JP2012104382A - Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and plasma treatment bias voltage determination method - Google Patents

Plasma treatment apparatus, plasma treatment method, and plasma treatment bias voltage determination method Download PDF

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郁夫 沢田
Masaaki Matsukuma
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment apparatus capable of forming an appropriate ion energy distribution according to plasma treatment, as well as a plasma treatment method and a plasma treatment bias voltage determination method.SOLUTION: The plasma treatment apparatus includes a vacuum chamber 11 having a placement stand 2 disposed inside the chamber and a DC pulse voltage generation unit 3 which applies a bias voltage, or a DC pulse voltage, to the placement stand 2. The DC pulse voltage generation unit 3 takes advantage of the fact that a peak in an ion energy distribution diagram consisting of ion energy values on a horizontal axis and ion frequencies on a vertical axis appears in correspondence to an amplitude value of the DC pulse voltage as it generates plural kinds of DC pulse voltages differing in the amplitude value from each other, whereby adjustment is made until an ion energy distribution pattern which forms an overlapping area in the distribution diagram in which peaks adjacent to each other overlap one on top of another becomes an appropriate pattern for plasma treatment.

Description

本発明は、基板に対してバイアス電圧を印加してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法並びに前記バイアス電圧の決定方法に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs plasma processing by applying a bias voltage to a substrate, a plasma processing method, and a method for determining the bias voltage.

例えば半導体装置の製造プロセスであるプラズマ処理を行う装置として、平行平板型プラズマ装置が挙げられる。この装置は、真空チャンバ内にて平行平板間に高周波電力を印加して処理ガスを励起(プラズマ化)させるものであるが、成膜時の膜質の向上やエッチング時の垂直性を得るために載置台に負電圧のバイアスを印加し、プラズマ中の正イオンを載置台上の基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に引き込むようにしている。   For example, a parallel plate type plasma apparatus can be cited as an apparatus for performing plasma processing, which is a manufacturing process of a semiconductor device. This device applies high-frequency power between parallel plates in a vacuum chamber to excite the processing gas (plasmaization). In order to improve film quality during film formation and to achieve verticality during etching. A negative voltage bias is applied to the mounting table, and positive ions in the plasma are drawn into a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) which is a substrate on the mounting table.

ところで、特許文献1には、バイアス電位が周期的に変動することにより、イオンの基板入射エネルギーが周期的に変動するが、イオン質量による電位への追従遅れがあるため、イオン追従電圧はバイアス用の高周波電圧の振幅よりも小さい振幅で時間変動することが記載されている。またイオンのエネルギーを横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図を作成すると、図10に示すような、鋭い2つのピークを持つイオンエネルギー分布が得られることが記載されている。   By the way, in Patent Document 1, although the substrate incident energy of ions periodically varies as the bias potential varies periodically, there is a delay in tracking the potential due to the ion mass, so the ion tracking voltage is used for bias. It is described that the time fluctuates with an amplitude smaller than the amplitude of the high-frequency voltage. Also, it is described that when an ion energy distribution diagram is created with ion energy on the horizontal axis and ion frequency on the vertical axis, an ion energy distribution having two sharp peaks as shown in FIG. 10 is obtained. Yes.

一方、成膜時における薄膜の結晶性の向上や、エッチング時における形状欠陥の向上を図るために、プラズマ処理の種別に応じて適切なイオンエネルギー分布が存在する。例えば図11に示すように、太陽電池用のシリコン膜の成膜プロセスでは15eV以下の低エネルギー帯(パターンA)、レジスト膜のエッチングでは例えば100eV以下のエネルギー帯(パターンB)、有機膜のエッチングプロセスでは例えば300eV〜400eV付近のエネルギー帯(パターンC)が夫々存在するイオンエネルギー分布を形成することが好ましいとされている。また多層膜のエッチングプロセスでは、図12に示すように、エッチング選択性を向上させるための低エネルギー帯(パターンD)と、エッチング形状を良好にするための高エネルギー帯(パターンE)とが存在するイオンエネルギー分布を形成することが好ましいとされている。   On the other hand, in order to improve the crystallinity of the thin film at the time of film formation and the shape defect at the time of etching, there is an appropriate ion energy distribution depending on the type of plasma treatment. For example, as shown in FIG. 11, a low energy band (pattern A) of 15 eV or less is used in the process of forming a silicon film for solar cells, and an energy band (pattern B) of 100 eV or less is used in etching a resist film. In the process, for example, it is preferable to form an ion energy distribution in which energy bands (pattern C) around 300 eV to 400 eV exist. In the multilayer film etching process, as shown in FIG. 12, there is a low energy band (pattern D) for improving etching selectivity and a high energy band (pattern E) for improving the etching shape. It is considered preferable to form an ion energy distribution.

しかしながら、これらのイオンエネルギー分布はより精密な分布形状の制御が必要であり、従来の手法ではプラズマ処理に応じて適切なイオンエネルギー分布を形成することは困難である。   However, these ion energy distributions require a more precise control of the distribution shape, and it is difficult to form an appropriate ion energy distribution according to the plasma processing by the conventional method.

ところで、前記特許文献1では、下部電極に高周波電圧と重畳するように負DCパルス電圧を印加する技術が記載されている。この技術では、高周波電圧と負DCパルス電圧とを組み合わせることによりバイアス電位が制御されるため、イオンエネルギー分布のピーク位置を調整することができる。しかしながら、本発明者は、任意形状のイオンエネルギー分布を形成できる手法の確立を目指している。   By the way, Patent Document 1 describes a technique of applying a negative DC pulse voltage so as to be superimposed on a high frequency voltage on a lower electrode. In this technique, since the bias potential is controlled by combining the high frequency voltage and the negative DC pulse voltage, the peak position of the ion energy distribution can be adjusted. However, the present inventor aims to establish a method capable of forming an ion energy distribution having an arbitrary shape.

特開2009−187975号公報JP 2009-187975 A

本発明は、このような事情の下になされたものであり、プラズマ処理に応じて、適切なイオンエネルギー分布を形成できる技術を提供することにある。   The present invention has been made under such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a technique capable of forming an appropriate ion energy distribution in accordance with plasma processing.

このため本発明のプラズマ処理装置は、
基板が載置される載置部が内部に配置された真空チャンバと、
この真空チャンバ内にプラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、
前記載置部にDCパルス電圧であるバイアス電圧を印加するバイアス電源部と、を備え、
前記バイアス電源部は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンがプラズマ処理に適切なパターンとなるように、調整されていることを特徴とする。
Therefore, the plasma processing apparatus of the present invention is
A vacuum chamber in which a placement unit on which a substrate is placed is disposed;
A gas supply unit for supplying a processing gas for plasma processing into the vacuum chamber;
A plasma generation unit that supplies power to the processing gas to convert the processing gas into plasma;
A bias power supply unit that applies a bias voltage that is a DC pulse voltage to the mounting unit;
The bias power supply unit
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. Are generated so that the ion energy distribution pattern in which the peaks adjacent to each other in the distribution map overlap to form an overlapping region becomes an appropriate pattern for plasma processing. It is characterized by.

また本発明のプラズマ処理方法は、
基板を真空チャンバ内に載置部に載置する工程と、
この真空チャンバ内にプラズマ処理のための処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記載置部にDCパルス電圧であるバイアス電圧を印加する工程と、を含み、
このバイアス電圧を印加する工程は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンがプラズマ処理に適切なパターンとなるように、前記バイアス電圧を印加する工程であることを特徴とする。
Moreover, the plasma processing method of the present invention comprises:
Placing the substrate on the placement portion in the vacuum chamber;
Supplying a processing gas for plasma processing into the vacuum chamber;
Supplying electric power to the processing gas to turn the processing gas into plasma;
Applying a bias voltage, which is a DC pulse voltage, to the mounting portion,
The step of applying the bias voltage is as follows:
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. The bias voltage is generated in such a manner that a plurality of different DC pulse voltages are generated so that an ion energy distribution pattern in which the adjacent peaks in the distribution diagram overlap to form an overlap region becomes a pattern suitable for plasma processing. It is a step of applying a voltage.

さらに、本発明のプラズマ処理のバイアス電圧決定方法は、真空チャンバ内の載置部に基板を載置した状態で、当該真空チャンバ内に供給された処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成すると共に、前記載置部に載置された基板にプラズマ中のイオンを引き込むために当該基板にDCパルス電圧であるバイアス電圧をバイアス電源部により印加しながら基板に対してプラズマ処理を行い、
前記バイアス電源部は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンを形成するように調整され、
前記バイアス電圧の印加パターンを種々設定して、各設定毎に前記プラズマ処理を行い、各プラズマ処理を行った後の基板のプラズマ処理結果に基づいて、良好なプラズマ処理が得られるバイアス電圧の印加パターンを求めることを特徴とする。
Furthermore, the plasma processing bias voltage determination method of the present invention provides a processing gas supplied by supplying power to the processing gas supplied in the vacuum chamber in a state where the substrate is mounted on the mounting portion in the vacuum chamber. Plasma is generated by generating a plasma, and a bias voltage, which is a DC pulse voltage, is applied to the substrate by the bias power supply unit in order to attract ions in the plasma to the substrate placed on the placement unit. Perform plasma treatment,
The bias power supply unit
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. To generate a plurality of different types of DC pulse voltages, thereby adjusting an ion energy distribution pattern in which peaks adjacent to each other in the distribution map overlap to form an overlapping region,
Various application patterns of the bias voltage are set, the plasma treatment is performed for each setting, and the bias voltage is applied so that a good plasma treatment can be obtained based on the plasma treatment result of the substrate after each plasma treatment. It is characterized by obtaining a pattern.

本発明によれば、バイアス電源部において、振幅値が互に異なる複数のDCパルス電圧を発生させるかあるいは1つのDCパルス電圧において段階的に振幅値を変えているので、イオンエネルギー分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域が形成されるイオンエネルギー分布パターンを、プラズマ処理に適した形状に形成することができる。   According to the present invention, in the bias power supply unit, a plurality of DC pulse voltages having different amplitude values are generated, or the amplitude values are changed stepwise in one DC pulse voltage. An ion energy distribution pattern in which overlapping peaks are formed by overlapping peaks adjacent to each other can be formed in a shape suitable for plasma processing.

本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the plasma processing apparatus which concerns on this invention. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. 本発明に係るバイアス電圧決定方法で用いられる実験装置の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the experimental apparatus used with the bias voltage determination method which concerns on this invention. 本発明に係るバイアス電圧決定方法の第1の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st process of the bias voltage determination method which concerns on this invention. 本発明に係るバイアス電圧決定方法の第2の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd process of the bias voltage determination method which concerns on this invention. 従来のイオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the conventional ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution. イオンエネルギー分布の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of ion energy distribution.

以下本発明のプラズマ処理装置の実施の形態であるプラズマエッチング装置1の構成について、図1を参照しながら説明する。図1中11は、円筒状の真空チャンバであり、その内側表面は、例えばアルマイトコーティングされることにより絶縁されている。また真空チャンバ11の底面に設けられた排気口12には、真空ポンプ及び圧力調整部を含む排気装置13が排気路14を介して接続されており、後述する制御部100からの制御信号に基づいて真空チャンバ11内を真空排気し、所定の真空度に維持するように構成されている。図1中15は搬入口、16は搬入口を開閉するゲートバルブである。   Hereinafter, the configuration of a plasma etching apparatus 1 which is an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 11 is a cylindrical vacuum chamber, and the inner surface thereof is insulated by, for example, alumite coating. An exhaust device 12 including a vacuum pump and a pressure adjusting unit is connected to an exhaust port 12 provided on the bottom surface of the vacuum chamber 11 via an exhaust path 14, and is based on a control signal from a control unit 100 described later. The inside of the vacuum chamber 11 is evacuated to maintain a predetermined degree of vacuum. In FIG. 1, 15 is a carry-in port, and 16 is a gate valve for opening and closing the carry-in port.

この真空チャンバ11内の底面中央には、基板例えばウエハWを載置するための載置台2が設けられており、この載置台2は例えば平面形状が円形に構成されている。また、載置台2の内部には下部電極21が埋設されており、この下部電極21にはDCパルス発生部3が接続されている。このDCパルス発生部3は、載置部2に例えば1MHzの負のDCパルス電圧であるバイアス電圧を印加するバイアス電源部に相当する。   In the center of the bottom surface in the vacuum chamber 11, a mounting table 2 for mounting a substrate, for example, a wafer W, is provided. The mounting table 2 is configured to have a circular planar shape, for example. A lower electrode 21 is embedded in the mounting table 2, and a DC pulse generator 3 is connected to the lower electrode 21. The DC pulse generation unit 3 corresponds to a bias power supply unit that applies a bias voltage, for example, a negative DC pulse voltage of 1 MHz to the mounting unit 2.

このDCパルス発生部3は、例えばパルス発振器と、パルス増幅器と、ローパスフィルタとを備えており、DCパルス電圧の振幅値やパルス幅を連続的に変化させることができるように構成されている。当該実施の形態では、例えば図2(a)に示すように、振幅値が互に異なりかつ段階的に大きくなる複数種例えば4つの矩形パルス電圧波形を周期単位とする波形パターンが設定される。図中22は、プラズマをウエハWに集束させるためのフォーカスリングである。   The DC pulse generator 3 includes, for example, a pulse oscillator, a pulse amplifier, and a low-pass filter, and is configured to continuously change the amplitude value and pulse width of the DC pulse voltage. In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2A, a waveform pattern is set in which a plurality of types, for example, four rectangular pulse voltage waveforms whose amplitude values are different from each other and increase stepwise are used as a cycle unit. In the figure, reference numeral 22 denotes a focus ring for focusing plasma on the wafer W.

また、真空チャンバ11内の上方側には、載置台2と対向するようにガスシャワーヘッド4が設けられている。このガスシャワーヘッド4は、真空チャンバ11内にプラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給部をなすものである。この例ではガスシャワーヘッド4は、平面形状が円形であり、例えば石英などのセラミックスにより構成されている。ガスシャワーヘッド4は内部に処理ガスが供給される空間41を備えるように構成されると共に、その下面には真空チャンバ11内へガスを分散供給するための多数のガス供給孔42が、空間41に連通するように形成されている。前記ガスシャワーヘッド4の上面中央にはガス導入路43が設けられ、このガス導入路43の他端側はバルブV1や流量制御部44等を備えたガス供給系45介して処理ガスの供給源46に接続されている。数種類の処理ガスが供給される場合には、当該ガスシャワーヘッド4には図示しない別の導入路が接続される。図中47は絶縁体からなるカバー体である。   A gas shower head 4 is provided on the upper side in the vacuum chamber 11 so as to face the mounting table 2. The gas shower head 4 forms a gas supply unit that supplies a processing gas for plasma processing into the vacuum chamber 11. In this example, the gas shower head 4 has a circular planar shape and is made of ceramics such as quartz. The gas shower head 4 is configured to include a space 41 into which a processing gas is supplied, and a plurality of gas supply holes 42 for distributing and supplying the gas into the vacuum chamber 11 are provided on the lower surface of the gas shower head 4. It is formed so as to communicate with. A gas introduction path 43 is provided in the center of the upper surface of the gas shower head 4, and the other end of the gas introduction path 43 is supplied with a processing gas via a gas supply system 45 including a valve V 1, a flow rate controller 44 and the like. 46. When several types of processing gases are supplied, another introduction path (not shown) is connected to the gas shower head 4. In the figure, reference numeral 47 denotes a cover body made of an insulator.

また、ガスシャワーヘッド4には高周波電源部5が接続されている。この高周波電源部5はプラズマ発生用の高周波電力を供給するものであり、例えば100MHzの高周波を印加するように構成されている。この例では、高周波電源部5が、処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成部に相当する。   A high frequency power supply unit 5 is connected to the gas shower head 4. The high-frequency power supply unit 5 supplies high-frequency power for generating plasma, and is configured to apply a high frequency of 100 MHz, for example. In this example, the high-frequency power supply unit 5 corresponds to a plasma generation unit that supplies power to the processing gas and converts the processing gas into plasma.

このプラズマエッチング装置には、例えばコンピュータからなる制御部100が設けられている。この制御部100は、プログラム、メモリ、CPUからなるデータ処理部を備えており、前記プログラムには制御部100からプラズマエッチング装置の各部、例えば高周波電源部5、DCパルス発生部3、排気装置13、ガス供給系45等に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることで、ウエハWに対する所定のプラズマ処理、例えばエッチング処理が実施されるように命令(各ステップ)が組み込まれている。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)等の記憶部に格納されて制御部100にインストールされる
続いて、このプラズマエッチング装置1にて実施されるプラズマエッチング方法について説明する。先ずゲートバルブ16を開いて図示しない搬送機構により真空チャンバ11内にウエハWを搬入して載置台2上に載置し、搬送機構が退出した後、ゲートバルブ16を閉じる。
The plasma etching apparatus is provided with a control unit 100 including, for example, a computer. The control unit 100 includes a data processing unit including a program, a memory, and a CPU. The program includes various units of the plasma etching apparatus such as the high frequency power supply unit 5, the DC pulse generation unit 3, and the exhaust device 13. A command (each step) is incorporated so that a predetermined plasma process, for example, an etching process is performed on the wafer W by sending a control signal to the gas supply system 45 or the like and advancing each step described later. This program is stored in a storage unit such as a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, or an MO (magneto-optical disk) and installed in the control unit 100. Subsequently, the plasma etching apparatus 1 executes the program. A plasma etching method will be described. First, the gate valve 16 is opened and a wafer W is loaded into the vacuum chamber 11 by a transfer mechanism (not shown) and placed on the mounting table 2. After the transfer mechanism is retracted, the gate valve 16 is closed.

そして、排気装置13により排気路14を介して真空チャンバ11内の排気を行い、真空チャンバ11内を所定の圧力に維持する共に、真空チャンバ11内にガスシャワーヘッド4から処理ガスであるエッチングガスを導入する。一方、高周波電源部5及びDCパルス発生部3が例えば同時にオンになる。こうして下部電極21に、例えば1MHzの負のDCパルス電圧が印加されると共に、高周波電源部5から例えば100MHzのプラズマ発生用の高周波電圧が印加される。   Then, the exhaust chamber 13 exhausts the vacuum chamber 11 through the exhaust path 14 to maintain the inside of the vacuum chamber 11 at a predetermined pressure, and at the same time, an etching gas that is a processing gas from the gas shower head 4 into the vacuum chamber 11. Is introduced. On the other hand, the high frequency power supply unit 5 and the DC pulse generation unit 3 are simultaneously turned on, for example. Thus, a negative DC pulse voltage of 1 MHz, for example, is applied to the lower electrode 21, and a high frequency voltage for generating plasma of 100 MHz, for example, is applied from the high frequency power supply unit 5.

このように高周波電圧が印加されると高周波エネルギーが発生し、これにより前記処理ガス例えばCFガスが活性化されて、ガスシャワーヘッド4の下方側にてプラズマが形成される。ここで、真空チャンバ11の下方で排気が行われることにより、前記プラズマが下降し、プラズマを構成する各種イオンは、下部電極21に印加されるバイアス電圧によりウエハWに引き込まれ、異方性エッチングが行われる。 When the high-frequency voltage is applied in this way, high-frequency energy is generated, whereby the processing gas such as CF 4 gas is activated, and plasma is formed below the gas shower head 4. Here, when the exhaust is performed below the vacuum chamber 11, the plasma is lowered, and various ions constituting the plasma are drawn into the wafer W by the bias voltage applied to the lower electrode 21, and anisotropic etching is performed. Is done.

ここで、プラズマのイオンエネルギー分布について説明する。このイオンエネルギー分布とは、プラズマ中のイオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとった特性図である。先ずプラズマ発生用の高周波電源部5からは100MHzの高周波を印加しているので、この高周波印加に基づくイオンエネルギー分布を求めると、図2(b)中一点鎖線にて示すように、イオンエネルギーの領域は、例えば15eV以下における帯状の領域が得られる。   Here, the ion energy distribution of plasma will be described. This ion energy distribution is a characteristic diagram in which the horizontal axis represents the energy value of ions in the plasma and the vertical axis represents the frequency of ions. First, since a high frequency of 100 MHz is applied from the high frequency power supply unit 5 for generating plasma, when the ion energy distribution based on this high frequency application is obtained, as shown by a one-dot chain line in FIG. As the region, for example, a band-shaped region at 15 eV or less is obtained.

一方、下部電極21には、DCパルス発生部3から1MHzの負のDCパルス電圧を印加しているので、これにより得られるイオンエネルギーは、プラズマ発生用の高周波に起因するイオンエネルギーよりも大きい。   On the other hand, since a negative DC pulse voltage of 1 MHz is applied to the lower electrode 21 from the DC pulse generator 3, the ion energy obtained thereby is larger than the ion energy resulting from the high frequency for plasma generation.

ここで、この実施の形態に係るプラズマ処理装置では、バイアス電圧の印加に関して工夫することにより、目的とするプラズマ処理に適したイオンエネルギー分布が得られるように構成されている。例えばレジスト膜のエッチングを行う場合には、既述の図11のパターンBのイオンエネルギー分布が得られるようにバイアス電圧が設定されている。   Here, the plasma processing apparatus according to this embodiment is configured to obtain an ion energy distribution suitable for the intended plasma processing by devising the application of the bias voltage. For example, when etching a resist film, the bias voltage is set so that the ion energy distribution of the pattern B in FIG. 11 described above can be obtained.

この設定に関して以下に詳述する。下部電極21に、負のDCパルス電圧を印加すると、DCパルス電圧の振幅値に対応したピークを有するイオンエネルギー分布が形成される。例えば図4(a)のように、振幅値が負電圧−Va及び負電圧−Vbであるパルスを下部電極21に交互に印加すると、図4(b)に示すように、負電圧−Vaに起因するピークPaと、負電圧−Vbに起因するピークPbとを備えたイオンエネルギー分布が形成される。   This setting will be described in detail below. When a negative DC pulse voltage is applied to the lower electrode 21, an ion energy distribution having a peak corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage is formed. For example, as shown in FIG. 4A, when pulses having an amplitude value of negative voltage −Va and negative voltage −Vb are alternately applied to the lower electrode 21, the negative voltage −Va is obtained as shown in FIG. An ion energy distribution having a peak Pa caused by and a peak Pb caused by the negative voltage −Vb is formed.

また図2(a)のように、振幅値が互に異なりかつ段階的に大きくなる4つのパルス電圧波形を周期単位とする波形パターンを設定すると、図2(b)に示すように、4つのバイアス電圧に基づくピークが互に重なるようなイオンエネルギー分布が形成される。この際、振幅値が互に異なりかつ段階的に変化するパルス電圧波形を周期単位とする波形パターンには、図3(a)や図3(b)に示すパターンも含まれる。   Also, as shown in FIG. 2 (a), when four pulse voltage waveforms whose amplitude values are different from each other and increase stepwise are set as waveform units, four waveform patterns are set as shown in FIG. 2 (b). An ion energy distribution is formed such that peaks based on the bias voltage overlap each other. At this time, the waveform patterns using the pulse voltage waveforms whose amplitude values are different from each other and change stepwise include the patterns shown in FIG. 3A and FIG. 3B.

従って、各パルスの振幅値を調整することにより、バイアス電圧に起因するイオンエネルギーのピーク位置を調整することができる。そして前記1周期に含まれるパルスの数と各パルスの振幅値とを調整すれば、イオンエネルギー分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域が形成され、結果として目的とするイオンエネルギーの帯域を有するイオンエネルギー分布が得られる。   Therefore, by adjusting the amplitude value of each pulse, the peak position of ion energy caused by the bias voltage can be adjusted. Then, by adjusting the number of pulses included in the one period and the amplitude value of each pulse, peaks adjacent to each other in the ion energy distribution diagram overlap to form an overlapping region, and as a result, the target ion energy An ion energy distribution having a band is obtained.

目的とするイオンエネルギー分布とは、プラズマ処理に適したイオンエネルギー分布であり、プラズマ処理に適したとは、例えばエッチングプロセスであれば、凹部の壁部の垂直性が良好であることであり、成膜プロセスであれば、膜質が良い薄膜、例えば太陽電池用のシリコン膜であれば、欠陥密度が低い薄膜が作れることである。プラズマ処理に適したイオンエネルギー分布の設定については、実際のプロセスを行う装置を用いて、バイアス電圧であるパルス電圧の発生の仕方を種々変えてプロセスを行い、そのプロセス結果を評価して決定してもよいが、後述するように実験機を用いて同様にして決定してもよい。   The target ion energy distribution is an ion energy distribution suitable for plasma processing, and suitable for plasma processing is that, for example, in the case of an etching process, the verticality of the wall portion of the recess is good. In the case of a film process, a thin film with good film quality, for example, a silicon film for solar cells, can produce a thin film with a low defect density. The ion energy distribution suitable for plasma processing is determined by evaluating the process results by performing various processes using a device that performs the actual process and changing the method of generating the pulse voltage, which is a bias voltage. However, as will be described later, it may be determined in the same manner using an experimental machine.

こうして、適切なイオンエネルギー分布を有するプラズマによりプラズマ処理この例ではエッチング処理を行った後、高周波電源部5及びDCパルス発生部3をオフすると共に、処理ガスの供給を停止し、真空チャンバ内11に残留したガスを排気する。そして、ゲートバルブ16を開いて、前記搬送機構によりウエハWを真空チャンバ11から搬出する。   Thus, after performing plasma processing with plasma having an appropriate ion energy distribution, in this example, etching processing is performed, the high-frequency power supply unit 5 and the DC pulse generation unit 3 are turned off, and the supply of the processing gas is stopped, so that the inside of the vacuum chamber 11 The remaining gas is exhausted. Then, the gate valve 16 is opened, and the wafer W is unloaded from the vacuum chamber 11 by the transfer mechanism.

上述の実施の形態によれば、DCパルス発生部3により、振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧であるバイアス電圧を発生されているので、バイアス電圧に基づくイオンエネルギー分布において、互に隣接するピーク同士が重なり合った重なり領域が形成される。このためDCパルス発生部であるバイアス電源部3を調整することにより、つまりDCパルスの印加パターンを調整することにより、イオンエネルギーの大きさが帯状に広がり、プラズマ処理に応じた適切なイオンエネルギー分布パターンを形成することができる。   According to the above-described embodiment, the bias voltages that are a plurality of types of DC pulse voltages having different amplitude values are generated by the DC pulse generator 3, so that in the ion energy distribution based on the bias voltage, An overlapping region is formed in which adjacent peaks overlap each other. For this reason, by adjusting the bias power supply unit 3 that is a DC pulse generation unit, that is, by adjusting the application pattern of the DC pulse, the magnitude of the ion energy spreads in a band shape, and an appropriate ion energy distribution according to the plasma processing A pattern can be formed.

さらに、上述実施の形態では、プラズマ発生用の高周波印加により、イオンエネルギー分布において、バイアス電圧では形成できない低エネルギー帯に重なり領域を形成することができる。従って図5(a)に一点鎖線で示すプラズマ発生用の高周波に起因するピークP1と、同図に点線で示すバイアス電圧に基づくピークP2とが形成される場合、これらのピークP1、P2の間のエネルギー帯を埋めるように、バイアス電圧に因る多数のピークを重ねることにより、図5(b)に示すように、低エネルギー帯に帯状の重なり領域を形成することができる。   Furthermore, in the above-described embodiment, an overlap region can be formed in a low energy band that cannot be formed with a bias voltage in the ion energy distribution by applying a high frequency for plasma generation. Accordingly, when a peak P1 caused by the high frequency for plasma generation indicated by the one-dot chain line in FIG. 5A and a peak P2 based on the bias voltage indicated by the dotted line in FIG. 5A are formed, between these peaks P1 and P2. By overlapping a large number of peaks due to the bias voltage so as to fill the energy band, a band-shaped overlapping region can be formed in the low energy band as shown in FIG.

このように、バイアス電源部を調整することにより、100eV以下に重なり領域を形成することができるので、レジスト膜のエッチング処理に適したイオンエネルギー分布を形成できる。このため、エッチング選択性が高く、エッチング形状が良好なレジスト膜のエッチング処理を行うことができる。   As described above, by adjusting the bias power supply unit, an overlapping region can be formed at 100 eV or less, so that an ion energy distribution suitable for a resist film etching process can be formed. For this reason, the etching process of a resist film with high etching selectivity and favorable etching shape can be performed.

また、例えば300eV〜400eV付近に重なり領域を有するイオンエネルギー分布を形成した場合には、有機膜のエッチングを良好に行うことができる。さらに、低エネルギー帯と高エネルギー帯に重なり領域を有するイオンエネルギー分布も形成することができ、この場合は多層膜のエッチングを良好に行うことができる。   For example, when an ion energy distribution having an overlapping region in the vicinity of 300 eV to 400 eV is formed, the organic film can be satisfactorily etched. Furthermore, an ion energy distribution having an overlapping region in the low energy band and the high energy band can also be formed, and in this case, the multilayer film can be satisfactorily etched.

さらにまた、上述のプラズマ処理装置を用いてプラズマ成膜処理を行うこともでき、例えば処理ガスとしてSiHガスとHガスとを用いて、太陽電池用のシリコン膜を形成する場合には、15eV以下の低エネルギー帯に重なり領域を有するイオンエネルギー分布を形成することにより、欠陥密度が低いシリコン膜を成膜することができる。 Furthermore, a plasma film forming process can also be performed using the above-described plasma processing apparatus. For example, when a silicon film for a solar cell is formed using SiH 4 gas and H 2 gas as process gases, By forming an ion energy distribution having an overlapping region in a low energy band of 15 eV or less, a silicon film having a low defect density can be formed.

続いて、本発明の他の実施の形態について図6を用いて説明する。この例は、負のDCパルス電圧は、1つのパルス電圧が段階的に振幅値が変化するように生成され、前記バイアス電圧を印加する工程では、前記振幅値が互に異なる複数のパルス電圧を印加する代わりに、1つのパルス電圧において振幅値が段階的に変わるパルス電圧を印加するものである。ここで1つのパルス電圧が段階的に振幅値が変化するように生成されるとは、例えば図6(a)に示すような波形パターンであり、この場合であっても、イオンエネルギー分布において、各振幅値に起因するピークが重なりあって重なり領域が形成される。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, the negative DC pulse voltage is generated so that the amplitude value of one pulse voltage changes stepwise, and in the step of applying the bias voltage, a plurality of pulse voltages having different amplitude values are used. Instead of applying, a pulse voltage whose amplitude value changes stepwise in one pulse voltage is applied. Here, the fact that one pulse voltage is generated so that the amplitude value changes stepwise is, for example, a waveform pattern as shown in FIG. 6A. Even in this case, in the ion energy distribution, Overlapping areas are formed by overlapping peaks caused by amplitude values.

また互に振幅値が異なる複数種のパルス電圧を発生させる場合には、図6(b)に示すように、例えば同じ振幅値の2個のパルスが1組となって、互に振幅値の異なる組のパルスを用いてもよい。   Further, when generating a plurality of types of pulse voltages having different amplitude values, as shown in FIG. 6B, for example, two pulses having the same amplitude value form one set, and the amplitude values are mutually different. Different sets of pulses may be used.

本発明は、以上のようにバイアス電源部から互に振幅値が異なる複数種のパルス電圧を発生させるかあるいは1つのパルス電圧が段階的に振幅値が変化するようにパルス電圧を発生させるものであるが、複数種のパルスの種別の数は、イオンエネルギー分布において目的とするイオンエネルギーの帯域の広さによって決定される。   The present invention generates a plurality of types of pulse voltages having different amplitude values from the bias power supply unit as described above, or generates a pulse voltage so that the amplitude value of one pulse voltage changes stepwise. However, the number of types of the plurality of types of pulses is determined by the width of the target ion energy band in the ion energy distribution.

続いて、本発明のプラズマ処理のバイアス電圧決定方法の一実施の形態について説明する。この方法は、実験機を用いて、プラズマ処理に適したイオンエネルギー分布の理想パターンと、このイオンエネルギー分布を得るためのDCパルス電圧波形の理想パターンを取得する第1の工程と、実際に基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置を用いて、前記イオンエネルギー分布の理想パターンを得るためのDCパルス電圧印加パターンの微調整を行う第2の工程と、を備えている。なお当該実施の形態では、プラズマ処理として成膜処理を行なう場合を例にして説明する。   Next, an embodiment of the plasma processing bias voltage determination method of the present invention will be described. This method uses an experimental machine to obtain an ideal pattern of an ion energy distribution suitable for plasma processing, a first step of acquiring an ideal pattern of a DC pulse voltage waveform for obtaining the ion energy distribution, and actually a substrate. And a second step of finely adjusting a DC pulse voltage application pattern for obtaining an ideal pattern of the ion energy distribution using a plasma processing apparatus that performs plasma processing on the plasma. Note that in this embodiment, a case where a film formation process is performed as a plasma process is described as an example.

先ず、第1の工程にて用いられる実験機6について、図7を参照して説明する。図7中61は、基板であるウエハWの真空チャンバであり、その内側表面は、例えばアルマイトコーティングされることにより絶縁されている。この真空チャンバ61は、円筒形状に構成され、底部にはウエハWの載置部62が着脱自在に設けられている。載置部62にはDCパルス発生部3が接続されており、このDCパルス発生部3は、上述の図1に示すものと同様に構成されている。   First, the experimental machine 6 used in the first step will be described with reference to FIG. In FIG. 7, reference numeral 61 denotes a vacuum chamber of a wafer W which is a substrate, and the inner surface thereof is insulated by, for example, alumite coating. The vacuum chamber 61 is formed in a cylindrical shape, and a mounting portion 62 for the wafer W is detachably provided at the bottom. A DC pulse generator 3 is connected to the mounting unit 62, and the DC pulse generator 3 is configured in the same manner as that shown in FIG.

この真空チャンバ61内の上方側にはウエハWと対向するようにプラズマ発生用の平面アンテナ63が設けられ、ここに2.45GHzのマイクロ波が印加されるように構成されている。さらに、真空チャンバ61の上部側には処理ガス供給路64を介して処理ガス源65が接続されると共に、真空チャンバ61の下部側には排気路66を介して真空排気手段67が接続されている。さらに真空チャンバ61にはイオンエネルギー測定手段7が設けられている。このイオンエネルギー測定手段7としては、例えばエネルギー選択機構付きの四重極型質量分析器を用いることができる。   A planar antenna 63 for generating plasma is provided on the upper side in the vacuum chamber 61 so as to face the wafer W, and a microwave of 2.45 GHz is applied thereto. Further, a processing gas source 65 is connected to the upper side of the vacuum chamber 61 via a processing gas supply path 64, and a vacuum exhaust means 67 is connected to the lower side of the vacuum chamber 61 via an exhaust path 66. Yes. Further, ion energy measuring means 7 is provided in the vacuum chamber 61. As this ion energy measuring means 7, for example, a quadrupole mass analyzer with an energy selection mechanism can be used.

前記第1の工程について、プラズマ処理としてエッチング処理を行う場合を例にして、図8を参照しながら説明する。先ずDCパルス発生部3にて、振幅値が互に異なる複数種のパルス電圧を発生させるように、DCパルス電圧の印加パターンを設定する(ステップS1)。そして、成膜対象となるウエハWを載置部62に載置し、当該載置部62を真空チャンバ61内の底部に取り付ける。   The first step will be described with reference to FIG. 8, taking as an example a case where an etching process is performed as a plasma process. First, the DC pulse generator 3 sets the application pattern of the DC pulse voltage so as to generate a plurality of types of pulse voltages having different amplitude values (step S1). Then, the wafer W to be deposited is placed on the placement unit 62, and the placement unit 62 is attached to the bottom of the vacuum chamber 61.

そして、真空排気手段67により排気を行い、真空チャンバ61内を所定の圧力に維持する共に、処理ガスである成膜ガス例えばSiHとHガスを導入する。一方、高周波電源部5及びDCパルス発生部3を例えば同時にオンにして、ウエハWに1MHzの負のDCパルス電圧を印加すると共に、例えば2.45GHzのプラズマ発生用のマイクロ波を平面アンテナ63に印加する。こうして処理ガスに電力を供給して、当該処理ガスをプラズマ化し、所定のシリコン膜の成膜処理(プラズマ処理)を行う(ステップS2)。 Then, evacuation is performed by the vacuum evacuation means 67, and the inside of the vacuum chamber 61 is maintained at a predetermined pressure, and a film forming gas, for example, SiH 4 and H 2 gas, which are processing gases, are introduced. On the other hand, the high-frequency power supply unit 5 and the DC pulse generation unit 3 are simultaneously turned on, for example, to apply a negative DC pulse voltage of 1 MHz to the wafer W, and for example, a microwave for generating plasma of 2.45 GHz is applied to the planar antenna 63. Apply. In this way, power is supplied to the processing gas, the processing gas is turned into plasma, and a predetermined silicon film forming process (plasma processing) is performed (step S2).

一方、成膜処理と並行して、イオンエネルギー測定手段7により、イオンエネルギー分布パターンを取得する(ステップS3)。次いで、成膜処理されたウエハWについて、成膜処理の特性が良好であるか否か評価する(ステップS4)。この例では、シリコン膜の膜質について欠陥密度を評価することにより行われる。そしてプラズマ処理の特性が良好である場合には、DCパルス発生部3にて設定したDCパルス電圧の印加パターンを理想パターンとして取得すると共に、このときのイオンエネルギー分布パターンを理想パターンとして取得する(ステップS6)。一方、プラズマ処理の特性が良好ではない場合には、ステップS1に戻ってDCパルス電圧の印加パターンを再度設定し、以降の工程を繰り返して実行する。   On the other hand, in parallel with the film forming process, an ion energy distribution pattern is acquired by the ion energy measuring means 7 (step S3). Next, it is evaluated whether or not the characteristics of the film forming process are favorable for the wafer W subjected to the film forming process (step S4). In this example, the defect density is evaluated with respect to the film quality of the silicon film. When the plasma processing characteristics are good, the application pattern of the DC pulse voltage set by the DC pulse generator 3 is acquired as an ideal pattern, and the ion energy distribution pattern at this time is acquired as an ideal pattern ( Step S6). On the other hand, if the plasma processing characteristics are not good, the process returns to step S1, the application pattern of the DC pulse voltage is set again, and the subsequent steps are repeated.

また、プラズマ処理がエッチング処理である場合では、実験装置において、処理ガスとしてエッチングガスを導入し、実際にウエハWに対してエッチング処理を行った後、プラズマ処理の特性が良好であるか否かは、例えばエッチングレートや、形状欠陥等について評価する。   In the case where the plasma treatment is an etching treatment, whether or not the characteristics of the plasma treatment are good after introducing an etching gas as a treatment gas and actually performing the etching treatment on the wafer W in the experimental apparatus. Evaluates, for example, the etching rate and shape defects.

続いて第2の工程について説明する。第2の工程を実施する装置は、実際に基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置にイオンエネルギー測定手段を設けたものである。   Next, the second process will be described. The apparatus for performing the second step is an apparatus in which ion energy measuring means is provided in a plasma processing apparatus that actually performs plasma processing on a substrate.

当該第2の工程について、プラズマ処理として成膜処理を行う場合を例にして、図9を参照しながら説明する。先ずDCパルス発生部3において、第1の工程にて得られたDCパルス電圧の波形パターンの理想パターンを設定する(ステップS11)。次いで、成膜対象となるウエハWを真空チャンバ11内の載置台2上に載置する。   The second step will be described with reference to FIG. 9, taking as an example a case where a film forming process is performed as a plasma process. First, in the DC pulse generator 3, an ideal pattern of the waveform pattern of the DC pulse voltage obtained in the first step is set (step S11). Next, the wafer W to be deposited is mounted on the mounting table 2 in the vacuum chamber 11.

そして、真空排気手段67により排気を行い、真空チャンバ11内を所定の圧力に維持する共に、ガスシャワーヘッド4から処理ガスである成膜ガス例えばSiHガス、Hガスを導入する。一方、高周波電源部5及びDCパルス発生部3を例えば同時にオンにして、下部電極21に例えば1MHzの負のDCパルス電圧を印加すると共に、高周波電源部5に例えば100MHzのプラズマ発生用の高周波電圧を印加する。こうして処理ガスに電力を供給して、当該処理ガスをプラズマ化し、シリコン膜の成膜処理(プラズマ処理)を行う(ステップS12)。 Then, evacuation is performed by the evacuation means 67 to maintain the inside of the vacuum chamber 11 at a predetermined pressure, and a film forming gas such as SiH 4 gas or H 2 gas as a processing gas is introduced from the gas shower head 4. On the other hand, the high frequency power supply unit 5 and the DC pulse generation unit 3 are simultaneously turned on, for example, and a negative DC pulse voltage of 1 MHz, for example, is applied to the lower electrode 21, and a high frequency voltage for plasma generation of 100 MHz, for example, is applied to the high frequency power supply unit 5. Apply. In this way, power is supplied to the processing gas, the processing gas is turned into plasma, and a silicon film is formed (plasma processing) (step S12).

一方、成膜処理と並行して、イオンエネルギー測定手段により、イオンエネルギー分布パターンを取得する(ステップS13)。このイオンエネルギー分布パターンの取得は、第1の工程と同様である。次いで、取得されたイオンエネルギー分布パターンが、イオンエネルギー分布の理想パターンと合っているか評価する(ステップS14)。このパターンが合っているか否かについては、例えばイオンエネルギーの重なり領域同士が合っているか否かによって判断され、例えば理想パターンの重なり領域と一致している場合の他、重なり領域の位置のずれが多少生じている場合も含まれる。   On the other hand, in parallel with the film forming process, an ion energy distribution pattern is acquired by the ion energy measuring means (step S13). Acquisition of this ion energy distribution pattern is the same as in the first step. Next, it is evaluated whether the acquired ion energy distribution pattern matches the ideal pattern of ion energy distribution (step S14). Whether or not this pattern is matched is determined by, for example, whether or not the overlapping regions of the ion energy are matched. This includes cases where it occurs somewhat.

そして、パターンが合っている場合には、DCパルス発生部3にて設定したDCパルス電圧の印加パターンを決定値として取得する(ステップS15)一方、パターンが合っていない場合には、ステップS11に戻って、DCパルス電圧の波形パターンを微調整し、以降の工程を繰り返して実行する。   If the pattern is correct, the application pattern of the DC pulse voltage set by the DC pulse generator 3 is acquired as a determined value (step S15). On the other hand, if the pattern does not match, the process goes to step S11. Returning, the waveform pattern of the DC pulse voltage is finely adjusted, and the subsequent steps are repeated.

このようなプラズマ処理のバイアス電圧決定方法によれば、実験装置では、ウエハWに直接DCパルス発生部3が接続されており、DCパルス発生部3とウエハWとの間にマッチングボックスやインピーダンス素子が存在しないため、ウエハWに対して直接矩形波を印加することができる。このため印加したDCパルス電圧に対応するイオンエネルギー分布を得ることができ、イオンエネルギー分布の理想パターンを確保するときのDCパルス電圧の調整が容易になる。   According to such a plasma processing bias voltage determination method, in the experimental apparatus, the DC pulse generator 3 is directly connected to the wafer W, and a matching box or impedance element is connected between the DC pulse generator 3 and the wafer W. Therefore, a rectangular wave can be directly applied to the wafer W. Therefore, an ion energy distribution corresponding to the applied DC pulse voltage can be obtained, and the adjustment of the DC pulse voltage when securing an ideal pattern of the ion energy distribution is facilitated.

一方、実際のプラズマ処理装置では、図示はしていないが、既述のようにDCパルス発生部3とウエハWとの間にマッチングボックスやインピーダンス素子が存在するため、DCパルス電圧の波形パターンにおいて必ずしも矩形波が得られているとは限らない。しかしながらイオンエネルギー分布の理想パターンを得るための、DCパルス電圧の印加パターンの理想パターンは概ね妥当な範囲であり、この理想パターンから大きく外れることはないため、当該印加パターンは微調整で済み、このバイアス電圧の決定を容易に行うことができる。また、イオンエネルギー分布の理想パターンに合うようにDCパルス電圧の印加パターンを調整すればよく、上述のようにプラズマ処理装置を構成すればDCパルス電圧の調整と同時にイオンエネルギー分布を取得できるので、他の装置にて結晶性やエッチング形状を検査する場合に比べて、容易にDCパルス電圧の印加パターンを決定することができる。   On the other hand, in the actual plasma processing apparatus, although not shown in the figure, since a matching box and an impedance element exist between the DC pulse generator 3 and the wafer W as described above, in the waveform pattern of the DC pulse voltage. A rectangular wave is not always obtained. However, the ideal pattern of the DC pulse voltage application pattern for obtaining the ideal pattern of the ion energy distribution is generally within a reasonable range and does not deviate greatly from this ideal pattern. The bias voltage can be easily determined. Moreover, it is only necessary to adjust the application pattern of the DC pulse voltage to match the ideal pattern of the ion energy distribution, and if the plasma processing apparatus is configured as described above, the ion energy distribution can be acquired simultaneously with the adjustment of the DC pulse voltage. The application pattern of the DC pulse voltage can be easily determined as compared with the case where the crystallinity and etching shape are inspected with another apparatus.

また本発明のプラズマ処理装置において、処理ガスをプラズマ化するための高周波電力を供給する高周波電源部は、上部電極と下部電極とを有する通常の平行平板型のプラズマ処理装置において、これら電極間に処理ガスをプラズマ化するための高周波電力を供給するものであってもよいし、マイクロ波アンテナから高周波電源部を放射するものや誘導加熱によりプラズマを生成するものであってもよい。また平行平板型のプラズマ処理装置においては、下部電極を兼用する載置台に処理ガスをプラズマ化するための高周波電力と、DCパルス電圧であるバイアス電圧を印加するようにしてもよい。   In the plasma processing apparatus of the present invention, the high-frequency power supply unit that supplies high-frequency power for converting the processing gas into plasma is an ordinary parallel plate type plasma processing apparatus having an upper electrode and a lower electrode. It may be one that supplies high-frequency power for turning the processing gas into plasma, one that emits a high-frequency power source from a microwave antenna, or one that generates plasma by induction heating. In the parallel plate type plasma processing apparatus, a high frequency power for converting the processing gas into plasma and a bias voltage that is a DC pulse voltage may be applied to a mounting table that also serves as a lower electrode.

W 半導体ウエハ
11 真空チャンバ
2 載置台
3 DCパルス発生部
C 受け渡し手段
4 ガスシャワーヘッド
5 高周波電源部
W Semiconductor wafer 11 Vacuum chamber 2 Mounting table 3 DC pulse generator C Delivery means 4 Gas shower head 5 High frequency power supply

Claims (9)

基板が載置される載置部が内部に配置された真空チャンバと、
この真空チャンバ内にプラズマ処理のための処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成部と、
前記載置部にDCパルス電圧であるバイアス電圧を印加するバイアス電源部と、を備え、
前記バイアス電源部は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンがプラズマ処理に適切なパターンとなるように調整されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
A vacuum chamber in which a placement unit on which a substrate is placed is disposed;
A gas supply unit for supplying a processing gas for plasma processing into the vacuum chamber;
A plasma generation unit that supplies power to the processing gas to convert the processing gas into plasma;
A bias power supply unit that applies a bias voltage that is a DC pulse voltage to the mounting unit;
The bias power supply unit
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. Different types of DC pulse voltages are generated, so that the ion energy distribution pattern in which the adjacent peaks overlap in the distribution diagram to form an overlapping region is adjusted to be a pattern suitable for plasma processing. A plasma processing apparatus.
前記DCパルス電圧は矩形波であることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the DC pulse voltage is a rectangular wave. 前記DCパルス電圧は、1つのDCパルス電圧が段階的に振幅値が変化するように生成され、
前記バイアス電源部は、前記イオンエネルギー分布図において互に隣接するピーク同士を重なり合わせてイオンエネルギー分布パターンをプラズマ処理に適切なパターンとするためには、前記振幅値が互に異なる複数のDCパルス電圧を発生させる代わりに、1つのDCパルス電圧における段階的に変わる振幅値が調整されていることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
The DC pulse voltage is generated such that the amplitude value of one DC pulse voltage changes stepwise,
The bias power supply unit includes a plurality of DC pulses having different amplitude values in order to make the ion energy distribution pattern suitable for plasma processing by overlapping adjacent peaks in the ion energy distribution diagram. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein instead of generating a voltage, an amplitude value which changes stepwise in one DC pulse voltage is adjusted.
前記プラズマ生成部は、これら電極間に処理ガスをプラズマ化するための高周波電力を供給する高周波電源部を備え、
イオンエネルギー分布図において、この高周波電源部の高周波電力に対応するピークが、前記バイアス電圧に基づいて形成される前記重なり領域と重なり合って更なる重なり領域が形成され、プラズマ処理に適切なイオンエネルギー分布パターンとなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
The plasma generation unit includes a high frequency power supply unit that supplies high frequency power for converting the processing gas into plasma between the electrodes,
In the ion energy distribution diagram, a peak corresponding to the high-frequency power of the high-frequency power supply unit overlaps with the overlapping region formed based on the bias voltage to form a further overlapping region, and ion energy distribution suitable for plasma processing The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasma processing apparatus is a pattern.
基板を真空チャンバ内に載置部に載置する工程と、
この真空チャンバ内にプラズマ処理のための処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記載置部にDCパルス電圧であるバイアス電圧を印加する工程と、を含み、
このバイアス電圧を印加する工程は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンがプラズマ処理に適切なパターンとなるように、前記バイアス電圧を印加する工程であることを特徴とするプラズマ処理方法。
Placing the substrate on the placement portion in the vacuum chamber;
Supplying a processing gas for plasma processing into the vacuum chamber;
Supplying electric power to the processing gas to turn the processing gas into plasma;
Applying a bias voltage, which is a DC pulse voltage, to the mounting portion,
The step of applying the bias voltage is as follows:
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. The bias voltage is generated in such a manner that a plurality of different DC pulse voltages are generated so that an ion energy distribution pattern in which the adjacent peaks in the distribution diagram overlap to form an overlap region becomes a pattern suitable for plasma processing. A plasma processing method, which is a step of applying a voltage.
前記DCパルス電圧は、矩形波であることを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 5, wherein the DC pulse voltage is a rectangular wave. 前記DCパルス電圧は、1つのDCパルス電圧が段階的に振幅値が変化するように生成され、
前記バイアス電圧を印加する工程は、前記イオンエネルギー分布図において互に隣接するピーク同士を重なり合わせてイオンエネルギー分布パターンをプラズマ処理に適切なパターンとするためには、前記振幅値が互に異なる複数のDCパルス電圧を印加する代わりに、1つのDCパルス電圧において振幅値が段階的に変わるDCパルス電圧を印加することを特徴とする請求項5記載のプラズマ処理方法。
The DC pulse voltage is generated such that the amplitude value of one DC pulse voltage changes stepwise,
In the step of applying the bias voltage, in order to make the ion energy distribution pattern suitable for plasma processing by overlapping adjacent peaks in the ion energy distribution diagram, a plurality of the amplitude values are different from each other. 6. The plasma processing method according to claim 5, wherein instead of applying the DC pulse voltage, a DC pulse voltage whose amplitude value changes stepwise in one DC pulse voltage is applied.
前記処理ガスをプラズマ化する工程は、前記処理ガスをプラズマ化するために高周波電源部から高周波電力を供給することにより行われ、
イオンエネルギー分布図において、この高周波電源部の高周波電力に対応するピークが、前記バイアス電圧に基づいて形成される前記重なり領域と重なり合って更なる重なり領域が形成され、プラズマ処理に適切なイオンエネルギー分布パターンとなるように、前記高周波電力を印加することを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法。
The step of turning the processing gas into plasma is performed by supplying high-frequency power from a high-frequency power supply unit to turn the processing gas into plasma,
In the ion energy distribution diagram, a peak corresponding to the high-frequency power of the high-frequency power supply unit overlaps with the overlapping region formed based on the bias voltage to form a further overlapping region, and ion energy distribution suitable for plasma processing The plasma processing method according to claim 5, wherein the high-frequency power is applied so as to form a pattern.
真空チャンバ内の載置部に基板を載置した状態で、当該真空チャンバ内に供給された処理ガスに電力を供給して当該処理ガスをプラズマ化してプラズマを生成すると共に、前記載置部にDCパルス電圧であるバイアス電圧をバイアス電源部により印加しながら基板に対してプラズマ処理を行い、
前記バイアス電源部は、
前記イオンのエネルギー値を横軸にとり、イオンの頻度を縦軸にとったイオンエネルギー分布図において、前記DCパルス電圧の振幅値に対応してピークが現れることを利用して、前記振幅値が互に異なる複数種のDCパルス電圧を発生させ、これにより前記分布図において互に隣接するピーク同士が重なり合って重なり領域を形成するイオンエネルギー分布パターンを形成するように調整され、
前記バイアス電圧の印加パターンを種々設定して、各設定毎に前記プラズマ処理を行い、各プラズマ処理を行った後の基板のプラズマ処理結果に基づいて、良好なプラズマ処理が得られるバイアス電圧の印加パターンを求めることを特徴とするプラズマ処理のバイアス電圧決定方法。
In a state where the substrate is mounted on the mounting portion in the vacuum chamber, power is supplied to the processing gas supplied into the vacuum chamber to turn the processing gas into plasma to generate plasma. Plasma treatment is performed on the substrate while applying a bias voltage, which is a DC pulse voltage, by the bias power supply unit,
The bias power supply unit
In the ion energy distribution diagram in which the ion energy value is taken on the horizontal axis and the ion frequency is taken on the vertical axis, the amplitude values are expressed by utilizing the fact that a peak appears corresponding to the amplitude value of the DC pulse voltage. To generate a plurality of different types of DC pulse voltages, thereby adjusting an ion energy distribution pattern in which peaks adjacent to each other in the distribution map overlap to form an overlapping region,
Various application patterns of the bias voltage are set, the plasma treatment is performed for each setting, and the bias voltage is applied so that a good plasma treatment can be obtained based on the plasma treatment result of the substrate after each plasma treatment. A method for determining a bias voltage for plasma processing, wherein a pattern is obtained.
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