JPS5825742B2 - Plasma etching processing method and processing equipment - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマエツチング処理方法及び処理装置に係
り、特にアンダーカットの極めで少ないエツチングを行
うことができるリアクティブ・イオン・エツチングの処
理方法及び処理装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma etching method and apparatus, and more particularly to a reactive ion etching method and apparatus that can perform etching with minimal undercuts.

リアクティブ・イオン・エツチングを行う処理装置（以
後ＲＩＥ装置とする）の一般的な模式図を第１図に示す
。FIG. 1 shows a general schematic diagram of a processing apparatus (hereinafter referred to as RIE apparatus) that performs reactive ion etching.

このＲＩＥ装置は、ペルジャー１内に接地された陽極２
とコンデンサＣを介して接地された陰極３とが設けられ
、例えば被処理物４を陰極３に設定して、排気口５より
ペルジャー１内を真空に引き、給気口６よりエッチャン
トガスを供給し、高周波電圧ｒ、ｆ、を陽極２と陰極３
間に印加してプラズマを発生させ、被処理物４のエツチ
ングを行うものである。This RIE device consists of a grounded anode 2 inside a Pelger 1.
and a cathode 3 grounded via a capacitor C. For example, the object to be treated 4 is set as the cathode 3, the inside of the Pel jar 1 is evacuated through the exhaust port 5, and the etchant gas is supplied through the air supply port 6. Then, high frequency voltages r and f are applied to anode 2 and cathode 3.
The plasma is applied during the etching period to generate plasma, and the object 4 to be processed is etched.

上記のプラズマエツチングの原理は次の様に説明できる
。The principle of the above plasma etching can be explained as follows.

ペルジャー１内は減圧状態でしかもエッチャントガスで
満たされている。The inside of the Pel jar 1 is under reduced pressure and is filled with etchant gas.

そして陽極２と陰極３間に高周波電圧ｒ、ｆ、を印加す
ることにより、両極間に放電が生じる。By applying high frequency voltages r and f between the anode 2 and the cathode 3, a discharge is generated between the two electrodes.

その際両極間では、電子とエッチャントガスによるイオ
ン（正のイオン）が高周波電圧ｒ、ｆ、による高周波の
電界に応じて運動する。At this time, between the two poles, electrons and ions (positive ions) caused by the etchant gas move in response to the high frequency electric field caused by the high frequency voltages r and f.

ところが電子とイオンの移動度の違いから、電子は両極
間を上記の電界に応じて運動するのに対しイオンはほと
んど運動しない。However, due to the difference in mobility between electrons and ions, electrons move between the two poles in response to the above electric field, whereas ions hardly move.

そのため電子のみが高周波電圧ｒ、ｆ、に追従して両極
に流れ込むが、陽極２に到達した電子はそのままアース
に流れるのに対して、陰極３に到達した電子はコンデン
サＣによりアースと直流的に絶縁されているので極板上
に蓄積される。Therefore, only electrons follow the high-frequency voltages r and f and flow into both poles, but while the electrons that reach the anode 2 flow directly to the ground, the electrons that reach the cathode 3 are connected to the ground by the capacitor C. Since it is insulated, it accumulates on the electrode plate.

また両極間の中央付近では電子よりイオンの数が多くな
り正の電位を持つようになる。Also, near the center between the two poles, there are more ions than electrons, resulting in a positive potential.

以上の事により、両極間のプラズマ電位（直流成分）は
第２図のグラフの様になる。As a result of the above, the plasma potential (DC component) between the two poles becomes as shown in the graph of FIG.

つまり陽極２は接地されているので電位はＯｖで、両極
間には高周波電圧ｒ、ｆ、によりバイアス電圧Ｖｂｉａ
ｓだけの電位差があり、又両極付近では陽極電圧降下■
ヤ、陰極電圧降下Ｖ−が生じている。In other words, since the anode 2 is grounded, the potential is Ov, and the bias voltage Vbia is applied between the two electrodes due to the high frequency voltages r and f.
There is a potential difference of s, and there is an anode voltage drop near both poles■
Yes, a cathode voltage drop V- is occurring.

つまり被処理物４を陰極３に設定すると、陰極３の電位
勾配である陰極電圧降下■−により加速されたイオンが
被処理物４に電界方向に衝突しエツチングするので、エ
ツチングに方向性が生じ、アンダーカットのないエツチ
ングが行なわれる。In other words, when the object to be processed 4 is set as the cathode 3, ions accelerated by the cathode voltage drop - which is the potential gradient of the cathode 3 collide with the object to be processed 4 in the direction of the electric field and are etched, resulting in directional etching. , etching is performed without undercuts.

陽極３に被処理物４を設定した場合も陽極電圧降下Ｖ＋
により同様にエツチングされるが、陽極電圧降下■１は
陰極電圧降下■−に比べてかなり小さいため、エツチン
グの方向は鈍くなり、さらにエツチング速度も遅くなる
。Even when the object to be processed 4 is set at the anode 3, the anode voltage drop V+
However, since the anode voltage drop (1) is considerably smaller than the cathode voltage drop (2), the direction of etching becomes slower and the etching rate also becomes slower.

従来、被処理物４として所定のレジストパターンを形成
したウェハーを、陰極３に設定してアンダーカットなく
エツチングしていた。Conventionally, a wafer on which a predetermined resist pattern has been formed as the object to be processed 4 has been set as the cathode 3 and etched without undercutting.

ところが、高周波電圧ｒ、ｆ、により所定のバイアス電
圧Ｖｂｉａｓを印加すると陰極電圧降下■−が過大なた
め、加速されたイオンのエネルギーで決まるスパッタ力
が強過ぎ、前記のレジストやウェハーが損傷を受けて正
常なエツチングが行なわれない欠点があった。However, when a predetermined bias voltage Vbias is applied using high-frequency voltages r and f, the cathode voltage drop ■- is excessive, so the sputtering force determined by the energy of the accelerated ions is too strong, causing damage to the resist and wafer. However, there was a drawback that proper etching could not be performed.

そこで上述の様な損傷を防ぐために、高周波電圧ｒ、ｆ
、を小さくしてバイアス電圧Ｖｂｉａｓを小さくするこ
とにより、陰極電圧降下■−を小さくしてスパッタ力を
弱めようとすると、高周波電圧ｒ、ｆ、により規定され
る両極間のプラズマ密度も小さくなり、ひいてはイオン
濃度が小さくなりエツチング速度が遅くなってしまう。Therefore, in order to prevent the damage mentioned above, high frequency voltage r, f
If we attempt to weaken the sputtering force by reducing the cathode voltage drop (■-) by decreasing the bias voltage Vbias by decreasing , the plasma density between the two electrodes defined by the high frequency voltages r and f will also decrease, As a result, the ion concentration decreases and the etching rate slows down.

そのため損傷を防ぐ目的で安易に高周波電圧ｒ、ｆ、を
小さくするわけにはいかなかった。Therefore, it was not possible to simply reduce the high frequency voltages r and f in order to prevent damage.

本発明は上記従来の欠点を除去し、プラズマ密度を規定
する高周波電圧ｒ、ｆ、とスパッタ力を規定するバイア
ス電圧Ｖｂｉａｓとを独立に制御し、特にプラズマ密度
を低くすることなくスパッタ力を弱くしてエツチングを
行うプラズマエツチング処理方法及びその処理装置を提
供することを目的とするものである。The present invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, independently controls the high frequency voltages r and f that define the plasma density, and the bias voltage Vbias that defines the sputtering force, thereby weakening the sputtering force without particularly lowering the plasma density. The object of the present invention is to provide a plasma etching method and a processing apparatus for performing etching.

そしてその目的は本発明によれば、接地された陽極とコ
ンデンサを介して接地された陰極との間に高周波電圧を
印加してプラズマを発生させ、該陽極及び陰極のいずれ
か一方に設定した被処理物をエツチングするプラズマエ
ツチング処理方法において、前記被処理物を前記陽極に
付設し、前記高周波電圧と独立に前記陽極と陰極間のバ
イアス電圧を制御することを特徴とするプラズマエツチ
ング処理方法を提供し、さらにその処理方法を行なうプ
ラズマエツチング処理装置を提供することにより達成さ
れる。According to the present invention, the purpose is to generate plasma by applying a high frequency voltage between a grounded anode and a grounded cathode via a capacitor, and to Provided is a plasma etching method for etching a workpiece, characterized in that the workpiece is attached to the anode, and a bias voltage between the anode and the cathode is controlled independently of the high frequency voltage. This is achieved by providing a plasma etching processing apparatus for carrying out the processing method.

以下本発明の一実施例について図面に従って詳細に説明
する。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第３図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング処
理を行うＲＩＥ装置の模式図で、第１図の場合と比べて
、コイルＬと可変抵抗Ｒとを直列接続したバイアス制御
回路７がコンデンサＣと並列に設けられている点が異な
る。FIG. 3 is a schematic diagram of an RIE apparatus that performs plasma etching processing, which is an embodiment of the present invention.Compared to the case of FIG. The difference is that it is provided in parallel with C.

このバイアス制御回路７を設けることにより、可変抵抗
Ｈの値により高周波電圧ｒ、ｆ、を変えることなく陽極
２と陰極３との間のバイアス電圧を制御することができ
る。By providing this bias control circuit 7, the bias voltage between the anode 2 and the cathode 3 can be controlled by the value of the variable resistor H without changing the high frequency voltages r, f.

今、第３図のＲＩＥ装置に対し一つの実験を示す。One experiment will now be shown for the RIE apparatus shown in FIG.

その実験は、高周波電圧ｒ、ｆ、は３００■で一定にし
ておいて、可変抵抗Ｒを変化させることによりバイアス
電圧Ｖｂｉａｓを変化させ、その時の両極間中央部のプ
ラズマ電位Ｖｆ及びプラズマ密度ｎｐについて調べたも
のである。In the experiment, the high frequency voltages r and f were kept constant at 300μ, and the bias voltage Vbias was changed by changing the variable resistor R, and the plasma potential Vf and plasma density np at the center between the two poles were This is what I researched.

その時ペルジャー内はアルゴンガス（ん→を０．０７３
Ｔｏｒｒで、被処理物４は設定しなかった。At that time, the inside of the Pelger was filled with argon gas (n → 0.073
Torr, and the object to be processed 4 was not set.

この実験の結果を以下に示す表と第４図のグラフに示し
ている。The results of this experiment are shown in the table below and the graph in FIG.

上記の表及びそれに対応する第４図のグラフよりわかる
注目すべき点は、可変抵抗Ｒを変えることによりバイア
ス電圧Ｖｂｉａｓを変化させると、それに伴ってプラズ
マ電位Ｖｆも変化するが、プラズマ密度ｎｐは変化しな
い（実際には最低３．０×１０〜−最高４．６ Ｘ １
０８ｃｒｎ−３であるがその値の変化は明らかにバイア
ス電圧Ｖｂｉａｓに伴うものではない）という点である
。The noteworthy point that can be seen from the above table and the corresponding graph in FIG. 4 is that when the bias voltage Vbias is changed by changing the variable resistor R, the plasma potential Vf changes accordingly, but the plasma density np No change (actually minimum 3.0 x 10 - maximum 4.6 x 1
08crn-3, but the change in value is clearly not associated with the bias voltage Vbias).

そして陰極電圧降下■−はほぼ一定であるが、陽極電圧
降下Ｗはプラズマ電位Ｖｆに等しいため、バイアス電圧
Ｖｂｉａｓに伴い変化している。The cathode voltage drop (1-) is almost constant, but the anode voltage drop W is equal to the plasma potential Vf, so it changes with the bias voltage Vbias.

上述した様な第３図のプラズマエツチング処理装置であ
るＲＩＥ装置の性質を利用することにより本発明の目的
が達成される。The object of the present invention can be achieved by utilizing the properties of the RIE apparatus, which is the plasma etching apparatus shown in FIG. 3, as described above.

つまり被処理物４を陽極２に設定すれば、可変抵抗Ｒの
値を変えることにより、高周波電圧ｒ、ｆ、を変えるこ
となく陽極電圧降下ぬを変えることができるので、プラ
ズマ密度を変えることなくスパッタ力を変えることがで
きるわけである。In other words, if the object to be processed 4 is set as the anode 2, by changing the value of the variable resistor R, the anode voltage drop can be changed without changing the high frequency voltages r and f, without changing the plasma density. This means that the sputtering force can be changed.

従ってエツチングレートの重要な要因であるプラズマ密
度（しいてはイオン濃度）は高周波電圧ｒ、ｆ、により
任意に選定することができ、被処理物への損傷の原因で
あるスパッタ力は可変抵抗Ｒにより任意に選定すること
ができる。Therefore, the plasma density (and therefore ion concentration), which is an important factor in the etching rate, can be arbitrarily selected by using the high frequency voltages r and f, and the sputtering force, which is the cause of damage to the processing object, can be controlled by the variable resistance R. It can be arbitrarily selected.

具体的に被処理物として、第５図のようにシリコン基板
１１上にＳｉＯ２膜を膜厚１０００人、さらにｐｏｌｙ
−ｓｉ膜１３を膜厚５０００人、その上にノボラック樹
脂よりなるレジストのパターン１４を膜厚１μ程度形成
したものを、第３図のＲＩＥ装置でエツチングを行った
。Specifically, as shown in FIG.
-Si film 13 with a thickness of 5,000 layers and a resist pattern 14 made of novolac resin formed thereon with a thickness of about 1 μm were etched using the RIE apparatus shown in FIG.

その時の条件はエッチャントガスとしてＣＣｌ４を０．
０５ Ｔｏｒｒ、高周波電圧ｒ、ｆ。The conditions at that time were CCl4 as an etchant gas of 0.
05 Torr, high frequency voltage r, f.

は１０００ｖである。is 1000v.

まず被処理物を陰極に設定して可変抵抗Ｒ＝（１）にし
て、第１図の従来例と同じ条件でプラズマエツチングを
行うと、陰極電圧降下■−が約１１００ｖと大きく、レ
ジスト１４への損傷が生じて正常なエツチングが行えな
かった。First, when the object to be processed is set as a cathode and the variable resistance R is set to (1), and plasma etching is performed under the same conditions as the conventional example shown in FIG. Damage occurred and normal etching could not be performed.

それに対し、被処理物４を陽極に設定して可変抵抗Ｒ＝
１０にΩにして、本発明を利用してプラズマエツチング
を行うと、陽極電圧降下■やが約５６０ｖで、レジスト
１４への損傷はなく正常なエツチングが行われた。On the other hand, when the object 4 to be treated is set as an anode, the variable resistance R=
When plasma etching was performed using the present invention with the resistor set to 10Ω, the anode voltage drop was approximately 560V, and normal etching was performed without any damage to the resist 14.

なお、被処理物のエツチングレートに関する要因として
プラズマ密度の他にスパッタ力も考えられる。In addition to the plasma density, sputtering force may also be considered as a factor regarding the etching rate of the object to be processed.

そのため第３図のＲＩＥ装置によれば、可変抵抗Ｒによ
りスパッタ力を制御することによりエツチングレートも
制御することができ、さらにエツチングレートのスパツ
タカ依存性は被エツチング物の材料により異なるので、
スパッタ力を変えると材料間のエツチングレートの相対
的関係も変化させることができる。Therefore, according to the RIE apparatus shown in FIG. 3, the etching rate can also be controlled by controlling the sputtering force using the variable resistor R, and furthermore, since the sputtering dependence of the etching rate varies depending on the material of the object to be etched,
By changing the sputtering force, the relative relationship of etching rates between materials can also be changed.

上述の具体例において可変抵抗Ｒ＝■とＲ＝１０にΩの
場合のエツチングレートは下の表の様になる。In the above-mentioned specific example, the etching rate when the variable resistance R=■ and R=10 and Ω is as shown in the table below.

この表から分るように従来の場合（Ｒ＝ω）に比べてＲ
＝１０にΩの場合、Ｐｏ１ｙ−８ｉのレジストに対する
エツチングの選択比（レジストのエツチングレート／Ｐ
ｏ１ｙ−８ｉのエツチングレート）及びＰｏ１ｙ−８ｉ
のＳ ｉ０２に対する同選択比は約２倍程度大きくなっ
ている。As can be seen from this table, compared to the conventional case (R=ω), R
= 10 and Ω, the etching selectivity for the resist of Po1y-8i (resist etching rate/P
etching rate of o1y-8i) and po1y-8i
The selectivity ratio for Si02 is approximately twice as large.

以上説明したように本発明によれば、プラズマ密度を規
定する高周波電圧ｒ、ｆ、とスパッタ力を規定するバイ
アス電圧Ｖｂｉａｓとを独立に制御できるので、プラズ
マ密度により規定されるエツチングレートを小さくする
ことなくスパッタ力を小さくして損傷のないエツチング
を行うことができる。As explained above, according to the present invention, the high frequency voltages r and f that define the plasma density and the bias voltage Vbias that defines the sputtering force can be independently controlled, so that the etching rate determined by the plasma density can be reduced. Etching can be performed without damage by reducing the sputtering force.

また適当なバイアス電圧Ｖｂｉａｓを選ぶことによりよ
り良好な選択エツチングが可能になる。Further, by selecting an appropriate bias voltage Vbias, better selective etching becomes possible.

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

第１図は従来のプラズマエツチング処理装置の模式図。 第２図は第１図の装置の両極間のプラズマ電位を示すグ
ラフ。 第３図は本発明の一実施例であるプラズマエツチング処
理装置の模式図。 第４図は第３図の装置による実験結果のグラフ。 第５図は一例としての被処理物の断面図。 図中、１・・・・・・ペルジャー、２・・・・・・陽極
、３・・・・・・陰極、４・・・・・・被処理物、７・
・・・・・バイアス制御回路、Ｃ・・・・・・コンデン
サ、ｒ、ｆ、・・・・・・高周波電圧、Ｌ・・・・・・
コイル、Ｒ・・・・・・抵抗。FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional plasma etching processing apparatus. FIG. 2 is a graph showing the plasma potential between the poles of the device of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of a plasma etching processing apparatus which is an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph of experimental results using the apparatus shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the object to be treated as an example. In the figure, 1...Pelger, 2...Anode, 3...Cathode, 4...Workpiece, 7...
...Bias control circuit, C...Capacitor, r, f, ...High frequency voltage, L...
Coil, R...Resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 接地された陽極とコンデンサを介して接地された陰
極との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
該陽極及び陰極のいずれか一方に設定した被処理物をエ
ツチングするプラズマエツチング処理方法において、前
記被処理物を前記陽極に付設し、前記高周波電圧と独立
に前記陽極と陰極間のバイアス電圧を制御することを特
徴とするプラズマエツチング処理方法。 ２ 接地された陽極とコンデンサを介して接地された陰
極との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
該陽極及び陰極のいずれか一方に設定した被処理物をエ
ツチングするプラズマエツチング処理装置において、前
記被処理物を前記陽極に付設し、前記高周波電圧と独立
に前記陽極と陰極間のバイアス電圧を制御することを特
徴とするプラズマエツチング処理装置。[Claims] 1. Generate plasma by applying a high frequency voltage between a grounded anode and a grounded cathode via a capacitor,
In the plasma etching method of etching a workpiece set on either the anode or the cathode, the workpiece is attached to the anode, and the bias voltage between the anode and the cathode is controlled independently of the high frequency voltage. A plasma etching method characterized by: 2 Generate plasma by applying a high frequency voltage between a grounded anode and a grounded cathode via a capacitor,
In a plasma etching processing apparatus for etching a workpiece set on either the anode or the cathode, the workpiece is attached to the anode, and a bias voltage between the anode and the cathode is controlled independently of the high frequency voltage. A plasma etching processing apparatus characterized by: