JP2584396B2 - ECR plasma processing method - Google Patents
ECR plasma processing methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エッチング又はコーテ
ィング加工に応用する異方性ＥＣＲプラズマ処理方法に
関する。The present invention relates to an anisotropic ECR plasma processing method applied to etching or coating.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のＥＣＲプラズマ処理方法は、永久
磁石を使用して一定磁界０．０８７５Ｔ中で電子が磁力
線の周りで円運動をし、その角振動数ωCとマイクロ波
の角振動数ωとが一致してＥＣＲ現象が生じ、この現象
を例えばエッチング加工に応用している。この方法は高
速・高均一性を保った異方性、かつデバイスへの低損
傷、低汚染の点で優れており、今後デバイスがますます
微細化する観点から期待される技術である。2. Description of the Related Art In a conventional ECR plasma processing method, electrons make a circular motion around a line of magnetic force in a constant magnetic field of 0.0875 T using a permanent magnet, and the angular frequency ω C and the angular frequency of a microwave are used. ω coincides with the ECR phenomenon, and this phenomenon is applied to, for example, etching. This method is excellent in terms of anisotropy maintaining high speed and high uniformity, low damage to the device and low contamination, and is a technology expected from the viewpoint of further miniaturization of devices in the future.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来のＥＣＲプラズマ
エッチング方法は、一定磁界のみ、又は一定磁界にＲＦ
（ＭＨｚ）の高周波を加えて行うため、正確なエッチン
グ加工が困難な問題点がある。例えば図５は多層基板中
に導体が配線された多層高密度基板を試料として用いた
例であるが、ＥＣＲプラズマエッチング方法では散乱が
著しく、それに伴ってエッチングイオンが磁力線に沿っ
て回転移動し散乱状態となって、マスク穴を通過して回
り込み、回り込み角θ（°）が大きくなって異方性処理
が困難である。又、ＥＣＲプラズマコーティング方法の
場合も同様に、図６に示すようにコーティング原子イオ
ンの散乱が著しく異方性処理が困難である。そこで、本
発明ではいずれの場合も異方性処理を可能にするもので
ある。The conventional ECR plasma etching method uses only a constant magnetic field or an RF
There is a problem that accurate etching is difficult to perform because a high frequency (MHz) is applied. For example, FIG. 5 shows an example in which a multilayer high-density substrate in which conductors are wired in a multilayer substrate is used as a sample. In the ECR plasma etching method, scattering is remarkable, and etching ions rotate and move along magnetic lines of force. As a result, the wraparound angle passes through the mask hole, and the wraparound angle θ (°) increases, making it difficult to perform anisotropic processing. Similarly, in the case of the ECR plasma coating method, scattering of coating atomic ions is remarkable as shown in FIG. 6, and it is difficult to perform anisotropic treatment. Therefore, the present invention enables anisotropic treatment in any case.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波の
進行方向と平行、又は垂直あるいは平行と垂直に磁界を
与えて生じるＥＣＲ現象を利用したＥＣＲプラズマ処理
方法において、プラズマ流の電界にτon０．１μｓ〜１
×１０6μｓのパルス電圧とパルス磁界を加えることを
特徴とするＥＣＲプラズマ処理方法である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an ECR plasma processing method utilizing an ECR phenomenon which is generated by applying a magnetic field parallel to, or perpendicular to, or parallel to, the traveling direction of microwaves. on 0.1μs ~ 1
This is an ECR plasma processing method characterized by applying a pulse voltage and a pulse magnetic field of × 10 6 μs.
【０００５】すなわち、試料を陰極とし、プラズマ発生
コラムの中に陽極を設け、この両電極間にパルス電圧と
パルス磁界を印加することにより、高電離プラズマ中の
イオンを誘導させ、目的とする試料の表面の片面又は一
部分を処理するのである。印加するパルス電圧の範囲を
上記のごとくにすることにより、イオン散乱は少なくな
り、試料表面の一部分の処理も均一に行われ、しかもＥ
ＣＲプラズマ処理能力にパルス電界による処理能力が加
わり、極めて速く高能率の処理を行うことができる。も
ちろん異方性処理効果も大きい。That is, a sample is used as a cathode, an anode is provided in a plasma generation column, and a pulse voltage and a pulse magnetic field are applied between the two electrodes to induce ions in the highly ionized plasma, thereby obtaining a target sample. One surface or a part of the surface is treated. By setting the range of the pulse voltage to be applied as described above, ion scattering is reduced, and a part of the sample surface is uniformly processed.
The processing capability by the pulse electric field is added to the CR plasma processing capability, so that extremely efficient processing can be performed extremely quickly. Of course, the effect of the anisotropic treatment is great.
【０００６】従来、ＥＣＲ現象を発生させるための磁力
は一定磁界の０．０８７５Ｔであるが、本発明における
パルス磁界では、平均磁界が０．０８７５Ｔとなるよう
にする。すなわち、一定磁界とは図３の（イ）に示すよ
うな形であるが、平均磁界とは図３（ロ）に示す形をい
う。又、本発明ではパルスτon０．１μｓ〜１×１０6
μｓの範囲としているが、この中で電流波形は図４
（イ）ないし（ヘ）に示すような種々の形がある。そし
てこれらに限定されるものではない。Conventionally, the magnetic force for generating the ECR phenomenon is a constant magnetic field of 0.0875 T. In the pulse magnetic field of the present invention, the average magnetic field is set to 0.0875 T. That is, the constant magnetic field has a shape as shown in FIG. 3A, while the average magnetic field has a shape as shown in FIG. In the present invention, the pulse τ on 0.1 μs to 1 × 10 6
The current waveform is shown in FIG.
There are various forms as shown in (a) to (f). And it is not limited to these.
【０００７】[0007]
【実施例】以下に実施例を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments will be described below with reference to the drawings.
【０００８】図１において、１は処理すべき試料であ
る。２はイオン源でＥＣＲイオン源である。３は０．０
８７５Ｔの平均磁界を発生させるためのソレノイドコイ
ルで６が２．４５ＧＨｚのマイクロ波の進行方向を示
す。４は冷却水、５はエッチング用ガス又はコーティン
グ用ガスの導入口である。７が陰極で、８が陽極であ
り、この両電極間にτon０．１μｓ〜１×１０6μｓの
パルス電圧を加える。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sample to be processed. An ion source 2 is an ECR ion source. 3 is 0.0
In the solenoid coil for generating an average magnetic field of 875T, 6 indicates the traveling direction of the microwave of 2.45 GHz. Reference numeral 4 denotes cooling water, and reference numeral 5 denotes an inlet for an etching gas or a coating gas. 7 is a cathode, 8 is an anode, and a pulse voltage of τ on 0.1 μs to 1 × 10 6 μs is applied between both electrodes.
【０００９】ＳｉＯ2を試料とした場合、エッチング用
ガスとしてＣＦ4＋２０％Ｈ2とし、０．０５Ｔｏｒｒの
雰囲気とした。マイクロ波出力は３５０Ｗである。イオ
ン源２の中で発生した電子はマイクロ波と平行磁界によ
り、速い速度で電子旋回を生じ、この電子による原子の
イオン化が急増して試料エッチングが進行する。この
時、イオンビーム加速電圧波形が直流の場合を比較例と
して挙げた。結果を表１に示す。When SiO 2 was used as a sample, CF 4 + 20% H 2 was used as an etching gas, and the atmosphere was 0.05 Torr. The microwave output is 350W. The electrons generated in the ion source 2 cause electron rotation at a high speed due to the microwave and the parallel magnetic field, and the ionization of the atoms by the electrons rapidly increases, whereby the sample etching proceeds. At this time, the case where the ion beam acceleration voltage waveform was DC was described as a comparative example. Table 1 shows the results.
【００１０】[0010]
【表１】 [Table 1]
【００１１】表１において、例えばピーク電圧ＶP＝１
０００Ｖ、パルス幅τon＝０．０００１ｍｓ、平均磁束
密度０．０８７５Ｔの場合、試料のＳｉＯ2エッチング
速度は０．２１μｍ／ｍｉｎと３．５倍以上となり、異
方性処理効果が大きいことが判った。又、まわり込み角
が小さいこととともに、処理面のうねりが小さいことも
判った。さらに試料としてＳｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3を用いた
場合についても試験をした。エッチング用ガス、雰囲
気、マイクロ波出力はＳｉＯ2の場合と同じである。た
だし、イオンビーム加速電圧波形は、ＶP＝１０００
Ｖ、τon＝０．０００５ｍｓ〜５００ｍｓの範囲内でエ
ッチング速度並びに回り込み角θ（°）について調べ
た。結果を表２および表３に示す。In Table 1, for example, the peak voltage V P = 1
In the case of 000 V, pulse width τ on = 0.0001 ms, and average magnetic flux density of 0.0875 T, the sample had an SiO 2 etching rate of 0.21 μm / min, which was 3.5 times or more, indicating that the anisotropic treatment effect was large. Was. It was also found that the wraparound angle was small and the undulation of the treated surface was small. Further, a test was also conducted using Si 3 N 4 and Al 2 O 3 as samples. The etching gas, atmosphere, and microwave output are the same as those for SiO 2 . However, the ion beam accelerating voltage waveform is V P = 1000
V, τ on = 0.0005 ms to 500 ms The etching rate and the wraparound angle θ (°) were examined. The results are shown in Tables 2 and 3.
【００１２】[0012]
【表２】 [Table 2]
【００１３】[0013]
【表３】 [Table 3]
【００１４】表２、表３からも判るように、プラズマ中
にパルス電界を加えることは、エッチング速度を大きく
し、回り込み角θ（°）を小さくすることができる。As can be seen from Tables 2 and 3, applying a pulsed electric field to the plasma can increase the etching rate and decrease the wrap angle θ (°).
【００１５】図２は他の実施例で、１１は処理すべき試
料である。１２はマイクロ波の進行方向に平行に、１３
はマイクロ波の進行方向に垂直に０．０８７５Ｔの平均
磁界を発生させるためのソレノイドコイルで、１４はヨ
ーク、１５はイオン源であり、１６は２．４５ＧＨｚの
マイクロ波の進行方向を示す。１７は反応ガス導入口
で、１８は排気系である。２０が陰極で１９が陽極であ
り、この両電極間に図１と同様なパルス電圧を加える。FIG. 2 shows another embodiment, in which reference numeral 11 denotes a sample to be processed. 12 is parallel to the traveling direction of the microwave, 13
Is a solenoid coil for generating an average magnetic field of 0.0875 T perpendicular to the traveling direction of the microwave, 14 is a yoke, 15 is an ion source, and 16 is a traveling direction of a 2.45 GHz microwave. Reference numeral 17 denotes a reaction gas inlet, and reference numeral 18 denotes an exhaust system. Reference numeral 20 denotes a cathode and 19 denotes an anode. A pulse voltage similar to that shown in FIG. 1 is applied between the two electrodes.
【００１６】図２の場合も図１の場合と同様にＳｉ
Ｏ2、Ｓｉ3Ｎ4およびＡｌ2Ｏ3を被加工材とし、エッチ
ングガスとしてＣＦ4＋Ｈ2を流し、０．０５Ｔｏｒｒの
雰囲気中で高電離プラズマを生成させるため、マイクロ
波の進行方向に対して０．０８７５Ｔとなる平均磁界を
与えた。さらにイオン温度を低温度化させるため、垂直
磁界０．０８７５Ｔの平均磁界を与えた。In the case of FIG. 2, as in the case of FIG.
O 2 , Si 3 N 4 and Al 2 O 3 are used as workpieces, CF 4 + H 2 is flowed as an etching gas, and highly ionized plasma is generated in an atmosphere of 0.05 Torr. An average magnetic field of 0.0875T was applied. In order to further lower the ion temperature, an average magnetic field of 0.0875 T in the vertical magnetic field was applied.
【００１７】この条件下において、陽極１９と陰極２０
との間にパルス電界を与えた結果、表４、表５および表
６に示すように、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4およびＡｌ2Ｏ3で
はエッチング速度は、それぞれ０．０６〜０．３０μｍ
／ｍｉｎ、０．０５〜０．２０μｍ／ｍｉｎ、０．０６
〜０．２６μｍ／ｍｉｎの高速エッチングを行うことが
でき、従来よりも速いエッチング速度が得られた。又、
従来の回り込み角θよりも小さな回り込み角を得ること
ができ、異方性効果が大である。Under these conditions, the anode 19 and the cathode 20
As a result, as shown in Tables 4, 5 and 6, the etching rate was 0.06 to 0.30 μm for SiO 2 , Si 3 N 4 and Al 2 O 3 , respectively.
/ Min, 0.05-0.20 μm / min, 0.06
It was possible to perform high-speed etching of about 0.26 μm / min, and an etching rate higher than the conventional one was obtained. or,
A smaller wrap angle than the conventional wrap angle θ can be obtained, and the anisotropic effect is large.
【００１８】さらに図２において、コーティングテスト
のため、反応ガスとしてＣｕＩ＋ＶＯＣｌ3＋ｐＨ3の混
合ガスを使用し、ガス圧は１Ｔｏｒｒで、平行磁界と垂
直磁界は共に０．０８７５Ｔとし、パルス電界を与え
た。その結果を表７に示す。パルス幅τon＝０．００５
ｍｓの場合、被覆速度は２．２μｍ／ｍｉｎ、面粗度は
０．０７μＨmax、厚み差は０．０３μｍ／ｍｍ2であ
り、滑らかな表面を得た。In FIG. 2, for the coating test, a mixed gas of CuI + VOCl 3 + pH 3 was used as a reaction gas, the gas pressure was 1 Torr, the parallel magnetic field and the vertical magnetic field were both 0.0875 T, and a pulse electric field was applied. . Table 7 shows the results. Pulse width τ on = 0.005
For ms, the coating rate of 2.2 .mu.m / min, surface roughness is 0.07μH max, the thickness difference is 0.03μm / mm 2, to obtain a smooth surface.
【００１９】[0019]
【表４】 [Table 4]
【００２０】[0020]
【表５】 [Table 5]
【００２１】[0021]
【表６】 [Table 6]
【００２２】[0022]
【表７】 [Table 7]
【００２３】パルス磁界をマイクロ波に対して垂直とし
た以外は表１の場合と同様に実施した。結果を表８に示
す。The operation was performed in the same manner as in Table 1 except that the pulse magnetic field was perpendicular to the microwave. Table 8 shows the results.
【００２４】[0024]
【表８】 [Table 8]
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明はＥＣＲプラズマ処理方法におい
て、パルス電界を与えることにより異方性エッチング並
びに異方性コーティング処理を行うことができる。超Ｌ
ＳＩの加工精度においても、高異方性エッチング加工や
高異方性コーティング処理を施すことができる。According to the present invention, anisotropic etching and anisotropic coating can be performed by applying a pulse electric field in the ECR plasma processing method. Super L
With respect to the processing accuracy of the SI, a highly anisotropic etching process and a highly anisotropic coating process can be performed.
【図１】本発明の実施例の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の他の実施例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention.
【図３】一定磁界と平均磁界の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a constant magnetic field and an average magnetic field.
【図４】本発明に適用するパルス電流波形の例を示す図
形である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a pulse current waveform applied to the present invention.
【図５】プラズマエッチング加工による回り込み角の説
明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a wraparound angle due to plasma etching.
【図６】プラズマコーティング加工による被覆層の説明
図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a coating layer formed by a plasma coating process.
１ 試料 ２ イオン源 ３ ソレノイドコイル ４ 冷却水導入口 ５ 反応ガス導入口 ６ マイクロ波進行方向 ７ 陰極 ８ 陽極 １１ 試料 １２ ソレノイドコイル １３ ソレノイドコイル １４ ヨーク １５ イオン源 １６ マイクロ波進行方向 １７ 反応ガス導入口 １８ 排気系 １９ 陽極 ２０ 陰極 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample 2 ion source 3 solenoid coil 4 cooling water inlet 5 reaction gas inlet 6 microwave traveling direction 7 cathode 8 anode 11 sample 12 solenoid coil 13 solenoid coil 14 yoke 15 ion source 16 microwave traveling direction 17 reaction gas inlet 18 Exhaust system 19 Anode 20 Cathode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 大場 章 埼玉県朝霞市宮戸３丁目12番89号 (72)発明者 大場 和夫 埼玉県東松山市松葉町４丁目２番３号 (72)発明者 嶋 好範 神奈川県川崎市麻生区王禅寺768番地15 (72)発明者 大場 章 埼玉県朝霞市浜崎１丁目９番地の３− 205 (56)参考文献 特開 平４−48726（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−77123（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−312227（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−79986（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−2388（ＪＰ，Ｂ２) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (73) Patent holder 999999999 Akira Oba 3-12-89 Miyado, Asaka-shi, Saitama (72) Inventor Kazuo Oba 4- 2-3 Matsuba-cho, Higashimatsuyama-shi, Saitama (72) Invention Person Yoshinori Shima 768-15 Ozenji Temple, Aso-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Akira Oba 3-205, 1-9-9 Hamasaki, Asaka-shi, Saitama (56) References JP-A-4-48726 (JP, A) JP-A-2-77123 (JP, A) JP-A-2-312227 (JP, A) JP-A-63-79986 (JP, A) JP-B-60-2388 (JP, B2)
Claims (3)
えて生じる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を利
用したＥＣＲプラズマ処理方法において、プラズマ流の
電界にパルス幅τon０．１μｓ〜１×１０6μｓのパル
ス電圧とパルス磁界を加えることを特徴とするＥＣＲプ
ラズマ処理方法。In an ECR plasma processing method utilizing an electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon generated by applying a magnetic field in parallel to the traveling direction of a microwave, an electric field of a plasma flow has a pulse width τ on of 0.1 μs to 1 × 10 An ECR plasma processing method comprising applying a pulse voltage and a pulse magnetic field of 6 μs.
えて生じる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）現象を利
用したＥＣＲプラズマ処理方法において、プラズマ流の
電界にパルス幅τon０．１μｓ〜１×１０6μｓのパル
ス電圧とパルス磁界を加えることを特徴とするＥＣＲプ
ラズマ処理方法。2. An ECR plasma processing method utilizing an electron cyclotron resonance (ECR) phenomenon generated by applying a magnetic field perpendicular to the traveling direction of microwaves, wherein the electric field of the plasma flow has a pulse width τ on of 0.1 μs to 1 × 10 An ECR plasma processing method comprising applying a pulse voltage and a pulse magnetic field of 6 μs.
に磁界を与えて生じる電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）を利用したＥＣＲプラズマ処理方法において、プラ
ズマ流の電界にパルス幅τon０．１μｓ〜１×１０6μ
ｓのパルス電圧と垂直および平行にパルス磁界を加える
ことを特徴とするＥＣＲプラズマ処理方法。3. An electron cyclotron resonance (EC) generated by applying a magnetic field in a direction perpendicular and parallel to the traveling direction of a microwave.
R), the pulse width τ on 0.1 μs to 1 × 10 6 μ is applied to the electric field of the plasma flow.
An ECR plasma processing method characterized in that a pulse magnetic field is applied perpendicularly and in parallel to a pulse voltage of s.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP4270479A JP2584396B2 (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | ECR plasma processing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4270479A JP2584396B2 (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | ECR plasma processing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06122984A JPH06122984A (en) | 1994-05-06 |
| JP2584396B2 true JP2584396B2 (en) | 1997-02-26 |
Family
ID=17486876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4270479A Expired - Lifetime JP2584396B2 (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | ECR plasma processing method |
Country Status (1)
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Family Cites Families (5)
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| KR930004713B1 (en) * | 1990-06-18 | 1993-06-03 | 삼성전자 주식회사 | Plasma exciting apparatus using modulation step and its method |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP4270479A patent/JP2584396B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06122984A (en) | 1994-05-06 |
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