JP3430801B2 - Plasma generator and dry etching method using the same - Google Patents
Plasma generator and dry etching method using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は誘導結合型のプラズ
マ発生装置およびこれを用いたドライエッチング方法に
関する。より詳しくは、真空チャンバ内におけるプラズ
マの分布を均一化する為の電極構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inductively coupled plasma generator and a dry etching method using the same. More specifically, the present invention relates to an electrode structure for uniformizing the plasma distribution in the vacuum chamber.
【0002】[0002]
【従来の技術】超LSIの集積密度が高くなるにつれ、
デバイスサイズが縮小化すると共にデバイス構造も複雑
化している。この様な状況で、配線パタン等の微細化を
実現する為精密なドライエッチング技術が必要とされて
いる。このドライエッチングは異方性に優れ、精密なパ
タン幅の制御が可能であり、さらに下地膜に対する高い
選択性が望まれている。例えばゲート電極のエッチング
処理では、酸化膜に対する高い選択比及びプラズマに起
因するダメージの低減化と、パーティクルによる汚染の
低減化等が特に望まれている。加えて、この様な諸要求
特性を満たした上で量産に適したスループットを実現す
る為の高いエッチングレートを確保しなければならな
い。かかる目的を達成する為に、均一なプラズマ分布を
有し比較的低いイオンエネルギーが得られる高密度プラ
ズマ発生装置を用いた低圧ドライエッチングが注目を集
めている。近年、ドライエッチング用の高密度プラズマ
発生装置として、誘導結合型プラズマ発生装置(Ind
uctively Coupled Plasma,I
CP)が開発されている。さらに、この誘導結合型プラ
ズマ発生装置の一種でありこれを改良したTCP(Tr
ansformer Coupled Plasma)
型のプラズマ発生装置が注目を集めている。TCP方式
の高密度プラズマ発生装置は米国のLam Resea
rch社から市販されており、プラズマ電極構造に特徴
がある。2. Description of the Related Art As the integration density of VLSI increases,
As the device size shrinks, so does the device structure. In such a situation, a precise dry etching technique is required to realize a fine wiring pattern and the like. This dry etching is excellent in anisotropy, can precisely control the pattern width, and is desired to have high selectivity with respect to the underlying film. For example, in the etching process of the gate electrode, it is particularly desired to have a high selection ratio with respect to an oxide film, reduction of damage caused by plasma, reduction of contamination by particles, and the like. In addition, it is necessary to secure a high etching rate in order to realize a throughput suitable for mass production while satisfying such various required characteristics. In order to achieve such an object, low-pressure dry etching using a high-density plasma generator that has a uniform plasma distribution and can obtain a relatively low ion energy has been attracting attention. In recent years, as a high-density plasma generator for dry etching, an inductively coupled plasma generator (Ind
uctively Coupled Plasma, I
CP) is being developed. Furthermore, a TCP (Tr
Transformer Coupled Plasma)
Type plasma generators are attracting attention. The TCP-type high-density plasma generator is Lam Rease of the United States.
It is commercially available from rch Corp. and is characterized by a plasma electrode structure.
【0003】図4にTCP型プラズマ発生装置を模式的
に示す。(A)は装置の断面形状を示し、(B)は平面
形状を表わしている。この装置は所望のガスを導入可能
な真空チャンバ1を備えている。真空チャンバ1の下部
にはステージ2が配置しており、処理対象となる基板3
を載置する。真空チャンバ1の天井部1aには誘電体板
4が装着されており、所定の空間を介してステージ2に
対向配置している。誘電体板4の外表面に沿ってコイル
5が形成されている。このコイル5は渦巻き状に周回し
た導電体パタン6からなる。このコイル6は高周波(R
F)アンテナとして機能する。コイル5の中心側端子と
周辺側端子との間に高周波電源7が接続されており、コ
イル5に高周波電力を供給して真空チャンバ1内に導入
されたガスをプラズマ化する。又、下部電極として機能
するステージ2にも別の高周波電源8が接続している。
かかる構成において、ドライエッチング用等のガスが供
給管9を介してステージ2の周囲に導入される。なお、
真空チャンバ1は例えばターボ分子ポンプ(図示せず)
等によって排気可能である。真空チャンバ1内に投入さ
れた基板3はステージ2に機械的に固定される。このス
テージ2の内部には液体ヘリウム等の冷媒が環流してお
り液体冷却により基板3の温度を制御している。RFア
ンテナを構成するコイル5を用いて高密度プラズマを誘
導的に発生している。コイル5に印加される高周波電力
(例えば13.56MHz )は主としてプラズマ密度の制
御に用いられ、下部電極として機能するステージ2に印
加される高周波電力(例えば13.56MHz )は主とし
て直流バイアスを制御している。換言すると、イオンエ
ネルギーを制御している。かかる装置を用いてドライエ
ッチングを行なう場合には、処理用のガスとして例えば
Cl2 /O2 の混合気体やAr等が用いられる。FIG. 4 schematically shows a TCP type plasma generator. (A) shows the cross-sectional shape of the device, and (B) shows the planar shape. This apparatus includes a vacuum chamber 1 capable of introducing a desired gas. A stage 2 is arranged below the vacuum chamber 1, and a substrate 3 to be processed is provided.
To place. A dielectric plate 4 is mounted on the ceiling portion 1a of the vacuum chamber 1 and is arranged to face the stage 2 with a predetermined space in between. A coil 5 is formed along the outer surface of the dielectric plate 4. The coil 5 is composed of a conductor pattern 6 which is spirally wound. This coil 6 has a high frequency (R
F) Functions as an antenna. A high frequency power supply 7 is connected between the center side terminal and the peripheral side terminal of the coil 5, and supplies high frequency power to the coil 5 to turn the gas introduced into the vacuum chamber 1 into plasma. Further, another high frequency power source 8 is also connected to the stage 2 which functions as a lower electrode.
In such a configuration, a gas for dry etching or the like is introduced around the stage 2 via the supply pipe 9. In addition,
The vacuum chamber 1 is, for example, a turbo molecular pump (not shown)
It can be exhausted. The substrate 3 placed in the vacuum chamber 1 is mechanically fixed to the stage 2. A coolant such as liquid helium is circulated inside the stage 2, and the temperature of the substrate 3 is controlled by cooling the liquid. High-density plasma is inductively generated using the coil 5 that constitutes the RF antenna. The high frequency power (eg 13.56 MHz) applied to the coil 5 is mainly used for controlling the plasma density, and the high frequency power (eg 13.56 MHz) applied to the stage 2 which functions as the lower electrode mainly controls the DC bias. ing. In other words, it controls the ion energy. When dry etching is performed using such an apparatus, for example, a mixed gas of Cl 2 / O 2 or Ar is used as a processing gas.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たTCP方式のプラズマ発生装置では、ステージ2と対
向する位置に誘電体板4を介して渦巻き状のコイル5か
らなるRFアンテナを設置している構造上、中心部と周
辺部でRF誘導磁界の強度が異なり、周辺部に比べ中心
部が強くなりやすい。この為、周辺付近に比べ中心付近
のプラズマ密度やイオン電流密度が高くなり、これらの
空間分布が不均一になるという構造上の欠点がある。プ
ラズマ密度の分布が不均一になるとドライエッチングの
加工精度に悪影響を及ぼす。この点を改良する為、誘電
体板の形状に工夫を加えたTCP型プラズマ発生装置が
提案されており、例えばK.Yoshida et a
l;1994 Dry Process Sympos
ium 1−9,P43に開示されている。これは図5
に示す様に、誘電体板4の中心部4aを周辺部4bに比
べ厚くしたものであり、断面凸形状の誘電体板4を真空
チャンバのフレーム1bに組み込んである。中心部4a
付近の誘電体板厚みを大きくして容量を増やす事によ
り、周辺部に比べ中心部のRF誘導磁界を相対的に弱く
し、結果的にプラズマ密度を均一にしようとする試みで
ある。しかしながら、この方式ではステージ上面と誘電
体板下面との距離が中心部と周辺部で異なる為、その間
に満たされたガスのコンダクタンスやプラズマの電界等
に対し悪影響が生じる。この為、基板の大型化に対応す
るプラズマ発生装置の大口径化には適しているとはいい
難い。従って、この点を改善する方法が切望されてい
る。However, in the above-described TCP type plasma generator, the structure in which the RF antenna composed of the spiral coil 5 is installed at the position facing the stage 2 with the dielectric plate 4 interposed therebetween. Above, the strength of the RF induction magnetic field is different between the central part and the peripheral part, and the central part tends to be stronger than the peripheral part. For this reason, there is a structural defect that the plasma density and the ion current density in the vicinity of the center are higher than in the vicinity of the periphery, and the spatial distribution of these becomes non-uniform. If the distribution of plasma density becomes non-uniform, the processing accuracy of dry etching is adversely affected. In order to improve this point, a TCP type plasma generator in which the shape of the dielectric plate is modified has been proposed. Yoshida et a
l; 1994 Dry Process Symposs
ium 1-9, P43. This is Figure 5
As shown in FIG. 3, the central portion 4a of the dielectric plate 4 is thicker than the peripheral portion 4b, and the dielectric plate 4 having a convex cross section is incorporated in the frame 1b of the vacuum chamber. Central part 4a
This is an attempt to make the RF induction magnetic field in the central portion relatively weaker than that in the peripheral portion by increasing the thickness of the dielectric plate in the vicinity to increase the capacitance, and consequently to make the plasma density uniform. However, in this method, since the distance between the upper surface of the stage and the lower surface of the dielectric plate is different between the central portion and the peripheral portion, the conductance of the gas filled between them and the electric field of the plasma are adversely affected. For this reason, it is hard to say that it is suitable for increasing the diameter of the plasma generation device corresponding to the increase in the size of the substrate. Therefore, a method for improving this point is desired.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に
かかるプラズマ発生装置は所望のガスを導入可能な真空
チャンバを備えている。この真空チャンバの下部にはス
テージが配置されており、処理対象となる基板を載置可
能である。又、該真空チャンバの天井部には誘電体板が
装着されており、所定の空間を介して該ステージに対向
配置している。該誘電体板の外表面に沿ってコイルが形
成されている。このコイルは渦巻き状の導電体パタンか
らなる。該コイルの中心側端子と周辺側端子との間に高
周波電源が接続しており、該コイルに高周波電力を供給
して真空チャンバ内のガスをプラズマ化する。特徴事項
として、前記コイルは周辺部に位置する導電体パタンに
比較して中心部に位置する導電体パタンの面積が拡大化
されている。即ち、前記コイルは中心部に位置する導電
体パタンが平盤形状を有している。そして、前記渦巻き
状に周回したコイルはその外径寸法に対する中心部の内
径寸法の比が0.4以下に設定されている。加えて、中
心部に位置する導電体パタンを円盤形状とする一方、そ
の周りに位置するコイル状の導電体パタンが、内側から
外側に向かって順次幅寸法が小さくなっている。かかる
構成を有するTCP型のプラズマ発生装置は例えば基板
表面のドライエッチングに用いる事ができる。場合によ
っては、該基板の表面を選択的且つ異方的にドライエッ
チングする過程で形成される凹凸パタンの側壁に対し
て、プラズマ照射により該誘電体板の内表面から飛散し
た物質を保護膜として堆積しつつドライエッチングを行
なう事ができる。Means for Solving the Problems The following means have been taken in order to solve the above-mentioned problems of the conventional technology. That is, the plasma generator according to the present invention includes a vacuum chamber into which a desired gas can be introduced. A stage is arranged below the vacuum chamber, and a substrate to be processed can be placed on the stage. Further, a dielectric plate is mounted on the ceiling of the vacuum chamber, and is arranged so as to face the stage via a predetermined space. A coil is formed along the outer surface of the dielectric plate. This coil consists of a spiral conductor pattern. A high frequency power source is connected between the center side terminal and the peripheral side terminal of the coil, and the high frequency power is supplied to the coil to turn the gas in the vacuum chamber into plasma. Characteristically, the area of the conductor pattern located in the central portion of the coil is enlarged as compared with the conductor pattern located in the peripheral portion. That is , the conductor pattern located at the center of the coil has a flat plate shape. The coil passing around the spiral is the ratio of the inner diameter of the center portion is set to 0.4 or less with respect to the outer diameter. In addition,
The conductor pattern located at the core is made disk-shaped, while
The coiled conductor pattern located around the
The width is gradually reduced toward the outside. The TCP type plasma generator having such a configuration can be used for dry etching of the substrate surface, for example. In some cases, as a protective film, a substance scattered from the inner surface of the dielectric plate due to plasma irradiation is applied to the side wall of the uneven pattern formed in the process of selectively and anisotropically dry-etching the surface of the substrate. Dry etching can be performed while depositing.
【0006】本発明によれば、RFアンテナを構成する
コイルの中心部と周辺部とで渦巻き状導電体パタンの形
状や太さ等を変えている。例えば、中心部付近で導電体
パタンを連続的な盤状にする一方、周辺部付近では離散
的な形状にしている。これにより、周辺部に位置する導
電体パタンに比較して中心部に位置する導電体パタンの
面積が拡大化できる。この様に、中心部で誘電体板と接
する導電体パタンの面積を増やす事により、中心部にお
ける容量結合を周辺部に比べ大きくする。この容量結合
により中心部付近でのRF誘導磁界が周辺部に比べて減
少する為、真空チャンバ内で略均一なプラズマ密度の分
布が得られる。即ち、図5に示した従来例では誘電体板
の厚みを変える事で実現していた結合容量の調整を、本
発明では誘電体板に対するRFアンテナの設置面積を変
える事で同様の効果を得ている。従来の方法では誘電体
板の厚みを変えるのでその断面が凸形状となるのに対
し、本発明では誘電体板自体は一定の厚みとなってい
る。従って、ガスのコンダクタンスやプラズマ電界等に
悪影響を与える事なく、大口径でも均一なプラズマを発
生する事が可能になる。なお、導電体パタンを大面積化
する中心部の範囲をどこまでにするかは、基板の構造や
処理の内容によって適宜最適化すれば良い。一般的に
は、コイルの外径寸法に対する中心部の内径寸法の比が
0.4以下に設定する事が好ましい。プラズマ発生装置
の大口径化に伴ないコイルの巻回数が増えるにつれて中
心付近の誘導磁場が強くなるので、その分導電体パタン
を大面積化する範囲を拡大する必要がある。しかしなが
ら、コイルの外径寸法に対する中心部の内径寸法の比が
0.4を超える様になると、RFアンテナ自体の機能に
悪影響が生じる。According to the present invention, the shape and thickness of the spiral conductor pattern are changed between the central portion and the peripheral portion of the coil which constitutes the RF antenna. For example, the conductor pattern is formed in a continuous disk shape in the vicinity of the central portion, and is formed in a discrete shape in the vicinity of the peripheral portion. As a result, the area of the conductor pattern located in the central portion can be enlarged as compared with the conductor pattern located in the peripheral portion. In this way, by increasing the area of the conductor pattern in contact with the dielectric plate in the central portion, the capacitive coupling in the central portion is made larger than that in the peripheral portion. Due to this capacitive coupling, the RF induction magnetic field in the vicinity of the central portion is reduced as compared with that in the peripheral portion, so that a substantially uniform plasma density distribution can be obtained in the vacuum chamber. That is, the same effect can be obtained by adjusting the coupling capacitance, which is realized by changing the thickness of the dielectric plate in the conventional example shown in FIG. 5, but by changing the installation area of the RF antenna on the dielectric plate in the present invention. ing. In the conventional method, since the thickness of the dielectric plate is changed, the cross section thereof has a convex shape, whereas in the present invention, the dielectric plate itself has a constant thickness. Therefore, it is possible to generate a uniform plasma even with a large diameter without adversely affecting the gas conductance, the plasma electric field, and the like. It should be noted that the range of the central portion for enlarging the conductor pattern area may be appropriately optimized depending on the structure of the substrate and the content of the treatment. Generally, it is preferable to set the ratio of the inner diameter of the central portion to the outer diameter of the coil to 0.4 or less. As the number of turns of the coil increases with the increase in the diameter of the plasma generator, the induction magnetic field near the center becomes stronger, so that it is necessary to expand the range for increasing the area of the conductor pattern. However, if the ratio of the inner diameter of the central portion to the outer diameter of the coil exceeds 0.4, the function of the RF antenna itself is adversely affected.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の最良
な実施形態を詳細に説明する。図1は本発明にかかる誘
導結合型プラズマ発生装置を示す模式図である。(A)
は本装置の断面形状を模式的に表わし、(B)は同じく
本装置の平面形状を模式的に表わしている。なお、図4
に示した従来のプラズマ発生装置と対応する部分には対
応する参照番号を付して理解を容易にしている。図示す
る様に、本プラズマ発生装置は真空チャンバ1を備えて
いる。この真空チャンバ1にはガス供給管9を介して所
望のガスを導入する事ができる。真空チャンバ1の下部
にはステージ2が配置しており、処理対象となる基板3
を載置可能である。このステージ2は下部電極として機
能し、高周波電源8が接続している。なお図示しない
が、ステージ2の内部には冷却機構が組み込まれてい
る。真空チャンバ1の天井部1aには石英等からなる誘
電体板4が装着されており、所定の空間を介してステー
ジ2に対向配置している。誘電体板4の外表面に沿って
コイル5が形成されておりRFアンテナとして機能す
る。このコイル5は渦巻き状に周回した導電体パタン6
a,6bからなる。このコイル5の中心側端子と周辺側
端子との間に高周波電源7が接続されており、コイル5
に高周波電力を供給して真空チャンバ1内のガスをプラ
ズマ化する。このコイル5は周辺部に位置する外側導電
体パタン6bに比較して中心部に位置する内側導電体パ
タン6aの面積が拡大化されている。具体的には、中心
部に位置する導電体パタン6aが平盤形状を有してい
る。これに対し、周辺部に位置する導電体パタン6bは
コイル5の径方向に沿って離散的に形成されている。渦
巻き状に周回したコイル5はその外径寸法Dに対する中
心部の内径寸法dの比が0.4以下に設定されている。
この範囲を超えると、コイル5のRFアンテナとしての
機能が不十分になる。この様に、本実施形態ではコイル
5の中心付近を平盤形状(具体的には円盤形状)にする
事で内側導電体パタン6aが誘電体板4と接する面積を
拡大し結合容量を増やしている。これにより、中心付近
でのRF誘導磁界を減らして真空チャンバ1内で略均一
なプラズマ密度の分布を得る様にしている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an inductively coupled plasma generator according to the present invention. (A)
Shows schematically the cross-sectional shape of the present apparatus, and (B) also schematically shows the planar shape of the present apparatus. Note that FIG.
The parts corresponding to those of the conventional plasma generator shown in FIG. As shown in the figure, the plasma generator includes a vacuum chamber 1. A desired gas can be introduced into the vacuum chamber 1 through a gas supply pipe 9. A stage 2 is arranged below the vacuum chamber 1, and a substrate 3 to be processed is provided.
Can be placed. This stage 2 functions as a lower electrode and is connected to a high frequency power source 8. Although not shown, a cooling mechanism is incorporated inside the stage 2. A dielectric plate 4 made of quartz or the like is mounted on the ceiling portion 1a of the vacuum chamber 1, and is arranged to face the stage 2 with a predetermined space in between. A coil 5 is formed along the outer surface of the dielectric plate 4 and functions as an RF antenna. This coil 5 is a conductor pattern 6 which is spirally wound.
It consists of a and 6b. A high frequency power supply 7 is connected between the center side terminal and the peripheral side terminal of the coil 5, and the coil 5
The high-frequency power is supplied to the chamber to turn the gas in the vacuum chamber 1 into plasma. The area of the inner conductor pattern 6a located in the central portion of the coil 5 is enlarged as compared with the outer conductor pattern 6b located in the peripheral portion. Specifically, the conductor pattern 6a located at the center has a flat plate shape. On the other hand, the conductor patterns 6b located in the peripheral portion are discretely formed along the radial direction of the coil 5. The ratio of the inner diameter d of the central portion to the outer diameter D of the spirally wound coil 5 is set to 0.4 or less.
If it exceeds this range, the function of the coil 5 as an RF antenna becomes insufficient. As described above, in the present embodiment, by making the vicinity of the center of the coil 5 into a flat plate shape (specifically, a disk shape), the area where the inner conductor pattern 6a is in contact with the dielectric plate 4 is expanded to increase the coupling capacitance. There is. As a result, the RF induction magnetic field near the center is reduced to obtain a substantially uniform plasma density distribution in the vacuum chamber 1.
【0008】次に、図2を参照して、図1に示したプラ
ズマ発生装置を用いたドライエッチング方法を詳細に説
明する。(A)はドライエッチング処理前の基板の断面
構造を示し、(B)はドライエッチング処理後の基板の
断面構造を模式的に表わしている。図示する様に、基板
3は8インチサイズのシリコンウェハ31を母材として
いる。シリコンウェハ31の表面はSiO2 からなる下
地膜32で被覆されている。その上にはPolySi膜
33およびWSix 膜34が2層に重ねて成膜されてい
る。さらにその上には予め所定の形状にパタニングされ
たフォトレジスト35が形成されている。Next, the dry etching method using the plasma generator shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. (A) shows the sectional structure of the substrate before the dry etching treatment, and (B) schematically shows the sectional structure of the substrate after the dry etching treatment. As shown in the figure, the substrate 3 uses an 8-inch size silicon wafer 31 as a base material. The surface of the silicon wafer 31 is covered with a base film 32 made of SiO 2 . On top of that, a PolySi film 33 and a WSi x film 34 are formed in two layers. Furthermore, a photoresist 35 which is patterned in advance into a predetermined shape is formed thereon.
【0009】(A)に示した基板3をステージ2の上に
載置し、真空チャンバ1に処理用のガスを導入すると共
に、コイル5に給電しガスをプラズマ化して基板3に照
射した。これにより、(B)に示す様にフォトレジスト
35をマスクとしてWSix膜34およびPolySi
膜33を異方的にドライエッチングする事ができた。8
インチウェハ31の全面に渡って均一に良好な異方性形
状が得られた。なお、このドライエッチング処理では2
層の膜34,33に対応して処理条件を2段階で切り換
えている。第1段階ではガス種としてCl2 /O2 の混
合気体を用い、85/15sccmの流量比で真空チャンバ
1に導入した。真空チャンバ1の圧力を10mTorr に設
定した。高周波電源7から供給する高周波電力は150
0Wattに設定した。又、ステージ2側に印加されるRF
バイアスは100Wattに設定した。なお、基板3の温度
は50℃に保持した。続く第2段階ではガス種として同
じくCl2 /O2 の混合気体を用い、85/15sccmの
流量比でチャンバ1に導入した。真空チャンバ1の圧力
は10mTorr に設定した。コイル5に供給する高周波電
力は1500Wattに設定し、ステージ2に印加するRF
バイアスは20Wattに設定した。基板3の温度は同じく
50℃に保持した。なお、本例では(B)に示す様に、
基板3の表面を選択的且つ異方的にドライエッチングす
る過程で形成される凹凸パタンの側壁36に対して、プ
ラズマ照射により誘電体板4の内表面から飛散した物質
(SiOx)を保護膜として堆積しつつドライエッチン
グを行なっている。この側壁保護膜は側壁36とプラズ
マとの間の化学反応を抑制してサイドエッチング等を防
ぐ効果がある。これにより、フォトレジスト35のパタ
ンとドライエッチングされた凹凸パタンとの間の寸法変
換差を限りなく抑制する事が可能である。The substrate 3 shown in (A) was placed on the stage 2, a processing gas was introduced into the vacuum chamber 1, and the coil 5 was supplied with electric power to turn the gas into plasma and irradiate the substrate 3. As a result, as shown in (B), the WSi x film 34 and the PolySi film are formed using the photoresist 35 as a mask.
The film 33 could be anisotropically dry-etched. 8
A good anisotropic shape was uniformly obtained over the entire surface of the inch wafer 31. In this dry etching process, 2
The processing conditions are switched in two stages corresponding to the layers 34 and 33. In the first stage, a mixed gas of Cl 2 / O 2 was used as a gas species and was introduced into the vacuum chamber 1 at a flow rate ratio of 85/15 sccm. The pressure in the vacuum chamber 1 was set to 10 mTorr. The high frequency power supplied from the high frequency power supply 7 is 150
Set to 0 Watt. RF applied to the stage 2 side
The bias was set to 100 Watt. The temperature of the substrate 3 was kept at 50 ° C. In the subsequent second stage, the same mixed gas of Cl 2 / O 2 was used as the gas species and introduced into the chamber 1 at a flow rate ratio of 85/15 sccm. The pressure in the vacuum chamber 1 was set to 10 mTorr. The high frequency power supplied to the coil 5 is set to 1500Watt, and the RF applied to the stage 2 is set.
The bias was set to 20 Watts. The temperature of the substrate 3 was also maintained at 50 ° C. In this example, as shown in (B),
A substance (SiOx) scattered from the inner surface of the dielectric plate 4 by plasma irradiation is used as a protective film on the side wall 36 of the uneven pattern formed in the process of selectively and anisotropically dry etching the surface of the substrate 3. Dry etching is performed while depositing. The side wall protective film has an effect of suppressing a chemical reaction between the side wall 36 and plasma to prevent side etching or the like. As a result, it is possible to limit the dimensional conversion difference between the pattern of the photoresist 35 and the uneven pattern that has been dry-etched infinitely.
【0010】図3は本発明にかかるTCP型プラズマ発
生装置の他の実施形態を示す模式的な断面図である。図
1に示した実施形態と対応する部分には対応する参照番
号を付して理解を容易にしている。本実施形態は特に3
00mmサイズのウェハ用に設計された大型プラズマ発生
装置である。本例では中心部に位置する内側導電体パタ
ン6aを円盤形状とする一方、周辺部に位置する外側導
電体パタン6bを径方向に沿って離散的に配置した形状
にしている。加えて、円盤形状を有する内側導電体パタ
ン6aの回りに、平板状の中間導電体パタン6cを一周
回させている。換言すると、コイル5の導電体パタンは
内側から外側に向かって順次幅寸法が小さくなってい
る。本例では内側導電体パタン6aと中間導電体パタン
6cを含む範囲が中心部とされその内径寸法がdで表わ
されている。一方、コイル5の外径寸法はDで表わされ
ている。好ましくは、d/Dの比は0.4以下に設定さ
れている。FIG. 3 is a schematic sectional view showing another embodiment of the TCP type plasma generator according to the present invention. Parts corresponding to those in the embodiment shown in FIG. 1 are designated by corresponding reference numerals to facilitate understanding. This embodiment is particularly 3
It is a large plasma generator designed for 00 mm size wafers. In this example, the inner conductor pattern 6a located in the central portion has a disk shape, while the outer conductor pattern 6b located in the peripheral portion has a shape arranged discretely in the radial direction. In addition, a flat plate-shaped intermediate conductor pattern 6c is wound around the inner conductor pattern 6a having a disc shape. In other words, the width of the conductor pattern of the coil 5 is gradually reduced from the inside to the outside. In this example, the range including the inner conductor pattern 6a and the intermediate conductor pattern 6c is the central portion, and the inner diameter thereof is represented by d. On the other hand, the outer diameter dimension of the coil 5 is represented by D. Preferably, the d / D ratio is set to 0.4 or less.
【0011】図3に示したプラズマ発生装置を用いて、
図2の(A)に示した基板のドライエッチング処理を行
なった。なお、この装置では12インチサイズのウェハ
を対象とした。ドライエッチングの結果、12インチサ
イズの基板上に良好な異方性形状のパタンを作成する事
ができた。このドライエッチングも先の例と同様に2段
階で行なっている。第1段階では、ガス種としてCl2
/O2 の混合気体を用い、450/50sccmの流量比で
真空チャンバに導入した。真空チャンバの圧力は10mT
orr に設定した。コイルに供給する高周波電力は150
0Wattである。ステージに印加するRFバイアスは10
0Wattである。基板温度は50℃に設定した。第2段階
では、ガス種としてCl2 /O2 の混合気体を用い、4
50/50sccmの流量比で真空チャンバに導入した。真
空チャンバの圧力は10mTorr である。コイルに印加す
る高周波電力は1500Wattであり、ステージに印加す
るRFバイアスは20Wattである。基板温度は50℃に
制御した。以上、本発明を2つの実施形態に基づいて具
体的に説明したが、本発明は当然の事ながらこれらの実
施形態に限定されるものではなく、装置構造や基板構造
等発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜選択可能な事はい
うまでもない。Using the plasma generator shown in FIG.
The substrate was dry-etched as shown in FIG. In this apparatus, a 12-inch size wafer was targeted. As a result of the dry etching, it was possible to form a pattern having a good anisotropic shape on a 12-inch size substrate. This dry etching is also performed in two steps as in the previous example. In the first stage, Cl 2 is used as a gas species.
A mixed gas of / O 2 was used and introduced into the vacuum chamber at a flow rate ratio of 450/50 sccm. Vacuum chamber pressure is 10 mT
Set to orr. The high frequency power supplied to the coil is 150
It is 0 Watt. The RF bias applied to the stage is 10
It is 0 Watt. The substrate temperature was set to 50 ° C. In the second stage, a mixed gas of Cl 2 / O 2 was used as a gas species, and 4
It was introduced into the vacuum chamber at a flow rate ratio of 50/50 sccm. The pressure in the vacuum chamber is 10 mTorr. The high frequency power applied to the coil is 1500 Watt and the RF bias applied to the stage is 20 Watt. The substrate temperature was controlled at 50 ° C. Although the present invention has been specifically described based on the two embodiments, the present invention is naturally not limited to these embodiments, and does not deviate from the gist of the invention such as a device structure and a substrate structure. It goes without saying that the range can be appropriately selected.
【0012】[0012]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、T
CP型プラズマ発生装置において、RFアンテナとして
機能する渦巻き状コイルの中心付近を周辺付近に比べ大
面積化する事で結合容量を増加している。これにより、
中心付近でのRF誘導磁界を減らし、真空チャンバ内で
略均一なプラズマ密度を得る事ができる。本発明の採用
によって、基板の大型化に対応して装置を大口径化して
も均一なプラズマを得る事ができ、寸法変換差の殆どな
いドライエッチングを実現する事が可能である。As described above, according to the present invention, T
In the CP type plasma generator, the coupling capacitance is increased by making the area near the center of the spiral coil functioning as an RF antenna larger than that near the periphery. This allows
It is possible to reduce the RF induction magnetic field near the center and obtain a substantially uniform plasma density in the vacuum chamber. By adopting the present invention, it is possible to obtain a uniform plasma even if the diameter of the apparatus is increased in response to the increase in size of the substrate, and it is possible to realize dry etching with almost no dimensional conversion difference.
【図1】本発明にかかるプラズマ発生装置の実施形態を
示す断面図および平面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view and a plan view showing an embodiment of a plasma generator according to the present invention.
【図2】図1に示したプラズマ発生装置を用いて行なわ
れるドライエッチング方法を示す工程図である。2 is a process diagram showing a dry etching method performed using the plasma generator shown in FIG. 1. FIG.
【図3】本発明にかかるプラズマ発生装置の他の実施形
態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the plasma generator according to the present invention.
【図4】従来のプラズマ発生装置の一例を示す断面図お
よび平面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view and a plan view showing an example of a conventional plasma generator.
【図5】従来のプラズマ発生装置に組み込まれる誘電体
板の一例を示す模式的な部分断面図である。FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a dielectric plate incorporated in a conventional plasma generator.
1…真空チャンバ、2…ステージ、3…基板、4…誘電
体板、5…コイル、6a…内側導電体パタン、6b…外
側導電体パタン、7…高周波電源、8…高周波電源、9
…ガス供給管DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Stage, 3 ... Substrate, 4 ... Dielectric plate, 5 ... Coil, 6a ... Inner conductor pattern, 6b ... Outer conductor pattern, 7 ... High frequency power supply, 8 ... High frequency power supply, 9
… Gas supply pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/205 C23F 4/00 H05H 1/46 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/205 C23F 4/00 H05H 1/46
Claims (3)
と、該真空チャンバの下部に配置され処理対象となる基
板を載置可能なステージと、該真空チャンバの天井部に
装着され所定の空間を介して該ステージに対向配置した
誘電体板と、該誘電体板の外表面に沿って形成された渦
巻き状の導電体パタンからなるコイルと、該コイルの中
心側端子と周辺側端子との間に高周波電力を供給して真
空チャンバ内のガスをプラズマ化する高周波電源とを備
えたプラズマ発生装置において、 前記コイルは、周辺部に位置する導電体パタンに比較し
て中心部に位置する導電体パタンの面積が拡大化されて
おり、 前記コイルは、中心部に位置する導電体パタンが平盤形
状を有し、 前記渦巻き状に周回したコイルはその外径寸法に対する
中心部の内径寸法の比が0.4以下に設定されており、 中心部に位置する導電体パタンを円盤形状とする一方、
その周りに位置するコイル状の導電体パタンが、内側か
ら外側に向かって順次幅寸法が小さくなっている 事を特
徴とするプラズマ発生装置。1. A vacuum chamber into which a desired gas can be introduced, a stage disposed under the vacuum chamber on which a substrate to be processed can be placed, and a predetermined space which is mounted on a ceiling portion of the vacuum chamber. A dielectric plate disposed opposite to the stage via a coil, a coil formed of a spiral conductor pattern formed along the outer surface of the dielectric plate, and a center side terminal and a peripheral side terminal of the coil. A high-frequency power source for supplying a high-frequency power to a high-frequency power source to turn a gas in a vacuum chamber into a plasma, wherein the coil has a conductor located in a central portion as compared with a conductor pattern located in a peripheral portion. The pattern area has been expanded
The coil has a flat plate-shaped conductor pattern located at the center.
The spirally wound coil has a shape corresponding to its outer diameter.
The ratio of the inner diameter of the central part is set to 0.4 or less, and the conductor pattern located in the central part is made into a disc shape,
Is the coil-shaped conductor pattern located around it
The plasma generator is characterized in that the width dimension gradually decreases from the outside toward the outside .
ジ、真空チャンバの天井部に装着された誘電体板、該誘
電体板の外表面に沿って形成された渦巻き状の導電体パ
タンからなりその中心部の面積が周辺部に比較して拡大
化されたコイル、および該コイルに供電する高周波電源
を備えたプラズマ発生装置を用いてドライエッチングを
行なう方法であって、 処理対象となる基板を該ステージの上に載置する手順
と、該真空チャンバに処理用のガスを導入する手順と、
該コイルに供電し該ガスをプラズマ化して該基板に照射
する照射手順とを行ない、 該照射手段は、中心部に位置する導電体パタンが平盤形
状を有するコイルを用い、渦巻き状に周回したコイルは
その外径寸法に対する中心部の内径寸法の比が0.4以
下に設定されており、中心部に位置する導電体パタンを
円盤形状とする一方、その周りに位置するコイル状の導
電体パタンが、内側から外側に向かって順次幅寸法が小
さくなっているコイルを用いる ドライエッチング方法。2. A stage, which is arranged in the lower part of the vacuum chamber, a dielectric plate mounted on the ceiling of the vacuum chamber, and a spiral conductor pattern formed along the outer surface of the dielectric plate. A method of performing dry etching using a plasma generator equipped with a coil having a larger area than that of a peripheral portion and a high-frequency power source for supplying power to the coil, wherein And a step of introducing a processing gas into the vacuum chamber,
The irradiation procedure row stomach to irradiate the substrate with plasma the gas Kyoden to said coil, said irradiation means, the conductor pattern in the center Tairabankatachi
Using a coil with a spiral shape, the spirally wound coil is
The ratio of the inner diameter of the center to the outer diameter is 0.4 or less.
The conductor pattern is set below and located in the center.
While having a disk shape, coil-shaped conductors located around it
The width of the electric body pattern decreases from the inside to the outside.
A dry etching method that uses a coil that is thin .
イエッチングする過程で形成される凹凸パタンの側壁に
対してプラズマ照射により該誘電体板の内表面から飛散
した物質を保護膜として堆積しつつドライエッチングを
行なう事を特徴とする請求項2記載のドライエッチング
方法。3. A substance scattered from the inner surface of the dielectric plate by plasma irradiation on the side wall of the uneven pattern formed in the process of selectively and anisotropically dry etching the surface of the substrate is used as a protective film. The dry etching method according to claim 2, wherein dry etching is performed while depositing.
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