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JP4332238B2 - Reactive ion etching method and apparatus - Google Patents
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Description

【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方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来技術において用いられてきたエッチング装置としては種々の型式のものが知られており、その一つに添付図面の図4で示されるような平行平板型のものである。真空チャンバーA内に陽極Bと陰極すなわち基板電極Cとを対向させて配置し、陽極Bから反応ガスが導入され、基板電極Cにはマッチング回路Dを介して高周波電源Eが接続されている。
図5には平行平板型のエッチング装置の別の例を示し、この場合には電極Bにもマッチング回路Fを介して高周波電源Gが接続され、上下の電極に周波数の異なった高周波電力が印加される。
【0003】
図6には、ECRエッチング装置の従来例を示し、真空チャンバーAの上部から 誘電体窓Bを通してμ波を導入し、875ガウスの磁場のところで電子サイクロト ロン共鳴により高密度プラズマを形成する。
【0004】
図7に示すものは誘導結合放電エッチング装置であり、真空チャンバーA内に放電プラズマを発生するための1重のコイルからなるアンテナBを真空チャンバーAの誘電体側壁A1の外側に設け、この高周波アンテナBにプラズマ発生用高周波電源Cから高周波電力を印加し、ハロゲン系のガスを主体とするエッチングガスが流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、気体を真空チャンバーA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Dに高周波電源Eから高周波電場を印加して基板電極D上に載置された基板をエッチングするように構成されている。
図8には図7に示すもの変形例であり、真空チャンバーAの上部壁を平板の誘電体F上に渦巻き状のアンテナGを載置し、誘導結合プラズマを形成するように構成されている。図7の方式をICP(Inductively Coupled Plasma)と呼び、図8 の方式をTCP(Transfer Coupled Plasma)と呼んで区別している。
【0005】
図9は、本願発明者らが、先に特開平7−263192号において提案した磁気中性線放電エッチング装置を示す。この先に提案した装置は、真空チャンバーAの上部の誘電体円筒壁A1の外側に載置された3つの磁場コイルB、C、Dによって真空チャンバーA内部に磁気中性線Eが形成され、この磁気中性線Eに沿って、中間の磁場コイルCの内側に配置された1重のアンテナFにアンテナ用高周波電源Gから高周波電場を印加することによりリング状のプラズマが形成されるように構成されている。また、エッチングガスは流量制御器を通して上部天板A2付近の周囲より導入され、コングクタンスバルブの開口率によって圧力が制御される。真空チャンバーAの下部の基板電極Hにはバイアス用高周波電源Iから高周波電力が印加される。
【0006】
代表例として、図7で示されているICPエッチングについて説明する。
エッチングガスは上部フランジ付近から導入され、誘電体円筒隔壁A1の外側に設置されたアンテナBに高周波電源Cから高周波電力が印加されてプラズマが形成され、導入ガスが分解される。この時、プラズマ及び導入ガスの分布は基板上で均一であることが要求されるので、一般には、上部フランジに多数の穴のあいたシャワープレートが設けられ、それを通してガスが真空チャンバーA内に導入される。ガスの流れが均一で、プラズマ密度及び電位が均一であれば、プラズマ中で発生したエッチャント(ラジカル及びイオン)の密度分布は均一となり、基板は均一にエッチングされる。ところで、ICPエッチングにおけるプラズマ密度及 び電位の均一性はチャンバー構造と圧力に大きく影響を受ける。チャンバー構造が決まってしまうと均一性の得られる圧力条件がほぼ一義的に決まり、条件の選択範囲が極めて狭い。
【0007】
一方、図9の磁気中性線放電(NLD)エッチング装置では、磁気中性線の位置 を自由に変えられ、しかもICPが発生しない程の低圧ガス領域でプラズマ密度及 び電位を制御することができるので、エッチング均一性の良い条件を容易に設定することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デバイスが高密度化してきて加工幅が微細になり、従来のように試行錯誤でエッチング条件を設定してプロセス条件を求める方法では超微細加エプロセスに対処できなくなってきた。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、形状制御も必要である。例えば、加工幅が0.3μmより広い場合にはガス混合比に要求される精度はそれ程厳しくはなかったが、0.3μmより狭くなると、ガス混合比の精密制御が必要となる。しかしながら、混合比の精密制御を行う場合、混合比を決定するための指標はなく、試行錯誤の実験を繰り返し行い、エッチング形状を電子顕微鏡で観察した後決定してきた。このため、超微細加工条件を求めるまでに多くの時間が費やされた。
【0009】
酸化膜エッチングの楊合、エッチング補助ガスとして用いられる物質には、アルゴン、水素、一酸化炭素などがあり、エッチング主ガスとしてはCF4、C38、C48などがあり、またCHF3、CH22等もエッチング主ガスとして用いられている。エッチング主ガスはプラズマ密度が高くなったり、プラズマ中の滞在時間が長くなると分解が進み、付着性の物質であるCF、CF2、CF3、 CHF2等のラジカルを多く生成するようになる。エッチング補助ガスとしての Arはラジカル種の濃度を希釈して適度な濃度にする役割を担う他に、エッチング部の側部及び底部に付着した膜をスパッタしたりイオン衝撃により活性化して基板物質との反応を促進してエッチング形状を整える役割をすると考えられている。
【0010】
また、水素ガスはプラズマ中で分解して水素原子を形成し、CF、CF2ラジ カル等と反応し、付着性の弱い物質に変えるとともにCH2、CF2、CHF等の重合前駆物質を形成し、レジスト上部やエッチング部の側壁や底部に付着してエッチング形状に影響を与える物質と考えられている。水素原子がエッチング部表面に付着した場合には、表面で−C−Hあるいは一Si−H結合を形成するためラジカルの付着を抑える働きをするとも考えられている。
いずれにしても、エッチングの詳細なメカニズムが分かっていないため試行錯誤の実験を強いられるのが現状であり、結果を解析し少しでも試行錯誤によってプロセス条件を求めるための時間を減らさなければならない。
【0011】
そこで、本発明は、上記の問題を解決して、ガス混合比を精密に制御してエッチング断面形状の最適化を可能し、0.3μm幅以下の微細加工に対応できる反応性イオンエッチング方法及び装置を提供することを目的としている。
【0012】
【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、本発明によれば、磁気中性線放電エッチング装置を用い、質量分析計を基板電極付近に設け、プラズマ中で生成されるイオン種を観測できるようにすると共に、混合比依存性からCHF2 +イオンのピーク強度が最大値になるような混合比を設定するように構成される。
すなわち、プラズマ密度が必要以上に高くない領域でプラズマを形成できる磁気中性線放電装置を用いて、ガス種に水素を含むガスを少なくとも1種類混合し、エッチング条件とイオン種の相関を調べた。その結果、混合比依存性から CHF2 +イオンのピーク強度が最大値になるようにエッチング条件(ここでは混合比)を決めると超微細パターンでも垂直にエッチングできることが分かった。CHF2 +イオンがピークとなるエッチング条件の近傍では基板に到達するエッチャント物質と付着性物質の比が最適になっており、容易にエッチング形状を制御することができるためと思われる。
【0013】
【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1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を設け、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共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基板電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング方法において、基板電極近傍に質量分析計を配置して、プラズマ中で生成される各種イオンをモニターしてイオンとCH 流量依存性との関係からCHF+イオンのピーク強度の相対値が最大になるようなエッチング条件であるガス混合比を求め、前記ガス混合比になるようにガス流量制御装置を制御してエッチング断面形状の最適化を行うことを特徴としている。
【0014】
エッチング条件はガス混合比から成り、CHF+イオンのピーク強度の相対値が最大になるようにガス混合比が設定され得る。
また混合して使用するガスのうち1種類は水素ガスあるいは水素を含むフッ化炭素ガスから成り得る。
【0015】
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1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共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基板電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、基板電極の近傍に、プラズマ中で生成される各種イオンをモニターする質量分析計を設け、またこの質量分析計の出力から各種イオンの強度がCH ガス混合比に対して有する関係からCHF+イオンのピーク強度の相対値が最大になるようなエッチング条件を求め、該エッチング条件に設定するエッチング条件設定手段を設けたことを特徴としている。
【0016】
【実施例】
以下添付図面の図1〜図3を参照して本発明の実施例について説明する。
図1には本発明を実施している反応性イオンエッチング装置の一例を示す。図示エッチング装置において、1は真空チャンバーで、その上部には円筒形の誘電体側壁2を備え、誘電体側壁2の外側には、真空チャンバー1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三つの磁場コイル3、4、5が設けられ、真空チャンバー1の上部内に磁気中性線6を形成する。
中間の磁場コイル4と誘電体側壁2の外側との間には1重を含む多重のプラズマ発生用の高周波コイル7が配置され、この高周波コイル7は高周波電源8に接続され、三つの磁場コイル3、4、5によって真空チャンバー1の上部に形成された磁気中性線6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。
真空チャンバー1の上部の天板9は誘電体側壁2の上部フランジに密封固着され、またこの天板9にはエッチングガスを導入するシャワープレート10が設けられ、このシャワープレート10は図示してないエッチング補助ガス源に接続されている。
【0017】
真空チャンバー1内にはまた図示したように基板電極11が配置され、この基板電極11はマッチングコンデンサー12を介してバイアス高周波電源13に接続されている。基板電極12の近傍において真空チャンバー1の側壁には、エッチング中に生成されたイオン種を観測するための質量分析器14が取付けられ、この質量分析器14の出力はコンピューター15に接続されており、コンピューター15は、データ解析により、CHF2 +イオンのピーク強度が最大値になる混合比を算出する。コンピュータ14で算出されたデータは図示してないガス流量制御装置(Mass flow controller)に入力され、天板9におけるシャワープレート10を介して導入され るエッチングガスの流量を制御するように構成されている。それにより、超微細パターンのエッチング条件を設定することができる。
なお、図1において16は図示してない排気系に接続される排気口である。
【0018】
この様に構成した図示装置の動作について説明する。
図1の装置を用い、プラズマ発生用高周波電源8の電力を1.0KW、基板バイア ス高周波電源13の電力を500W、真空チャンバー1の圧力を3mTorr、C48の流 量とCH22の流量の和を5Osccmとしたときのプラズマ中の各イオン種のCH22流量依存性を図2に示す。この例では、CH22の流量が20sccmのとき CHF2 +イオンのピーク強度が最大となる。このとき、図3に示すように酸化膜上に形成された幅20nmのレジストパターンに沿って酸化膜の溝が約800nmの深さ で垂直に形成されている。この時のシリコン酸化膜のエッチング速度は約 550nm/minであつた。
従来、このような超微細な溝加工を行う場合、プラズマパラメータが多いためエッチング条件を求めるのに大変な労力を要していたが、本発明によれば、上述のように、質量分析器13を用いてエッチング中に生成されたイオン種を観測し、測定データをコンピューター14で解析することにより、CHF2 +イオンのピーク強度が最大値になる混合比を算出し、この混合比に応じて天板9におけるシャワープレート10を介して導入されるエッチングガスの流量を制御することにより超微細パターンのエッチング条件を設定することができる。
【0019】
ところで図示実施例ではNLDエッチング装置に適用した例について説明してきたが、同様な効果はNLDプラズマCVD装置に適用しても期待できることは言うまでもない。
【0020】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、磁気中性線放電エッチング装置を用い、質量分析計を基板電極付近に設け、プラズマ中で生成されるイオン種を観測できるようにすると共に、混合比依存性からCHF2 +イオンのピーク強度が最大値になるような混合比を設定するように構成しているので、プロセス条件を試行錯誤なしに構築できるので、0.3μm幅以下の微細加工に対応できるドライエッチングが容易となった。従って、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く貢献することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示す概略線図。
【図2】 図1の装置を使用して実測したプラズマ中の各イオン種のCH22流量依存性を示すグラフ。
【図3】 図1の装置を使用して酸化膜上に形成された幅20nmのレジストパターンに沿って酸化膜の溝が垂直に形成されている様子を示す電子顕微鏡写真。
【図4】 従来の平行平板型エッチング装置の一例を示す概略線図。
【図5】 従来の3極エッチング装置を示す概略線図。
【図6】 従来のECRエッチング装置を示す概略線図。
【図7】 従来の誘導結合型エッチング装置を示す概略線図。
【図8】 従来のトランスファ結合型エッチング装置を示す概略線図。
【図9】 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。
【符号の説明】
1:真空チャンバー
2:円筒形の誘電体側壁
3:磁場コイル
4:磁場コイル
5:磁場コイル
6:磁気中性線
7:高周波コイル
8:プラズマ発生用高周波電源
9:天板
10:シャワープレート
11:基板電極
12:マッチングコンデンサー
13:バイアス高周波電源
14:質量分析器
15:コンピューター
16:排気口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactive ion etching method and apparatus for etching a material on a semiconductor, an electronic component, or other substrate using plasma.
[0002]
[Prior art]
Various types of etching apparatuses used in the prior art are known, and one of them is a parallel plate type as shown in FIG. 4 of the accompanying drawings. In the vacuum chamber A, an anode B and a cathode, that is, a substrate electrode C are arranged to face each other, a reactive gas is introduced from the anode B, and a high-frequency power source E is connected to the substrate electrode C through a matching circuit D.
FIG. 5 shows another example of a parallel plate type etching apparatus. In this case, a high frequency power source G is also connected to the electrode B via a matching circuit F, and high frequency powers having different frequencies are applied to the upper and lower electrodes. Is done.
[0003]
FIG. 6 shows a conventional example of an ECR etching apparatus, in which μ waves are introduced from the upper part of the vacuum chamber A through the dielectric window B, and high-density plasma is formed by electron cyclotron resonance at a magnetic field of 875 Gauss.
[0004]
FIG. 7 shows an inductively coupled discharge etching apparatus in which an antenna B composed of a single coil for generating discharge plasma is provided in the vacuum chamber A outside the dielectric side wall A1 of the vacuum chamber A. High frequency power is applied to the antenna B from the plasma generating high frequency power source C, and an etching gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the gas is introduced into the vacuum chamber A. Then, the plasma is formed at a low pressure, the introduced gas is decomposed, and the generated atoms, molecules, radicals, and ions are actively used, and a high-frequency electric field is applied from the high-frequency power source E to the substrate electrode D in contact with the plasma. It is configured to etch the substrate placed on D.
FIG. 8 shows a modification of the structure shown in FIG. 7, in which the upper wall of the vacuum chamber A is mounted on a flat dielectric F to form a spiral antenna G to form inductively coupled plasma. . The method of FIG. 7 is called ICP (Inductively Coupled Plasma), and the method of FIG. 8 is called TCP (Transfer Coupled Plasma) for distinction.
[0005]
FIG. 9 shows a magnetic neutral wire discharge etching apparatus previously proposed by the present inventors in Japanese Patent Laid-Open No. 7-263192. In the previously proposed apparatus, a magnetic neutral line E is formed inside the vacuum chamber A by three magnetic field coils B, C, D placed outside the dielectric cylindrical wall A1 at the top of the vacuum chamber A. A configuration in which a ring-shaped plasma is formed by applying a high-frequency electric field from the antenna high-frequency power source G to the single antenna F disposed inside the intermediate magnetic field coil C along the magnetic neutral line E. Has been. Further, the etching gas is introduced from the vicinity of the upper top plate A2 through the flow controller, and the pressure is controlled by the opening ratio of the contact valve. A high frequency power is applied to the substrate electrode H below the vacuum chamber A from a bias high frequency power source I.
[0006]
As a representative example, the ICP etching shown in FIG. 7 will be described.
The etching gas is introduced from the vicinity of the upper flange, and high frequency power is applied from the high frequency power source C to the antenna B installed outside the dielectric cylindrical partition wall A1 to form plasma, and the introduced gas is decomposed. At this time, since the distribution of the plasma and the introduced gas is required to be uniform on the substrate, a shower plate having a large number of holes is generally provided in the upper flange, and the gas is introduced into the vacuum chamber A through it. Is done. If the gas flow is uniform and the plasma density and potential are uniform, the density distribution of etchants (radicals and ions) generated in the plasma is uniform, and the substrate is uniformly etched. By the way, plasma density and potential uniformity in ICP etching are greatly influenced by the chamber structure and pressure. When the chamber structure is determined, the pressure condition for obtaining uniformity is almost uniquely determined, and the selection range of the condition is extremely narrow.
[0007]
On the other hand, in the magnetic neutral discharge (NLD) etching apparatus of FIG. 9, the plasma neutral density and potential can be controlled in a low pressure gas region where the position of the magnetic neutral line can be freely changed and ICP is not generated. Therefore, conditions with good etching uniformity can be set easily.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, devices have become denser and the processing width has become finer, and it has become impossible to cope with the ultra-fine process by the conventional method of determining the etching conditions by setting the etching conditions by trial and error. In etching, the substrate material is irradiated with highly reactive radicals and ions and gasified by the reaction with the substrate material to etch the substrate material. However, the etching is not necessarily performed, and shape control is also required. For example, when the processing width is wider than 0.3 μm, the accuracy required for the gas mixture ratio is not so strict, but when it is narrower than 0.3 μm, precise control of the gas mixture ratio is required. However, when precise control of the mixing ratio is performed, there is no index for determining the mixing ratio, and trial and error experiments are repeatedly performed and the etching shape is determined after observing with an electron microscope. For this reason, much time has been spent until ultrafine processing conditions are obtained.
[0009]
Examples of materials used as an auxiliary etching gas for etching oxide films include argon, hydrogen, and carbon monoxide. Etching main gases include CF 4 , C 3 F 8 , and C 4 F 8. CHF 3 , CH 2 F 2 and the like are also used as etching main gases. The main etching gas decomposes as the plasma density increases or the residence time in the plasma increases, and a large amount of radicals such as CF, CF 2 , CF 3 , and CHF 2 that are adhesive substances are generated. Ar as an etching auxiliary gas plays a role of diluting the concentration of radical species to an appropriate concentration. In addition, the film adhering to the side and bottom of the etching portion is activated by sputtering or ion bombardment to form a substrate material. It is thought to play a role in promoting etching reaction and adjusting the etching shape.
[0010]
In addition, hydrogen gas decomposes in plasma to form hydrogen atoms, reacts with CF, CF 2 radicals, etc., and changes to substances with weak adhesion and forms polymerization precursors such as CH 2 , CF 2 , CHF. In addition, it is considered to be a substance that adheres to the upper part of the resist or the side wall or bottom of the etched part and affects the etching shape. It is also considered that when hydrogen atoms adhere to the surface of the etched portion, it forms a —C—H or one Si—H bond on the surface, thereby suppressing the adhesion of radicals.
In any case, since the detailed mechanism of etching is not known, trial and error experiments are currently required, and it is necessary to reduce the time for analyzing the results and determining the process conditions by trial and error.
[0011]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, enables the gas cross-section to be precisely controlled to optimize the cross-sectional shape of the etching, and the reactive ion etching method and apparatus capable of dealing with fine processing of 0.3 μm width or less. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a magnetic neutral wire discharge etching apparatus is used, and a mass spectrometer is provided in the vicinity of a substrate electrode so that ion species generated in plasma can be observed. The mixture ratio is set so that the peak intensity of CHF 2 + ions becomes the maximum value from the dependence on the mixture ratio.
That is, using a magnetic neutral line discharge device that can form plasma in a region where the plasma density is not higher than necessary, at least one gas containing hydrogen was mixed as a gas species, and the correlation between etching conditions and ion species was investigated. . As a result, it was found from the dependence on the mixing ratio that the etching can be performed vertically even with an ultrafine pattern when the etching conditions (mixing ratio in this case) are determined so that the peak intensity of CHF 2 + ions becomes the maximum value. This is probably because the ratio of the etchant substance and the adhesive substance that reaches the substrate is optimal near the etching conditions in which CHF 2 + ions peak, and the etching shape can be easily controlled.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to one embodiment of the present invention, there is provided magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line which is a position of zero magnetic field continuously existing in the vacuum chamber, and the magnetic neutral line is provided with the magnetic neutral line. A plasma generator comprising a plurality of high frequency coils including a single layer for generating a discharge plasma on this magnetic neutral wire by applying an alternating electric field along the line is provided, and a gas mainly composed of a halogen-based gas is placed in a vacuum. introduced into, and decomposing the introduced gas to form a plasma at low pressure, generated atoms, molecules, radicals, ions and take advantage, on the substrate electrode by applying an alternating electric field or radio-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma in the reactive ion etching method of etching a substrate placed, place the mass spectrometer in the vicinity of the substrate electrode, ions and C by monitoring the various ions generated in the plasma 2 F 2 relative values of the peak intensities of C HF 2 + ions from the relationship between the flow rate dependence determined gas mixture ratio which is an etching condition such that the maximum, the gas flow control device such that the gas mixture ratio It is characterized in that the etching cross-sectional shape is optimized by controlling.
[0014]
Etching conditions consists et or gas mixing ratio, the relative values of the peak intensity of CHF 2 + ions may be set gas mixing ratio so as to maximize.
Further, one kind of gas used by mixing can be composed of hydrogen gas or fluorocarbon gas containing hydrogen.
[0015]
According to another embodiment of the present invention, there is provided magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line which is a position of zero magnetic field continuously existing in the vacuum chamber, and the magnetic neutral line is provided with the magnetic neutral line. A plasma generator having a plurality of high-frequency coils including a single layer for generating a discharge plasma on this magnetic neutral wire by applying an alternating electric field along the vacuum is used to evacuate a gas mainly composed of a halogen-based gas. introduced into, and decomposing the introduced gas to form a plasma at low pressure, generated atoms, molecules, radicals, and take advantage of the ions, on the substrate electrode by applying an alternating electric field or radio-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma In the reactive ion etching apparatus that etches the substrate placed on the substrate, a mass spectrometer that monitors various ions generated in the plasma is provided near the substrate electrode, and this mass Strength of various ions from the output of the analyzers is determined etching conditions such as the relative value of the peak intensity of CHF 2 + ions from the relationship with respect to CH 2 F 2 gas mixture ratio is maximized is set to the etching conditions An etching condition setting means is provided.
[0016]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an example of a reactive ion etching apparatus implementing the present invention. In the illustrated etching apparatus, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber, which is provided with a cylindrical dielectric side wall 2 at the top thereof, and a magnetic field generation for forming a magnetic neutral line in the vacuum chamber 1 outside the dielectric side wall 2. Three magnetic field coils 3, 4, 5 constituting the means are provided, and a magnetic neutral wire 6 is formed in the upper part of the vacuum chamber 1.
Between the intermediate magnetic field coil 4 and the outside of the dielectric side wall 2, a multiple high frequency coil 7 for generating plasma including a single layer is arranged, and this high frequency coil 7 is connected to a high frequency power source 8 and three magnetic field coils. An alternating electric field is applied along the magnetic neutral line 6 formed in the upper part of the vacuum chamber 1 by 3, 4, and 5 to generate discharge plasma in the magnetic neutral line.
The top plate 9 at the top of the vacuum chamber 1 is hermetically fixed to the top flange of the dielectric side wall 2, and the top plate 9 is provided with a shower plate 10 for introducing an etching gas, which is not shown. It is connected to an etching auxiliary gas source.
[0017]
A substrate electrode 11 is also arranged in the vacuum chamber 1 as shown in the figure, and this substrate electrode 11 is connected to a bias high-frequency power source 13 via a matching capacitor 12. A mass analyzer 14 for observing ion species generated during etching is attached to the side wall of the vacuum chamber 1 in the vicinity of the substrate electrode 12, and the output of the mass analyzer 14 is connected to a computer 15. The computer 15 calculates a mixing ratio at which the peak intensity of CHF 2 + ions is maximum by data analysis. Data calculated by the computer 14 is input to a gas flow controller (not shown) and is configured to control the flow rate of the etching gas introduced through the shower plate 10 in the top plate 9. Yes. Thereby, the etching conditions for the ultrafine pattern can be set.
In FIG. 1, 16 is an exhaust port connected to an exhaust system (not shown).
[0018]
The operation of the illustrated apparatus configured as described above will be described.
1 is used, the power of the plasma generating high frequency power supply 8 is 1.0 KW, the power of the substrate bias high frequency power supply 13 is 500 W, the pressure of the vacuum chamber 1 is 3 mTorr, the flow rate of C 4 F 8 and CH 2 F 2. FIG. 2 shows the CH 2 F 2 flow rate dependence of each ion species in the plasma when the sum of the flow rates of 5 Osccm. In this example, when the flow rate of CH 2 F 2 is 20 sccm, the peak intensity of CHF 2 + ions is maximized. At this time, as shown in FIG. 3, a groove of the oxide film is vertically formed at a depth of about 800 nm along the resist pattern having a width of 20 nm formed on the oxide film. At this time, the etching rate of the silicon oxide film was about 550 nm / min.
Conventionally, when such ultrafine groove processing is performed, a large amount of plasma parameters are required, and thus, a great amount of labor is required to obtain etching conditions. According to the present invention, as described above, the mass analyzer 13 Is used to observe the ion species generated during the etching, and the measurement data is analyzed by the computer 14 to calculate the mixing ratio at which the peak intensity of CHF 2 + ions reaches the maximum value. By controlling the flow rate of the etching gas introduced through the shower plate 10 in the top plate 9, the etching conditions for the ultrafine pattern can be set.
[0019]
In the illustrated embodiment, an example in which the present invention is applied to an NLD etching apparatus has been described. Needless to say, the same effect can be expected when applied to an NLD plasma CVD apparatus.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a magnetic neutral line discharge etching apparatus is used, and a mass spectrometer is provided in the vicinity of the substrate electrode so that ion species generated in the plasma can be observed, and the mixing ratio Because the mixing ratio is set so that the peak intensity of CHF 2 + ions is maximized due to the dependence, process conditions can be constructed without trial and error, so it can be used for microfabrication with a width of 0.3 μm or less. The dry etching which can be performed became easy. Therefore, it becomes possible to greatly contribute to the reactive ion etching process used for processing semiconductors and electronic parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the CH 2 F 2 flow rate dependence of each ion species in plasma measured using the apparatus of FIG. 1;
3 is an electron micrograph showing a state in which a groove of an oxide film is formed vertically along a resist pattern having a width of 20 nm formed on the oxide film using the apparatus of FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a conventional parallel plate etching apparatus.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional tripolar etching apparatus.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional ECR etching apparatus.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a conventional inductively coupled etching apparatus.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a conventional transfer coupled etching apparatus.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional magnetic neutral discharge type etching apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Vacuum chamber 2: Cylindrical dielectric side wall 3: Magnetic field coil 4: Magnetic field coil 5: Magnetic field coil 6: Magnetic neutral wire 7: High frequency coil 8: High frequency power source 9 for plasma generation 9: Top plate
10: Shower plate
11: Board electrode
12: Matching capacitor
13: Bias high frequency power supply
14: Mass spectrometer
15: Computer
16: Exhaust port

Claims (4)

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1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を設け、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共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基板電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング方法において、基板電極近傍に質量分析計を配置して、プラズマ中で生成される各種イオンをモニターしてイオンとCH 流量依存性との関係からCHF+イオンのピーク強度の相対値が最大になるようなエッチング条件であるガス混合比を求め、前記ガス混合比になるようにガス流量制御装置を制御してエッチング断面形状の最適化を行うことを特徴とした反応性イオンエッチング方法。A magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber and having a zero magnetic field is provided, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line to add the magnetic neutral line. A plasma generator is provided with multiple high-frequency coils including a single layer for generating discharge plasma, and a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum to form a plasma at a low pressure. decomposing a gas, generated atoms, molecules, radicals, ions and take advantage, to apply an alternating electric field or radio-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma to etch the substrate placed on the substrate electrode reactive ion etching In the method, a mass spectrometer is arranged in the vicinity of the substrate electrode, and various ions generated in the plasma are monitored. From the relationship between the ions and the CH 2 F 2 flow rate dependence, C Seeking gas mixing ratio relative values of the peak intensity of the HF 2 + ions are etching conditions such that the maximum, to optimize the etching cross-sectional shape by controlling the gas flow control device such that the gas mixture ratio A reactive ion etching method characterized by that. 混合して使用するガスのうち1種類が水素ガスあるいは水素を含むフッ化炭素ガスであることを特徴とする請求項1に記載の反応性イオンエッチング方法。  2. The reactive ion etching method according to claim 1, wherein one of the gases used by mixing is hydrogen gas or a fluorocarbon gas containing hydrogen. 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1重を含む多重の高周波コイルを設けてなるプラズマ発生装置を有し、ハロゲン系のガスを主体とする気体を真空中に導入し、低圧でプラズマを形成すると共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基板電極上に載置された基板をエッチングする反応性イオンエッチング装置において、基板電極の近傍に、プラズマ中で生成される各種イオンをモニターする質量分析計を設け、またこの質量分析計の出力から各種イオンの強度がCH ガス混合比に対して有する関係からCHF+イオンのピーク強度の相対値が最大になるようなエッチング条件を求め、該エッチング条件に設定するエッチング条件設定手段を設けたことを特徴とした反応性イオンエッチング装置。A magnetic field generating means for forming an annular magnetic neutral line that is continuously present in the vacuum chamber and having a zero magnetic field is provided, and an alternating electric field is applied along the magnetic neutral line to add the magnetic neutral line. Has a plasma generator comprising a plurality of high frequency coils including a single layer for generating discharge plasma, and a gas mainly composed of a halogen-based gas is introduced into a vacuum to form a plasma at a low pressure. decomposing the introduced gas, generated atoms, molecules, radicals, ions and take advantage, reactive ion etching the substrate placed on the substrate electrode by applying an alternating electric field or radio-frequency electric field to the substrate electrode in contact with the plasma in the etching apparatus, in the vicinity of the substrate electrode, a mass spectrometer to monitor the various ions generated in the plasma is provided, the strength of the various ions from the output of the mass spectrometer CH 2 F 2 relationship sought etching conditions such as the relative value of the peak intensity of CHF 2 + ions is maximized by having with respect to the gas mixing ratio, in that a etching condition setting means for setting to the etching conditions Characteristic reactive ion etching equipment. 混合して使用するガスのうち1種類が水素ガスあるいは水素を含むフッ化炭素ガスであることを特徴とする請求項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 3 , wherein one of the gases used by mixing is hydrogen gas or a fluorocarbon gas containing hydrogen.
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