JPH0987864A - Dry etching equipment - Google Patents

Dry etching equipment

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JPH0987864A
JPH0987864A JP7249304A JP24930495A JPH0987864A JP H0987864 A JPH0987864 A JP H0987864A JP 7249304 A JP7249304 A JP 7249304A JP 24930495 A JP24930495 A JP 24930495A JP H0987864 A JPH0987864 A JP H0987864A
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plasma
magnetic field
magnetic
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neutral line
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Fusao Shimokawa
房男 下川
Masahiro Ito
正博 伊藤
Taijirou Uchida
岱二郎 内田
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NTT Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバ内のプラズマ量を豊富にし、基板方
向へ移動するプラズマ量を増加させて、エッチング処理
を高速で行えるようにする。 【解決手段】 磁気中性線放電プラズマ13の上方位置
に電子遮蔽電極14を、磁気中性線放電プラズマ13と
基板11との中間位置に電子遮蔽電極15を設け、電子
遮蔽電極14および15に、プラズマ電位Vpに対して
負バイアスとなる電位−Vbを印加する。これにより、
チャンバ1内の空間を上下方向に飛来する電子は、電子
遮蔽電極14および15の近傍において跳ね返され、磁
気中性線放電プラズマ13の発生領域に向かって押し返
され、導入ガスのイオン化促進に寄与する。
(57) An object of the present invention is to increase the amount of plasma in a chamber and increase the amount of plasma moving in the direction of a substrate so that etching processing can be performed at high speed. An electron shield electrode is provided above the magnetic neutral line discharge plasma, and an electron shield electrode is provided at an intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma and a substrate. , A potential −Vb that is a negative bias with respect to the plasma potential Vp is applied. This allows
The electrons flying vertically in the space inside the chamber 1 are repelled in the vicinity of the electron shield electrodes 14 and 15 and pushed back toward the generation region of the magnetic neutral wire discharge plasma 13, contributing to the promotion of ionization of the introduced gas. To do.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気中性線放電
プラズマを用いてドライエッチング処理を行うドライエ
ッチング装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching apparatus that performs a dry etching process using magnetic neutral line discharge plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の磁気中性線放電プラズマを用いた
ドライエッチング装置の構成を図3に示す。同図におい
て、1は石英製のプラズマ生成用円筒チャンバ(以下、
単にチャンバと言う)、2,3,4はチャンバ1の外周
囲に上下方向に平行に配置された第1,第2,第3の磁
場発生コイル、5は第1の磁場発生コイル2と第3の磁
場発生コイル4との中間に位置する磁場発生コイル3の
内側かつチャンバ1の外周囲に配置された高周波コイ
ル、6は高周波コイル5に高周波を印加するための高周
波電源、7はプロセスガス導入口、8は真空排気口、9
は真空ポンプ、10はチャンバ1から分離された基板ス
テージ、11は基板ステージ10上に置かれた基板、1
2は基板ステージ10に高周波を印加するための高周波
電源である。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows the structure of a conventional dry etching apparatus using magnetic neutral line discharge plasma. In the figure, 1 is a quartz plasma generating cylindrical chamber (hereinafter,
2, 3, 4 are first, second, and third magnetic field generating coils arranged in parallel in the vertical direction around the outer periphery of the chamber 1, and 5 is the first magnetic field generating coil 2 and the first magnetic field generating coil 2. 3, a high frequency coil disposed inside the magnetic field generation coil 3 located in the middle of the magnetic field generation coil 4 and at the outer periphery of the chamber 1, 6 is a high frequency power source for applying a high frequency to the high frequency coil 5, and 7 is a process gas. Inlet, 8 is evacuation outlet, 9
Is a vacuum pump, 10 is a substrate stage separated from the chamber 1, 11 is a substrate placed on the substrate stage 10, 1
Reference numeral 2 denotes a high frequency power source for applying a high frequency to the substrate stage 10.

【0003】このドライエッチング装置では、先ず、真
空ポンプ9を用いて、チャンバ1内を高真空に排気す
る。そして、ガス導入口7よりプロセスガスをチャンバ
1内に導入し、10-1〜10-2Pa程度に保つ。このよ
うな状態にした後、磁場発生コイル2および4に同一の
大きさの電流を同方向に流す。すると、「文献:Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.33(1994)pp.L43-L44」に記載されている
ように、磁場発生コイル2と4との中間位置に磁場強度
が零となる円環状の磁気中性線が形成される。
In this dry etching apparatus, first, the vacuum pump 9 is used to evacuate the chamber 1 to a high vacuum. Then, the process gas is introduced into the chamber 1 through the gas inlet 7 and maintained at about 10 -1 to 10 -2 Pa. After such a state, currents of the same magnitude are made to flow through the magnetic field generating coils 2 and 4 in the same direction. Then, "Reference: Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.33 (1994) pp.L43-L44 ”, an annular magnetic neutral line with zero magnetic field strength is formed at the intermediate position between the magnetic field generating coils 2 and 4. To be done.

【0004】次に、磁場発生コイル2および4に流す電
流とは逆向きの電流を磁場発生コイル3に流すと、この
磁気中性線は空間的に2つに分離され、一方はチャンバ
1内に、他方はチャンバ1外に形成される。このような
状態にした後、高周波電源6を用いて高周波コイル5に
高周波を印加すると、チャンバ1内に形成された磁気中
性線に沿って電場(高周波電界)が形成される。これに
より、チャンバ1内に形成された磁気中性線を含む近傍
の電子は、その高周波電界によりエネルギーを得、導入
ガスをイオン化し放電電流(高周波誘導放電電流)を流
すに至り、チャンバ1内の磁気中性線を含む近傍の空間
に電子とイオンとからなるプラズマ(磁気中性線放電プ
ラズマ)13が形成される。これらの電子,イオンはチ
ャンバ1の内壁に向かって移動するが、上下方向に磁力
線が向いているので、主に上下方向に移動・拡散して行
く。
Next, when a current in the opposite direction to the current flowing through the magnetic field generating coils 2 and 4 is passed through the magnetic field generating coil 3, the magnetic neutral line is spatially separated into two, one of which is inside the chamber 1. The other is formed outside the chamber 1. After such a state, when a high frequency is applied to the high frequency coil 5 using the high frequency power supply 6, an electric field (high frequency electric field) is formed along the magnetic neutral wire formed in the chamber 1. As a result, the electrons in the vicinity including the magnetic neutral wire formed in the chamber 1 obtain energy by the high frequency electric field, ionize the introduced gas and flow a discharge current (high frequency induction discharge current), and the inside of the chamber 1 A plasma (magnetic neutral line discharge plasma) 13 composed of electrons and ions is formed in the vicinity space including the magnetic neutral line. These electrons and ions move toward the inner wall of the chamber 1, but since the magnetic lines of force are oriented in the vertical direction, they mainly move and diffuse in the vertical direction.

【0005】次に、基板ステージ10に高周波電源12
を用いて高周波電界を印加すると、チャンバ1内に形成
された磁気中性線放電プラズマ13中のイオンや電子の
うち、磁場発生コイル2,3,4によって形成される磁
界ならびに基板ステージ10上に形成された電界によっ
て基板ステージ10の方向に移動してくるイオンや電子
は、基板11に衝突する。これにより、チャンバ1に導
入するプロセスガスを不活性ガスとした場合には、基板
11に対してスパッタエッチングが進行し、反応ガスと
した場合には、基板11に対して反応性エッチングが進
行する。
Next, a high frequency power source 12 is attached to the substrate stage 10.
When a high-frequency electric field is applied using, the magnetic field formed by the magnetic field generating coils 2, 3, 4 among the ions and electrons in the magnetic neutral line discharge plasma 13 formed in the chamber 1 and the substrate stage 10 are Ions and electrons moving toward the substrate stage 10 due to the formed electric field collide with the substrate 11. As a result, when the process gas introduced into the chamber 1 is an inert gas, the sputter etching progresses on the substrate 11, and when the process gas is a reactive gas, the reactive etching progresses on the substrate 11. .

【0006】なお、このドライエッチング装置では、通
常放電が生成され難い10-1Pa以下の圧力領域におい
て、プラズマを容易に生成できる特徴を持つ。これは、
磁場強度が零の閉曲線である一種の磁気井戸の存在が、
飛散する電子をその場に滞留させて放電の種を多く宿す
効果によるものである。
The dry etching apparatus has a feature that plasma can be easily generated in a pressure region of 10 -1 Pa or less where normal discharge is difficult to generate. this is,
The existence of a kind of magnetic well, which is a closed curve with zero magnetic field strength,
This is due to the effect that the scattered electrons are retained on the spot and a lot of seeds of the discharge are stored.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなドライエッチング装置では、導入ガスの一部が高周
波誘導電場により磁気中性線上とその近傍において引き
続いてイオン化されプラズマとなるが、生成される電子
並びにイオンの主な成分は、電子が磁場に沿って移動し
易いので、これに影響されて上下方向に拡散して行くこ
とになる。従って、このままでは単なる上下方向への空
間的な拡散となってしまい、電子と導入ガスとの衝突に
よるイオン化をより効率的に行うことができない。
However, in such a dry etching apparatus, a part of the introduced gas is ionized into a plasma continuously on and near the magnetic neutral line by the high frequency induction electric field, and electrons are generated. In addition, the main component of the ion is that the electrons easily move along the magnetic field, so that it is influenced by this and diffuses in the vertical direction. Therefore, if it is left as it is, it simply becomes a spatial diffusion in the vertical direction, and the ionization due to the collision between the electrons and the introduced gas cannot be performed more efficiently.

【0008】また、エッチング反応の主役であるイオン
も自由拡散するだけでは、電子と共に下方に向かって移
動して行くイオンの基板11への入射を効果的に行うこ
とはできない。
Further, the ions, which are the main players of the etching reaction, cannot be effectively injected into the substrate 11 by the free diffusion of the ions which move downward together with the electrons.

【0009】本発明の第1発明の目的とするところは、
磁気中性線放電プラズマから拡散される電子を導入ガス
のイオン化に有効に活用し、チャンバ内のプラズマ量を
豊富にし、基板方向へ移動するプラズマ量を増加させ
て、エッチング処理を高速で行うことのできるドライエ
ッチング装置を提供することにある。また、第2発明の
目的とするところは、第1発明の目的に加えて、基板へ
のイオンの入射を揃え、加工に均一性をもたせることの
できるドライエッチング装置を提供することにある。
The first object of the present invention is to:
Efficiently utilize the electrons diffused from the magnetic neutral line discharge plasma for ionization of the introduced gas, enrich the amount of plasma in the chamber, increase the amount of plasma moving toward the substrate, and perform high-speed etching processing. It is to provide a dry etching apparatus capable of performing. Another object of the second invention is, in addition to the object of the first invention, is to provide a dry etching apparatus capable of aligning the incidence of ions to the substrate and making the processing uniform.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、磁気中
性線放電プラズマの上方位置および磁気中性線放電プラ
ズマと基板との中間位置に、プラズマ電位に対して負バ
イアスとなる電位を印加した電子遮蔽電極を設けたもの
である。この発明によれば、磁気中性線放電プラズマか
ら拡散し、チャンバ内の空間を上下方向に飛来する電子
は、電子遮蔽電極によって磁気中性線放電プラズマの発
生領域に向かって押し返される。
In order to achieve such an object, a first invention (an invention according to claim 1) is to provide an upper position of a magnetic neutral line discharge plasma, a magnetic neutral line discharge plasma and a substrate. An electron shielding electrode to which a potential that is a negative bias with respect to the plasma potential is applied is provided at an intermediate position between and. According to the present invention, the electrons that diffuse from the magnetic neutral line discharge plasma and fly vertically in the space inside the chamber are pushed back toward the magnetic neutral line discharge plasma generation region by the electron shield electrode.

【0011】第2発明(請求項2に係る発明)は、磁気
中性線放電プラズマの上方位置に、プラズマ電位に対し
て負バイアスとなる電位を印加した電子遮蔽電極を設
け、磁気中性線放電プラズマと基板との中間位置に、プ
ラズマ電位に対して負バイアスとなる電位を印加したイ
オン加速電極を設けたものである。この発明によれば、
磁気中性線放電プラズマから拡散し、チャンバ内の空間
を上および下方向に飛来する電子が、電子遮蔽電極およ
びイオン加速電極によって磁気中性線放電プラズマの発
生領域に向かって押し返されると共に、イオン加速電極
とプラズマ電位との電位差によってイオン(陽イオン)
が加速され、指向性が良いイオンが得られる。
A second aspect of the invention (the invention according to claim 2) is to provide an electron shield electrode to which a negative bias with respect to the plasma potential is applied, above the magnetic neutral line discharge plasma. An ion accelerating electrode to which a potential that is a negative bias with respect to the plasma potential is applied is provided at an intermediate position between the discharge plasma and the substrate. According to the invention,
Electrons that diffuse from the magnetic neutral line discharge plasma and fly upward and downward in the space inside the chamber are pushed back toward the generation region of the magnetic neutral line discharge plasma by the electron shielding electrode and the ion acceleration electrode, Ions (positive ions) due to the potential difference between the ion acceleration electrode and the plasma potential
Are accelerated, and ions with good directivity can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 〔実施の形態1:第1発明〕図1はこの発明の第1の実
施の形態を示すドライエッチング装置の構成図である。
同図において、図3と同一符号は同一或いは同等構成要
素を示し、その説明は省略する。この実施の形態では、
磁気中性線放電プラズマ13の上方位置に電子遮蔽電極
14を、磁気中性線放電プラズマ13と基板11との中
間位置に電子遮蔽電極15を設け、この電子遮蔽電極1
4および15に、直流電源16および17を接続し、プ
ラズマ電位Vp(eV)に対して負バイアスとなる電位
−Vb(eV)を印加するようにしている(Vp>−V
b)。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. [Embodiment 1: First Invention] FIG. 1 is a configuration diagram of a dry etching apparatus showing a first embodiment of the present invention.
3, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or equivalent components, and a description thereof will be omitted. In this embodiment,
An electron shield electrode 14 is provided above the magnetic neutral line discharge plasma 13, and an electron shield electrode 15 is provided at an intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma 13 and the substrate 11.
DC power supplies 16 and 17 are connected to 4 and 15 to apply a potential -Vb (eV) that is a negative bias to the plasma potential Vp (eV) (Vp> -V).
b).

【0013】このドライエッチング装置では、先ず、真
空ポンプ9を用いて、チャンバ1内を高真空に排気す
る。そして、ガス導入口7よりプロセスガスをチャンバ
1内に導入し、10-1〜10-2Pa程度に保つ。このよ
うな状態にした後、磁場発生コイル2および4に同一の
大きさの電流を同方向に流す。すると、磁場発生コイル
2と4との中間位置に、磁場強度が零となる円環状の磁
気中性線が形成される。
In this dry etching apparatus, first, the vacuum pump 9 is used to evacuate the chamber 1 to a high vacuum. Then, the process gas is introduced into the chamber 1 through the gas inlet 7 and maintained at about 10 -1 to 10 -2 Pa. After such a state, currents of the same magnitude are made to flow through the magnetic field generating coils 2 and 4 in the same direction. Then, an annular magnetic neutral wire having a magnetic field strength of zero is formed at an intermediate position between the magnetic field generating coils 2 and 4.

【0014】次に、磁場発生コイル2および4に流す電
流とは逆向きの電流を磁場発生コイル3に流すと、この
磁気中性線は空間的に2つに分離され、一方はチャンバ
1内に、他方はチャンバ1外に形成される。このような
状態にした後、高周波電源6を用いて高周波コイル5に
高周波を印加すると、チャンバ1内に形成された磁気中
性線に沿って電場(高周波電界)が形成される。これに
より、チャンバ1内に形成された磁気中性線の近傍の電
子は、その高周波電界によりエネルギーを得、導入ガス
をイオン化し放電電流(高周波誘導放電電流)を流すに
至り、チャンバ1内の磁気中性線を含む近傍の空間に電
子とイオンとからなるプラズマ(磁気中性線放電プラズ
マ)13が形成される。
Next, when a current in the direction opposite to the current flowing through the magnetic field generating coils 2 and 4 is passed through the magnetic field generating coil 3, the magnetic neutral line is spatially separated into two, one of which is inside the chamber 1. The other is formed outside the chamber 1. After such a state, when a high frequency is applied to the high frequency coil 5 using the high frequency power supply 6, an electric field (high frequency electric field) is formed along the magnetic neutral wire formed in the chamber 1. As a result, the electrons near the magnetic neutral wire formed in the chamber 1 gain energy by the high frequency electric field, ionize the introduced gas and flow the discharge current (high frequency induction discharge current), and the electrons in the chamber 1 A plasma (magnetic neutral line discharge plasma) 13 composed of electrons and ions is formed in a nearby space including the magnetic neutral line.

【0015】この磁気中性線放電プラズマ13に高周波
誘導放電電流が流れ続ける間、プラズマ(イオン,電
子)は生成されては溢れ出し、周囲に拡散して行く。こ
のプラズマの内、電子は、イオンに比べて質量が遥かに
小さいため、その温度(電子温度)は極めて高く、また
粒子間の衝突頻度も少ない。このため、磁気中性線放電
プラズマ13中の電子は、磁場発生コイル2,3,4に
よって作られる縦方向の磁場に沿って、上下方向に多く
拡散して行く。
While the high frequency induction discharge current continues to flow in the magnetic neutral line discharge plasma 13, plasma (ions, electrons) is generated, overflows, and diffuses to the surroundings. Since the mass of electrons in this plasma is much smaller than that of ions, its temperature (electron temperature) is extremely high and the frequency of collision between particles is low. Therefore, the electrons in the magnetic neutral wire discharge plasma 13 are largely diffused in the vertical direction along the vertical magnetic field created by the magnetic field generating coils 2, 3 and 4.

【0016】ここで、この実施の形態では、電子遮蔽電
極14および15に、プラズマ電位Vp(eV)に対し
て負バイアスとなる電位−Vb(eV)を印加している
ので、チャンバ1内の空間を上下方向に飛来する電子
は、電子遮蔽電極14および15の近傍において跳ね返
され、磁気中性線放電プラズマ13の発生領域に向かっ
て押し返される。これらの電子の中で磁気中性線放電プ
ラズマ13の発生領域に到達した電子は、この発生領域
に形成された電界,磁界の作用により、導入ガスのイオ
ン化促進に寄与し、すなわち電子−中性原子衝突の頻度
が増大し、磁気中性線放電プラズマ13内でのイオンの
生成量が増大する。この結果、チャンバ1内に電子遮蔽
電極14および15が内蔵されてなかった従来のドライ
エッチング装置(図3のドライエッチング装置)に比べ
て、チャンバ1内のプラズマ量が豊富となる。なお、磁
気中性線放電プラズマ13内では、イオン−中性原子衝
突によりイオンも生じるが、電子−中性原子衝突に比べ
ると、イオン化効率が低い。したがって、プラズマ中の
電子を有効に用いることが得策であり、この実施の形態
では、このような考えに基づいて、プラズマ中の電子の
挙動に着目し、磁気中性線放電プラズマ13から拡散さ
れてくる電子を押し返すようにしている。
Here, in this embodiment, the potential -Vb (eV), which is a negative bias with respect to the plasma potential Vp (eV), is applied to the electron shield electrodes 14 and 15. The electrons flying vertically in the space are repelled in the vicinity of the electron shield electrodes 14 and 15 and pushed back toward the generation region of the magnetic neutral wire discharge plasma 13. Among these electrons, the electrons that have reached the generation region of the magnetic neutral line discharge plasma 13 contribute to the promotion of ionization of the introduced gas by the action of the electric field and the magnetic field formed in this generation region, that is, electron-neutral. The frequency of atom collision increases, and the amount of ions generated in the magnetic neutral line discharge plasma 13 increases. As a result, the amount of plasma in the chamber 1 is abundant as compared with the conventional dry etching device (the dry etching device of FIG. 3) in which the electron shielding electrodes 14 and 15 are not built in the chamber 1. In the magnetic neutral line discharge plasma 13, ions are also generated due to ion-neutral atom collision, but the ionization efficiency is low as compared with electron-neutral atom collision. Therefore, it is a good idea to effectively use the electrons in the plasma, and in this embodiment, based on such an idea, the behavior of the electrons in the plasma is focused, and the electrons are diffused from the magnetic neutral line discharge plasma 13. I try to push back the incoming electrons.

【0017】このような状態にして、基板ステージ10
に高周波電源12を用いて高周波電界を印加すると、チ
ャンバ1内に形成された磁気中性線放電プラズマ13中
のイオンや電子のうち、磁場発生コイル2,3,4によ
って形成される磁界ならびに基板ステージ10上に形成
された電界によって基板ステージ10の方向に移動して
くるイオンは、基板11に衝突する。これにより、チャ
ンバ1に導入するプロセスガスを不活性ガスとした場合
には、基板11に対してスパッタエッチングが進行し、
反応ガスとした場合には、基板11に対して反応性エッ
チングが進行する。ここで、この実施の形態では、チャ
ンバ1内のプラズマ量が豊富なので、基板方向へ移動す
るプラズマ量が増大し、高速でエッチングを行うことが
できるようになる。
In this state, the substrate stage 10
When a high-frequency electric field is applied to the substrate using a high-frequency power source 12, among the ions and electrons in the magnetic neutral line discharge plasma 13 formed in the chamber 1, the magnetic field generated by the magnetic field generating coils 2, 3, 4 and the substrate The ions moving toward the substrate stage 10 due to the electric field formed on the stage 10 collide with the substrate 11. As a result, when the process gas introduced into the chamber 1 is an inert gas, sputter etching proceeds on the substrate 11,
When the reaction gas is used, the reactive etching proceeds on the substrate 11. Here, in this embodiment, since the amount of plasma in the chamber 1 is abundant, the amount of plasma moving toward the substrate is increased, and etching can be performed at high speed.

【0018】なお、この実施の形態では、電子遮蔽電極
14および15に直流電源16および17を接続して電
位−Vbを印加するようにしたが、場合により直流電源
16および17を省略して接地電位としてもよい。ま
た、この実施の形態では、基板ステージ10に高周波電
源12を接続し高周波バイアスを加えるようにしたが、
場合により直流バイアスを加えるような構成としてもよ
い。
In this embodiment, the DC power supplies 16 and 17 are connected to the electron shield electrodes 14 and 15 to apply the potential -Vb. However, in some cases, the DC power supplies 16 and 17 are omitted and grounded. It may be a potential. In this embodiment, the high frequency power source 12 is connected to the substrate stage 10 to apply the high frequency bias.
In some cases, a configuration may be adopted in which a DC bias is applied.

【0019】〔実施の形態2:第2発明〕図2はこの発
明の第2の実施の形態を示すドライエッチング装置の構
成図である。同図において、図3と同一符号は同一或い
は同等構成要素を示し、その説明は省略する。この実施
の形態では、磁気中性線放電プラズマ13の上方位置に
電子遮蔽電極18を設け、この電子遮蔽電極18に、直
流電源19を接続し、プラズマ電位Vp(eV)に対し
て負バイアスとなる電位−Vb(eV)を印加するよう
にしている(Vp>−Vb)。また、磁気中性線放電プ
ラズマ13と基板11との中間位置に網目状の1枚のイ
オン加速電極20を設け、このイオン加速電極20に、
直流電源21を接続し、プラズマ電位Vp(eV)に対
して負バイアスとなる電位−Ve(eV)を印加するよ
うにしている(Vp>−Ve)。
[Second Embodiment: Second Invention] FIG. 2 is a block diagram of a dry etching apparatus showing a second embodiment of the present invention. 3, the same reference numerals as those in FIG. 3 denote the same or equivalent components, and a description thereof will be omitted. In this embodiment, an electron shield electrode 18 is provided above the magnetic neutral line discharge plasma 13, a DC power supply 19 is connected to the electron shield electrode 18, and a negative bias is applied to the plasma potential Vp (eV). The potential -Vb (eV) is applied (Vp> -Vb). Further, one mesh-shaped ion acceleration electrode 20 is provided at an intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma 13 and the substrate 11, and the ion acceleration electrode 20 is
The DC power supply 21 is connected to apply a potential -Ve (eV) that is a negative bias to the plasma potential Vp (eV) (Vp> -Ve).

【0020】このドライエッチング装置では、実施の形
態1と同様にして、チャンバ1内に磁気中性線放電プラ
ズマ13が形成される。この磁気中性線放電プラズマ1
3に高周波誘導放電電流が流れ続ける間、プラズマ(イ
オン,電子)は生成されては溢れ出し、周囲に拡散して
行く。この際、イオンより温度が高く質量が遥かに小さ
い電子は、粒子間の衝突頻度が少ないため、磁場発生コ
イル2,3,4によって作られる縦方向の磁場に沿っ
て、上下方向に多く拡散して行く。
In this dry etching apparatus, magnetic neutral line discharge plasma 13 is formed in chamber 1 as in the first embodiment. This magnetic neutral line discharge plasma 1
While the high frequency induction discharge current continues to flow in 3, the plasma (ions, electrons) is generated and overflows, and diffuses to the surroundings. At this time, electrons having a temperature higher than that of the ions and a mass much smaller than that of the ions have a small frequency of collision between particles, and therefore, a large amount of electrons are diffused in the vertical direction along the vertical magnetic field generated by the magnetic field generating coils 2, 3 and 4. Go.

【0021】ここで、この実施の形態では、電子遮蔽電
極18およびイオン加速電極20に、プラズマ電位Vp
(eV)に対して負バイアスとなる電位−Vb(eV)
および−Ve(eV)を印加しているので、チャンバ1
内の空間を上および下方向に飛来する電子は、電子遮蔽
電極18およびイオン加速電極20の近傍において跳ね
返され、磁気中性線放電プラズマ13の発生領域に向か
って押し返される。これらの電子の中で磁気中性線放電
プラズマ13の発生領域に到達した電子は、この発生領
域に形成された電界,磁界の作用により、導入ガスのイ
オン化促進に寄与し、すなわち電子−中性原子衝突の頻
度が増大し、磁気中性線放電プラズマ13内でのイオン
の生成量が増大する。この結果、チャンバ1内に電子遮
蔽電極14および15が内蔵されてなかった従来のドラ
イエッチング装置(図3のドライエッチング装置)に比
べて、チャンバ1内のプラズマ量が豊富となる。
Here, in this embodiment, the plasma potential Vp is applied to the electron shield electrode 18 and the ion acceleration electrode 20.
A potential that becomes a negative bias with respect to (eV) -Vb (eV)
And -Ve (eV) are applied, the chamber 1
The electrons flying upward and downward in the inner space are repelled in the vicinity of the electron shield electrode 18 and the ion acceleration electrode 20, and pushed back toward the generation region of the magnetic neutral wire discharge plasma 13. Among these electrons, the electrons that have reached the generation region of the magnetic neutral line discharge plasma 13 contribute to the promotion of ionization of the introduced gas by the action of the electric field and the magnetic field formed in this generation region, that is, electron-neutral. The frequency of atom collision increases, and the amount of ions generated in the magnetic neutral line discharge plasma 13 increases. As a result, the amount of plasma in the chamber 1 is abundant as compared with the conventional dry etching device (the dry etching device of FIG. 3) in which the electron shielding electrodes 14 and 15 are not built in the chamber 1.

【0022】また、この実施の形態では、イオン加速電
極20に、プラズマ電位Vp(eV)に対して負バイア
スとなる電位−Ve(eV)を印加しているので、指向
性が良いイオンが基板11に到達する。すなわち、イオ
ン加速電極20に−Ve(eV)の電位を与えれば、イ
オン(陽イオン)はVp+Ve(eV)の電位差によっ
て加速される。
Further, in this embodiment, the potential −Ve (eV), which is a negative bias with respect to the plasma potential Vp (eV), is applied to the ion accelerating electrode 20. Reach 11 That is, when a potential of −Ve (eV) is applied to the ion acceleration electrode 20, the ions (positive ions) are accelerated by the potential difference of Vp + Ve (eV).

【0023】この実施の形態では、チャンバ1内に図3
に示した従来のドライエッチング装置に比べてより豊富
なプラズマを生成することができるため、結果的により
多量のイオンを得ることが可能となり、これにより高速
でエッチングを行うことができるようになる。また、指
向性が良いイオンが得られるので、基板11へのイオン
の入射を揃え、加工にバラツキが生じないようにするこ
とができるようになる。
In this embodiment, the chamber 1 has a structure shown in FIG.
Since it is possible to generate abundant plasma as compared with the conventional dry etching apparatus shown in (1), it is possible to obtain a larger amount of ions, which enables high-speed etching. Further, since ions having a good directivity can be obtained, it becomes possible to make the incidence of ions on the substrate 11 uniform and prevent variations in processing.

【0024】なお、この実施の形態では、イオン加速電
極20により磁気中性線放電プラズマ13からイオンが
得られるので、場合により図1で使用していた高周波電
源12を省略することもできる。また、この実施の形態
では、電子遮蔽電極18およびイオン加速電極20に直
流電源19および21を接続して電位−Vbおよび−V
eを印加するようにしたが、場合により直流電源19お
よび21を省略して接地電位としてもよい。
In this embodiment, since the ions are obtained from the magnetic neutral line discharge plasma 13 by the ion accelerating electrode 20, the high frequency power source 12 used in FIG. 1 can be omitted depending on circumstances. Further, in this embodiment, DC power supplies 19 and 21 are connected to the electron shielding electrode 18 and the ion accelerating electrode 20, and the potentials −Vb and −V are obtained.
Although e is applied, the DC power supplies 19 and 21 may be omitted and may be grounded in some cases.

【0025】また、この実施の形態では、イオン加速電
極20として網目状の1枚の電極を用いたが、種々のイ
オン源において用いられている2枚,3枚電極も同様に
装着することができる。また、この実施の形態では、基
板11へのイオンの入射が揃うため、基板ステージ10
をイオンの入射角度に対して斜めに配置する等すれば、
斜め加工や三次元的な加工を実現することが可能とな
る。
Further, in this embodiment, one mesh-shaped electrode is used as the ion accelerating electrode 20, but two or three electrodes used in various ion sources may be similarly mounted. it can. Further, in this embodiment, since the ions are uniformly incident on the substrate 11, the substrate stage 10
If is arranged diagonally to the incident angle of ions,
It is possible to realize diagonal processing and three-dimensional processing.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、第1発明では、磁気中性線放電プラズマ
の上方位置および磁気中性線放電プラズマと基板との中
間位置に、プラズマ電位に対して負バイアスとなる電位
を印加した電子遮蔽電極を設けたので、磁気中性線放電
プラズマから拡散しチャンバ内の空間を上下方向に飛来
する電子は、電子遮蔽電極によって磁気中性線放電プラ
ズマの発生領域に向かって押し返されることになり、こ
れらの電子の中で磁気中性線放電プラズマの発生領域に
到達した電子は、この発生領域に形成された電界,磁界
の作用により、導入ガスのイオン化促進に寄与し、磁気
中性線放電プラズマ内でのイオンの生成量が増大する。
この結果、チャンバ内のプラズマ量が豊富となり、基板
方向へ移動するプラズマ量が増加し、エッチング処理を
高速で行うことができるようになる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the first invention, the plasma is provided above the magnetic neutral line discharge plasma and at the intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma and the substrate. Since an electron shield electrode with a negative bias applied to the potential is provided, the electrons that diffuse from the magnetic neutral line discharge plasma and fly up and down in the space inside the chamber are attracted by the electron shield electrode. Electrons that have been pushed back toward the generation region of the discharge plasma and have reached the generation region of the magnetic neutral line discharge plasma among these electrons are due to the action of the electric field and magnetic field formed in this generation region. It contributes to the promotion of ionization of the introduced gas and increases the amount of ions generated in the magnetic neutral line discharge plasma.
As a result, the amount of plasma in the chamber becomes abundant, the amount of plasma moving toward the substrate increases, and the etching process can be performed at high speed.

【0027】また、第2発明では、磁気中性線放電プラ
ズマの上方位置に、プラズマ電位に対して負バイアスと
なる電位を印加した電子遮蔽電極を設けると共に、磁気
中性線放電プラズマと基板との中間位置に、プラズマ電
位に対して負バイアスとなる電位を印加したイオン加速
電極を設けたので、磁気中性線放電プラズマから拡散し
チャンバ内の空間を上および下方向に飛来する電子は、
電子遮蔽電極およびイオン加速電極によって磁気中性線
放電プラズマの発生領域に向かって押し返され、他方、
イオン加速電極とプラズマ電位との電位差によってイオ
ン(陽イオン)が加速され、指向性が良いイオンが基板
に到達することになり、エッチング処理を高速で行うこ
とができると共に、基板へのイオンの入射を揃え、加工
に均一性をもたせることができるようになる。
According to the second aspect of the invention, an electron shield electrode to which a negative bias with respect to the plasma potential is applied is provided above the magnetic neutral line discharge plasma, and the magnetic neutral line discharge plasma and the substrate are provided. An ion accelerating electrode applied with a potential that is a negative bias with respect to the plasma potential is provided at an intermediate position of, so that electrons that diffuse from the magnetic neutral discharge plasma and fly up and down in the space in the chamber are
The electron shield electrode and the ion accelerating electrode push the magnetic neutral line discharge plasma back toward the generation region, while
Ions (positive ions) are accelerated by the potential difference between the ion accelerating electrode and the plasma potential, and ions having a good directivity reach the substrate, so that the etching process can be performed at high speed and the ions are incident on the substrate. It becomes possible to make uniform and to have uniformity in processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態を示すドライエッ
チング装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a dry etching apparatus showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施の形態を示すドライエッ
チング装置の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a dry etching apparatus showing a second embodiment of the present invention.

【図3】 従来の磁気中性線放電プラズマを用いたドラ
イエッチング装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional dry etching apparatus using magnetic neutral line discharge plasma.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…チャンバ(プラズマ生成用円筒チャンバ)、2,
3,4…磁場発生コイル、5…高周波コイル、6…高周
波電源、7…プロセスガス導入口、8…真空排気口、9
…真空ポンプ、10…基板ステージ、11…基板、12
…高周波電源、13…磁気中性線放電プラズマ、14,
15,18…電子遮蔽電極、16,17,19,21…
直流電源、20…イオン加速電極。
1 ... chamber (cylindrical chamber for plasma generation), 2,
3, 4 ... Magnetic field generating coil, 5 ... High frequency coil, 6 ... High frequency power source, 7 ... Process gas inlet, 8 ... Vacuum exhaust port, 9
... vacuum pump, 10 ... substrate stage, 11 ... substrate, 12
… High frequency power supply, 13… Magnetic neutral line discharge plasma, 14,
15, 18 ... Electron shield electrodes, 16, 17, 19, 21 ...
DC power supply, 20 ... Ion acceleration electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 岱二郎 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Taijiro Uchida 2500 Hagizono, Chigasaki City, Kanagawa Japan Vacuum Technology Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電体からなるプラズマ生成用チャンバ
と、このプラズマ生成用チャンバの外周囲に配置された
第1〜第3の磁場発生コイルと、この第1の磁場発生コ
イルと第3の磁場発生コイルとの中間に位置する第2の
磁場発生コイルの内側かつ前記プラズマ生成用チャンバ
の外周囲に配置された高周波コイルとを備え、前記第1
および第3の磁場発生コイルに同方向の電流を前記第2
の磁場発生コイルに逆方向の電流を流し、前記高周波コ
イルに高周波を印加することにより導入ガスをイオン化
し、前記プラズマ生成用チャンバ内に生成された磁気中
性線放電プラズマが下方に配置されている基板方向に移
動することにより、この基板に対してドライエッチング
処理を行うドライエッチング装置において、 前記磁気中性線放電プラズマの上方位置および前記磁気
中性線放電プラズマと前記基板との中間位置にプラズマ
電位に対して負バイアスとなる電位が印加された電子遮
蔽電極が設けられていることを特徴とするドライエッチ
ング装置。
1. A plasma generating chamber made of a dielectric material, first to third magnetic field generating coils arranged around the outer periphery of the plasma generating chamber, the first magnetic field generating coil and the third magnetic field. A high frequency coil disposed inside the second magnetic field generating coil positioned in the middle of the generating coil and outside the plasma generating chamber;
And a current in the same direction is applied to the second magnetic field generating coil in the second direction.
A reverse current is applied to the magnetic field generating coil, and a high frequency is applied to the high frequency coil to ionize the introduced gas, and the magnetic neutral wire discharge plasma generated in the plasma generating chamber is arranged below. In a dry etching apparatus that performs a dry etching process on the substrate by moving in the direction of the substrate, the magnetic neutral line discharge plasma is positioned above the magnetic neutral line discharge plasma and at an intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma and the substrate. A dry etching apparatus characterized in that an electron shielding electrode is provided to which a negative bias is applied with respect to the plasma potential.
【請求項2】 誘電体からなるプラズマ生成用チャンバ
と、このプラズマ生成用チャンバの外周囲に配置された
第1〜第3の磁場発生コイルと、この第1の磁場発生コ
イルと第3の磁場発生コイルとの中間に位置する第2の
磁場発生コイルの内側かつ前記プラズマ生成用チャンバ
の外周囲に配置された高周波コイルとを備え、前記第1
および第3の磁場発生コイルに同方向の電流を前記第2
の磁場発生コイルに逆方向の電流を流し、前記高周波コ
イルに高周波を印加することにより導入ガスをイオン化
し、前記プラズマ生成用チャンバ内に生成された磁気中
性線放電プラズマが下方に配置されている基板方向に移
動することにより、この基板に対してドライエッチング
処理を行うドライエッチング装置において、 前記磁気中性線放電プラズマの上方位置にプラズマ電位
に対して負バイアスとなる電位が印加された電子遮蔽電
極が設けられ、 前記磁気中性線放電プラズマと前記基板との中間位置に
プラズマ電位に対して負バイアスとなる電位が印加され
たイオン加速電極が設けられていることを特徴とするド
ライエッチング装置。
2. A plasma generating chamber made of a dielectric material, first to third magnetic field generating coils arranged around the outer periphery of the plasma generating chamber, the first magnetic field generating coil and the third magnetic field. A high frequency coil disposed inside the second magnetic field generating coil positioned in the middle of the generating coil and outside the plasma generating chamber;
And a current in the same direction is applied to the second magnetic field generating coil in the second direction.
A reverse current is applied to the magnetic field generating coil, and a high frequency is applied to the high frequency coil to ionize the introduced gas, and the magnetic neutral wire discharge plasma generated in the plasma generating chamber is arranged below. In a dry etching apparatus for performing a dry etching process on the substrate by moving it toward the existing substrate, an electron having a negative bias with respect to the plasma potential is applied above the magnetic neutral line discharge plasma. A dry etching, wherein a shield electrode is provided, and an ion acceleration electrode to which a potential that is a negative bias with respect to the plasma potential is applied is provided at an intermediate position between the magnetic neutral line discharge plasma and the substrate. apparatus.
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CN119725061A (en) * 2023-09-27 2025-03-28 中微半导体设备(上海)股份有限公司 A plasma etching device and working method

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