JP3905870B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマプロセッシングに係り、特に平行平板型RIE方式のプラズマ処理装置に関する。
The present invention relates to plasma processing, and more particularly to a parallel plate RIE type plasma processing apparatus .
従来より、半導体デバイスやFPD(Flat Panel Display)の製造プロセスにおけるエッチング加工では、平行平板型のプラズマエッチング装置が多く用いられている。平行平板型プラズマエッチング装置は、処理容器または反応室内に上部電極と下部電極とを平行に配置し、下部電極の上に被処理基板(半導体ウエハ、ガラス基板等)を載置し、下部電極および上部電極の少なくとも一方に整合器を介して高周波電圧を印加する。この高周波電圧によって両電極間に形成される電界により電子が加速され、電子と処理ガス分子との衝突電離によってプラズマが発生し、プラズマで生成されるラジカルやイオンによって基板表面の膜がエッチングされる。特に、平行平板型のRIE(Reactive Ion Etching)方式では、プラズマ中のイオンが基板表面付近に生起するイオンシースの電界で加速されて基板表面に垂直に入射することにより、方向性にすぐれた異方性エッチングも可能となっている。概してこの方式は、カソードカップリングを採用し、上部電極を接地して、下部電極にプラズマ励起用の高周波を印加する(たとえば特許文献1参照)。
従来の平行平板型RIEプラズマエッチング装置は、基板サイズの大きいアプリケーション、特に大口径(たとえば300mm)ウエハやFPD基板のエッチング加工においてエッチング均一性やエッチング能力等の面で限界があった。具体的には、アルミニウム、チタン、チタン含有金属類のエッチングでは、低圧下での高密度プラズマを要求されるため、RFパワーを高くする必要がある。ところが、RFパワーを高くすると、プラズマが基板中心部付近に集中し、プラズマ密度分布の均一性ないしエッチング均一性が低下するという問題があった。また、アルミニウム合金、ITO(インジウムスズ酸化物)類のエッチングやシリコン酸化膜(SiO2)のエッチングでは、十分なエッチングレートが得られず、選択性もよくなかった。このことから、これらの被エッチング材については、高密度プラズマの生成に有利な誘導結合プラズマエッチング装置(ICP)が採用されてきた。
また、下部2周波重畳印加方式は、上記のようなカソード・カップリング方式のプラズマ処理装置において、基板を支持する下部電極にプラズマ生成に適した比較的高い周波数(一般に27MHz以上)の第1高周波とイオン引き込みに適した比較的低い周波数(一般に13.56MHz以下)の第2高周波とを重畳して印加するものである。下部2周波重畳印加方式を採用する従来のプラズマ処理装置においては、第1高周波および第2高周波の給電路にそれぞれ設けられる2つの整合器をどちらもL型回路で構成し、異なる高周波に対する各整合器の誤動作を防止するために、各整合器に個別のフィルタを設けており、整合器全体の大型化、高コスト化を招いていた。
The conventional parallel plate type RIE plasma etching apparatus has a limit in terms of etching uniformity, etching ability, and the like in an application with a large substrate size, particularly etching of a large diameter (for example, 300 mm) wafer or FPD substrate. Specifically, since etching of aluminum, titanium, and titanium-containing metals requires high-density plasma under a low pressure, it is necessary to increase the RF power. However, when the RF power is increased, there is a problem that the plasma is concentrated near the center of the substrate and the uniformity of the plasma density distribution or the etching uniformity is lowered. In addition, etching of aluminum alloys and ITO (indium tin oxide) and etching of silicon oxide film (SiO 2 ) did not provide a sufficient etching rate, and the selectivity was not good. Therefore, an inductively coupled plasma etching apparatus (ICP) that is advantageous for generating high-density plasma has been adopted for these materials to be etched.
In addition, the lower two-frequency superimposing method is a first high frequency of a relatively high frequency (generally 27 MHz or more) suitable for plasma generation in the lower electrode supporting the substrate in the above-described cathode-coupling type plasma processing apparatus. And a second high frequency wave having a relatively low frequency (generally 13.56 MHz or less) suitable for ion attraction. In the conventional plasma processing apparatus that employs the lower two-frequency superimposing application method, each of the two matching units provided in the first and second high-frequency power supply paths is configured by an L-type circuit, and each matching for different high frequencies is performed. In order to prevent malfunction of the unit, each matching unit is provided with an individual filter, which leads to an increase in the size and cost of the entire matching unit.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、2周波重畳印加方式において整合回路の小型化および低コスト化を実現するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that realizes downsizing and cost reduction of a matching circuit in a two-frequency superimposed application method .
上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ処理装置は、真空可能な処理容器内で上部電極と対向して配置される下部電極の上に被処理基板を載置し、両電極間に高周波電界を形成するとともに処理ガスを流し込んで前記処理ガスのプラズマを生成し、前記プラズマの下で前記被処理基板に所望のプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、前記下部電極に第1の周波数を有する第1の高周波を印加するための第1の高周波電源と、前記第1の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第1の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第1の整合回路と、前記下部電極に前記第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する第2の高周波を印加するための第2の高周波電源と、前記第2の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第2の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第2の整合回路とを有し、前記第2の整合回路が出力段にコイルを有するT型回路として構成され、前記出力段のコイルが前記第1の高周波電源からの前記第1の高周波を遮断するためのハイカットフィルタを構成する。
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus of the present invention places a substrate to be processed on a lower electrode arranged opposite to an upper electrode in a vacuumable processing vessel, and between the electrodes. A plasma processing apparatus that forms a high-frequency electric field and flows a processing gas into the processing gas to generate a plasma of the processing gas, and performs a desired plasma processing on the substrate to be processed under the plasma. A first high-frequency power supply for applying a first high-frequency power having a frequency, and the first high-frequency power supply for matching the impedance on the first high-frequency power supply side and the load impedance on the lower electrode side, A first matching circuit connected between the lower electrode and a second high-frequency power source for applying a second high-frequency power having a second frequency lower than the first frequency to the lower electrode; A second matching circuit connected between the second high-frequency power source and the lower electrode in order to match the impedance on the second high-frequency power source side and the load impedance on the lower electrode side; The second matching circuit is configured as a T-type circuit having a coil in the output stage, and the coil in the output stage constitutes a high-cut filter for blocking the first high frequency from the first high frequency power supply. .
上記プラズマ処理装置では、被処理基板を載置する下部電極に周波数の異なる第1および第2の高周波を重畳して印加する2周波重畳印加方式において、周波数の低い第2の高周波側の第2の整合回路を最終出力段にコイルを有するT型回路で構成して、該コイルマッチング調整を行うための整合回路と低周波側の第2の高周波電源を保護するためのハイカットフィルタとを兼用させるようにしており、第2の整合回路のサイズおよびコストの大幅な低減を実現することができる。 In the plasma processing apparatus, in the two-frequency superimposed application method in which the first and second high frequencies having different frequencies are superimposed and applied to the lower electrode on which the substrate to be processed is placed, the second on the second high frequency side having a low frequency is applied. And a matching circuit for performing coil matching adjustment and a high-cut filter for protecting the second high-frequency power source on the low frequency side. Thus, the size and cost of the second matching circuit can be significantly reduced.
上記プラズマ処理装置において、第2の整合回路を構成する素子の数を最小限とするために、第2の整合回路が、第2の高周波電源の出力端子と下部電極との間で出力段のコイルと直列に接続される入力段の第1のコンデンサと、この第1のコンデンサと該コイルとの接続点とグランド電位との間に接続される第2のコンデンサとを有するのが好ましい。この場合、マッチング調整を行う上で、第1および第2のコンデンサの少なくとも一方がキャパシタンスの可変調整可能な可変コンデンサであるのが好ましい。出力段のコイルは、高周波遮断機能を保証するために100オーム以上のインピーダンスを有するのが好ましい。 In the plasma processing apparatus, in order to minimize the number of elements constituting the second matching circuit, the second matching circuit is connected between the output terminal of the second high-frequency power source and the lower electrode. It is preferable to have a first capacitor in the input stage connected in series with the coil, and a second capacitor connected between the connection point of the first capacitor and the coil and the ground potential. In this case, when performing matching adjustment, it is preferable that at least one of the first and second capacitors is a variable capacitor whose capacitance can be variably adjusted. The output stage coil preferably has an impedance of 100 ohms or more to ensure a high frequency cutoff function.
また、上記プラズマ処理装置において、プラズマ密度の分布特性を最適化するために、第1の周波数が10MHz〜30MHzの範囲内に設定され、第2の周波数が2MHz〜6MHzの範囲内に設定されるのが好ましい。上部電極は典型的にはグランド電位に接続されてよい。上記プラズマ処理装置で使用する処理ガスは、Cl2,BCl3,HCl,SF6,CF4,CHF3,CH2,F2,O2,N2,H2,Ar,Heの中の1種を含む単ガスまたは2種以上を含む混合ガスであってよい。 In the plasma processing apparatus, the first frequency is set in the range of 10 MHz to 30 MHz and the second frequency is set in the range of 2 MHz to 6 MHz in order to optimize the distribution characteristics of the plasma density. Is preferred. The upper electrode may typically be connected to ground potential. The processing gas used in the plasma processing apparatus is one of Cl 2 , BCl 3 , HCl, SF 6 , CF 4 , CHF 3 , CH 2 , F 2 , O 2 , N 2 , H 2 , Ar, and He. It may be a single gas containing seeds or a mixed gas containing two or more kinds.
本発明のプラズマ処理装置によれば、上記のような構成と作用を有することにより、2周波重畳印加方式において整合回路の小型化および低コスト化を実現することができる。
According to the plasma processing apparatus of the present invention , the matching circuit can be reduced in size and cost in the two-frequency superimposed application method by having the above-described configuration and operation.
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、本発明の一実施形態におけるプラズマエッチング装置の要部の構成を示す。このプラズマエッチング装置は、平行平板型RIEプラズマエッチング装置として構成されており、たとえばアルミニウムまたはステンレス鋼等の金属製の真空チャンバ(処理容器)10を有している。チャンバ10は保安接地されている。
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention. This plasma etching apparatus is configured as a parallel plate RIE plasma etching apparatus, and has a vacuum chamber (processing vessel) 10 made of metal such as aluminum or stainless steel. The
チャンバ10内の底面にはセラミックなどの絶縁板12を介してたとえばアルミニウムからなる支持台14が設置され、この支持台14の上にたとえばアルミニウムからなる下部電極16が設けられている。この下部電極16は、被処理基板(たとえばFPD基板)Gを載置するための載置台を兼ねている。
A
下部電極16の上方にはこの電極16と平行に対向して上部電極18が配置されている。この上部電極18には、シャワーヘッドを構成するための多数の貫通孔またはガス吐出口18aが形成されている。上部電極18の背後に設けられているガス導入口20には、処理ガス供給源22からのガス供給管24が接続されている。このガス供給管24の途中には流量調整器(MFC)26および開閉弁28が設けられている。
An
チャンバ10の底部には排気口30が設けられ、この排気口30に排気管32を介して排気装置34が接続されている。排気装置34は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、チャンバ10内のプラズマ空間を所望の真空度まで減圧できるようになっている。チャンバ10の側壁には基板搬入出口(図示せず)が設けられ、この基板搬入出口にゲートバルブ(図示せず)を介して隣室のたとえばロードロックチャンバ(図示せず)が接続されている。
An
このプラズマエッチング装置では、下部電極16を電気的にカソードカップリング配置としている。上部電極18はチャンバ10を介してグランド電位に接続(接地)されている。一方、下部電極16には、それぞれ第1および第2の整合器36,38を介して第1および第2の高周波電源40,42が電気的に接続されている。
In this plasma etching apparatus, the
第1の高周波電源40は、主としてプラズマの生成に寄与するための好ましくは10MHz〜30MHzの周波数(たとえば13.56MHzまたは27.12MHz)を有する第1の高周波(以下、「ソース用高周波」と称する。)RFsを所望のパワーで出力する。第1の整合器36は、高周波電源40側のインピーダンスと下部電極16側の負荷インピーダンスとの整合をとるためのものであり、マッチング調整を行うための整合回路44と、高周波電源40を保護するためのバンドパスフィルタ46とを有している。
The first high
整合回路44は、2つの可変コンデンサ48,50と1つのコイル52とからなるL型回路として構成されている。より詳細には、入力端子(ノードNa)とグランド電位との間にコンデンサ48が接続され、入力端子(ノードNa)と出力端子(ノードNc)との間にコイル52とコンデンサ50とが直列に接続されている。両可変コンデンサ48,50のキャパシタンスを可変調整することで、整合回路44を含む下部電極16側の負荷インピーダンスをバンドパスフィルタ46を含む第1の高周波電源40側のインピーダンスに見かけ上一致させられるようになっている。
The
バンドパスフィルタ46は、コイル54とコンデンサ56とを直列接続してなる直列共振回路として構成されており、ソース用高周波RFs付近の周波数帯域のみを選択的に通すようになっている。後述する第2の高周波電源42からの高周波RFbが整合回路44を通り抜けてきても、このバンドパスフィルタ46で遮断され、第1の高周波電源40へは伝わらないようになっている。
The band-
第2の高周波電源42は、主として自己バイアスVdcの調整に寄与するための好ましくは2MHz〜6MHzの周波数(たとえば3.2MHz)を有する第2の高周波(以下、「バイアス用高周波」と称する。)RFbを所望のパワーで出力する。第2の整合器38は、高周波電源42側のインピーダンスと下部電極16側の負荷インピーダンスとの整合をとるためのものであり、2つの可変コンデンサ58,60と1つのコイル62とからなるT型回路でマッチング調整用の整合回路と高周波電源42を保護するためのフィルタ回路とを兼用している。
The second high
より詳細には、高周波電源42側の整合器入力端子と下部電極16側の整合器出力端子(ノードNc)との間にコンデンサ58とコイル62とが直列に接続され、コンデンサ58とコイル62との接続点(ノードNb)とグランド電位との間にコンデンサ60が接続されている。このT型回路において、最終出力段のコイル62は、単独で、ないしはグランド側のコンデンサ60との組み合わせでハイカットフィルタを構成し、第1の高周波電源40からのソース用高周波RFsを遮断する機能を有する。この高周波遮断機能を保証するために、コイル62のインピーダンスを100オーム以上とするのが好ましい。一方で、両可変コンデンサ58,60のキャパシタンスを可変調整することで、この整合回路(58,60,62)を含む下部電極16側の負荷インピーダンスを第2の高周波電源42側のインピーダンスに見かけ上一致させられるようになっている。なお、整合器出力端子(ノードNc)と下部電極16との間の給電ライン64は給電棒で構成されてよい。
More specifically, a
このように、この実施形態のプラズマエッチング装置では、下部電極16にソース用高周波RFsとバイアス用高周波RFbとを重畳して印加する2周波重畳印加方式において、低周波側の整合器38を最終出力段にコイル62を有する3素子(58,60,62)のT型回路で構成して、該コイル62に低周波側つまりバイアス用高周波RFb側の高周波電源42を保護するためのハイカットフィルタを兼用させるようにしている。これにより、整合器38のサイズおよびコストの大幅な低減を実現している。
As described above, in the plasma etching apparatus of this embodiment, in the two-frequency superimposing application method in which the source high-frequency RF s and the bias high-frequency RF b are superimposed and applied to the
このプラズマエッチング装置において、エッチングを行なうには、先ずゲートバルブを開状態にして加工対象の基板Gをチャンバ10内に搬入して、下部電極16の上に載置する。そして、処理ガス供給源22より所定のエッチングガスを所定の流量および流量比でチャンバ10内に導入し、排気装置34によりチャンバ10内の圧力を設定値にする。さらに、下部電極16に対して、第1の高周波電源40よりソース用の高周波RFsを所定のパワーで印加するとほぼ同時に、第2の高周波電源42より所定のパワーでバイアス用の高周波RFbを所定のパワーで印加する。シャワーヘッド(上部電極)18より吐出されたエッチングガスは両電極16,18間で高周波放電によってプラズマ化し、このプラズマで生成されるラジカルやイオンによって基板Gの主面がエッチングされる。
In order to perform etching in this plasma etching apparatus, first, the gate valve is opened and the substrate G to be processed is loaded into the
ここで、第1の高周波電源40より下部電極16に印加されるソース用高周波RFsは、主として下部電極16と上部電極18との間の高周波放電に作用し、ひいてはプラズマの生成に強く作用する。一般に、平行平板型では両電極間に印加する高周波の周波数を上げるほど、プラズマ密度を高くすることができるが、電極中心部側が電極エッジ部側よりも高くなりやすくなる。また、ソース用高周波RFsのパワーを上げるほど、プラズマに与えるエネルギーを大きくし、プラズマ密度を高めることができるが、やはり電極中心部にプラズマが集中しやすくなってプラズマ密度分布の均一性は低下する。この実施形態では、後述するようにバイアス用高周波RFbとの2周波重畳印加によりこの問題を解決している。
Here, the source high-frequency RF s applied to the
第2の高周波電源42より下部電極16に印加されるバイアス用高周波RFbは、一次的には下部電極16ないし基板Gに生成される負の自己バイアス電圧Vdcの大きさ(絶対値)に作用し、ひいてはプラズマ中のイオンを基板Gに引き込む電界の強度に作用する。一般に、自己バイアス電圧Vdcには周波数軸上で極大点があり、バイアス用高周波RFbの周波数が高すぎると(6MHz以上では)却ってVdcが小さくなり、バイアス用高周波RFbの周波数が低くなりすぎてもVdcが小さくなる。かかる観点から、この実施形態では、バイアス用高周波RFbを2MHz〜6MHzの範囲内に設定する。
The bias high-frequency RF b applied to the
本発明者は、この実施形態における2周波重畳印加方式の平行平板型RIEプラズマエッチング装置において、幾多の実験を重ねて鋭意検討したところ、ソース用高周波RFsとバイアス用高周波RFbの周波数やパワー、さらには圧力やエッチングガス等の他のエッチング条件を適宜選択することで、ラジカルベースの化学的エッチングとイオンベースの物理的エッチングとをそれぞれ独立制御または最適化制御できるだけでなく、特定の被エッチング材についてプラズマ密度分布の均一性を向上できることやICP(誘導結合プラズマエッチング装置)に匹敵するエッチング能力が得られることを見い出した。 The present inventor has conducted extensive studies on the parallel-plate type RIE plasma etching apparatus of the two-frequency superimposing application method in this embodiment, and as a result, studied the frequency and power of the high frequency RF s for source and the high frequency RF b for bias. In addition, by appropriately selecting other etching conditions such as pressure and etching gas, radical-based chemical etching and ion-based physical etching can be controlled independently or optimized, respectively, as well as specific etching target It has been found that the uniformity of the plasma density distribution can be improved for the material and that an etching capability comparable to that of an ICP (inductively coupled plasma etching apparatus) can be obtained.
次に、この実施形態のプラズマエッチング装置におけるプラズマエッチング方法の実施例を説明する。 Next, an example of the plasma etching method in the plasma etching apparatus of this embodiment will be described.
図1のプラズマエッチング装置を使用し、アルミニウム(Al)のエッチングにおいてソース用高周波RFs(13.56MHz)パワーPsとバイアス用高周波RFb(3.2MHz)のパワーPbとをパラメータにしてプラズマ密度分布の均一性を評価した。 The plasma etching apparatus of FIG. 1 is used, and in the etching of aluminum (Al), the source high frequency RF s (13.56 MHz) power P s and the bias high frequency RF b (3.2 MHz) power P b are parameters. The uniformity of plasma density distribution was evaluated.
アルミニウムの配線を設ける多層配線構造では、絶縁膜の埋め込みを容易にするために下層側、特に最下層のアルミニウム配線にはテーパエッチングが望まれている。FPDのアルミニウム・テーパエッチングにおいては、異方性エッチングを可能とするため、圧力を下げてソース用高周波RFsのパワーPsを上げることが望ましい。 In a multilayer wiring structure in which aluminum wiring is provided, taper etching is desired for the lower layer side, particularly the lowermost aluminum wiring, in order to facilitate embedding of an insulating film. In FPD aluminum taper etching, in order to enable anisotropic etching, it is desirable to increase the power P s of the source high-frequency RF s by lowering the pressure.
ところが、図4〜図6の比較例1,2,3に示すように、バイアス用高周波RFbを印加しないソース用高周波RFsだけの単周波印加方式においては、RFsのパワーPsを上げるほど、チャンバ内の圧力を下げるほど、プラズマ密度が各位置で高くなるものの、電極中心部付近が異常に突出して高くなるという不都合な現象が出てくる。また、図4に示すように、電極間ギャップ(GAP)を大きくしても、プラズマ密度の均一性は低下する。より詳細には、210mmの電極間ギャップ(GAP)において、圧力を5mTorr以下とし、ソース用高周波RFsのパワーPsを1000W以上とする条件のアプリケーションでは、均一性の良いプラズマ密度分布を得ることは先ず無理である。 However, as shown in Comparative Examples 1, 2 and 3 in FIGS. 4-6, in a single frequency application type only source for high frequency RF s no applied bias RF RF b raises the power P s of RF s The lower the pressure in the chamber, the higher the plasma density at each position, but there is an inconvenient phenomenon that the vicinity of the center of the electrode abnormally protrudes and becomes higher. Moreover, as shown in FIG. 4, even if the gap between electrodes (GAP) is increased, the uniformity of the plasma density decreases. More specifically, in the inter-electrode gap of 210 mm (GAP), and the pressure of the following 5 mTorr, in the condition that the power P s of the source frequency RF s or more 1000W application, to obtain a good plasma density distribution uniformity Is impossible first.
これに対して、2周波重畳印加方式の実施例1では、図2および図3に示すように、ソース用高周波RFsのパワーPsに比例させて、好ましくは1/10以上の比率でバイアス用高周波RFbのパワーPbを選択することで、上記条件のアプリケーションでもほぼ均一なプラズマ密度分布が得られた。これにより、図1のプラズマエッチング装置を使用して、基板G上のアルミニウム膜についてエッチング均一性に優れた所望のエッチング加工を行えることが確認された。また、チタンおよびチタン含有金属もアルミニウムと同じカテゴリに属する被エッチング材であり、これらの金属についても同様にエッチング均一性に優れた所望のエッチング加工を行うことができる。 On the other hand, in the first embodiment of the two-frequency superimposed application method, as shown in FIGS. 2 and 3, the bias is preferably proportional to the power P s of the source high-frequency RF s , preferably at a ratio of 1/10 or more. By selecting the power P b of the high frequency RF b for use, a substantially uniform plasma density distribution was obtained even in the application under the above conditions. Thereby, it was confirmed that the plasma etching apparatus of FIG. 1 can be used to perform a desired etching process with excellent etching uniformity on the aluminum film on the substrate G. Titanium and titanium-containing metals are materials to be etched that belong to the same category as aluminum, and these metals can be similarly etched with excellent etching uniformity.
なお、図2および図4のデータは、チャンバ10の側壁に設けられているモニタ窓(図示せず)を通してチャンバ内部(特に両電極間)のプラズマ発光状態を目視観測で評価したものであり、プラズマ発光領域が一箇所(通常は中心部)に集中している現象が見られたときは均一性不良(×)とし、プラズマ発光領域がほぼ一様に分布している現象が見られたときは均一性良好(○)としている。一方、図3、図5および図6のデータは、ネットワークアナライザを用いるプラズマ吸収プローブ(PAP)法により電子密度分布としてプラズマ密度分布を計測したものである。
The data in FIGS. 2 and 4 are obtained by visually observing the plasma emission state inside the chamber (particularly between both electrodes) through a monitor window (not shown) provided on the side wall of the
また、上記実施例1および比較例1,2ではエッチングガスとして塩素ガスCl2(流量300または200sccm)を使用しているが、図6の参考例に示すように、Cl2ガスにアルゴンArを適量な流量比(好ましくはCl2/Ar=125/75〜100/100)で混合する手法からもプラズマ密度分布の均一性を改善できることがわかった。
In Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, chlorine gas Cl 2 (flow
図1のプラズマエッチング装置を使用し、アルミニウム合金の一種であるアルミニウム・ネオジム(AlNd)のエッチングにおいてバイアス用高周波RFb(3.2MHz)のパワーPbをパラメータにしてエッチングレートの大きさを評価した。他の主なエッチング条件として、電極間ギャップ(GAP)を140mm、エッチングガスをCl2(流量300sccm)、チャンバ内圧力を5mTorr、温度(上部電極(T)/下部電極(B)/チャンバ側壁(W))=60/20/60゜C、ソース用高周波RFs(13.56MHz)のパワーPbを2000Wに設定した。エッチングガスは、BCl3などの他の塩素系ガスも使用可能である。
Using a plasma etching apparatus of FIG. 1, in the etching of aluminum-neodymium which is a kind of aluminum alloy (AlNd) was the power P b of a high frequency bias RF b (3.2 MHz) to the parameter estimation the magnitude of the etching rate did. As other main etching conditions, the gap between electrodes (GAP) is 140 mm, the etching gas is Cl 2 (flow
また、被処理基板Gとして550×650サイズのLCD用ガラス基板を使用し、図8に示すように基板上の多数の測定ポイント(1〜14)でエッチングレートを測定し、中心部(7,8)および中間部(4,5,10,11)については平均値を求め、エッジ部(1,2,3,6,9,12,13,14)については最大値と最小値を求めた。 Further, a glass substrate for LCD having a size of 550 × 650 is used as the substrate to be processed G, and the etching rate is measured at a large number of measurement points (1 to 14) on the substrate as shown in FIG. 8) and average values were determined for the intermediate portions (4, 5, 10, 11), and maximum values and minimum values were determined for the edge portions (1, 2, 3, 6, 9, 12, 13, 14). .
図8のグラフに示すように、バイアス用高周波RFb(3.2MHz)のパワーPbを高くするほど、アルミニウム・ネオジムのエッチングレートが増大し、Pb=1000W以上でほぼ2000Å/min以上のエッチングレートが得られることがわかる。このことにより、アルミニウム合金のエッチング加工に図1のプラズマエッチング装置を使用することで、ICP(誘導結合プラズマエッチング装置)に匹敵するほどの十分なエッチング能力が得られることが確認された。また、本発明の2周波重畳印加方式によりプラズマ密度の均一化も図れるため、エッチング均一性の向上も図れる。なお、ITOもアルミニウム合金と同じカテゴリに属する被エッチング材であり、この合金についてもアルミニウム合金に対するのと同様のエッチング能力を得ることができる。 As shown in the graph of FIG. 8, the higher the power P b of the high frequency RF b (3.2 MHz) for bias, the higher the etching rate of aluminum / neodymium, which is approximately 2000 = / min or more at P b = 1000 W or more. It can be seen that the etching rate can be obtained. Thus, it was confirmed that by using the plasma etching apparatus of FIG. 1 for etching the aluminum alloy, a sufficient etching capability comparable to that of an ICP (inductively coupled plasma etching apparatus) can be obtained. Moreover, since the plasma density can be made uniform by the two-frequency superimposed application method of the present invention, the etching uniformity can be improved. In addition, ITO is also a material to be etched belonging to the same category as the aluminum alloy, and this alloy can obtain the same etching ability as that for the aluminum alloy.
図1のプラズマエッチング装置を使用し、シリコン基板またはシリコン層(Si)を下地層とするシリコン酸化膜(SiO2)のエッチングにおいてバイアス用高周波RFb(3.2MHz)のパワーPbをパラメータにして各エッチングレートおよび選択比を測定した。他の主なエッチング条件として、電極間ギャップ(GAP)を140mm、エッチングガスをCHF3(流量200sccm)、チャンバ内圧力を5mTorr、温度(上部電極(T)/下部電極(B)/チャンバ側壁(W))=60/20/60゜C、ソース用高周波RFs(27.12MHz)のパワーPbを2500Wに設定した。ここで、ソース用高周波RFsの周波数を27.12MHzとするのは、13.56MHzよりも高密度のプラズマを得るためである。エッチングガスは、CHF3のみならず、CF4,CH2F2,C4F8の中のいずれか1種または2種のガスとH2,Arとの混合ガスなども使用可能である。また、SF6,O2および希ガスの混合ガスを用いてもよい。
In the etching of the silicon oxide film (SiO 2 ) with the silicon substrate or the silicon layer (Si) as a base layer, the power P b of the bias high frequency RF b (3.2 MHz) is used as a parameter in the plasma etching apparatus of FIG. Each etching rate and selectivity were measured. As other main etching conditions, the gap between electrodes (GAP) is 140 mm, the etching gas is CHF 3 (flow
図9のグラフに示すように、バイアス用高周波RFb(3.2MHz)のパワーPbを高くするほど、SiO2のエッチングレートが増大し、Pb=1000W以上でほぼ1000Å/min以上のエッチングレートが得られるとともに約10以上の選択比が得られることがわかる。このように、SiO2膜のエッチング加工に図1のプラズマエッチング装置を使用することで、ICP(誘導結合プラズマエッチング装置)に匹敵するほどの十分なエッチング能力が得られることが確認された。また、本発明の2周波重畳印加方式によりプラズマ密度の均一化も図れるため、エッチング均一性の向上も図れる。 As shown in the graph of FIG. 9, the higher the power P b of the bias high frequency RF b (3.2 MHz) is, the higher the SiO 2 etching rate is, and the etching is almost 1000 Å / min or more when P b = 1000 W or more. It can be seen that a rate is obtained and a selectivity of about 10 or more is obtained. As described above, it was confirmed that by using the plasma etching apparatus of FIG. 1 for the etching process of the SiO 2 film, a sufficient etching capability comparable to an ICP (inductively coupled plasma etching apparatus) can be obtained. Moreover, since the plasma density can be made uniform by the two-frequency superimposed application method of the present invention, the etching uniformity can be improved.
上記した実施形態のプラズマエッチング装置(図1)の基本形態は他のプラズマ処理装置にも適用可能であり、たとえばプラズマCVD、プラズマ酸化、プラズマ窒化、スパッタリングなどを行う種々のプラズマ処理装置に変形することができる。また、本発明における被処理基板はFPD基板に限るものではなく、半導体ウエハ、フォトマスク、CD基板、プリント基板等も可能である。 The basic form of the plasma etching apparatus (FIG. 1) of the above-described embodiment can be applied to other plasma processing apparatuses, and is modified to various plasma processing apparatuses that perform, for example, plasma CVD, plasma oxidation, plasma nitridation, sputtering, and the like. be able to. Further, the substrate to be processed in the present invention is not limited to an FPD substrate, and a semiconductor wafer, a photomask, a CD substrate, a printed substrate, and the like are also possible.
10 チャンバ(処理容器)
16 下部電極
18 上部電極
22 処理ガス供給源
34 排気装置
36 第1(ソース用)の整合器
38 第2(バイアス用)の整合器
40 第1(ソース用)の高周波電源
42 第2(バイアス用)の高周波電源
58 可変コンデンサ
60 可変コンデンサ
62 コイル
10 chamber (processing vessel)
16
Claims (7)
前記下部電極に第1の周波数を有する第1の高周波を印加するための第1の高周波電源と、
前記第1の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第1の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第1の整合回路と、
前記下部電極に前記第1の周波数よりも低い第2の周波数を有する第2の高周波を印加するための第2の高周波電源と、
前記第2の高周波電源側のインピーダンスと前記下部電極側の負荷インピーダンスとの整合をとるために前記第2の高周波電源と前記下部電極との間に接続される第2の整合回路と
を有し、前記第2の整合回路が出力段にコイルを有するT型回路として構成され、前記出力段のコイルが前記第1の高周波電源からの前記第1の高周波を遮断するためのハイカットフィルタを構成するプラズマ処理装置。 A substrate to be processed is placed on a lower electrode disposed opposite to the upper electrode in a vacuumable processing container, a high-frequency electric field is formed between both electrodes, and a processing gas is flowed to generate plasma of the processing gas. A plasma processing apparatus that generates and performs a desired plasma process on the substrate to be processed under the plasma,
A first high frequency power source for applying a first high frequency having a first frequency to the lower electrode;
A first matching circuit connected between the first high-frequency power source and the lower electrode in order to match the impedance on the first high-frequency power source side and the load impedance on the lower electrode side;
A second high frequency power source for applying a second high frequency having a second frequency lower than the first frequency to the lower electrode;
A second matching circuit connected between the second high-frequency power source and the lower electrode in order to match the impedance on the second high-frequency power source side and the load impedance on the lower electrode side; The second matching circuit is configured as a T-type circuit having a coil in the output stage, and the coil in the output stage constitutes a high-cut filter for blocking the first high frequency from the first high frequency power supply. Plasma processing equipment.
The processing gas is a single gas containing one of Cl 2 , BCl 3 , HCl, SF 6 , CF 4 , CHF 3 , CH 2 , F 2 , O 2 , N 2 , H 2 , Ar, and He, or It is a mixed gas containing 2 or more types, The plasma processing apparatus as described in any one of Claims 1-6.
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