JPH10317175A - Reactive ion etching apparatus - Google Patents

Reactive ion etching apparatus

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JPH10317175A
JPH10317175A JP9123905A JP12390597A JPH10317175A JP H10317175 A JPH10317175 A JP H10317175A JP 9123905 A JP9123905 A JP 9123905A JP 12390597 A JP12390597 A JP 12390597A JP H10317175 A JPH10317175 A JP H10317175A
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vacuum chamber
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reactive ion
ion etching
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巍 陳
Masahiro Ito
正博 伊藤
Toshio Hayashi
俊雄 林
Taijirou Uchida
岱二郎 内田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To execute reactive ion etching without causing an etch stop in microprocessing of a substrate on a substrate electrode by arranging parallel multiple wound high-frequency coils longitudinally on the disk-shaped dielectric substance at the apex of a vacuum chamber and converting gas mainly composed of gaseous halogen to plasma with a low pressure. SOLUTION: The apex of a vacuum chamber 1 is provided with the flat plate type dielectric barrier 2 and the parallel double wound high-frequency coils 3 for plasma generation are arranged longitudinally thereon. The substrate electrode 5 on which a substrate is placed is arranged on the lower part thereof. The reactive gas mainly composed of the gaseous halogen consisting of C4 F8 and Ar, etc., is introduced into this vacuum chamber 1 from a gas introducing port 8. An induction electric field is formed by the high-frequency coils 3 and negative bias potential is applied on the substrate electrode 5. As a result, the gas described above is converted to the plasma and cracked and the formed radicals, positive ions, etc., are drawn out and are bombarded against the substrate, by which the substrate is etched. At this time, the microprocessing of about >=0.3 μm in width is made possible without the etch stop by suppressing sputtering of the side wall, etc.

Description

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

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

【従来の技術】本願発明者らは先に特願平7−217965号
において永久磁石方式のエッチング装置としては添付図
面の図5で示されるような平板永久磁石式磁気中性線エ
ッチング装置を提案した。この先に提案した装置では、
真空チャンバーAの上部の誘電体B上に載置された2つ
の永久磁石C、Dによって真空チャンバーA内部に磁気
中性線が形成され、この磁気中性線に沿って、2つの永
久磁石C、Dの間に断面円形(径約1Omm)の1重アンテ
ナEを配置し、ガスを導入してこのアンテナに高周波電
場を印加してリング状のプラズマを形成するように構成
されている。断面円形のアンテナの代わりに約1Omm幅の
平板なアンテナを用いることも提案し、その場合にも幅
及び径がほぼ同じであれば形成されるプラズマの特性は
ほぼ同じであった。また下部の基板電極Fにはバイアス
用高周波電源Gからバイアス用の高周波電力が印加され
る。また図5に示す構成において磁気中性線を形成する
ための2つの永久磁石C、Dを取り除いて構成した誘導
結合放電型エッチング装置も知られている。
2. Description of the Related Art The inventors of the present invention have previously proposed in Japanese Patent Application No. 7-217965 a flat permanent magnet type magnetic neutral beam etching apparatus as shown in FIG. 5 of the accompanying drawings as a permanent magnet type etching apparatus. did. In the device proposed earlier,
A magnetic neutral line is formed inside the vacuum chamber A by the two permanent magnets C and D mounted on the dielectric B on the upper part of the vacuum chamber A, and two permanent magnets C are formed along the magnetic neutral line. , D, a single antenna E having a circular cross section (diameter of about 10 mm) is arranged, a gas is introduced, and a high-frequency electric field is applied to this antenna to form a ring-shaped plasma. It was also proposed to use a flat antenna having a width of about 10 mm in place of the antenna having a circular cross section. In this case, if the width and the diameter were almost the same, the characteristics of the plasma formed were almost the same. Further, a high frequency power for bias is applied to the lower substrate electrode F from a high frequency power supply for bias G. There is also known an inductively coupled discharge type etching apparatus in which two permanent magnets C and D for forming a magnetic neutral line are removed from the configuration shown in FIG.

【0003】このように構成した図5に示される磁気中
性線放電エッチング装置の動作について説明する。エッ
チングガスは真空チャンバーAの上部フランジ付近に設
けたガス導入口Hから導入され、誘電体円盤B上に設置
されたアンテナEに高周波電力を印加することによりプ
ラズマが形成されて導入ガスが分解される。下部の基板
電極Fにはバイアス用高周波電源Gからバイアス用の高
周波電力が印加される。ブロッキングコンデンサーIに
よって浮遊状態になっている基板電極Fは負のセルフバ
イアス電位となり、プラズマ中の正イオンが引き込まれ
て基板上の物質をエッチングする。この時、プラズマは
アンテナEから放射される方位角方向の誘導電場とアン
テナE自身の電位によって励起、形成される。前者の放
電成分をH放電、後者の放電成分をE放電とも言う。E
放電は、いわゆる、静電結合による放電である。磁気中
性線放電では真空中にリング状に形成される磁気中性線
の部分に密度の高いプラズマを形成するため、リング状
の磁気中性線に沿って形成される誘導電場を有効利用す
るものであり、H放電成分を主としたプラズマにしてい
る。これは、アンテナとしてプラズマとの間の容量を小
さくできる断面円形のパイプを用いることで達成され
る。これまでは、パイプ径8〜1Ommのものがアンテナと
して用いられてきた。パイプの断面直径と同程度の平板
を用いても静電結合成分は小さく、誘導結合成分が大き
いため、プラズマの特性は断面円形のパイプを用いたと
きと殆ど変わらない。この方法によって、容易に1O11cm
-3の荷電粒子密度を持つプラズマが形成される。
The operation of the magnetic neutral beam discharge etching apparatus shown in FIG. 1 will be described. The etching gas is introduced from a gas inlet H provided near the upper flange of the vacuum chamber A, and a high-frequency power is applied to an antenna E installed on the dielectric disk B to form a plasma to decompose the introduced gas. You. A high frequency power for bias is applied to the lower substrate electrode F from a high frequency power supply for bias G. The substrate electrode F, which is in a floating state by the blocking capacitor I, has a negative self-bias potential, and positive ions in the plasma are attracted to etch the substance on the substrate. At this time, the plasma is excited and formed by the induced electric field in the azimuthal direction radiated from the antenna E and the potential of the antenna E itself. The former discharge component is also called H discharge, and the latter discharge component is called E discharge. E
The discharge is a discharge due to so-called electrostatic coupling. In the magnetic neutral wire discharge, an induced electric field formed along the ring magnetic neutral wire is effectively used to form a dense plasma at the magnetic neutral wire formed in a ring in vacuum. And a plasma mainly composed of an H discharge component. This is achieved by using a pipe having a circular cross section which can reduce the capacity between the plasma and the antenna. Up to now, pipes having a diameter of 8 to 10 mm have been used as antennas. Even if a flat plate having a diameter approximately equal to the cross-sectional diameter of the pipe is used, the electrostatic coupling component is small and the inductive coupling component is large, so that the characteristics of the plasma are almost the same as when a pipe having a circular cross section is used. With this method, 1O 11 cm easily
A plasma with a charged particle density of -3 is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】エッチングでは反応性
の高いラジカル及びイオンを基板に照射して基板物質と
の反応により基板物質をガス化して蝕刻するが、単に削
ればよいわけではなく、微細化に伴いより形状制御が重
要になってきている。このためにはエッチャントの他に
微細孔内部の壁面に付着してイオンの当たらない側壁を
保護する働きをする物質もプラズマ中で生成されなけれ
ばならない。O.3μm幅以下の微細加工ではこのエッチャ
ントと保護物質との相対濃度及び孔内部への相対的な到
達量が重要になる。保護物質がエッチャントに対して多
くなり過ぎると、O.3μm幅以下の微 細孔は、保護物質
により埋まってしまい、いわゆるエッチストップが起こ
って、削れないことになる。保護物質が、逆に、少なす
ぎるとエッチャントによって側壁が削られて、Bowingが
発生し、望ましい形状が得られない。
In the etching, a substrate material is gasified by a reaction with the substrate material by irradiating the substrate with radicals and ions having high reactivity, and etching is performed. Accordingly, shape control has become more important. For this purpose, in addition to the etchant, a substance that adheres to the inner wall surface of the micropore and protects the side wall not exposed to ions must be generated in the plasma. In microfabrication with a width of 0.3 μm or less, the relative concentration of the etchant and the protective substance and the relative amount reaching the inside of the hole are important. If the amount of the protective substance becomes too large with respect to the etchant, the fine pores having a width of 0.3 μm or less are filled with the protective substance, so that a so-called etch stop occurs, and the fine pores cannot be removed. On the other hand, if the amount of the protective material is too small, the side wall is shaved by the etchant, causing bowing, and a desired shape cannot be obtained.

【0005】従来用いられてきた誘導結合放電エッチン
グ装置や磁気中性線放電エッチング装置では、プラズマ
を形成するためのアンテナとバイアス電圧を発生させる
ための電気的に浮遊状態の電極に高周波電力が印加され
る。ハロゲン系のガスが導入されてプラズマが形成され
ると、ガス分子がプラズマ分解され、エッチャントや重
合しやすい物質が生成される。磁気中性線放電は真空中
にリング状に形成される磁気中性線の部分に密度の高い
プラズマを形成するため、リング状の磁気中性線に沿っ
て形成される誘導電場を利用するものであり、H放電成
分を主としたプラズマにしている。これは、アンテナと
してプラズマとの間の静電容量を小さくできる断面円形
のパイプを用いることで達成される。しかし、静電結合
成分も含んでいるので、アンテナ電力を増加させるとア
ンテナ表面の電位が高くなり、アンテナ内部の真空チャ
ンバーの誘電体内壁面がイオンスパッタされるようにな
る。300mm径のウエハに対応した大口径プラズマ発生室
にすると真空チャンバーの上部の誘電体隔壁が厚くな
り、それに伴って投入電力も高くなる。その結果、アン
テナ表面に発生する電位が望ましくないほど高くなって
真空チャンバーの誘電体内壁面がイオンスパッタされる
ようになる。壁面がスパッタされると、微細加工に望ま
しくない、SiO化合物や表面で重合した物質がプラズ
マ中に析出して、エッチストップの原因となる。
In the conventionally used inductively coupled discharge etching apparatus and magnetic neutral line discharge etching apparatus, high frequency power is applied to an antenna for forming plasma and an electrode in an electrically floating state for generating a bias voltage. Is done. When a halogen-based gas is introduced and plasma is formed, gas molecules are decomposed by plasma, and an etchant or a substance which is easily polymerized is generated. Magnetic Neutral Discharge uses an induction electric field formed along a ring-shaped magnetic neutral line to form a dense plasma in the ring-shaped magnetic neutral line in vacuum. And the plasma is mainly composed of H discharge components. This is achieved by using a pipe having a circular cross section that can reduce the capacitance between the plasma and the antenna. However, since it also includes an electrostatic coupling component, when the antenna power is increased, the potential of the antenna surface increases, and the dielectric wall surface of the vacuum chamber inside the antenna is ion-sputtered. When a large-diameter plasma generation chamber corresponding to a wafer having a diameter of 300 mm is used, the thickness of the dielectric partition at the top of the vacuum chamber is increased, and accordingly, the input power is increased. As a result, the potential generated on the antenna surface becomes undesirably high, and the dielectric wall of the vacuum chamber is subjected to ion sputtering. When the wall surface is sputtered, an SiO compound or a material polymerized on the surface, which is not desirable for fine processing, precipitates in the plasma and causes an etch stop.

【0006】そこで、本発明は、上記の問題を解決し
て、0.3μm幅以下の微細加工においてエッチストップを
発生させることなくエッチングできる反応性イオンエッ
チング装置を提供することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a reactive ion etching apparatus capable of solving the above-mentioned problem and performing etching without generating an etch stop in fine processing of 0.3 μm or less in width.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による反応性イオンエッチング装置におい
ては、プラズマ発生用アンテナを並列多重巻きにして高
周波電力を印加して有効な誘導電場を形成できるように
構成される。
In order to achieve the above object, in a reactive ion etching apparatus according to the present invention, an effective induction electric field is generated by applying a high frequency power by arranging a plasma generating antenna in parallel multiple turns. It is configured so that it can be formed.

【0008】[0008]

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

【0009】本発明の別の実施の形態によれば、真空チ
ャンバー内に連続して存在する磁場ゼロの位置である環
状磁気中性線を形成するための磁場発生手段を設けると
共に、この磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁
気中性線に放電プラズマを発生するための高周波コイル
を設けてなるプラズマ発生手段を有し、ハロゲン系のガ
スを主体とする気体を真空チャンバー内に導入し、低圧
でプラズマを形成するとともに導入気体を分解し、発生
した原子、分子、ラジカル、イオンを積極的に利用し、
プラズマに接する基板電極に交番電場或いは高周波電場
を印加して電極上に載置された基板をエッチングする磁
気中性線放電型反応性イオンエッチング装置において、
真空チャンバーの頂部を円板状の誘電体で構成し、誘電
体で構成された真空チャンバーの頂部上に、真空チャン
バー内に環状磁気中性線を形成するための径の小さな円
盤状或いはドーナツ状の永久磁石とそれよりも内径の大
きな永久磁石とから成る磁場発生手段を設け、上記2つ
の永久磁石のほぼ中間位置に対応して形成される磁気中
性線の上方位置で真空チャンバーの頂部上に、放電プラ
ズマを発生するための並列多重の高周波コイルを設けた
ことを特徴としている。この場合、放電プラズマを発生
するための並列多重の高周波コイルは縦または横に配列
される。
According to another embodiment of the present invention, there is provided a magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line at a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber, A plasma generating means comprising a high-frequency coil for generating a discharge plasma in this magnetic neutral line by applying an alternating electric field along the neutral line, and a gas mainly containing a halogen-based gas is placed in a vacuum chamber. Introduce, form plasma at low pressure, decompose the introduced gas, and actively use the generated atoms, molecules, radicals and ions,
In a magnetic neutral line discharge type reactive ion etching apparatus that applies an alternating electric field or a high-frequency electric field to a substrate electrode in contact with plasma and etches a substrate mounted on the electrode,
The top of the vacuum chamber is made of a disc-shaped dielectric, and a small disk or donut is formed on the top of the vacuum chamber made of the dielectric to form a circular magnetic neutral line in the vacuum chamber. And a magnetic field generating means comprising a permanent magnet having a larger inner diameter than the permanent magnet and a magnetic neutral line formed substantially corresponding to an intermediate position between the two permanent magnets. In addition, a parallel multiplex high-frequency coil for generating discharge plasma is provided. In this case, parallel high-frequency coils for generating discharge plasma are arranged vertically or horizontally.

【0010】[0010]

【実施例】以下添付図面の図1〜図4を参照して本発明
の実施例について説明する。図1は、誘導結合放電型に
構成した本発明によるエッチング装置の一実施例を示
す。図示装置において1は排気口1aを備えたプロセス室
を形成している円筒形の真空チャンバーで、その上面は
平板型誘電体隔壁2で覆われている。この平板型誘電体
隔壁2の外面上には、並列二重巻きのプラズマ発生用高
周波コイル3が縦に配置され、この並列二重巻きの高周
波コイル3はプラズマ発生用高周波電源4に接続され、
プラズマ発生用高周波電源4から高周波電力を印加する
ことによって真空チャンバー1内に放電プラズマを発生
するようにしている。また真空チャンバー1内には基板
電極5が絶縁体部材6を介して設けられ、この基板電極
5はRFバイアスを印加する高周波電源7に接続されてい
る。なお8はガス導入口である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows an embodiment of an etching apparatus according to the present invention configured as an inductively coupled discharge type. In the illustrated apparatus, reference numeral 1 denotes a cylindrical vacuum chamber forming a process chamber having an exhaust port 1a, and the upper surface thereof is covered with a flat dielectric partition 2. On the outer surface of the flat dielectric partition 2, a parallel double-winding high-frequency coil 3 for plasma generation is vertically arranged, and the parallel double-winding high-frequency coil 3 is connected to a high-frequency power supply 4 for plasma generation.
A high-frequency power is applied from a high-frequency power supply 4 for plasma generation to generate discharge plasma in the vacuum chamber 1. A substrate electrode 5 is provided in the vacuum chamber 1 via an insulator member 6, and the substrate electrode 5 is connected to a high-frequency power source 7 for applying an RF bias. Reference numeral 8 denotes a gas inlet.

【0011】図2は、磁気中性線放電型に構成した本発
明によるエッチング装置の別の実施例を示す。図示装置
において11は排気口11aを備えたプロセス室を形成して
いる円筒形の真空チャンバーで、その上面は平板型誘電
体隔壁12で覆われている。この平板型誘電体隔壁12の外
面上には、円盤状またはドーナツ状永久磁石13及びこの
永久磁石13よりも内径が大きくかつ永久磁石13と同極性
を持つドーナツ形板状永久磁石14が同心上に取付けら
れ、これら両永久磁石13、14は真空チャンバー11内に磁
気中性線を形成するための磁場発生手段を構成してい
る。円盤状またはドーナツ状永久磁石13とドーナツ形板
状永久磁石14との間には、並列二重巻きのプラズマ発生
用高周波コイル15が縦に配置され、この高周波コイル15
はプラズマ発生用高周波電源16に接続され、永久磁石1
3、14によって真空チャンバー11内に形成された磁気中
性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プ
ラズマを発生するようにしている。また真空チャンバー
1内の形成される磁気中性線の作る面と平行して離れた
位置には基板電極17が絶縁体部材18を介して設けられ、
この基板電極17はRFバイアスを印加する高周波電源19に
接続されている。さらに真空チャンバー11の平板型誘電
体隔壁12の内周辺部近くにはガス導入口20が設けられて
いる。
FIG. 2 shows another embodiment of the etching apparatus according to the present invention configured as a magnetic neutral discharge type. In the illustrated apparatus, reference numeral 11 denotes a cylindrical vacuum chamber forming a process chamber having an exhaust port 11a, and the upper surface thereof is covered with a flat dielectric barrier 12. A disk-shaped or donut-shaped permanent magnet 13 and a donut-shaped plate-shaped permanent magnet 14 having an inner diameter larger than that of the permanent magnet 13 and having the same polarity as that of the permanent magnet 13 are concentrically provided on the outer surface of the flat dielectric partition 12. These permanent magnets 13 and 14 constitute a magnetic field generating means for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber 11. Between the disk-shaped or donut-shaped permanent magnet 13 and the donut-shaped plate-shaped permanent magnet 14, a parallel double-turned plasma generating high-frequency coil 15 is vertically arranged.
Is connected to the high frequency power supply 16 for plasma generation, and the permanent magnet 1
An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line formed in the vacuum chamber 11 by 3 and 14 to generate discharge plasma in the magnetic neutral line. Further, a substrate electrode 17 is provided via an insulator member 18 at a position parallel to and separated from the surface of the magnetic neutral wire formed in the vacuum chamber 1,
This substrate electrode 17 is connected to a high-frequency power supply 19 for applying an RF bias. Further, a gas inlet 20 is provided near the inner peripheral portion of the flat dielectric partition 12 of the vacuum chamber 11.

【0012】図3は、図2に示す磁気中性線放電型エッ
チング装置の変形例を示す。この例では、円盤状または
ドーナツ状永久磁石13とドーナツ形板状永久磁石14との
間に設けられる並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コ
イル15は、横に配置されており、その他の構成は図2の
場合と実質的に同じである。
FIG. 3 shows a modification of the magnetic neutral beam discharge type etching apparatus shown in FIG. In this example, the parallel double-turned plasma generating high-frequency coil 15 provided between the disk-shaped or donut-shaped permanent magnet 13 and the donut-shaped plate-shaped permanent magnet 14 is arranged laterally, and the other components are It is substantially the same as the case of FIG.

【0013】図3に示される構造の装置を用い、プラズ
マ発生用高周波電源16(13.56MHz)の電力を2.OkW、基板
バイアス高周波電源19(8OOkHz)を1kW、圧力を3mTor
r、アルゴンを80sccm、C48を20sccmとしたとき、シリ
コン酸化膜のエッチング速度が約7OOnm/minであり、垂
直のエッチング形状が得られた。従来の装置構成におけ
る同条件下でのエッチングでは、パターン幅によって多
少の相違はあるものの、O.5μm深さでエッチストップが
起こっていた。
Using the apparatus having the structure shown in FIG. 3, the power of the plasma generating high-frequency power supply 16 (13.56 MHz) is set to 2.OkW, the substrate bias high-frequency power supply 19 (8OOkHz) is set to 1 kW, and the pressure is set to 3 mTor.
When r and argon were 80 sccm and C 4 F 8 was 20 sccm, the etching rate of the silicon oxide film was about 70 nm / min, and a vertical etching shape was obtained. In the etching under the same conditions in the conventional apparatus configuration, the etch stop occurred at a depth of 0.5 μm, although there were some differences depending on the pattern width.

【0014】壁面に付着する物質には、CF、CF2
CF3、C22、C24、C25、C35、C36、等
の化合物やさらに分解の進んだC2X、C3X、C4X
(x=1〜2)等の化合物がある。これらの化合物は壁
面に付着して重合膜を形成する。アンテナすなわち並列
二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル15の表面電位が
高いとイオン衝撃が起こり、これらの化合物及び壁面材
質がスパッタされて、微細加工に望ましくない物質とし
て気相中に析出する。しかし、イオン衝撃が抑えられる
と、望ましくない物質の析出が低減されるばかりでな
く、十分に抑えられなくとも低電位でスパッタされて再
びCF、CF2、CF3等の有用なラジカルとなつて気相
中に飛び出し、逆に望ましいエッチャントとなると考え
られる。このように誘導磁場成分を有効に形成すること
により、従来の装置構成ではエッチストップが起こって
いた条件でもエッチストップなしにサブミクロンのホー
ルパターンをエッチングできるようになった。
The substances adhering to the wall include CF, CF 2 ,
Compounds such as CF 3 , C 2 F 2 , C 2 F 4 , C 2 F 5 , C 3 F 5 , C 3 F 6 , and further decomposed C 2 F X , C 3 F X , C 4 F X
(X = 1 to 2). These compounds adhere to the wall to form a polymer film. If the surface potential of the antenna, that is, the parallel high frequency coil 15 for plasma generation is high, ion bombardment occurs, and these compounds and wall materials are sputtered and deposited in the gas phase as substances that are not desirable for fine processing. However, when the ion bombardment is suppressed, not only the deposition of undesired substances is reduced, but even if the ion bombardment is not sufficiently suppressed, it is sputtered at a low potential and again becomes a useful radical such as CF, CF 2 , or CF 3. It jumps into the gas phase, and on the contrary, is considered to be a desirable etchant. By effectively forming the induced magnetic field component in this manner, a submicron hole pattern can be etched without an etch stop even in a condition where an etch stop has occurred in the conventional apparatus configuration.

【0015】実施例では磁気中性線放電型のエッチング
装置に適用した場合について例示してきたが、図1に示
す誘導結合放電型エッチング装置でも、実験条件は異な
るが、同様な効果が得られている。また、誘導結合放電
CVD装置や磁気中性線放電プラズマCVD装置を用い
たときでも同様な効果が期待できる。
In the embodiment, the case where the present invention is applied to a magnetic neutral line discharge type etching apparatus has been exemplified. However, similar effects can be obtained with the inductively coupled discharge type etching apparatus shown in FIG. I have. A similar effect can be expected when an inductively coupled discharge CVD apparatus or a magnetic neutral discharge plasma CVD apparatus is used.

【0016】図4には、従来の一重アンテナ及び本発明
の一例とする並列二重アンテナに、同等の入力高周波電
力を印加した場合、Z方向におけるZ=O.5の径方向の
ぺクトルボテンシャル分布を示す。このぺクトルボテン
シャルはアンテナにより励起される誘導電場と比例する
ものであって、グラフには各々の分布のピーク値と対応
する誘導電場の値が示されている。本発明における並列
二重アンテナによって励起される誘導電場は従来のもの
に比べ、非常に効率よく、プラズマの生成効率が向上し
ていることがわかる。また発明が解決しようとする課題
の項で述べたように並列多重アンテナに同等の入力高周
波電力を印加した場合、アンテナに流れる電流は総じて
従来の一重乃至は多重直列アンテナに比べて、高周波導
入部とアース間の電位差が数分のーに低減することがで
きる。従って、本発明はプロセスにおいて望ましくない
静電電場を有効に抑制することができる。なお図4にお
いてR=1がアンテナの位置である。アンテナ近傍にお
ける誘導電場は一重巻きでも並列二重巻きでも差違は少
ないが、アンテナ位置より遠くなると差違が発生する。
並列二重巻きの場合、より遠方まで誘導電場成分が形成
されている。このことは、表面電位を低くして、有効に
誘導結合成分を大きくすることができることを意味す
る。この結果、従来の一重巻きアンテナの時に比べて、
アンテナの内側の真空チャンバーの誘電体内壁面のスパ
ッタが抑制される上に、プラズマ密度を低下させずに有
効にプラズマを形成、維持できる。従って、静電結合成
分を少なくしているので、アンテナ径を大きくできる上
に、インピーダンスが減少した分、高い周波数の電力を
供給することもできる。また、アンテナの表面電位が減
少するので、微細加工に望ましくないSiO化合物や表
面で重合した物質のプラズマ中へのスパッタによる析出
を低く抑えることができる。
FIG. 4 shows that, when the same input high-frequency power is applied to the conventional single antenna and the parallel dual antenna as an example of the present invention, a radial vector transformer of Z = 0.5 in the Z direction. 2 shows a tension distribution. The vector potential is proportional to the induced electric field excited by the antenna, and the graph shows the peak value of each distribution and the value of the induced electric field. It can be seen that the induction electric field excited by the parallel dual antenna according to the present invention is much more efficient than the conventional one, and the plasma generation efficiency is improved. Also, as described in the section of the problem to be solved by the invention, when the same input high-frequency power is applied to the parallel multiplex antenna, the current flowing through the antenna is generally higher than that of the conventional single or multiple series antenna. And the ground potential difference can be reduced to several minutes. Thus, the present invention can effectively suppress unwanted electrostatic fields in the process. In FIG. 4, R = 1 is the position of the antenna. The difference between the induction electric field in the vicinity of the antenna and the single winding or the parallel double winding is small, but the difference is generated at a position farther from the antenna position.
In the case of the parallel double winding, an induced electric field component is formed farther away. This means that the surface potential can be lowered to effectively increase the inductive coupling component. As a result, compared to the conventional single-wound antenna,
In addition to suppressing spatter on the dielectric inner wall surface of the vacuum chamber inside the antenna, plasma can be formed and maintained effectively without lowering the plasma density. Therefore, since the electrostatic coupling component is reduced, it is possible to increase the antenna diameter and to supply high-frequency power because of the reduced impedance. Further, since the surface potential of the antenna is reduced, deposition of a SiO compound or a substance polymerized on the surface by sputtering into plasma, which is not desirable for fine processing, can be suppressed.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上述べたように、本発明による反応性
イオンエッチング装置においては、プラズマ発生用アン
テナを並列多重巻きにして高周波電力を印加して有効な
誘導電場を形成できるようにしているので、適当な電力
領域でエッチングすることによりエッチストップなしに
サブミクロンホールのパターンエッチングができるよう
になる。従って、本発明は半導体や電子部品加工に用い
られている反応性イオンエッチングプロセスに大きな貢
献をするものである。
As described above, in the reactive ion etching apparatus according to the present invention, an effective induction electric field can be formed by applying a high frequency power by arranging a plasma generating antenna in parallel multiple turns. Sub-micron hole pattern etching can be performed without an etch stop by etching in an appropriate power region. Therefore, the present invention greatly contributes to a reactive ion etching process used for processing semiconductors and electronic parts.

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

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

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

【図3】 図2に示す装置の変形例を示す概略線図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the apparatus shown in FIG. 2;

【図4】 従来の一重巻きのアンテナ及び本発明の並列
二重巻きアンテナにおけるベクトルポテンシャルの径方
向の分布を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing radial distributions of vector potentials in a conventional single-wound antenna and the parallel double-wound antenna of the present invention.

【図5】 従来の磁気中性線放電型エッチング装置を示
す概略線図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional magnetic neutral beam discharge etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:円筒形の真空チャンバー 2:平板型誘電体隔壁 3:並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル 4:プラズマ発生用高周波電源 5:基板電極5 6:絶縁体部材 7:高周波電源 8:ガス導入口 11:円筒形の真空チャンバー 12:平板型誘電体隔壁 13:円盤状またはドーナツ状永久磁石 14:ドーナツ形板状永久磁石 15:並列二重巻きのプラズマ発生用高周波コイル 16:プラズマ発生用高周波電源 17:基板電極 18:絶縁体部材 19:高周波電源 20:ガス導入口 1: cylindrical vacuum chamber 2: flat plate-type dielectric partition wall 3: parallel double-winding high-frequency coil for plasma generation 4: high-frequency power supply for plasma generation 5: substrate electrode 5 6: insulator member 7: high-frequency power supply 8: gas Inlet 11: Cylindrical vacuum chamber 12: Flat dielectric barrier 13: Disc-shaped or donut-shaped permanent magnet 14: Donut-shaped plate-shaped permanent magnet 15: High-frequency coil for parallel double winding plasma generation 16: For plasma generation High frequency power supply 17: Board electrode 18: Insulator material 19: High frequency power supply 20: Gas inlet

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバー内に放電プラズマを発生
するための高周波コイルを備えたプラズマ発生手段を有
し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャンバ
ー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導入
気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオン
を積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番電
場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基板
をエッチングする誘導結合放電型反応性イオンエッチン
グ装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の誘電
体で構成し、誘電体で構成された真空チャンバーの頂部
上に、放電プラズマを発生するための立てに並列多重の
高周波コイルを配置したことを特徴とする反応性イオン
エッチング装置。
1. A plasma generating means having a high-frequency coil for generating discharge plasma in a vacuum chamber, wherein a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into the vacuum chamber to form plasma at a low pressure. At the same time, the introduced gas is decomposed and the generated atoms, molecules, radicals, and ions are positively used, and an alternating electric field or a high-frequency electric field is applied to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate mounted on the electrode. In the inductively coupled discharge type reactive ion etching system, the top of the vacuum chamber is made of a disk-shaped dielectric, and the top of the vacuum chamber made of the dielectric is multiplexed in parallel to generate discharge plasma. A reactive ion etching apparatus, wherein a high-frequency coil is disposed.
【請求項2】 真空チャンバー内に連続して存在する磁
場ゼロの位置である環状磁気中性線を形成するための磁
場発生手段を設けると共に、この磁気中性線に沿って交
番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生す
るための高周波コイルを設けてなるプラズマ発生手段を
有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空チャン
バー内に導入し、低圧でプラズマを形成するとともに導
入気体を分解し、発生した原子、分子、ラジカル、イオ
ンを積極的に利用し、プラズマに接する基板電極に交番
電場或いは高周波電場を印加して電極上に載置された基
板をエッチングする磁気中性線放電型反応性イオンエッ
チング装置において、真空チャンバーの頂部を円板状の
誘電体で構成し、誘電体で構成された真空チャンバーの
頂部上に、真空チャンバー内に環状磁気中性線を形成す
るための径の小さな円盤状或いはドーナツ状の永久磁石
とそれよりも内径の大きな永久磁石とから成る磁場発生
手段を設け、上記2つの永久磁石のほぼ中間位置に対応
して形成される磁気中性線の上方位置で真空チャンバー
の頂部上に、放電プラズマを発生するための並列多重の
高周波コイルを設けたことを特徴とする反応性イオンエ
ッチング装置。
2. A magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line which is a position of zero magnetic field continuously present in a vacuum chamber, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line. It has a plasma generating means provided with a high-frequency coil for generating discharge plasma in this magnetic neutral wire, and introduces a gas mainly composed of a halogen-based gas into a vacuum chamber to form plasma at a low pressure. Decomposes the introduced gas, actively utilizes the generated atoms, molecules, radicals, and ions, applies an alternating electric field or high-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma, and etches the substrate mounted on the electrode. In a radiation discharge type reactive ion etching apparatus, the top of a vacuum chamber is made of a disk-shaped dielectric, and a vacuum chamber is placed on the top of the vacuum chamber made of a dielectric. A magnetic field generating means including a disk-shaped or a donut-shaped permanent magnet having a small diameter for forming an annular magnetic neutral line and a permanent magnet having a larger inner diameter than the permanent magnet is provided substantially in the middle of the two permanent magnets. A reactive ion etching apparatus characterized in that a parallel multiple radio frequency coil for generating discharge plasma is provided on a top of a vacuum chamber at a position above a magnetic neutral line formed corresponding to the position.
【請求項3】 放電プラズマを発生するための並列多重
の高周波コイルが縦に配列されている請求項2に記載の
反応性イオンエッチング装置。
3. The reactive ion etching apparatus according to claim 2, wherein parallel high-frequency coils for generating discharge plasma are vertically arranged.
【請求項4】 放電プラズマを発生するための並列多重
の高周波コイルが横に配列されている請求項2に記載の
反応性イオンエッチング装置。
4. The reactive ion etching apparatus according to claim 2, wherein parallel high-frequency coils for generating discharge plasma are arranged horizontally.
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