガス供給系 1 5が接続 されている。  Inside the support table 2, a refrigerant flow path (not shown) is formed. By circulating an appropriate coolant therein, the wafer W can be controlled to a predetermined temperature. Further, in order to efficiently transmit the cold heat from the refrigerant to the wafer W, a gas introduction mechanism (not shown) for supplying He gas to the back surface of the wafer W is provided. Further, a baffle plate 14 is provided outside the focus ring 5. The nuffle plate 14 communicates with the chamber 11 through the support 4 and the bellows 8. A shower head 16 is provided on the ceiling wall of the chamber 11 so as to face the support table 2. The shower head 16 is provided with a number of gas discharge holes 18 on the lower surface, and has a gas inlet 16a on the upper portion. Further, a space 17 is formed therein. A gas supply pipe 15a is connected to the gas introduction section 16a, and the other end of the gas supply pipe 15a is supplied with a processing gas for supplying a processing gas comprising a reactive gas for etching and a diluting gas. Gas supply system 15 is connected.
反応ガスとしては、 ハロゲン系のガスが用いられ、 希釈ガスとしては、 A rガ ス、 H eガス等、 通常この分野で用いられるガスが用いられ得る。  As a reaction gas, a halogen-based gas is used, and as a diluting gas, a gas usually used in this field, such as an Ar gas or a He gas, can be used.
このような処理ガスが、 処理ガス供給系 1 5からガス供給配管 1 5 a及びガス 導入部 1 6 aを介してシャワーへッ ド 1 6の空間 1 7に至り、 ガス吐出孔 1 8か ら吐出され、 ウェハ Wに形成された膜がエッチングされる。  Such processing gas flows from the processing gas supply system 15 to the space 17 of the shower head 16 via the gas supply pipe 15a and the gas inlet 16a, and from the gas discharge hole 18 The discharged film formed on the wafer W is etched.
チャンバ一 1の下部 l bの側壁には、 排気ポート 1 9が形成されており、 この 排気ポート 1 9には真空ポンプを有する排気系 2 0が接続されている。 そして真 空ポンプを作動させることにより、 チャンバ一 1内は所定の真空度まで減圧され 得るようになつている。 一方、 処理室 1の下部 1 bの側壁上側には、 ウェハ Wの 搬入出口と、 当該搬入出口を開閉するゲートバルブ 2 4と、 が設けられている。 一方、 チャンバ一 1の上部 1 aの周囲には、 同心状に、 リング磁石 2 1が配置 されており、 支持テーブル 2とシャワーへッ ド 1 6との間の処理空間の周囲に磁 界を形成するようになっている。 このリング磁石 21は、 回転機構 25により配 置の中心軸周りに (周方向に) 回転可能となっている。 An exhaust port 19 is formed on the side wall of the lower part lb of the chamber 11, and an exhaust system 20 having a vacuum pump is connected to the exhaust port 19. By operating the vacuum pump, the pressure inside the chamber 11 can be reduced to a predetermined degree of vacuum. On the other hand, a loading / unloading port for the wafer W and a gate valve 24 for opening and closing the loading / unloading port are provided above the side wall of the lower portion 1 b of the processing chamber 1. On the other hand, a ring magnet 21 is arranged concentrically around the upper part 1 a of the chamber 11, and a magnetic field is formed around the processing space between the support table 2 and the shower head 16. Is formed. The ring magnet 21 is rotatable (in the circumferential direction) around the center axis of the arrangement by the rotating mechanism 25.
リング磁石 21は、 図 2の水平断面図に示すように、 永久磁石からなる複数の セグメント磁石 22が図示しない支持部材により支持された状態でリング状に配 置されて構成されている。 この例では、 16個のセグメント磁石 22がリング状 (同心円状) にマルチポール状態で配置されている。 すなわち、 リング磁石 2 1 においては、 瞵接するセグメント磁石 22同士の磁極の向きが互いに逆向きにな るように配置されている。 したがって、 磁力線は図示のように隣接するセグメン ト磁石 22間に形成され、 処理空間の周辺部のみに例えば 0. 02〜0. 2 T (200〜2000Gaus s) 、 好ましくは 0. 03〜0. 045 T (300 〜450Gaus s) の磁場が形成される。 一方、 ウェハ配置領域は、 実質的に 無磁場状態となる。 前記のような磁場強度が規定されるのは、 磁場が強すぎると 洩れ磁場の原因となり得るし、 磁場が弱すぎるとプラズマ閉じこめ効果が得られ なくなるためである。 もっとも、 適正な磁場強度は、 装置構造等にも依存する。 すなわち、 適正な磁場強度の範囲は、 装置によって異なり得る。  As shown in the horizontal sectional view of FIG. 2, the ring magnet 21 is configured such that a plurality of segment magnets 22 made of permanent magnets are arranged in a ring shape while being supported by a support member (not shown). In this example, 16 segment magnets 22 are arranged in a multipole state in a ring shape (concentric shape). That is, the ring magnets 21 are arranged such that the magnetic poles of the adjacent segment magnets 22 are opposite to each other. Therefore, the magnetic field lines are formed between the adjacent segment magnets 22 as shown in the figure, and are provided only in the peripheral portion of the processing space, for example, in the range of 0.02 to 0.2 T (200 to 2000 Gauss), preferably in the range of 0.03 to 0.2. A magnetic field of 045 T (300 to 450 Gauss) is formed. On the other hand, the wafer arrangement region is substantially in a state of no magnetic field. The reason why the magnetic field strength as described above is defined is that if the magnetic field is too strong, it may cause a leakage magnetic field, and if the magnetic field is too weak, the plasma confinement effect cannot be obtained. However, the appropriate magnetic field strength also depends on the device structure. That is, the appropriate range of the magnetic field strength may vary from device to device.
また、 処理空間の周辺部に前記のような磁場が形成される場合、 フォ一カスリ ング 5上の磁場強度は 0. 001 T (l O Gaus s) 以上となることが望まし い。 この場合、 フォーカスリング上に電子のドリフト運動 (EXBドリフト) が 生じて、 ウェハ周辺部のプラズマ密度が上昇してプラズマ密度が均一化される。 一方、 ウェハ Wのチャージアップダメージを防止する観点から、 ウェハ Wの存在 部分の磁場強度は 0. 001 T (1 OGaus s) 以下となることが望ましい。 ここで、 ウェハ配置領域における実質的に無磁場とは、 ウェハ配置領域におけ るエッチング処理に影響を与える磁場が形成されていないことをいう。 すなわち、 実質的にウェハ処理に影響を与えない磁場が存在する場合も含まれる。  Further, when the above-described magnetic field is formed in the peripheral portion of the processing space, it is desirable that the magnetic field strength on the focusing 5 be equal to or more than 0.001 T (10 Gauss). In this case, drift motion of electrons (EXB drift) occurs on the focus ring, and the plasma density at the peripheral portion of the wafer increases, and the plasma density becomes uniform. On the other hand, from the viewpoint of preventing the charge-up damage of the wafer W, it is desirable that the magnetic field strength in the portion where the wafer W exists is 0.001 T (1 OGauss) or less. Here, “substantially no magnetic field in the wafer arrangement region” means that a magnetic field that affects the etching process in the wafer arrangement region is not formed. That is, this includes the case where a magnetic field that does not substantially affect the wafer processing exists.
図 2に示す状態では、 ウェハ周辺部に、 例えば磁束密度 0. 42mT (4. 2 Gaus s) 以下の磁場が印加されている。 これにより、 プラズマを閉じ込める 機能が発揮される。 このようなマルチポール状態のリング磁石によって磁場が形成されると、 チヤ ンバ一 1の壁部の磁極に対応する部分 (例えば図 2に Pで示す部分) が局部的に 削られる現象が生じるおそれがある。 従って、 上記回転機構 2 5によりリング磁 石 2 1がチャンバ一の円周方向に沿って回転させられる。 これにより、 チャンバ —壁に対して局部的に磁極が当接する (位置する) ことが回避され、 チャンバ一 壁が局部的に削られることが防止される。 In the state shown in FIG. 2, a magnetic field having a magnetic flux density of, for example, 0.42 mT (4.2 Gauss) or less is applied to the periphery of the wafer. As a result, the function of confining the plasma is exhibited. When a magnetic field is formed by such a ring magnet in a multipole state, there is a possibility that a portion corresponding to the magnetic pole on the wall of the chamber 1 (for example, a portion indicated by P in FIG. 2) may be locally shaved. There is. Therefore, the ring magnet 21 is rotated along the circumferential direction of the chamber 1 by the rotation mechanism 25. This prevents the magnetic pole from abutting (positioning) locally on the chamber-wall, and prevents the chamber wall from being locally scraped.
上記各セグメント磁石 2 2は、 図示しないセグメント磁石回転機構により、 垂 直方向の軸を中心に回転自在に構成されている。 このように、 セグメント磁石 2 2を回転させることにより、 実質的にマルチポール磁場が形成される状態とマル チポール磁場が形成されない状態との間での切替が可能となっている。 条件によ つては、 マルチポール磁場が有効に作用する場合と作用しない場合とがある。 従 つて、 このようにマルチポール磁場が形成される状態と形成されない状態とを切 替可能とすることにより、 条件に応じて適切な状態を選択することができる。 磁場の状態はセグメント磁石の配置に応じて変化するから、 セグメント磁石の 配置を種々変化させることにより、 種々の磁場強度プロファイルを形成すること ができる。 従って、 必要な磁場強度プロファイルが得られるように、 セグメント 磁石を配置することが好ましい。  Each of the segment magnets 22 is rotatable about a vertical axis by a segment magnet rotating mechanism (not shown). In this way, by rotating the segment magnets 22, it is possible to switch between a state in which a multi-pole magnetic field is substantially formed and a state in which a multi-pole magnetic field is not formed. Depending on the conditions, the multipole field may or may not work effectively. Accordingly, by making it possible to switch between a state in which a multipole magnetic field is formed and a state in which a multipole magnetic field is not formed, an appropriate state can be selected according to conditions. Since the state of the magnetic field changes according to the arrangement of the segment magnets, various magnetic field intensity profiles can be formed by variously changing the arrangement of the segment magnets. Therefore, it is preferable to arrange the segment magnets so as to obtain a necessary magnetic field strength profile.
なお、 セグメント磁石の数はこの例に限定されるものではない。 また、 その断 面形状もこの例のように長方形に限らず、 円、 正方形、 台形等、 任意の形状を採 用することができる。 セグメント磁石 2 2を構成する磁石材料も特に限定される ものではなく、 例えば、 希土類系磁石、 フェライ ト系磁石、 アルニコ磁石等、 公 知の磁石材料を適用することができる。  The number of segment magnets is not limited to this example. Also, the cross-sectional shape is not limited to a rectangle as in this example, and an arbitrary shape such as a circle, a square, a trapezoid and the like can be adopted. The magnet material constituting the segment magnets 22 is not particularly limited, either. For example, known magnet materials such as rare earth magnets, ferrite magnets, and alnico magnets can be applied.
上記構成のプラズマエッチング装置は、 S i 02 、 S i N等の無機系材料膜に 隣接するポリシリコンをエッチングする場合に適用可能である。 以下、 上記構成 のブラズマエッチング装置を用いてこのようなエッチングを行う場合の処理動作 について説明する。 The plasma etching apparatus having the above configuration can be applied to a case where polysilicon adjacent to an inorganic material film such as SiO 2 or SiO 2 is etched. Hereinafter, a processing operation when such etching is performed using the plasma etching apparatus having the above configuration will be described.
エッチング対象のウェハ Wは、 例えば、 図 3に示すように、 シリコン基板 3 1 の上にポリシリコン膜 3 2が形成され、 当該シリコン膜 3 2上にハードマスクと して所定のパターンの無機系材料膜 3 3が形成された構成を有している。 あるい は、 ウェハ Wは、 図 4に示すように、 シリコン基板 41の上にゲート酸化膜とし て S i02 からなる無機系材料膜 42が形成され、 当該無機系材料膜 42の上に ゲ一トとなるポリシリコン膜 43が形成され、 さらに当該ポリシリコン膜 43の 上にマスクとなる所定パターンのレジスト膜 44が形成された構成を有している。 無機系材料膜 33は、 一般的にハードマスクとして用いられる材料で構成され ている。 シリコン酸化物、 シリコン窒化物、 シリコン酸窒化物、 シリコン炭化物 等が、 好適な例として挙げられ得る。 すなわち、 無機系材料膜 33は、 これらの 少なくとも一つからなることが好ましい。 As shown in FIG. 3, for example, a wafer W to be etched has a polysilicon film 32 formed on a silicon substrate 31 and an inorganic-based material having a predetermined pattern as a hard mask on the silicon film 32. It has a configuration in which a material film 33 is formed. There As shown in FIG. 4, an inorganic material film 42 made of SiO 2 is formed on a silicon substrate 41 as a gate oxide film, and a gate is formed on the inorganic material film 42, as shown in FIG. A polysilicon film 43 is formed, and a resist film 44 having a predetermined pattern serving as a mask is formed on the polysilicon film 43. The inorganic material film 33 is made of a material generally used as a hard mask. Suitable examples include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide and the like. That is, the inorganic material film 33 is preferably made of at least one of these.
これらの構造のウェハ Wについて、 ポリシリコン膜 32または 43がェヅチン グされる。 まず、 ゲートバルブ 24が開けられて、 搬送アームにてウェハ Wがチ ヤンバー 1内に搬入され、 支持テーブル 2上に載置される。 その後、 搬送アーム が退避されてゲ一トバルブ 24が閉じられ、 支持テ一プル 2が図 1に示す位置ま で上昇される。 また、 排気系 20の真空ポンプにより、 排気ポート 19を介して チャンバ一 1内が所定の真空度とされる。  For the wafer W having these structures, the polysilicon film 32 or 43 is etched. First, the gate valve 24 is opened, and the wafer W is carried into the chamber 1 by the transfer arm and placed on the support table 2. Thereafter, the transfer arm is retracted, the gate valve 24 is closed, and the support tape 2 is raised to the position shown in FIG. Further, the inside of the chamber 11 is set to a predetermined degree of vacuum through the exhaust port 19 by the vacuum pump of the exhaust system 20.
その後、 チャンバ一 1内に処理ガス供給系 15から所定の処理ガス、 例えば H B rガス、 が例えば 0. 02〜 0. 4 L/m in (20〜400 s ccm) で導 入され、 チャンバ一 1内が所定の圧力に維持される。 この状態で、 高周波電源 1 0から支持テーブル 2に、 周波数が 50〜150MHz、 好ましくは 70〜 10 0 MHzの高周波電力が供給される。 この際の単位面積当たりのパワー、 すなわ ちパワー密度は、 約 0. 15〜約 5. OW/cm2 の範囲であることが好ましい c このとき、 直流電源 13から静電チャック 6の電極 6 aに所定の電圧が印加され、 ウェハ Wは例えばクーロン力により静電チャック 6に吸着される。 Thereafter, a predetermined processing gas, for example, HBr gas, is introduced into the chamber 11 from the processing gas supply system 15 at, for example, 0.02 to 0.4 L / min (20 to 400 sccm), and The inside of 1 is maintained at a predetermined pressure. In this state, high frequency power having a frequency of 50 to 150 MHz, preferably 70 to 100 MHz, is supplied from the high frequency power supply 10 to the support table 2. At this time, the power per unit area, that is, the power density is preferably in the range of about 0.15 to about 5. OW / cm 2 c. A predetermined voltage is applied to a, and the wafer W is attracted to the electrostatic chuck 6 by, for example, Coulomb force.
このように下部電極である支持テープル 2に高周波電力が印加されることによ り、 上部電極であるシャワーへヅド 16と下部電極である支持テーブル 2との間 の処理空間に高周波電界が形成される。 これにより、 処理空間に供給された処理 ガスがプラズマ化され、 そのプラズマによりウェハ W上のポリシリコン膜がエツ チングされる。  By applying the high-frequency power to the supporting table 2 serving as the lower electrode, a high-frequency electric field is formed in the processing space between the shower head 16 serving as the upper electrode and the supporting table 2 serving as the lower electrode. Is done. As a result, the processing gas supplied to the processing space is turned into plasma, and the polysilicon film on the wafer W is etched by the plasma.
このエッチング工程の際に、 マルチポール状態のリング磁石 21により、 処理 空間の周囲に図 2に示すような磁場が形成され得る。 この場合、 プラズマ閉じこ め効果が発揮され、 本実施形態のようにプラズマの不均一が生じやすい高周波数 の場合でも、 ウェハ Wのエッチングレートが均一化され得る。 また、 条件によつ ては、 このような磁場を形成しない方がよい場合もある。 その場合には、 セグメ ント磁石 2 2を回転させて、 処理空間の周囲に実質的に磁場が形成されない状態 にして処理を行えばよい。 At the time of this etching step, a magnetic field as shown in FIG. 2 can be formed around the processing space by the ring magnet 21 in the multipole state. In this case, plasma confinement Therefore, the etching rate of the wafer W can be made uniform even in the case of a high frequency where plasma non-uniformity is likely to occur as in the present embodiment. Depending on the conditions, it may be better not to form such a magnetic field. In that case, the segment magnet 22 may be rotated so that the magnetic field is not substantially formed around the processing space to perform the processing.
上記磁場が形成された場合には、 支持テーブル 2上のウェハ Wの周囲に設けら れた導電性または絶縁性のフォーカスリング 5により、 プラズマ処理の均一化効 果を一層高めることができる。 すなわち、 ウェハ周辺部のプラズマ密度が高く、 ウェハ周辺部のエッチングレートがウェハ中心部のエッチングレートに比べて大 きい場合は、 シリコンや S i C等の導電性材料で形成されたフォーカスリングを 用いることによって、 フォーカスリング領域までが下部電極として機能するため、 プラズマ形成領域がフォーカスリング 5上まで広がり、 ウェハ Wの周辺部におけ るプラズマ処理が促進されエッチングレートの均一性が向上される。 一方、 ゥェ ハ周辺部のプラズマ密度が低く、 ウェハ周辺部のエッチングレートがウェハ中心 部のエッチングレートに比べて小さい場合は、 石英等の絶縁性材料で形成された フォーカスリングを用いることによって、 フォーカスリング 5とプラズマ中の電 子やイオンとの間で電荷が授受され得ないので、 プラズマを閉じこめる作用が増 大され得てエッチングレートの均一性が向上される。  When the magnetic field is formed, the effect of uniformizing the plasma processing can be further enhanced by the conductive or insulating focus ring 5 provided around the wafer W on the support table 2. In other words, if the plasma density at the wafer periphery is high and the etching rate at the wafer periphery is higher than the etching rate at the wafer center, use a focus ring made of a conductive material such as silicon or SiC. Accordingly, the region up to the focus ring region functions as a lower electrode, so that the plasma formation region extends to above the focus ring 5, plasma processing in the peripheral portion of the wafer W is promoted, and the uniformity of the etching rate is improved. On the other hand, when the plasma density around the wafer is low and the etching rate around the wafer is lower than the etching rate around the center of the wafer, the focus ring made of an insulating material such as quartz can be used. Since charges cannot be transferred between the focus ring 5 and electrons or ions in the plasma, the action of confining the plasma can be increased, and the uniformity of the etching rate can be improved.
プラズマ密度およびイオン引き込み作用を調整するために、 プラズマ生成用の 前記高周波とプラズマ中のイオンを引き込むための第 2高周波とを重畳させても よい。 具体的には、 図 5に示すように、 プラズマ生成用の高周波電源 1 0の他に、 イオン引き込み用の第 2高周波電源 2 6がマッチングボックス 1 1に接続されて、 これらが重畳される。 この場合に、 イオン引き込み用の第 2高周波電源 2 6の周 波数は、 3 . 2〜1 3 . 5 6 MH zが好ましく、 この範囲では 1 3 . 5 6 MH z が特に好ましい。 これにより、 イオンエネルギーを制御するパラメ一夕が増加す るので、 必要十分な無機系材料膜に対するエッチング選択比を確保した上でポリ シリコン膜のエッチングレートをより上昇させることができるような最適な処理 条件を容易に設定することができる。  In order to adjust the plasma density and the ion attracting action, the high frequency for generating plasma and the second high frequency for attracting ions in the plasma may be superimposed. Specifically, as shown in FIG. 5, in addition to the high-frequency power supply 10 for plasma generation, a second high-frequency power supply 26 for ion attraction is connected to the matching box 11, and these are superimposed. In this case, the frequency of the second high-frequency power supply 26 for attracting ions is preferably from 3.2 to 13.56 MHz, and in this range, 13.56 MHz is particularly preferable. As a result, the parameter for controlling the ion energy increases, so that the etching rate of the polysilicon film can be further increased while securing the etching selectivity to the necessary and sufficient inorganic material film. Processing conditions can be easily set.
ところで、 本発明者等の検討結果によると、 ポリシリコン膜のェヅチングでは、 10 By the way, according to the study results of the present inventors, in etching a polysilicon film, Ten
15 ブラズマ密度が支配的であってィォンエネルギーの寄与が小さいのに対し、 無機 系材料のェヅチングでは、 ブラズマ密度とィオンエネルギーの両方が必要である。 したがって、 図 3及び図 4に示すように無機系材料膜に隣接したポリシリコン膜 のエッチングにおいては、 無機系材料膜に対するエッチング選択比を高くしてェ ツチングするためには、 プラズマ密度が高く、 かつ、 イオンエネルギーが低いこ とが必要である。 つまり、 無機系材料のエッチングに必要なイオンエネルギーを 低く、 ポリシリコンのエッチングに支配的なプラズマ密度を高くすれば、 ポリシ リコン膜が選択的にエッチングされることとなる。 ここで、 プラズマのイオンェ ネルギ一は、 エツチングの際における電極の自己バイアス電圧と間接的に対応す るから、 ポリシリコン膜を高エッチング選択比でエッチングするためには、 結局、 高ブラズマ密度かつ低自己バイァス電圧の条件でェヅチングすることが必要であ る。 一方、 ェヅチングの形状制御性を良好なものにするためには、 エッチングが 低圧で行われることが必要であるが、 上記の条件が満たされれば、 より低圧のプ 口セスで高エッチング選択比を実現することができる。 すなわち、 高プラズマ密 度および低自己バイアス電圧が実現されれば、 より低圧の条件下でも、 無機系材 料膜に対するポリシリコン膜のエツチング選択比を高くすることができ、 高工ヅ チング選択比と良好なエツチング形状制御性とを両立させることができることと なる。 そして、 そのためには、 電極に印加する高周波電力の周波数を 5 0 ~ 1 5 O M H zと従来よりも高くすればよいことが判明した。 15 While the plasma density is dominant and the ion energy contribution is small, the etching of inorganic materials requires both the plasma density and the ion energy. Therefore, as shown in FIGS. 3 and 4, when etching the polysilicon film adjacent to the inorganic material film, the plasma density is high in order to perform etching with a high etching selectivity to the inorganic material film. In addition, the ion energy must be low. In other words, if the ion energy required for etching an inorganic material is reduced and the plasma density which is dominant for polysilicon etching is increased, the polysilicon film is selectively etched. Here, the ion energy of the plasma indirectly corresponds to the self-bias voltage of the electrode at the time of etching. Therefore, in order to etch the polysilicon film with a high etching selectivity, after all, a high plasma density and a low It is necessary to perform etching under the condition of self-bias voltage. On the other hand, in order to improve the shape controllability of the etching, it is necessary to perform etching at a low pressure. However, if the above conditions are satisfied, a high etching selectivity can be achieved with a lower pressure process. Can be realized. That is, if a high plasma density and a low self-bias voltage are realized, the etching selectivity of the polysilicon film relative to the inorganic material film can be increased even under a lower pressure condition, and the high etching selectivity can be achieved. And good etching shape controllability can be achieved at the same time. Then, it was found that the frequency of the high-frequency power applied to the electrode should be set to 50 to 15 OMHz higher than the conventional frequency.
以下、 そのことが図 6を参照して説明される。 図 6は、 高周波電力の周波数が 4 0 M H z、 1 0 O M H zにおける自己バイアス電圧の絶対値 | V d c | とブラ ズマ密度との関係を示す図である。 横軸が自己バイアス電圧の絶対値 I V d c I であり、 縦軸がプラズマ密度である。 ここで、 プラズマガスとしては、 実際のェ ツチングガスではなく、 評価用に A rが用いられた。 なお、 各周波数において、 印加する高周波パワーを変化させることにより、 プラズマ密度 N eおよび自己バ ィァス電圧の絶対値 I V d c Iの値が変化された。 つまり、 各周波数とも、 印加 する高周波パワーが大きくなるほど、 プラズマ密度 N eおよび自己バイアス電圧 の絶対値 I V d c Iはともに大きくなる。 また、 プラズマ密度は、 マイクロ波干 渉計により測定された。 図 6に示すように、 高周波電力の周波数が従来の 4 OMH zの場合には、 ポリ シリコン膜のエッチングレートを高くすべくプラズマ密度を上昇させると、 I V d c Iも大きく上昇した。 一方、 高周波電力の周波数が従来よりも高い 100M Hzの場合には、 プラズマ密度を上昇させても I Vdc Iはあまり上昇せず、 ほ ぼ 100V以下に抑えられた。 すなわち、 高プラズマ密度および低自己バイアス 電圧が実現可能であることが見出された。 すなわち、 従来のように比較的周波数 が低い場合には、 低圧下においては、 実際のエッチングにおいてポリシリコン膜 のエッチングレートを上昇させると、 同程度に無機系材料膜もェヅチングされて 良好な選択エッチング性が得られない一方、 10 OMH zという高い周波数によ り、 ポリシリコン膜を無機系材料膜に対する高エツチング選択比でェヅチングす ることが可能であることが知見された。 Hereinafter, this will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the absolute value | V dc | of the self-bias voltage and the plasma density when the frequency of the high frequency power is 40 MHz and 10 MHz. The horizontal axis is the absolute value of the self-bias voltage, IV dc I, and the vertical axis is the plasma density. Here, Ar was used for the evaluation instead of the actual etching gas as the plasma gas. At each frequency, the value of the plasma density Ne and the absolute value IVdcI of the self-bias voltage were changed by changing the applied high-frequency power. In other words, for each frequency, as the applied high-frequency power increases, both the plasma density Ne and the absolute value IVdcI of the self-bias voltage increase. Plasma density was measured with a microwave interferometer. As shown in Fig. 6, when the frequency of the high-frequency power was 4 OMz, the plasma density increased to increase the etching rate of the polysilicon film, and the IV dc I also increased significantly. On the other hand, when the frequency of the high-frequency power was 100 MHz, which was higher than before, I Vdc I did not increase much even when the plasma density was increased, and was suppressed to almost 100 V or less. That is, it has been found that a high plasma density and a low self-bias voltage can be realized. In other words, when the frequency is relatively low as in the past, under a low pressure, if the etching rate of the polysilicon film is increased in the actual etching, the inorganic material film is also etched to the same extent, and good selective etching is performed. On the other hand, it has been found that the polysilicon film can be etched at a high etching selectivity with respect to the inorganic material film at a high frequency of 10 OMHz while the property cannot be obtained.
また、 図 6からも理解されるように、 低圧下において、 従来よりも高プラズマ 密度および低自己バイァス電圧にしてポリシリコン膜をより高選択比でェヅチン グするためには、 アルゴンガスのプラズマを形成した場合、 プラズマ密度が I X 101Qcm_3以上かつ電極の自己バイアス電圧が 100 V以下、 あるいは、 ブラ ズマ密度が 5 X 101Q cm— 3以上かつ電極の自己バイアス電圧が 200 V以下、 となるような条件でブラズマを形成することが好ましいと考えられる。 そして、 そのようなプラズマ条件を満足するためには、 高周波電力が 5 OMHz以上必要 なことが推測される。 As can be understood from FIG. 6, in order to etch the polysilicon film with a higher selectivity under a low pressure and a higher plasma density and a lower self-bias voltage than before, the plasma of the argon gas is required. when forming, plasma density IX 10 1Q cm_ 3 or more and the self-bias voltage of the electrode is 100 V or less, or self-bias voltage of the bra Zuma density 5 X 10 1Q cm- 3 or more and electrodes 200 V or less, and It is considered preferable to form the plasma under such conditions. In order to satisfy such plasma conditions, it is assumed that high frequency power of 5 OMHz or more is required.
従って、 プラズマ形成用の高周波電力の周波数は、 上述したように 5 OMHz 以上とされる。 ただし、 プラズマ形成用の高周波電力の周波数が 15 OMHzを 超えると、 プラズマの均一性が損なわれ得る。 このため、 プラズマ形成用の高周 波電力の周波数は 15 OMHz以下とすることが好ましい。 特に上記効果を有効 に発揮させるためには、 プラズマ形成用の高周波電力の周波数は 70〜100M H zが好ましい。  Therefore, the frequency of the high frequency power for plasma formation is set to 5 OMHz or more as described above. However, if the frequency of the high frequency power for plasma formation exceeds 15 OMHz, the uniformity of the plasma may be impaired. For this reason, the frequency of the high frequency power for plasma formation is preferably set to 15 OMHz or less. In particular, in order to exhibit the above effects effectively, the frequency of the high frequency power for plasma formation is preferably 70 to 100 MHz.
エッチングの際のチャンバ一内圧力は、 13. 3 P a ( 10 OmT) 以下とす ることが好ましい。 無機系材料膜に対するポリシリコン膜のエツチング選択比と エツチング形状制御性とを両立させる観点からは、 チャンバ一内圧力は 4 P a (3 OmT) 以下がより好ましい。 ェヅチング形状制御性をより重視すれば、 チ ヤンバ一内圧力は 1. 33 pa (1 OmT) 以下が更に好ましい。 The pressure in the chamber during etching is preferably set to 13.3 Pa (10 OmT) or less. From the viewpoint of achieving both the etching selectivity of the polysilicon film with respect to the inorganic material film and the controllability of the etching shape, the pressure within the chamber is more preferably 4 Pa (3 OmT) or less. If more importance is placed on the control of the etching shape, More preferably, the Yamba internal pressure is 1.33 pa (1 OmT) or less.
次に、 ポリシリコン膜の実際のェヅチングレートおよび無機系材料膜に対する エッチング選択比を把握するために、 ポリシリコン膜および無機系材料膜である S i〇2 の全面形成膜のエッチングを行った実験結果について説明する。 Next, in order to grasp the etching selection ratio to the actual Edzuchingureto and inorganic material film of the polysilicon film, the experimental result of etching of the S I_〇 2 the entire surface of the formed film is a polysilicon film and an inorganic material film Will be described.
ここでは、 ウェハ Wとして 20 Ommウェハを用い、 エッチングガスとして、 HBrガス : 0. 2L/min (圧力が 0, 133Paのときのみ 0. 02 L/ min) が供給され、 電極間ギャップは 27 mm、 チャンバ一内圧力は 4 P aと してエツチング処理が施された。  Here, a 20 Omm wafer is used as the wafer W, HBr gas: 0.2 L / min (0.02 L / min only when the pressure is 0.133 Pa) is supplied as an etching gas, and the gap between the electrodes is 27 mm. The etching treatment was performed with the pressure in the chamber being 4 Pa.
図 7 Aは、 高周波電力が 10 OMHzの場合における、 ウェハの位置に対する ポリシリコン膜のェヅチングレートの値を、 高周波電力パワーが 500W (1. 59 W/ cm2 )、 1000W (3. 18W/cmz ) 、 150 OW (4. 77 W/cm2 ) の各場合について示す図である。 図 7Bは、 高周波電力が 40MH zの場合における、 ウェハの位置に対するポリシリコン膜のエッチングレートの 値を、 高周波電力パワーが 50 OW ( 1 · 59 W/cm2 ) 100 OW (3. 18 W/cm2 ) 150 OW (4. 77 W/ c m2 ) の各場合について示す図 である。 また、 図 8は、 高周波電力パワーとポリシリコン膜のエッチングレート との関係を、 4 OMH zおよび 10 OMH zの各場合について示す図である。 図 9は、 高周波電力パワーと S i02 膜のェヅチングレートとの関係を、 40MH zおよび 10 OMH zの各場合について示す図である。 図 10は、 高周波電力パ ヮ一とポリシリコン膜のエッチングレートとの関係、 及び、 高周波電力パワーと エツチング選択比に相当するポリシリコン膜のェヅチングレート/ S i 02 膜の エッチングレート比 (図 10においてエッチング選択比と記載) との関係を、 4 OMH zおよび 10 OMHzの各場合について示す図である。 図 11は、 ポリシ リ コン膜のェヅチングレートとェヅチング選択比に相当するポリシリコン膜のェ ッチングレート/S i 02 膜のエッチングレート比 (図 11においてもェヅチン グ選択比と記載) との関係を、 4 OMHzおよび 10 OMHzの各場合について 示す図である。 Figure 7 A is in the case the high-frequency power is 10 OMHz, the value of Edzuchingureto polysilicon film with respect to the position of the wafer, the high frequency power power 500W (1. 59 W / cm 2 ), 1000W (3. 18W / cm z ) And 150 OW (4.77 W / cm 2 ). 7B is when high-frequency power of 40MH z, the value of the etching rate of the polysilicon film with respect to the position of the wafer, the high frequency power power 50 OW (1 · 59 W / cm 2) 100 OW (3. 18 W / cm 2) is a diagram showing a case each of the 150 OW (4. 77 W / cm 2). FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the high-frequency power and the etching rate of the polysilicon film for each of 4 OMHz and 10 OMHz. 9, the relationship between Edzuchingureto high frequency power power and S i0 2 film, a diagram illustrating a case each of 40MH z and 10 OMH z. FIG. 10 shows the relationship between the high-frequency power power and the etching rate of the polysilicon film, and the high-frequency power power and the etching rate ratio of the polysilicon film / etching rate of the SiO 2 film corresponding to the etching selectivity (FIG. 10). FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the etching selectivity and the description in each of 4 OMHz and 10 OMHz. FIG. 11 shows the relationship between the etching rate of the polysilicon film and the etching rate ratio of the polysilicon film / etching rate of the SiO 2 film corresponding to the etching selectivity (also described in FIG. 11 as the etch selectivity). It is a figure shown about each case of 4 OMHz and 10 OMHz.
これらの図から、 ポリシリコン膜のエッチングレートは、 高周波電力パワーが 増加すると大きくなる傾向にあるが、 4 OMH zでのエッチングレートと 100 MH zでのエッチングレートとに大きな開きはない。 また、 同じガス圧力および 同じパワーでは、 ポリシリコン膜の 4 OMH zでのエッチングレートと 100M H zでのエッチングレートとは同程度であるが、 S i02 膜のエッチングレート は 10 OMHzの場合よりも 4 OMH zの場合のほうが高い。 従って、 40MH zの場合よりも 10 OMHzの場合のほうが S i 02 膜に対するポリシリコン膜 のエッチング選択比に相当する、 ポリシリコン膜のェヅチングレート/ S i 02 膜のエッチングレート比が高いことが確認された。 すなわち、 評価用サンプルで の実験結果から、 4 Paにおいて、 4 OMHzよりも 10 OMHzの高周波電力 を用いるほうが、 ポリシリコン膜を高工ッチング選択比でェヅチングできる可能 性が高いことが確認された。 ポリシリコン膜のェッチングレートとェヅチング選 択比とはトレードオフの関係にあるので、 高周波電力パワーを大きくしすぎると ポリシリコン膜のエッチングレートは増大するがエツチング選択比が低下する。 従って、 10 OMH zの高周波電力のパワー密度は、 5W/cm2 (約 1500 W) 以下が好ましい。 From these figures, it can be seen that the etching rate of the polysilicon film tends to increase as the RF power increases, but the etching rate at 4 There is no large difference between the etching rate at MHz. Further, the same gas pressure and the same power, the etching rate of the etching rate and 100M H z at 4 OMH z polysilicon film is a comparable, the etching rate of the S i0 2 film than in the case of 10 OMHz Is also higher at 4 OMH z. Therefore, the etching selectivity of the polysilicon film with respect to the SiO 2 film is higher at 10 OMHz than at 40 MHz, which means that the etching rate ratio of the polysilicon film / SiO 2 film is higher. confirmed. In other words, from the experimental results of the evaluation samples, it was confirmed that using a high-frequency power of 10 OMHz rather than 4 OMHz at 4 Pa has a higher possibility of etching the polysilicon film with a high etching selectivity. Since the etching rate of the polysilicon film and the etching selection ratio are in a trade-off relationship, if the high-frequency power is too large, the etching rate of the polysilicon film increases but the etching selection ratio decreases. Therefore, the power density of the high frequency power of 10 OMHz is preferably 5 W / cm 2 (about 1500 W) or less.
一方、 10 OMHzでは、 パワー密度が低い方向で、 ポリシリコン膜のエッチ ングレートが低下し、 S i02 膜に対するエッチング選択比は向上する。 エッチ ング対象膜の下地が S i 02 等のゲート酸化膜の場合には、 その厚さは通常数 n m程度であるため、 S i 02 のエッチングレートを 0. lnm/minオーダ一 まで下げる必要がある。 例えば、 1. 33 Pa ( 1 OmT o r r) の圧力条件の 場合、 1. 5W/cm2 (約 500W) のパワー密度では、 ポリシリコン膜のェ ヅチングレートは 100 nm/mi n、 エッチング選択比は 70であり、 S iO 2 のエッチングレートは 1. 3 nm/mi nである。 従って、 S i 02 のエツ チングレートを 0. 1 nmZmi nオーダ一まで下げるためには、 パワー密度を 0. 15-0. 3W/cm2 (約 50〜: I 00 W)程度まで下げる必要があると 予想される。 以上の点を考慮すると、 最低の高周波電力パワーは 0. 3W/cm 2 以上が好ましく更に 0. 15W/cm2 (約 50W) 以上が好ましい。 エッチ ング選択性のみの観点では、 高周波電力パワーは 1. 5W/cm2 (約 500 W) 以下が好ましい。 On the other hand, at 10 OMHz, the etching rate of the polysilicon film decreases in the direction of lower power density, and the etching selectivity with respect to the SiO 2 film increases. If the underlying etch ring target film is a gate oxide film, such as S i 0 2, since the thickness is usually about the number nm, lowers the etching rate of the S i 0 2 to 0. lnm / min order one There is a need. For example, under a pressure condition of 1.33 Pa (1 OmTorr), at a power density of 1.5 W / cm 2 (about 500 W), the etching rate of the polysilicon film is 100 nm / min, and the etching selectivity is 70. And the etching rate of SiO 2 is 1.3 nm / min. Therefore, in order to lower the Etsu Chin Great S i 0 2 to 0. 1 nmZmi n order one, the power density 0. 15-0 3W / cm 2 (about 50~: I 00 W). Necessary to reduce to the extent It is expected that there will be. In consideration of the above points, the minimum high frequency power is preferably 0.3 W / cm 2 or more, and more preferably 0.15 W / cm 2 (about 50 W). From the viewpoint of etching selectivity alone, the high-frequency power is preferably 1.5 W / cm 2 (about 500 W) or less.
次に、 HBrガスの流量が 0. 02〜0. 2 L/m i nの間で変化されて、 チ ヤンバー内圧力が 0. 133~13. 3 Paの間で変化されて、 高周波電力パヮ 一を 500Wに固定し、 その他は上記条件にて、 エッチングが行われた。 Next, the flow rate of HBr gas is changed between 0.02 and 0.2 L / min, and The pressure in the Yanbar was changed between 0.133 and 13.3 Pa, the high frequency power was fixed at 500 W, and the other conditions were etched under the above conditions.
図 12 Aは、 エッチングの際のチャンバ一内圧力と高周波電力が 10 OMHz の場合および 4 OMHzの場合におけるポリシリコン膜のェヅチングレートとの 関係を示す図であり、 図 12Bは、 ェヅチングの際のチャンバ一内圧力と高周波 電力が 10 OMH zの場合および 4 OMH zの場合における S i 02 膜のエッチ ングレートとの関係を示す図である。 図 13は、 チャンバ一内圧力とエッチング 選択比に相当するポリシリコン膜のエッチングレート/ S i 02 膜のエッチング レートの比 (図 13においてエッチング選択比と記載) との関係を、 40MHz および 10 OMH zの各場合について示す図である。 図 14は、 チャンバ一内圧 力とポリシリコン膜のエッチングレートとの関係、 および、 高周波電力パワーと エッチング選択比に相当するポリシリコン膜のエッチングレ一ト /S i 02 膜の エッチングレートの比 (図 14においてもエッチング選択比と記載) との関係を 4 OMHzおよび 10 OMHzの各場合について示す図である。 図 15は、 ポリ シリコン膜のェッチングレートとエツチング選択比に相当するポリシリコン膜の エッチングレート/ S i 02 膜のェヅチングレートの比 (図 15においてもエツ チング選択比と記載) との関係を 4 OMHzおよび 10 OMHzの各場合につい て示す図である。 FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the pressure inside the chamber at the time of etching and the etching rate of the polysilicon film when the high-frequency power is 10 OMHz and 4 OMHz, and FIG. 12B is a diagram showing the chamber at the time of etching. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the internal pressure and the etching rate of the SiO 2 film when the high-frequency power is 10 OMHz and when it is 4 OMHz. FIG. 13 shows the relationship between the pressure inside the chamber and the ratio of the etching rate of the polysilicon film corresponding to the etching selectivity / the etch rate of the SiO 2 film (described as the etching selectivity in FIG. 13) at 40 MHz and 10 MHz. It is a figure shown about each case of OMHz. Figure 14 shows the relationship between the internal pressure of the chamber and the etching rate of the polysilicon film, and the ratio of the etching rate of the polysilicon film to the etching rate of the SiO 2 film corresponding to the high-frequency power and the etching selectivity. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between (4) and 10 (10) MHz in FIG. FIG. 15 shows the relationship between the etching rate of the polysilicon film and the ratio of the etching rate of the polysilicon film to the etching rate of the SiO 2 film, which corresponds to the etching selectivity (also described in FIG. 15 as the etch selectivity). It is a figure shown about each case of 4 OMHz and 10 OMHz.
これらの図から、 同じ高周波電力パワーおよびチャンバ一内圧力であれば、 4 OMHzの場合よりも 10 OMHzの場合のほうがポリシリコン膜のエッチング レートが若干高く、 エッチング選択比も高いことが確認された。 また、 同じ高周 波電力パワーであれば、 4 OMH zの場合よりも 10 OMH zのほうが、 より低 圧力で高いエッチング選択比が得られることが確認された。 さらに、 図 15に示 すように、 同じ高周波電力パワーおよびエッチングレートでは、 4 OMHzの場 合よりも 10 OMHzの場合のほうがエッチング選択比が高いことも確認された。 これらのことから、 10 OMHzの場合に、 エッチング形状制御性に有利な低圧 条件下で高いエツチング選択比を得ることができ、 高エツチング選択性と良好な エツチング形状制御性の両方を実現可能なことが確認された。  From these figures, it was confirmed that the etching rate of the polysilicon film was slightly higher and the etching selectivity was higher at 10 OMHz than at 4 OMHz at the same high frequency power and the same pressure in the chamber. . In addition, it was confirmed that with the same high-frequency power, a higher etching selectivity can be obtained at a lower pressure at 10 OMHz than at 4 OMHz. Furthermore, as shown in Fig. 15, it was confirmed that at the same high frequency power and etching rate, the etching selectivity was higher at 10 OMHz than at 4 OMHz. From these facts, at 10 OMHz, it is possible to obtain a high etching selectivity under low-pressure conditions, which is advantageous for etching shape control, and to achieve both high etching selectivity and good etching shape control. Was confirmed.
圧力の影響については、 4 OMHzの場合も 10 OMHzの場合も、 高圧の方 が、 ポリシリコン膜のェヅチングレート及びェッチング選択比が良いことが確認 された。 しかし、 ポリシリコン膜のエッチング形状制御性の観点から、 低圧の方、 具体的には 13. 3 Pa以下、 が好ましいことが確認された。 Regarding the effect of pressure, both at 4 OMHz and at 10 OMHz, However, it was confirmed that the etching rate and the etching selectivity of the polysilicon film were good. However, from the viewpoint of the controllability of the etching shape of the polysilicon film, it was confirmed that the lower pressure, specifically 13.3 Pa or less, was preferable.
次に、 実際のエッチングガス (HBr) を用いて 100MHzの高周波電力を 印加した場合の自己バイアス電圧の絶対値 I Vdc Iとプラズマ密度を把握した (測定した) 結果について説明する。  Next, the results of measuring (measuring) the absolute value I Vdc I of the self-bias voltage and the plasma density when a high-frequency power of 100 MHz is applied using an actual etching gas (HBr) will be described.
図 16は、 高周波電力の周波数を 100MHzとして、 HBrガスでプラズマ を形成した場合について、 自己バイアス電圧の絶対値とプラズマ密度との関係を 比較して示す図である。 横軸が自己バイアス電圧の絶対値 I Vd c Iであり、 縦 軸がプラズマ密度である。 プラズマ密度は、 マイクロ波干渉計により測定された。 このときのチャンバ一内圧力は、 2. 7 P a ( 2 OmT 0 r r) であった。 ま た、 10 OMH zの高周波電力のパワーを 500〜2000Wの間で変化させる ことにより、 プラズマ密度および自己バイアス電圧の絶対値 I Vd c Iが変化さ れた。 更に、 10 OMH zの高周波電力のパワーが 500Wの場合について、 1 3MH zの第 2高周波電力が 0W、 20 OWs 600Wで重畳された。  FIG. 16 is a diagram showing a comparison between the relationship between the absolute value of the self-bias voltage and the plasma density in the case where the frequency of the high-frequency power is set to 100 MHz and the plasma is formed using HBr gas. The horizontal axis is the absolute value of the self-bias voltage I Vd cI, and the vertical axis is the plasma density. Plasma density was measured with a microwave interferometer. At this time, the pressure inside the chamber was 2.7 Pa (2 OmT 0 rr). Also, by changing the power of the high frequency power of 10 OMHz between 500 and 2000 W, the plasma density and the absolute value of the self-bias voltage I Vdc I were changed. Further, when the power of the high frequency power of 10 MHz was 500 W, the second high frequency power of 13 MHz was superimposed at 0 W and 20 OWs 600 W.
図 16から分かるように、 各周波数とも、 印加する高周波パワーが大きくなる ほど、 プラズマ密度 Neおよび自己バイアス電圧の絶対値 I Vd c Iはともに大 きくなる。  As can be seen from FIG. 16, for each frequency, as the applied high-frequency power increases, both the plasma density Ne and the absolute value I Vd c I of the self-bias voltage increase.
図 16に示すように、 実際のエッチングガスのプラズマでは、 Arガスのプラ ズマに比較して (図 6参照) 、 若干プラズマ密度が低くなる傾向にある。 また、 より低い周波数の第 2高周波電力 (13MHz) が重畳されて、 そのパワーが増 大されると、 自己バイアス電圧が高くなつて行く傾向にある。  As shown in FIG. 16, the plasma density of the actual etching gas plasma tends to be slightly lower than that of the Ar gas plasma (see FIG. 6). Also, when the second high frequency power (13 MHz) of lower frequency is superimposed and the power is increased, the self-bias voltage tends to increase.
また、 図 16から分かるように、 第 2高周波電力が重畳されない場合において、 プラズマ密度を上昇させても I Vdc Iはあまり上昇せず、 ほぼ 100 V以下に 抑えられた。 すなわち、 高プラズマ密度および低自己バイアス電圧が実現可能で あることが見出された。  Also, as can be seen from FIG. 16, when the second high-frequency power was not superimposed, I Vdc I did not increase so much even when the plasma density was increased, and was suppressed to almost 100 V or less. That is, it was found that high plasma density and low self-bias voltage were feasible.
図 17は、 第 2高周波電力が重畳されない場合についての、 高周波電力の高周 波電力パワーとポリシリコン膜のエッチングレートとの関係、 および、 高周波電 力の高周波電力パヮ一とエツチング選択比に相当するポリシリコン膜のェッチン グレート /S i〇2 膜のエッチングレートの比との関係について示す図である。 高周波電力パワーが大きくなるとポリシリコン膜のエッチングレートが大きく なるが選択比が小さくなるので約 1500W (約 4. 77W/cm2 ) 以下が好 ましい。 一方、 パワーが小さくなるとェヅチングレートが小さくなるが選択比が 大きくなるので、 約 500W (約 1. 5W/cm2 ) 以上が好ましい。 FIG. 17 shows the relationship between the high frequency power of the high frequency power and the etching rate of the polysilicon film when the second high frequency power is not superimposed, and the high frequency power of the high frequency power and the etching selectivity. Etching of polysilicon film FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a ratio of the etching rate of the Great / Si 2 film. As the high frequency power increases, the etching rate of the polysilicon film increases, but the selectivity decreases. Therefore, about 1500 W (about 4.77 W / cm 2 ) or less is preferable. On the other hand, as the power decreases, the etching rate decreases, but the selectivity increases. Therefore, the power is preferably about 500 W (about 1.5 W / cm 2 ) or more.
図 16及び図 17から、 10 OMH zという高い周波数により、 必要なポリシ リコンのエッチングレートが得られ、 かつ、 ポリシリコン膜を無機系材料膜に対 して高工ッチング選択比でェヅチングすることが可能であることが確認できた。 また、 図 16及び図 17から理解されるように、 低圧下において、 従来よりも 高ブラズマ密度および低自己バイァス電圧にしてポリシリコン膜をより高選択比 かつ必要なェッチングレートでエツチングするためには、 プラズマ密度が 5 X 1 09 〜2 X 101Q cm— 3であって、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 200 V以 下であることが好ましいと考えられる。 From FIGS. 16 and 17, a high etching frequency of 10 OMHz can be used to obtain the required polysilicon etching rate, and the polysilicon film can be etched with a high etching selectivity with respect to the inorganic material film. It was confirmed that it was possible. In addition, as can be understood from FIGS. 16 and 17, at a low pressure, a higher plasma density and a lower self-bias voltage than in the prior art are required to etch the polysilicon film at a higher selectivity and a required etching rate. is a plasma density is 5 X 1 0 9 ~2 X 10 1Q cm- 3, and, it may be preferable self-bias voltage of the electrode is below 200 V or less.
なお、 処理ガスとしては、 HB rガスを含むガスの他に、 Cl2 ガスを含むガ スも用いられ得るが、 後者の場合も、 好適なプラズマ密度の範囲は上記と同様で あることが確認された。 As a processing gas, a gas containing Cl 2 gas may be used in addition to a gas containing HBr gas, but in the latter case, it is confirmed that the preferable range of the plasma density is the same as above. Was done.
一方、 図 18は、 高周波電力の高周波電力パワーが 500Wに固定されて、 第 2高周波電力の高周波電力パワーが重畳される場合についての、 第 2高周波電力 の高周波電力パワーとポリシリコン膜のエッチングレートとの関係、 および、 第 2高周波電力の高周波電力パヮ一とエツチング選択比に相当するポリシリコン膜 のェヅチングレート /S i 02 膜のェヅチングレートの比との関係について示す 図である。 On the other hand, Fig. 18 shows the RF power of the second RF power and the etching rate of the polysilicon film when the RF power of the RF power is fixed to 500 W and the RF power of the RF power is superimposed. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio of the high-frequency power of the second high-frequency power and the ratio of the etching rate of the polysilicon film / the etching rate of the SiO 2 film corresponding to the etching selectivity.
図 16及び図 18から分かるように、 13 MHzの第 2高周波電力が重畳され、 そのパワーが増大されていくと、 エッチングレートが上昇する一方で、 電極の自 己バイアス電圧をも増大する。 自己バイアス電圧が大きくなると、 エッチング選 択比が低下する傾向にあり、 自己バイアス電圧 200 V、 つまり第 2高周波電力 パワー約 200W (約 0. 64W/cm2 ) までは、 エッチング選択比を許容範 囲に維持することが可能である。 As can be seen from FIGS. 16 and 18, when the second high-frequency power of 13 MHz is superimposed and the power is increased, the etching rate increases and the self-bias voltage of the electrode also increases. As the self-bias voltage increases, the etching selection ratio tends to decrease.The etching selection ratio is within the allowable range up to the self-bias voltage of 200 V, that is, the second high-frequency power of about 200 W (about 0.64 W / cm 2 ). It is possible to keep in the enclosure.
したがって、 重畳される第 2高周波電力のパヮ一 (バイアスパワー) が増加さ れていくことにより、 エッチング選択比 1 0以上を維持しつつエッチングレート を高めることができる。 Therefore, the power (bias power) of the superimposed second high-frequency power is increased. As a result, the etching rate can be increased while maintaining the etching selectivity of 10 or more.
以上の試験では、 電極間ギャップが 2 7 mmであったが、 上述したように、 電 極間距離が小さすぎると、 被処理基板であるウェハ Wの表面の圧力分布 (中心部 と周辺部との圧力差) が大きくなつて、 エッチング均一性の低下等の問題を生じ 得る。 従って、 実際の電極間距離は、 3 5〜 5 0 mmがより好ましい。 このこと を図 1 9を参照して説明する。  In the above test, the gap between the electrodes was 27 mm. However, as described above, if the distance between the electrodes is too small, the pressure distribution on the surface of the wafer W (the center and the periphery) If the pressure difference becomes large, problems such as a decrease in etching uniformity may occur. Therefore, the actual distance between the electrodes is more preferably 35 to 50 mm. This will be described with reference to FIG.
図 1 9は、 プラズマガスとして A rガスを用いた場合の A rガス流量とウェハ 中心部とウェハ周辺部の圧力差 との関係を電極間ギャップ 2 5 mmの場合と 4 0 mmの場合とで比較して示す図である。 図 1 9に示すように、 ギヤヅプが 4 0 mmのほうが 2 5 mmよりも圧力差 ΔΡが小さい。 また、 ギャップ 2 5 mmの 場合には、 A rガス流量の上昇にともなって圧力差 が急激に大きくなる傾向 にあり、 ガス流量が 0 . 3 L/m i n程度以上でエッチング均一性の低下等の問 題の生じない許容最大圧力差厶 Pである 0 . 2 7 P a ( 2 m T o r r ) を超えて しまう。 これに対し、 ギヤヅプ 4 0 mmの場合には、 ガス流量によらず、 圧力差 が 0 . 2 7 P a ( 2 mT o r r ) より小さい。 従って、 電極間ギャップはおよそ 3 5 mm以上であれば、 ガス流量によらずエツチング均一性の低下等の問題の生 じない許容最大圧力差を保つことができると予想される。  Figure 19 shows the relationship between the Ar gas flow rate and the pressure difference between the center of the wafer and the periphery of the wafer when Ar gas was used as the plasma gas, for the case where the electrode gap was 25 mm and 40 mm. FIG. As shown in FIG. 19, the pressure difference ΔΡ is smaller when the gap is 40 mm than when the gap is 25 mm. In the case of a gap of 25 mm, the pressure difference tends to increase sharply with the increase of the Ar gas flow rate, and when the gas flow rate is about 0.3 L / min or more, the etching uniformity may decrease. The allowable maximum pressure difference P, which does not cause any problems, exceeds 0.27 Pa (2 mTorr). On the other hand, when the gap is 40 mm, the pressure difference is smaller than 0.27 Pa (2 mTorr) regardless of the gas flow rate. Therefore, if the gap between the electrodes is about 35 mm or more, it is expected that the allowable maximum pressure difference that does not cause a problem such as a decrease in etching uniformity can be maintained regardless of the gas flow rate.
なお、 本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。 例 えば、 上記実施形態では、 シリコン膜としてポリシリコン膜が用いられた場合に ついて示したが、 これに限らず、 単結晶シリコン膜や、 アモルファスシリコン膜 等の他のシリコン膜が用いられてもよい。  The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the polysilicon film is used as the silicon film has been described. However, the present invention is not limited to this, and other silicon films such as a single crystal silicon film and an amorphous silicon film may be used. Good.
また、 上記実施形態では、 磁場形成手段として永久磁石からなる複数のセグメ ント磁石がチャンバ一の周囲にリング状に配置されてなるマルチポール状態のリ ング磁石が用いられたが、 処理空間の周囲に磁場を形成してプラズマを閉じこめ ることができれば、 この態様に限定されるものではない。 また、 このようなブラ ズマ閉じこめ用の周辺磁場は、 必ずしも必要ではない。 つまり、 磁場が存在しな い状態でエッチングを行ってもよい。 また、 処理空間に水平磁場を印加して直交 電磁界中でブラズマエヅチングを行うブラズマエヅチング処理にも本発明は適用 4410 Further, in the above-described embodiment, a ring magnet in a multipole state in which a plurality of segment magnets made of permanent magnets are arranged in a ring around the chamber as the magnetic field forming means is used. The present invention is not limited to this mode as long as a magnetic field can be formed in the plasma to confine the plasma. Also, such a peripheral magnetic field for confining the plasma is not always necessary. That is, etching may be performed in the absence of a magnetic field. In addition, the present invention is also applied to a plasma etching process in which a horizontal magnetic field is applied to a processing space to perform a plasma etching in an orthogonal electromagnetic field. 4410
23 可能である。 23 It is possible.
さらに、 上記実施形態では下部電極にプラズマ形成用の高周波電力が印加され ているが、 これに限らず、 上部電極に印加されてもよい。 さらにまた、 被処理基 板の層構造は、 上記実施形態の図 3または図 4に示されるものに限定されない。 更には、 被処理基板として半導体ウェハを用いた場合について示したが、 これに 限らず、 他の被処理基板におけるポリシリコン膜のエッチングにも適用すること ができる。  Furthermore, in the above embodiment, high-frequency power for plasma formation is applied to the lower electrode, but is not limited to this, and may be applied to the upper electrode. Furthermore, the layer structure of the substrate to be processed is not limited to that shown in FIG. 3 or FIG. 4 of the above embodiment. Furthermore, although the case where a semiconductor wafer is used as a substrate to be processed has been described, the present invention is not limited to this and can be applied to etching of a polysilicon film on another substrate to be processed.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1. チャンバ一内に一対の電極を対向して配置し、 両電極の間にシリコン膜 と無機材料膜とを隣接して有する被処理基板が配置されるように、 一方の電極に よって当該被処理基板をま持させる配置工程と、 1. A pair of electrodes are arranged in the chamber so as to face each other, and one of the electrodes is arranged so that a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other is arranged between the two electrodes. An arrangement step of holding the processing substrate,
少なくとも一方の電極に高周波電力を印加して前記一対の電極間に高周波電界 を形成するとともに、 チャンバ一内に処理ガスを供給し、 前記電界により処理ガ スのブラズマを形成し、 該プラズマにより前記被処理基板の前記シリコン膜をプ ラズマエツチングするェヅチング工程と、  A high-frequency electric power is applied to at least one of the electrodes to form a high-frequency electric field between the pair of electrodes, a processing gas is supplied into the chamber, and a plasma of the processing gas is formed by the electric field. An etching step of plasma etching the silicon film of the substrate to be processed;
を備え、 With
前記エッチング工程において、 前記少なくとも一方の電極に印加する高周波電 力の周波数が、 50〜: L 50MHzである  In the etching step, the frequency of the high-frequency power applied to the at least one electrode is 50 to 50 MHz.
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。 A plasma etching method characterized by the above-mentioned.
2. 前記エッチング工程において、 前記少なくとも一方の電極に印加する高 周波電力の周波数は、 100MHzである 2. In the etching step, the frequency of the high-frequency power applied to the at least one electrode is 100 MHz.
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方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
3. 前記エッチング工程において、 前記高周波電力のパワー密度が、 0. 1 5〜5 W/cm2 である 3. In the etching step, a power density of the high-frequency power is 0.15 to 5 W / cm 2 .
ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマエヅチング方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
4. 前記エッチング工程において、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が、 5 X 109 -2 x 1010cm— 3である 4. In the etching step, the plasma density in the chamber is 5 × 10 9 -2 × 10 10 cm— 3
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方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
5. 前記エッチング工程において、 前記チャンバ一内の圧力が、 13. 3 P a以下である 5. In the etching step, the pressure in the chamber is 13.3 Pa or less.
ことを特徴とする請求項 1に記載のプラズマエツチング方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
6. 前記無機系材料膜は、 シリコン酸化物、 シリコン窒化物、 シリコン酸窒 化物、 及び、 シリコン炭化物の少なくとも一つからなる 6. The inorganic material film is made of at least one of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon carbide.
ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein:
7. 前記エッチング工程において、 前記被処理基板を支持する電極に前記高 周波電力が印加される 7. In the etching step, the high frequency power is applied to an electrode supporting the substrate to be processed.
ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein:
8. 前記エッチング工程において、 前記被処理基板を支持する電極に前記高 周波電力に重畳させて 3. 2〜13. 56 MH zの第 2高周波電力が印加される ことを特徴とする請求項 7に記載のプラズマエツチング方法。 8. In the etching step, a second high frequency power of 3.2 to 13.56 MHz is applied so as to be superimposed on the high frequency power on an electrode supporting the substrate to be processed. 3. The plasma etching method according to item 1.
9. 前記第 2高周波電力の周波数は、 13. 56MHzである 9. The frequency of the second high frequency power is 13.56 MHz
ことを特徴とする請求項 8に記載のプラズマェッチング方法。 9. The plasma etching method according to claim 8, wherein:
10. 前記第 2高周波電力のパワー密度が、 0. GAWZcm2 以下である ことを特徴とする請求項 9に記載のブラズマエヅチング方法。 10. The plasma etching method according to claim 9, wherein the power density of the second high frequency power is equal to or less than 0.1 GAWZcm 2 .
11. 前記エッチング工程において、 前記被処理基板を支持する電極の自己 バイアス電圧が 200V以下である 11. In the etching step, a self-bias voltage of an electrode supporting the substrate to be processed is 200 V or less.
ことを特徴とする請求項 8に記載のブラズマエッチング方法。 9. The plasma etching method according to claim 8, wherein:
12. 前記一対の電極の電極間距離は、 50mm未満である 12. The distance between the electrodes of the pair of electrodes is less than 50 mm
ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマエヅチング方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
13. 前記ェッチング工程において、 前記一対の電極間のブラズマ領域の周 囲に磁場が形成される 13. In the etching step, a magnetic field is formed around a plasma region between the pair of electrodes.
ことを特徴とする請求項 1に記載のプラズマエツチング方法。 2. The plasma etching method according to claim 1, wherein:
14. 前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に形成される磁場の強度は、 0. 03〜0. 045T (300〜450Gaus s) である 14. The strength of the magnetic field formed around the plasma region between the pair of electrodes is 0.03 to 0.045T (300 to 450 Gauss).
ことを特徴とする請求項 13に記載のブラズマエッチング方法。 14. The plasma etching method according to claim 13, wherein:
15. 前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に磁場が形成される際におい て、 前記被処理基板の周囲に設けられたフォーカスリング上の磁場強度が 0. 0 01 T (1 OGauss) 以上であり、 前記被処理基板上の磁場強度が 0. 00 1 T以下である 15. When a magnetic field is formed around the plasma region between the pair of electrodes, the magnetic field strength on a focus ring provided around the substrate to be processed is 0.0001 T (1 OGauss) or more. And the magnetic field intensity on the substrate to be processed is 0.001 T or less.
ことを特徴とする請求項 14に記載のプラズマェッチング方法。 15. The plasma etching method according to claim 14, wherein:
16. 前記シリコン膜は、 ポリシリコンで構成されている 16. The silicon film is composed of polysilicon
ことを特徴とする請求項 1に記載のブラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1, wherein:
17. チャンバ一内に一対の電極を対向して配置し、 両電極の間にシリコン 膜と無機材料膜とを隣接して有する被処理基板が配置されるように、 一方の電極 によって当該被処理基板を支持させる配置工程と、 17. A pair of electrodes are arranged facing each other in one chamber, and one of the electrodes is processed so that a substrate having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other is arranged between the two electrodes. An arrangement step of supporting the substrate,
少なくとも一方の電極に高周波電力を印加して前記一対の電極間に高周波電界 を形成するとともに、 チャンバ一内に処理ガスを供給し、 前記電界により処理ガ スのブラズマを形成し、 該プラズマにより前記被処理基板の前記シリコン膜をプ ラズマエツチングするエツチング工程と、  A high-frequency electric power is applied to at least one of the electrodes to form a high-frequency electric field between the pair of electrodes, a processing gas is supplied into the chamber, and a plasma of the processing gas is formed by the electric field. An etching step of plasma etching the silicon film of the substrate to be processed;
を備え、 With
前記エッチング工程において、 処理ガスは HB rガス及び C 12 ガスのいずれ か 1つを含み、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 5 X 109 ~2 X 1010cm 一3であって、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 200V以下である In the etching step, the process gas is an HB r gas and including any one of the C 1 2 gas, the plasma density of the chamber in one is 5 X 10 9 ~ 2 X 10 10 cm one 3, and, The self-bias voltage of the electrode is less than 200V
ことを特徴とするプラズマエツチング方法。 A plasma etching method characterized by the above-mentioned.
18. チャンバ一内に一対の電極を対向して配置し、 両電極の間にシリコン 膜と無機材料膜とを隣接して有する被処理基板が配置されるように、 一方の電極 によって当該被処理基板を支持させる配置工程と、 18. A pair of electrodes are arranged in one chamber so as to face each other, and one of the electrodes is arranged so that a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other is arranged between the two electrodes. An arrangement step of supporting the substrate to be processed by
少なくとも一方の電極に高周波電力を印加して前記一対の電極閭に高周波電界 を形成するとともに、 チャンバ一内に Arガスを供給し、 前記電界により処理ガ スのブラズマを形成するブラズマ化工程と、  Applying a high-frequency power to at least one of the electrodes to form a high-frequency electric field on the pair of electrodes, supplying an Ar gas into the chamber, and forming a plasma of the processing gas by the electric field;
を備え、 With
前記プラズマ化工程において、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 1 X 101Q cm— 3以上であって、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 100V以下であること を確認する工程が実施される In the plasma-forming step, a step of confirming that the plasma density in the chamber 1 is 1 × 10 1 Q cm− 3 or more and that the self-bias voltage of the electrode is 100 V or less is performed.
ことを特徴とするプラズマエツチング条件の確認方法。 A method for confirming plasma etching conditions, characterized in that:
19. シリコン膜と無機系材料膜とを隣接して有する被処理基板を収容する チャンバ一と、 19. a chamber for accommodating a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other;
前記チャンバ一内に設けられ、 その一方が前記被処理基板を支持する一対の電 極と、  A pair of electrodes provided in the chamber, one of which supports the substrate to be processed;
前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、  A processing gas supply system for supplying a processing gas into the chamber;
前記チャンバ一内を排気する排気系と、  An exhaust system for exhausting the inside of the chamber,
前記電極のうち少なくとも一方にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周 波電源と  A high-frequency power supply for supplying high-frequency power for plasma formation to at least one of the electrodes;
を備え、 With
前記高周波電源から発生される高周波電力の周波数が、 50〜15 OMHzで める  The frequency of the high frequency power generated from the high frequency power supply is 50 to 15 OMHz.
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 A plasma etching apparatus characterized by the above-mentioned.
20. 前記高周波電源から発生される高周波電力の周波数は、 10 OMHz である 20. The frequency of the high frequency power generated from the high frequency power supply is 10 OMHz
ことを特徴とする請求項 19に記載のプラズマエツチング装置。 20. The plasma etching apparatus according to claim 19, wherein:
21. 前記高周波電力のパワー密度が、 0. 15~5W/cm2 である ことを特徴とする請求項 19に記載のプラズマエッチング装置。 21. The plasma etching apparatus according to claim 19, wherein a power density of the high frequency power is 0.15 to 5 W / cm 2 .
22. 前記チャンバ一内の圧力が、 13. 3 Pa以下である 22. The pressure in the chamber is 13.3 Pa or less
ことを特徴とする請求項 19に記載のブラズマエツチング装置。 20. The plasma etching apparatus according to claim 19, wherein:
23 · 前記被処理基板を支持する電極に、 前記高周波電力が印加される ことを特徴とする請求項 19に記載のブラズマエッチング装置。 23. The plasma etching apparatus according to claim 19, wherein the high-frequency power is applied to an electrode supporting the substrate to be processed.
24. 前記被処理基板を支持する電極に前記高周波電力に重畳させて 3. 2 -13. 56 MHzの第 2高周波電力を印加する第 2高周波電源 24. A second high frequency power supply for applying a second high frequency power of 56 MHz by superimposing the high frequency power on the electrode supporting the substrate to be processed.
を更に備えたことを特徴とする請求項 23に記載のブラズマエヅチング装置。 24. The plasma etching apparatus according to claim 23, further comprising:
25. 前記第 2高周波電力の周波数は、 13. 56 MHzである 25. The frequency of the second high-frequency power is 13.56 MHz
ことを特徴とする請求項 24に記載のプラズマェヅチング装置。 25. The plasma etching apparatus according to claim 24, wherein:
26. 前記第 2高周波電力のパワー密度が、 0. 6 W/cm2 以下である ことを特徴とする請求項 25に記載のブラズマエッチング装置。 26. The plasma etching apparatus according to claim 25, wherein the power density of the second high frequency power is 0.6 W / cm 2 or less.
27. 前記一対の電極の電極間距離は、 50mm未満である 27. The distance between the electrodes of the pair of electrodes is less than 50 mm
ことを特徴とする請求項 19に記載のブラズマエツチング装置。 20. The plasma etching apparatus according to claim 19, wherein:
28. 前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に磁場を形成する磁場形成手 段 28. Magnetic field forming means for forming a magnetic field around the plasma region between the pair of electrodes
を更に備えたことを特徴とする請求項 19に記載のプラズマエッチング装置。 9. 前記磁場形成手段が前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に形成す る磁場の強度は、 0. 03〜0. 045 T (300〜450 Gaus s) である ことを特徴とする請求項 28に記載のブラズマエッチング装置。 20. The plasma etching apparatus according to claim 19, further comprising: 9. The strength of a magnetic field formed by the magnetic field forming means around a plasma region between the pair of electrodes is 0.03 to 0.045 T (300 to 450 Gauss). 29. The plasma etching apparatus according to 28.
30. 前記被処理基板の周囲にフォーカスリングが設けられ、 前記磁場形成手段が前記一対の電極間のプラズマ領域の周囲に磁場を形成する 際において、 前記フォーカスリング上の磁場強度が 0. 001 T ( 10 Gaus s) 以上であり、 前記被処理基板上の磁場強度が 0. 001 T以下である ことを特徴とする請求項 29に記載のプラズマエッチング装置。 30. A focus ring is provided around the substrate to be processed, When the magnetic field forming means forms a magnetic field around the plasma region between the pair of electrodes, the magnetic field strength on the focus ring is 0.001 T (10 Gauss) or more, and 30. The plasma etching apparatus according to claim 29, wherein a magnetic field intensity is 0.001 T or less.
31. シリコン膜と無機系材料膜とを隣接して有する被処理基板を収容する チャンバ一と、 31. A chamber for accommodating a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other;
前記チャンバ一内に設けられ、 その一方が前記被処理基板を支持する一対の電 極と、  A pair of electrodes provided in the chamber, one of which supports the substrate to be processed;
前記チヤンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、  A processing gas supply system for supplying a processing gas into the chamber,
前記チャンバ一内を排気する排気系と、  An exhaust system for exhausting the inside of the chamber,
前記電極のうち少なくとも一方にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周 波電源と  A high-frequency power supply for supplying high-frequency power for plasma formation to at least one of the electrodes;
を備え、 ' With the '
HB rガス及び C 12 ガスのいずれか 1つを含むガスを処理ガスとして用いた 場合に、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 5 X 109 -2 x 101Q c m— 3とな つて、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 200 V以下となる When a gas containing any one of HBr gas and C12 gas is used as a processing gas, the plasma density in the chamber becomes 5 × 10 9 −2 × 10 1 Q cm− 3 , and The self-bias voltage of the electrode drops below 200 V
ことを特徴とするプラズマエッチング装置。 A plasma etching apparatus characterized by the above-mentioned.
32. シリコン膜と無機系材料膜とを隣接して有する被処理基板を収容する チャンバ一と、 32. A chamber for accommodating a substrate to be processed having a silicon film and an inorganic material film adjacent to each other;
前記チャンバ一内に設けられ、 その一方が前記被処理基板を支持する一対の電 極と、  A pair of electrodes provided in the chamber, one of which supports the substrate to be processed;
前記チャンバ一内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、  A processing gas supply system for supplying a processing gas into the chamber;
前記チャンバ一内を排気する排気系と、  An exhaust system for exhausting the inside of the chamber,
前記電極のうち少なくとも一方にプラズマ形成用の高周波電力を供給する高周 波電源と  A high-frequency power supply for supplying high-frequency power for plasma formation to at least one of the electrodes;
を備え、 With
A rガスを処理ガスとして用いた場合に、 前記チャンバ一内のプラズマ密度が 1 x 1 O ^cm—3以上となって、 かつ、 電極の自己バイアス電圧が 10 OV以下 となる When Ar gas is used as the processing gas, the plasma density in the chamber 1 x 1 O ^ cm- 3 or more, and the self-bias voltage of the electrode is 10 OV or less
ことを特徴とするプラズマエツチング装置。 A plasma etching apparatus characterized by the above-mentioned.
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