JP4246591B2 - Dry etching equipment - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンと酸化シリコンとの高選択比エッチングを可能とするドライエッチング装置に関する。 The present invention relates to a dry etching apparatus that enables high selective etching of silicon and silicon oxide.
従来よりアノード電極の材料にシリコンを用いたプラズマエッチング装置がある（特許文献１，２参照）。
このようなシリコンをアノード電極に用いたプラズマエッチング装置を用いることで、マスク材としてシリコンを用いた酸化シリコンの加工において、ＳｉＯ2／Ｓｉの高選択比エッチングが可能となる。
Conventionally, there is a plasma etching apparatus using silicon as a material for an anode electrode (see Patent Documents 1 and 2).
By using such a plasma etching apparatus using silicon as an anode electrode, high-selectivity etching of SiO 2 / Si is possible in the processing of silicon oxide using silicon as a mask material.
ここで、上記プラズマエッチング装置について簡単に説明する。このプラズマエッチング装置は、図２に示すように、金属製のチャンバー２０１の中に、シリコンからなるアノード電極２０２，処理対象の基板Ｗが載置されるカソード電極２０３が設けられた、平行平板型の装置である。アノード電極２０２には、高周波電源２０４により高周波が印加可能とされ、カソード電極２０３は接地電位とされている。
Here, the plasma etching apparatus will be briefly described. As shown in FIG. 2, this plasma etching apparatus is a parallel plate type in which an
また、ガス導入口２０５よりエッチングガスが導入され、導入されたガスは、アノード電極２０２に設けられた複数の孔より、アノード電極２０２とカソード電極２０３との間の空間に供給される。また、チャンバー２０１の内部は、排気口２０６に連通する図示しない排気手段により排気され、所定の圧力（真空度）が得られるようになっている。
Further, an etching gas is introduced from the
図２に示す装置において、まず、チャンバー２０１内を真空排気して所望の圧力とした後、ガス導入口２０５より例えばＣＦ4ガスを導入し、アノード電極２０２とカソード電極２０３との間に、所定の圧力とされたＣＦ4ガスが導入された状態とする。この状態で、高周波電源２０４より１３．５６ＭＨｚの高周波をアノード電極２０２に印加することで、導入されたＣＦ4ガスのプラズマが、アノード電極２０２とカソード電極２０３との間に生成する。
In the apparatus shown in FIG. 2, first, the
このようにプラズマが生成すると、アノード電極２０２とカソード電極２０３との両方に、数十ｅＶ程度のプラズマポテンシャルＶｐが誘発され、これにより、カソード電極２０３の上に載置された基板Ｗの表面がエッチングされることになる。ここで、アノード電極２０２にもプラズマポテンシャルＶｐが誘発しているため、アノード電極２０２もエッチング（スパッタ）され、アノード電極２０２を構成しているシリコン原子がプラズマ中に放出されることになる。
When the plasma is generated in this way, a plasma potential Vp of about several tens of eV is induced in both the
このようにしてプラズマ中に放出されたＳｉ原子の一部は、ＣＦ4ガスのプラズマ中のＦ原子と結合してＳｉＦn（ｎ＝１，２，３，４）となり、排気口２０６より排気され、チャンバー２０１の内部より除去される。このことにより、生成されているＣＦ4ガスのプラズマ中では、Ｓｉのエッチング種であるＦ原子が減少し、ＳｉＯ2のエッチング種であるＣＦn +（ｎ＝１，２，３）及びＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが残り、これらが基板Ｗ側に輸送され、基板Ｗの上のエッチングに寄与するようになる。
これらの結果、基板Ｗの上では、ＳｉＯ2が選択的にエッチングされるようになる。
Part of the Si atoms released into the plasma in this way is combined with F atoms in the CF 4 gas plasma to become SiF n (n = 1, 2, 3, 4), and exhausted from the
As a result, SiO 2 is selectively etched on the substrate W.
ところが、プラズマによりスパッタリングされてアノード電極２０２より飛び出したＳｉ原子の一部は、基板Ｗにまで到達し、基板Ｗの被エッチング面に付着して堆積する。このことにより、図２に示した従来の装置では、例えば付着したＳｉがマスクとなって所期の目的とは異なる状態にエッチングされ、また、ＳｉＯ2／Ｓｉの高選択比エッチングが阻害されるという問題が発生する。
However, some of the Si atoms sputtered by the plasma and jumped out of the
この問題を解消するために、図３に示すドライエッチング装置が提案されている。図３に示すドライエッチング装置は、プラズマ生成室３０１と処理室３０２とから構成され、プラズマ生成室３０１に周囲には、プラズマ生成室３０１内に磁気中性線を形成するための磁場発生コイル３０３，３０４，３０５と磁気中性線に沿って電場を形成するための高周波コイル３０６とが設けられている。磁場発生コイル３０４は、磁場発生コイル３０３，３０５とは逆向きに電流が流れる構成となっている。また、高周波コイル３０６には、高周波電源３０７により電界が印加される。
In order to solve this problem, a dry etching apparatus shown in FIG. 3 has been proposed. The dry etching apparatus shown in FIG. 3 includes a
プラズマ生成室３０１と処理室３０２とは、連通孔３０８により連通し、処理室３０２には、処理対象の基板Ｗが載置される基板ステージ３０９が設けられている。基板ステージ３０９には、高周波電源３１０により高周波が印加可能とされている。また、プラズマ生成室３０１には、エッチングガスを導入するためのガス導入口３１１が設けられ、処理室３０２には、排気口３１２を介して真空ポンプ３１３が連通している。
加えて、図３の装置では、プラズマ生成室３０１の内部に、高周波電源によりバイアスが印加されるＳｉ電極３１４が配置されている。
The
In addition, in the apparatus of FIG. 3, a
図３に示す装置において、まず、真空ポンプ３１３により、処理室３０２及びプラズマ生成室３０１の内部を真空排気して所望の圧力（１０-4〜１０-5Ｐａ程度）とした後、ガス導入口３１１より例えばＣＦ4ガスをプラズマ生成室３０１内に導入し、プラズマ生成室３０１内を１０-1〜１０-2Ｐａ程度の圧力に保つ。
この状態で、まず、磁場発生コイル３０３，３０５に、同じ大きさの電流を流す。これにより、磁場発生コイル３０３，３０５の中間の位置に円環状の磁気中性線が形成される。
In the apparatus shown in FIG. 3, first, the inside of the
In this state, first, currents of the same magnitude are passed through the magnetic
次いで、磁場発生コイル３０４に、磁場発生コイル３０３，３０５とは逆向きの電流を流すと、上記磁気中性線は、空間的に２つに分離され、一方はプラズマ生成室３０１の内部に形成され、他方はプラズマ生成室３０１の外に形成される。このような磁気中性線の状態とした後、高周波電源３０７より高周波電場を高周波コイル３０６に印加すると、プラズマ生成室３０１の内部に、磁気中性線放電によるプラズマ３２０が生成される。
Next, when a current in the direction opposite to that of the magnetic
このようにプラズマが生成したプラズマ生成室３０１の内壁には、生成したプラズマとの間にプラズマポテンシャルが発生するため、プラズマ生成室３０１内に設けてあるＳｉ電極３１４には、生成しているプラズマよりイオン衝撃が加わる。この結果、図２に示した装置と同様に、Ｓｉ電極３１４はスパッタリングされ、プラズマ中にＳｉ原子が放出されることになる。
Since plasma potential is generated between the generated plasma and the generated plasma on the inner wall of the
このようにしてプラズマ中に放出されたＳｉ原子の一部は、ＣＦ4ガスのプラズマ中のＦ原子と結合してＳｉＦn（ｎ＝１，２，３，４）となり、連通孔３０８−処理室３０２を経由して排気口３１２より排気されて内部より除去される。このことにより、生成されているＣＦ4ガスのプラズマ中では、Ｓｉのエッチング種であるＦ原子が減少し、ＳｉＯ2のエッチング種であるＣＦn +（ｎ＝１，２，３）及びＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが残る。
A part of the Si atoms released into the plasma in this way is combined with F atoms in the CF 4 gas plasma to become SiF n (n = 1, 2, 3, 4), and the communication hole 308-process. It is exhausted from the
一方で、生成されているプラズマは、プラズマ生成室３０１より圧力の低い処理室３０２の側へ引き出され、基板ステージ３０９の方へ流れていく。また、高周波電源３１０より基板ステージ３０９に高周波を印加すると、プラズマ生成室３０１で生成しているプラズマ中のイオンや電子が、基板ステージ３０９の上に形成された電界と磁場発生コイル３０３，３０４，３０５により形成されている磁界とによって、基板ステージ３０９の方向に輸送される。これらの結果、前述のことによりプラズマ中に残ったＣＦn +（ｎ＝１，２，３）及びＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが、基板ステージ３０９の上に載置された基板Ｗの上のエッチングに寄与し、ＳｉＯ2／Ｓｉの高選択比エッチングが実現できる。
On the other hand, the generated plasma is drawn out toward the
ここで、図３の装置によれば、プラズマ生成室３０１と処理室３０２とが分離しているため、プラズマによりスパッタリングされてＳｉ電極３１４より飛び出したＳｉ原子の一部が、基板Ｗにまで到達することが、ほとんど発生しない。この結果、図２に示した装置による前述した問題が、図３に示す装置によれば解消するようになる。
Here, according to the apparatus of FIG. 3, since the
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
しかしながら、図３に示した従来の装置では、スパッタされてＳｉ電極３１４より飛び出した構成原子が、プラズマ生成室３０１の内壁に付着する。このように、Ｓｉ電極３１４を構成する材料が付着していると、高周波コイル３０６からの高周波誘導電場が、効率よくプラズマ生成室３０１の内部に印加できなくなる。
However, in the conventional apparatus shown in FIG. 3, the constituent atoms sputtered and ejected from the
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、高周波誘導電場などによりプラズマ生成室で生成したプラズマを引き出して処理対象の基板をエッチングするドライエッチング装置において、効率よくプラズマが生成される状態で、ＳｉＯ2／Ｓｉの高選択比エッチングが実現できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a dry etching apparatus that etches a substrate to be processed by extracting plasma generated in a plasma generation chamber by a high frequency induction electric field or the like. An object of the present invention is to realize high selective etching of SiO 2 / Si in a state where plasma is generated.
本発明に係るドライエッチング装置は、誘電体から構成されたて内部に導入されるガスのプラズマが生成されるプラズマ生成室と、このプラズマ生成室の中央部を通過する所定の軸を同軸としてプラズマ生成室の周囲に配列され、隣接するコイルに互いに逆向きの電流が流される第１磁場発生コイル，第２磁場発生コイル，第３磁場発生コイルから構成された磁場発生手段と、これら磁場発生コイルの内側に配置されてプラズマ生成室内に高周波電力を供給するための高周波コイルと、この高周波コイルに高周波電流を印加する高周波電源と、プラズマ生成室の所定の軸方向の第３磁場発生コイルの側に配置され、所定の軸上に配置された連通孔を介してプラズマ生成室と連通する処理室と、この処理室の排気口に連通してプラズマ生成室及び処理室の内部を減圧する排気手段と、処理室の内部で所定の軸上に配置され、連通孔に対向する面に処理対象の基板が載置される基板ステージと、この基板ステージに電位を印加する第１電源と、基板ステージと連通孔との間の処理室内部に配置されたＳｉ電極と、このＳｉ電極に電位を印加する第２電源とを少なくとも備えたものであり、Ｓｉ電極は、Ｓｉを含む材料から構成され、磁場発生手段は、プラズマ生成室の内部に磁場強度が零となる領域である磁気中性線を形成するものである。 The dry etching apparatus according to the present invention comprises a plasma generating chamber configured to generate plasma of a gas that is composed of a dielectric material and is introduced into the interior, and a predetermined axis passing through the central portion of the plasma generating chamber as a coaxial. Magnetic field generating means arranged from a first magnetic field generating coil, a second magnetic field generating coil, and a third magnetic field generating coil, which are arranged around the generating chamber and in which currents flowing in opposite directions flow in adjacent coils, and these magnetic field generating coils A high-frequency coil for supplying high-frequency power to the plasma generation chamber, a high-frequency power source for applying a high-frequency current to the high-frequency coil, and a third magnetic field generation coil side in a predetermined axial direction of the plasma generation chamber A processing chamber that communicates with the plasma generation chamber via a communication hole disposed on a predetermined axis, and communicates with the exhaust port of the processing chamber and the plasma generation chamber and An evacuation unit that depressurizes the inside of the processing chamber, a substrate stage that is disposed on a predetermined axis inside the processing chamber and on which a substrate to be processed is placed on a surface facing the communication hole, and a potential is applied to the substrate stage. A first power source to be applied; a Si electrode disposed in a processing chamber between the substrate stage and the communication hole; and a second power source to apply a potential to the Si electrode. The magnetic field generating means is formed of a material containing Si, and forms a magnetic neutral line that is a region where the magnetic field strength becomes zero inside the plasma generation chamber.
この装置では、磁気中性線放電によりプラズマ生成室の中にプラズマが生成され、生成されたプラズマが連通孔から処理室に引き出される。処理室側にプラズマが引き出されると、プラズマ中のイオンの衝撃によりＳｉ電極よりスパッタリングされたＳｉ原子が、プラズマ中に放出される。この結果、プラズマ中のＦラジカルは、放出されたＳｉ原子と結合し、ＳｉＦn（ｎ＝１，２，３，４）となる。 In this apparatus, plasma is generated in the plasma generation chamber by magnetic neutral line discharge, and the generated plasma is drawn out from the communication hole to the processing chamber. When the plasma is drawn out to the processing chamber side, Si atoms sputtered from the Si electrode by the impact of ions in the plasma are released into the plasma. As a result, the F radicals in the plasma are combined with the released Si atoms to become SiF n (n = 1, 2, 3, 4).
上記ドライエッチング装置において、第１電源及び第２電源を、高周バイアスを印加するための電源とし、 高周波電源と第１電源と第２電源とは、供給する電力の周波数が各々異なるようにすることで、プラズマがより安定して生成するようになる。 In the dry etching apparatus, the first power source and the second power source are power sources for applying a high-frequency bias, and the high frequency power source, the first power source, and the second power source are configured to have different frequencies of supplied power. As a result, plasma is generated more stably.
以上説明したように、本発明によれば、Ｓｉ電極を、プラズマ生成室の外側の処理室側に配置したので、Ｓｉ電極がスパッタされることによって放出される原子が、プラズマ生成室の内壁に付着することが抑制されるようになる。この結果、本発明によれば、プラズマ生成室の内壁に、高周波誘導電場の印加を阻害する膜が形成されることが抑制されるようになり、効率よくプラズマが生成される状態で、ＳｉＯ2／Ｓｉの高選択比エッチングが実現できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, since the Si electrode is arranged on the processing chamber side outside the plasma generation chamber, atoms released by the sputtering of the Si electrode are caused on the inner wall of the plasma generation chamber. Adhesion is suppressed. As a result, according to the present invention, the formation of a film that inhibits the application of a high-frequency induction electric field on the inner wall of the plasma generation chamber is suppressed, and in a state where plasma is efficiently generated, SiO 2 An excellent effect is achieved in that high-selectivity etching of / Si can be realized.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるドライエッチング装置の構成例を示す模式的な断面図である。図１に示すドライエッチング装置は、プラズマ生成室１０１と処理室１０２とから構成され、プラズマ生成室１０１の周囲（側方）には、プラズマ生成室１０１内に磁気中性線を形成するための磁場発生コイル１０３，１０４，１０５と磁気中性線に沿って電場を形成するための高周波コイル１０６とが設けられている。プラズマ生成室１０１は、少なくとも側部が絶縁材料（誘電体）から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a dry etching apparatus according to an embodiment of the present invention. The dry etching apparatus shown in FIG. 1 includes a
磁場発生コイル１０３，１０４，１０５は、プラズマ生成室１０１の中央部を通過する所定の軸を同軸としてプラズマ生成室１０１の周囲に配置されている。また、磁場発生コイル１０４は、磁場発生コイル１０３，１０５とは逆向きに電流が流れる構成となっている。
高周波コイル１０６は、磁場発生コイル１０３，１０４，１０５の内側に配置され、高周波コイル１０６には、高周波電源１０７により電界が印加される。
The magnetic
The
プラズマ生成室１０１と処理室１０２とは、連通孔１０８により連通し、処理室１０２には、処理対象の基板Ｗが載置される基板ステージ１０９が設けられている。連通孔１０８及び基板ステージ１０９は、前述した所定の軸の上に配置されている。例えば、基板ステージ１０９は、連通孔１０８より２０ｃｍ程度離間して配置されている。基板ステージ１０９には、高周波電源１１０により高周波が印加可能とされている。また、プラズマ生成室１０１には、エッチングガスを導入するためのガス導入口１１１が設けられ、処理室１０２には、排気口１１２を介して真空ポンプ（排気手段）１１３が連通している。
The
加えて、図１の装置では、連通孔１０８と基板ステージ１０９との間に、高純度のシリコンから構成されたＳｉ電極１１４を配置し、Ｓｉ電極１１４に高周波電界（バイアス）を印加する高周波電源１１５を備えるようにした。なお、Ｓｉ電極１１４は、例えば、金属材料からなるバイアス印加電極の部分と、この電極部分に固定された単結晶シリコンの構造体とから構成されたものである。Ｓｉ電極１１４は、スパッタされる単結晶シリコンの部分に、高周波電源１１５から供給されたバイアスが印加可能な構成となっていればよい。
In addition, in the apparatus shown in FIG. 1, a high-frequency power source in which a
また、スパッタされてＳｉ原子を放出する部分が単結晶シリコンなどの半導体の場合、高周波電源１１５は、直流電源であっても良く、スパッタされる単結晶シリコンに直流バイアスが印加される構成であってもよい。
また、Ｓｉ電極１１４のスパッタされてＳｉ原子を放出する部分は、単結晶シリコンに限らず、Ｓｉを含む材料から構成されていれば良く、炭化シリコンや窒化シリコンから構成されていてもよい。
In the case where the portion that is sputtered and emits Si atoms is a semiconductor such as single crystal silicon, the high frequency power supply 115 may be a DC power supply, and a DC bias is applied to the sputtered single crystal silicon. May be.
Further, the portion of the
図１に示す構成例では、Ｓｉ電極１１４は、処理室１０２内部の連通孔１０８の近傍に配置され、円筒を基板ステージ１０９の方向（下方）に向かって広げた形状である。言い換えると、Ｓｉ電極１１４を構成している単結晶シリコンの構造体は、基板ステージ１０９の方向に広がる円筒を部分的に切り出した形状である。なお、Ｓｉ電極１１４（単結晶シリコンの構造体）は、円筒としても良く、また、円筒を基板ステージ１０９の方向に向かって狭めた形状としてもよい。
In the configuration example shown in FIG. 1, the
Ｓｉ電極１１４は、まず、連通孔１０８と基板ステージ１０９との間の空間に配置されている必要がある。Ｓｉ電極１１４は、連通孔１０８より処理室１０２の側に引き出されるプラズマが作用可能な状態に配置されている必要がある。
また、プラズマの作用によりＳｉ電極１１４（単結晶シリコンの構造体）から放出されて基板ステージ１０９の側に向かって飛散する原子の数が、より少ない状態となるように、Ｓｉ電極１１４を配置することが望ましい。
First, the
Further, the
Ｓｉ電極１１４からスパッタされる粒子は、COSINE則に従って放出される（文献：”スパッタリングの基礎”，東京大学出版）。従って、Ｓｉ電極１１４のスパッタされる面が、基板ステージ１０９を向いて基板ステージ１０９の面と平行でなければ、図２に示す平行平板型の装置に比較し、Ｓｉ電極１１４からスパッタされて基板ステージ１０９に到達する粒子の数を減少させることができる。
The particles sputtered from the
また、上記COSINE則を考慮すると、よりよくは、Ｓｉ電極１１４のスパッタされる面の延長部分が基板ステージ１０９より外側になっているように、Ｓｉ電極１１４の形状及び配置を設定する方がよい。例えば、円筒を基板ステージ１０９の方向に向かって狭めた形状のＳｉ電極１１４とし、このＳｉ電極１１４の開口部の中心を連通孔１０８の中心に合わせてＳｉ電極１１４を配置すればよい。この構成とすることで、スパッタされてＳｉ電極１１４より放出された粒子が基板ステージ１０９の上に到達することが、ほぼ抑制できるようになる。
Further, considering the COSINE rule, it is better to set the shape and arrangement of the
次に、図１に示すドライエッチング装置の動作について説明する。なお、以降では、処理対象の基板Ｗの上には、ＳｉＯ2の膜が形成され、この膜をシリコンからなるマスクパターンでエッチング加工する場合を例にする。
始めに、真空ポンプ１１３により、処理室１０２及びプラズマ生成室１０１の内部を真空排気して所望の圧力（１０-4〜１０-5Ｐａ程度）とした後、ガス導入口１１１よりエッチングガスをプラズマ生成室１０１内に導入し、プラズマ生成室１０１内を１０-1〜１０-2Ｐａ程度の圧力に保つ。
Next, the operation of the dry etching apparatus shown in FIG. 1 will be described. In the following, a case where a SiO 2 film is formed on the substrate W to be processed and this film is etched with a mask pattern made of silicon is taken as an example.
First, the inside of the
この状態で、磁場発生コイル１０３，１０５に、同じ大きさの電流を流すと、磁場発生コイル１０３，１０５の中間の位置に円環状の磁気中性線が形成される。次いで、磁場発生コイル１０４に、磁場発生コイル１０３，１０５とは逆向きの電流を流すと、上記磁気中性線は、空間的に２つに分離され、一方はプラズマ生成室１０１の内部に形成され、他方はプラズマ生成室１０１の外に形成される。このような磁気中性線の状態とした後、高周波電源１０７より高周波電場を高周波コイル１０６に印加すると、プラズマ生成室１０１の内部に、磁気中性線放電による、エッチングガスのプラズマ１２０が生成される。
If currents of the same magnitude are passed through the magnetic
高周波コイル１０６よりプラズマ生成室１０１の中に電力が供給され続けている間は、プラズマ１２０は生成し続け、イオンや電子などが周囲に拡散していく。以上のことにより、プラズマ生成室１０１の内部では、電界と磁界との作用により、極めて高密度のプラズマ１２０が生成される。エッチングガスとしてＣＦ4ガスを用いると、ＣＦn +（ｎ＝１，２，３），ＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカル，及びＦ原子（Ｆラジカル）からなるプラズマ１２０が生成される。なお、ラジカル（遊離基）は、不対電子を有する原子もしくは分子のことであり、化学的に高い活性を有する活性種である。
While power is continuously supplied from the
ここで、真空ポンプ１１３により直接に真空排気されて減圧されている処理室１０２は、プラズマ生成室１０１に比較して低い圧力となっている。この結果、上述したことにより生成されたプラズマは、処理室１０２の側に引き出され、引き出されたプラズマは基板ステージ１０９の方向に流れていく。
Here, the
これらの状態で、高周波電源１１５によりＳｉ電極１１４に高周波電界を印加すると、連通孔１０８より引き出されているプラズマ中のイオンが、Ｓｉ電極１１４に引き寄せられ、スパッタリングを引き起こす。この結果、Ｓｉ電極１１４は、Ｓｉ原子を放出する。このようにしてＳｉ電極１１４より放出されたＳｉ原子は、連通孔１０８より引き出されているプラズマ中に混入し、プラズマ中のＦ原子と結合し、ＳｉＦn（ｎ＝１，２，３，４）となる。
In these states, when a high-frequency electric field is applied to the
このＳｉＦnは、排気口１１２より排気され、処理室１０２の内部より除去される。この結果、連通孔１０８より引き出されて基板ステージ１０９の方向に流れていくプラズマ中においては、Ｆ原子が減少し、ＣＦn +（ｎ＝１，２，３）及びＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが支配的な状態となる。また、高周波電源１１０より基板ステージ１０９に高周波を印加すると、プラズマ中のイオンや電子が、基板ステージ１０９の上に形成された電界と磁場発生コイル１０３，１０４，１０５により形成されている磁界とによって、基板ステージ１０９の方向に輸送される。
従って、以降に説明するように、基板ステージ１０９の上に固定されている基板Ｗの表面には、主にＣＦn +（ｎ＝１，２，３）及びＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが輸送され、これらによりＳｉＯ2の膜が選択的にエッチングされることになる。
This SiF n is exhausted from the
Therefore, as described below, the surface of the substrate W fixed on the
基板Ｗの表面においては、よく知られているように、重合膜となる前駆体であるＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが輸送される。同時に、基板ステージ１０９には高周波電源１１０により高周波が印加されているため、基板Ｗの表面には、ＣＦn +（ｎ＝１，２，３）イオンの衝撃も加わる。このイオン衝撃により、基板Ｗの表面においては、ＳｉＯ2の膜から酸素が発生する。このため、基板Ｗの表面に輸送されるＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルは、発生した酸素と結合してＣＯＦn（ｎ＝１，２，３）となり、気体の状態で排気されることになる。従って、基板Ｗの上のＳｉＯ2膜の表面では、上記ラジカルによる重合物の堆積は起こらず、エッチングが進行する。
As is well known, on the surface of the substrate W, CF n (n = 1, 2, 3) radicals, which are precursors to be polymerized films, are transported. At the same time, since a high frequency is applied to the
また、基板Ｗに流れてくるプラズマ中からはＳｉのエッチャントであるＦ原子が除かれているため、ＳｉＯ2膜の上に形成されているＳｉマスクパターンは、ほとんどエッチングされない。また、Ｓｉマスクパターンの表面では、前述したような酸素の発生が起こらないので、飛来したＣＦn（ｎ＝１，２，３）ラジカルが重合し、フロロカーボンなどの重合膜が形成される。Ｓｉマスクパターンに飛来したＣＦn +（ｎ＝１，２，３）イオンは、これら重合膜のエッチングに消費される。この点においても、Ｓｉマスクパターンは、ほとんどエッチングされない。 Further, since F atoms which are Si etchants are removed from the plasma flowing to the substrate W, the Si mask pattern formed on the SiO 2 film is hardly etched. Further, since the generation of oxygen as described above does not occur on the surface of the Si mask pattern, the flying CF n (n = 1, 2, 3) radicals are polymerized to form a polymer film such as fluorocarbon. CF n + (n = 1, 2, 3) ions flying into the Si mask pattern are consumed for etching these polymer films. Also in this respect, the Si mask pattern is hardly etched.
以上のことにより、図１に示すドライエッチング装置によれば、Ｓｉがほとんどエッチングされず、高い選択比で選択的にＳｉＯ2がエッチングされるようになる。
また、図１に示すドライエッチング装置によれば、Ｓｉ電極１１４がプラズマ生成室１０１の内部に無いため、スパッタリングされたＳｉ電極１１４より飛び出す原子が、プラズマ生成室１０１の内壁に付着して膜を形成することが抑制されるので、高周波電力の供給が阻害されることもない。
As described above, according to the dry etching apparatus shown in FIG. 1, Si is hardly etched, and SiO 2 is selectively etched with a high selection ratio.
Further, according to the dry etching apparatus shown in FIG. 1, since the
ところで、図１に示す装置では、高周波電源１０７，高周波電源１１０，高周波電源１１５の３つの高周波電源を動作させ、プラズマを生成し、Ｓｉ電極１１４をスパッタし、基板ステージ１０９方向へのイオンなどの輸送を行っている。これら３つの電源から、同一の周波数の電力を供給すると、互いに交渉し、例えばプラズマ生成室１０１における放電などが不安定になり、また、所望のバイアス電圧の制御ができないなどの問題が生じる。
By the way, in the apparatus shown in FIG. 1, the three high
これに対し、高周波電源１０７が供給する電力は１３．５６ＭＨｚとし、高周波電源１１０が供給する電力は２ＭＨｚとし、高周波電源１１５が供給する電力は２００ＫＨｚとすることで、極めて安定な放電の維持や、所望のバイアス電圧の制御が実現できる。このように、図１に示すドライエッチング装置では、３つの電源が供給する電力の周波数は、各々異なるようにしておく方がよい。
On the other hand, the power supplied from the high-
ここで、図１に示したドライエッチング装置の基本的な特性について説明する。この装置では、磁気中性線放電により、通常では放電が起きにくい１０-1Ｐａ以下の低い圧力領域において、プラズマを容易に生成できるという特徴を有している。本装置では、磁場強度が零の閉曲線である一種の磁気井戸が存在し、これが飛散する電子を対流させ、プラズマ放電のための種を多く保持する効果によるものである。 Here, basic characteristics of the dry etching apparatus shown in FIG. 1 will be described. This apparatus has a feature that plasma can be easily generated in a low pressure region of 10 −1 Pa or less, in which discharge is not normally generated by magnetic neutral line discharge. In this apparatus, there is a kind of magnetic well that is a closed curve with a magnetic field strength of zero, which is due to the effect of convection of scattered electrons and holding many seeds for plasma discharge.
このような特徴を持つ図１に示したドライエッチング装置によれば、低圧力の状態で１０11ｃｍ-3程度の高密度プラズマが形成でき、低圧力の状態で高密度なプラズマを供給（輸送）できる。これにより、エッチング速度が１μｍ／分の高速加工が可能になる。また、図１のドライエッチング装置では、プラズマ生成室１０１と基板ステージ１０９との距離が２０ｃｍ程度であり、圧力１０-1Ｐａでの平均自由行程５０ｃｍより小さいものとなっている。これらのことにより、本装置によれば、指向性の高い多量のイオンを処理対象の基板方向に入射させることが可能となり、高速で、極めて良好な方向性エッチングが可能となる。
According to the dry etching apparatus shown in FIG. 1 having such a feature, high-density plasma of about 10 11 cm −3 can be formed at low pressure, and high-density plasma can be supplied (transported) at low pressure. )it can. Thereby, high-speed processing with an etching rate of 1 μm / min becomes possible. In the dry etching apparatus of FIG. 1, the distance between the
また、図１のドライエッチング装置では、プラズマ生成室１０１の外周部に配置した３段の磁場発生コイル１０３，１０４，１０５に対する磁場電流を調節することで、磁気中性線放電プラズマの大きさ（径）を自由に制御できる。このことにより、基板ステージ１０９の上に載置される処理対象の基板Ｗにおける、エッチング深さの面内方向の均一性を高めることが可能となる。
これらのように、図１に示すドライエッチング装置によれば、ＳｉとＳｉＯ2との高選択比エッチングを可能とするとともに、高速・高い均一性・良好な方向性エッチングなどの加工特性を同時に実現することが可能となる。
Further, in the dry etching apparatus of FIG. 1, the magnitude of the magnetic neutral line discharge plasma ( (Diameter) can be freely controlled. This makes it possible to improve the uniformity of the etching depth in the in-plane direction on the substrate W to be processed placed on the
As described above, the dry etching apparatus shown in FIG. 1 enables high-selectivity etching between Si and SiO 2 and simultaneously realizes processing characteristics such as high speed, high uniformity, and good directional etching. It becomes possible to do.
１０１…プラズマ生成室、１０２…処理室、１０３，１０４，１０５…磁場発生コイル、１０６…高周波コイル、１０７…高周波電源、１０８…連通孔、１０９…基板ステージ、１１０…高周波電源、１１１…ガス導入口、１１２…排気口、１１３…真空ポンプ、１１４…Ｓｉ電極、１１５…高周波電源。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
このプラズマ生成室の中央部を通過する所定の軸を同軸として前記プラズマ生成室の周囲に配列され、隣接するコイルに互いに逆向きの電流が流される第１磁場発生コイル，第２磁場発生コイル，第３磁場発生コイルから構成された磁場発生手段と、
これら磁場発生コイルの内側に配置されて前記プラズマ生成室の内部に高周波電力を供給するための高周波コイルと、
この高周波コイルに高周波電流を印加する高周波電源と、
前記プラズマ生成室の前記所定の軸方向の前記第３磁場発生コイルの側に配置され、前記所定の軸上に配置された連通孔を介して前記プラズマ生成室と連通する処理室と、
この処理室の排気口に連通して前記プラズマ生成室及び前記処理室の内部を減圧する排気手段と、
前記処理室の内部で前記所定の軸上に配置され、前記連通孔に対向する面に処理対象の基板が載置される基板ステージと、
この基板ステージに電位を印加する第１電源と、
前記基板ステージと前記連通孔との間の前記処理室の内部に配置されたＳｉ電極と、
このＳｉ電極に電位を印加する第２電源と
を少なくとも備え、
前記Ｓｉ電極は、Ｓｉを含む材料から構成され、
前記磁場発生手段は、前記プラズマ生成室の内部に磁場強度が零となる領域である磁気中性線を形成する
ことを特徴とするドライエッチング装置。 A plasma generation chamber configured to generate a plasma of a gas composed of a dielectric material and introduced into the interior;
A first magnetic field generating coil, a second magnetic field generating coil, which are arranged around the plasma generating chamber with a predetermined axis passing through a central portion of the plasma generating chamber as a coaxial, and in which currents flowing in opposite directions flow in adjacent coils; Magnetic field generating means comprising a third magnetic field generating coil;
A high-frequency coil disposed inside the magnetic field generating coils to supply high-frequency power to the inside of the plasma generation chamber;
A high frequency power source for applying a high frequency current to the high frequency coil;
A processing chamber disposed on the third magnetic field generating coil side in the predetermined axial direction of the plasma generation chamber and communicating with the plasma generation chamber via a communication hole disposed on the predetermined axis;
Exhaust means for reducing the pressure inside the plasma generation chamber and the processing chamber in communication with the exhaust port of the processing chamber;
A substrate stage disposed on the predetermined axis inside the processing chamber and on which a substrate to be processed is placed on a surface facing the communication hole;
A first power source for applying a potential to the substrate stage;
An Si electrode disposed inside the processing chamber between the substrate stage and the communication hole;
A second power source for applying a potential to the Si electrode;
The Si electrode is made of a material containing Si,
The dry etching apparatus characterized in that the magnetic field generating means forms a magnetic neutral line that is a region where the magnetic field intensity becomes zero inside the plasma generation chamber.
前記第１電源及び第２電源は、高周バイアスを印加するための電源であり、
前記高周波電源と前記第１電源と前記第２電源とは、供給する電力の周波数が各々異なっている
ことを特徴とするドライエッチング装置。
The dry etching apparatus according to claim 1,
The first power source and the second power source are power sources for applying a high-frequency bias,
The dry etching apparatus, wherein the high-frequency power source, the first power source, and the second power source have different frequencies of power to be supplied.
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