JP2020017565A - Plasma processing device - Google Patents

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Abstract

To provide a technique capable of highly accurately controlling a process.SOLUTION: A plasma processing device 1 comprises a processing chamber 104 in which a sample (wafer 112) is subjected to plasma processing, a first high-frequency power supply (power supply 109 for electromagnetic wave generation) which supplies a first high-frequency power 161 for plasma generation, a sample stand (electrode 111 for sample placement) on which the sample is placed, and a second high-frequency power supply (high-frequency bias power supply 114) which supplies a second high-frequency power 162 to the sample stand. The plasma processing device further comprises a pulse generation unit 121 which generates a first pulse for temporally modulating the first high-frequency power 161 and a second pulse for temporally modulating the second high-frequency power 162. The first pulse includes an off period, a first period, and a second period. An amplitude value of the first period is a finite value. An amplitude of the second period is larger than that of the first period, and the second pulse becomes an on period during the second period.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズマ処理装置の技術に関する。また、本発明は、特に、半導体素子等の試料をプラズマ処理するためにプラズマを用いて高精度なエッチング処理を施すのに好適なプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a technique of a plasma processing apparatus. In addition, the present invention particularly relates to a plasma processing apparatus suitable for performing high-precision etching processing using plasma for performing plasma processing on a sample such as a semiconductor element.

従来、試料である半導体素子の表面を処理する装置および方法として、半導体素子をプラズマでエッチングする装置および方法が知られている。ここでは、特に、公知の電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance：ＥＣＲ）方式のプラズマエッチング装置を例に、従来技術を説明する。このＥＣＲ方式では、外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波によってプラズマを発生する。磁場によって電子はサイクロトロン運動を行い、この磁場の周波数とマイクロ波の周波数とを共鳴させることで、効率よくプラズマを生成できる。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus and a method for treating a surface of a semiconductor element as a sample, an apparatus and a method for etching a semiconductor element with plasma are known. Here, in particular, the prior art will be described by taking a known electron cyclotron resonance (ECR) type plasma etching apparatus as an example. In this ECR method, plasma is generated by microwaves in a vacuum vessel to which a magnetic field is externally applied. Electrons perform cyclotron motion due to the magnetic field, and by resonating the frequency of the magnetic field with the frequency of the microwave, plasma can be efficiently generated.

この方式では、半導体素子に入射するイオンを加速するために、試料に対し、高周波電力を、概略正弦波での連続波形で印加している。ここで、試料に印加する高周波電力を、高周波バイアスと称する。また、試料については、一例としてウエハである場合を説明する。また、プラズマとなるガスには、塩素やフッ素等のハロゲンガスが広く使われている。プラズマにより発生したラジカルやイオンと、試料の被エッチング材とが反応することで、エッチングが進行する。エッチングを高精度に制御するためには、プラズマ制御によるラジカル種の選定やイオン量の制御を行う必要がある。   In this method, in order to accelerate ions incident on a semiconductor element, high-frequency power is applied to a sample in a substantially sinusoidal continuous waveform. Here, the high frequency power applied to the sample is referred to as a high frequency bias. Further, a case where the sample is a wafer will be described as an example. In addition, halogen gas such as chlorine or fluorine is widely used as a plasma gas. The etching proceeds by the reaction between radicals or ions generated by the plasma and the sample to be etched. In order to control etching with high accuracy, it is necessary to select radical species and control the amount of ions by plasma control.

ラジカルやイオンの制御方法としては、プラズマをパルス変調として時間変調したパルス（パルスプラズマと呼ばれる）を用いる方式であるパルスプラズマ方式がある。このパルスプラズマ方式は、プラズマのオンとオフを繰り返すことで解離を制御し、ラジカルの解離状態やイオン密度を制御するものである。この方式では、パルス変調されたプラズマ（パルスプラズマ）に関するパルス周波数、デューティー比、およびオン時間とオフ時間の比を、制御パラメータとする。パルス周波数は、パルスプラズマのオンとオフの繰り返し周波数である。デューティー比は、パルスプラズマのオンとオフの繰り返しの一周期に対するオン時間の比である。これらの制御パラメータにより、エッチングの高精度制御が可能になる。   As a method for controlling radicals and ions, there is a pulse plasma method which is a method using time-modulated pulses (referred to as pulsed plasma) of plasma as pulse modulation. In the pulse plasma method, dissociation is controlled by repeatedly turning on and off the plasma, and the dissociation state of radicals and the ion density are controlled. In this method, a pulse frequency, a duty ratio, and a ratio between an on-time and an off-time for a pulse-modulated plasma (pulse plasma) are used as control parameters. The pulse frequency is a repetition frequency of ON and OFF of the pulse plasma. The duty ratio is a ratio of an ON time to one cycle of repetition of ON and OFF of the pulse plasma. These control parameters enable high-accuracy control of etching.

先行技術例として、特開平２−１０５４１３号公報（特許文献１）、特開２０１５−１１５５６４号公報（特許文献２）が挙げられる。特許文献１には、時間変調されたマイクロ波に対し、同一の位相を持って同期させた高周波バイアスを印加する手法が開示されている。特許文献２には、時間変調されたマイクロ波に対し位相を変調させた高周波バイアスを印加する手法が開示されている。   Prior art examples include JP-A-2-105413 (Patent Document 1) and JP-A-2015-115564 (Patent Document 2). Patent Document 1 discloses a method of applying a high-frequency bias synchronized with the same phase to a time-modulated microwave. Patent Literature 2 discloses a method of applying a high-frequency bias having a phase modulated to a time-modulated microwave.

特開平２−１０５４１３号公報JP-A-2-105413 特開２０１５−１１５５６４号公報JP-A-2015-115564

従来技術例のプラズマ処理装置のように、時間変調されたマイクロ波に対し、同一の位相を持って同期させた高周波バイアスを印加する場合、マイクロ波のオン直後、いわゆるプラズマ生成直後のプラズマが不安定な期間において、高周波バイアスがオンされる。プラズマが不安定な期間は、真空容器中のプラズマ分布に偏りが生じ、同様にプラズマ中に存在するイオン分布にも偏りが生ずる。この際、高周波バイアスをオンすることで、イオンをウエハ上に引き込んでエッチングを進行させる。しかし、イオン分布に偏りがある場合、イオン分布が偏った状態でウエハ上に引き込まれる。そのため、エッチング速度分布に偏りが生じ、デバイス特性が著しく劣化する。   When a high-frequency bias synchronized with the same phase is applied to a time-modulated microwave as in the plasma processing apparatus of the prior art, the plasma immediately after the microwave is turned on, that is, immediately after the generation of the plasma, is improper. During a stable period, the high frequency bias is turned on. During the period when the plasma is unstable, the plasma distribution in the vacuum vessel is biased, and similarly, the ion distribution existing in the plasma is biased. At this time, by turning on the high frequency bias, ions are drawn into the wafer and the etching proceeds. However, when the ion distribution is uneven, the ions are drawn onto the wafer in an uneven state. As a result, a bias occurs in the etching rate distribution, and the device characteristics are significantly deteriorated.

このエッチング速度分布の偏りを避ける方法として、時間変調されたマイクロ波に対し位相を変調させた高周波バイアスをオンする方法がある。この方法では、マイクロ波オン直後のプラズマが不安定な期間を避けるため、マイクロ波に対して高周波バイアスの位相を変調し、マイクロ波のオンよりも遅らせて高周波バイアスをオンする。これにより、真空容器中のプラズマ分布が均一になる期間、すなわちイオン分布が均一となる期間に、高周波バイアスをオンする。高周波バイアスのオンにより、イオンをウエハ上に引き込んでエッチングを進行させる。これにより、イオン分布が均一な状態でウエハ上に引き込まれるため、エッチング速度分布が均一となり、良好なデバイス特性が得られる。   As a method of avoiding the bias of the etching rate distribution, there is a method of turning on a high-frequency bias having a phase modulated with respect to a time-modulated microwave. In this method, in order to avoid a period during which the plasma is unstable immediately after the microwave is turned on, the phase of the high frequency bias is modulated with respect to the microwave, and the high frequency bias is turned on later than the microwave is turned on. As a result, the high frequency bias is turned on during a period in which the plasma distribution in the vacuum vessel is uniform, that is, in a period in which the ion distribution is uniform. When the high-frequency bias is turned on, ions are drawn onto the wafer and etching proceeds. As a result, the ions are drawn onto the wafer in a uniform state, so that the etching rate distribution becomes uniform and good device characteristics can be obtained.

しかし、この方法では、マイクロ波オン、かつ高周波バイアスオフの期間が生ずる。この期間のマイクロ波の出力値は、高周波バイアスオン期間でのマイクロ波の出力値と同じである。そのため、エッチングの反応は、ラジカルエッチングが主体となり、ウエハ上の回路パターン（被エッチング材）に対して全方向にエッチングが進行する、いわゆる等方性エッチングが進む。等方性エッチングにより、回路パターンは横方向にエッチングされ、これによって、クリティカル・ディメンション（Critical Dimension：ＣＤ）に差異が生じ、デバイス特性が著しく劣化する。ＣＤは、回路パターン上部から底部にかけてのパターン寸法計測値である。   However, in this method, a period in which the microwave is on and the high frequency bias is off occurs. The microwave output value during this period is the same as the microwave output value during the high frequency bias on period. Therefore, the etching reaction is mainly radical etching, and so-called isotropic etching in which etching proceeds in all directions with respect to the circuit pattern (material to be etched) on the wafer. The circuit pattern is laterally etched by the isotropic etching, which causes a difference in a critical dimension (CD) and significantly degrades the device characteristics. CD is a pattern dimension measurement value from the top to the bottom of the circuit pattern.

本発明の目的は、プラズマ処理装置の技術に関して、特に、プラズマ生成用高周波電力および高周波バイアス電力を時間変調する方式のプラズマ処理装置に関して、高精度にプロセスを制御することができる技術を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique capable of controlling a process with high accuracy, in relation to a technique of a plasma processing apparatus, particularly, to a plasma processing apparatus of a method of time-modulating a high frequency power for plasma generation and a high frequency bias power. It is.

本発明のうち代表的な実施の形態は、プラズマ処理装置であって、以下に示す構成を有することを特徴とする。一実施の形態のプラズマ処理装置は、試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、前記第１高周波電力を時間変調するための第１パルスと前記第２高周波電力を時間変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、前記第１パルスは、オフ期間と第１期間と第２期間とを有し、前記第１期間の振幅値は、有限の値であり、前記第２期間の振幅は、前記第１期間の振幅より大きく、前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となる。   A typical embodiment of the present invention is a plasma processing apparatus having the following configuration. The plasma processing apparatus according to one embodiment includes a processing chamber in which a sample is subjected to plasma processing, a first high-frequency power supply that supplies a first high-frequency power for generating plasma, a sample table on which the sample is mounted, In a plasma processing apparatus including a second high-frequency power supply for supplying a second high-frequency power to a sample stage, a first pulse for time-modulating the first high-frequency power and a second pulse for time-modulating the second high-frequency power are provided. A pulse generation unit that generates a pulse, wherein the first pulse has an off period, a first period, and a second period; an amplitude value of the first period is a finite value; The amplitude of the period is larger than the amplitude of the first period, and the second pulse is an ON period during the second period.

本発明のうち代表的な実施の形態によれば、プラズマ処理装置の技術に関して、特に、プラズマ生成用の高周波電力および高周波バイアス電力を時間変調する方式のプラズマ処理装置に関して、高精度にプロセスを制御することができる。   According to a representative embodiment of the present invention, a process is controlled with high accuracy in the technology of a plasma processing apparatus, particularly, in a plasma processing apparatus of a type that time-modulates high-frequency power and high-frequency bias power for plasma generation. can do.

本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置である、マイクロ波ＥＣＲプラズマエッチング装置の縦断面の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a longitudinal section of a microwave ECR plasma etching apparatus, which is a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 実施の形態で、電磁波発生と高周波電力供給を行う場合の制御部およびパルス生成ユニット等の構成について示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a control unit, a pulse generation unit, and the like when generating electromagnetic waves and supplying high-frequency power in the embodiment. 実施の形態で、整合器の構成について示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a matching device in the embodiment. 実施の形態で、パルス出力制御の第１ケースにおける、マイクロ波出力、高周波バイアス出力、およびプラズマ密度のタイミングチャートを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a timing chart of microwave output, high-frequency bias output, and plasma density in a first case of pulse output control in the embodiment. 実施の形態で、パルス出力制御の第２ケースにおける、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a timing chart of microwave output and high-frequency bias output in a second case of pulse output control in the embodiment. 実施の形態で、パルス出力制御の第３ケースにおける、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a timing chart of microwave output and high-frequency bias output in a third case of pulse output control in the embodiment. 実施の形態で、第４ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a timing chart of a microwave output and a high-frequency bias output as a fourth case in the embodiment. 比較例のプラズマ処理装置における、第５ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the timing chart of a microwave output and a high frequency bias output as a 5th case in the plasma processing apparatus of a comparative example. 比較例のプラズマ処理装置における、第６ケースとして、マイクロ波出力、および高周波バイアス出力のタイミングチャートを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a timing chart of microwave output and high-frequency bias output as a sixth case in the plasma processing apparatus of the comparative example. 実施の形態および比較例の各ケースにおける測定結果のエッチング特性について示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an etching characteristic of a measurement result in each case of the embodiment and a comparative example.

図１〜図１０を用いて、本発明の一実施の形態のプラズマ処理装置について詳細に説明する。   A plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

［プラズマ処理装置］
図１は、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置１として、特にＥＣＲ方式のマイクロ波プラズマエッチング装置の縦断面の概略構成を示す。なお、説明上、縦および軸に対応する鉛直方向をＺ方向として示す。水平方向や半径方向を構成する２つの方向をＸ方向およびＹ方向として示す。プラズマ処理装置１における、処理室、試料台、試料等の各部は、概略的に円筒や円柱や円板等の軸対称形状を有する。その軸方向（一点鎖線で示す）がＺ方向に相当し、半径方向がＸ方向またはＹ方向に相当する。本実施の形態のプラズマ処理装置１は、軸対称形状の空間や試料におけるプラズマ等の分布やエッチング速度等の分布を制御する。 [Plasma processing device]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a longitudinal section of a plasma processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, particularly a microwave plasma etching apparatus of an ECR system. Note that, for the sake of explanation, the vertical direction corresponding to the vertical and axis is shown as the Z direction. Two directions constituting the horizontal direction and the radial direction are shown as an X direction and a Y direction. Each part of the plasma processing apparatus 1, such as a processing chamber, a sample stage, and a sample, has a generally axially symmetrical shape such as a cylinder, a column, or a disk. The axial direction (indicated by a dashed line) corresponds to the Z direction, and the radial direction corresponds to the X direction or the Y direction. The plasma processing apparatus 1 of the present embodiment controls the distribution of plasma and the like and the distribution of the etching rate and the like in the space or the sample having the axially symmetric shape.

図１で、プラズマ処理装置１は、制御部１２０、真空容器１０１、処理室１０４、シャワープレート１０２、誘電体窓１０３、ガス供給装置１０５、真空排気装置１０６、試料台である試料載置用電極１１１、導波管１０７、電磁波発生用電源１０９、パルス生成ユニット１２１、磁場生成コイル１１０、高周波バイアス電源１１４、直流電源１１６、等を備える。   In FIG. 1, a plasma processing apparatus 1 includes a control unit 120, a vacuum vessel 101, a processing chamber 104, a shower plate 102, a dielectric window 103, a gas supply device 105, a vacuum exhaust device 106, and a sample mounting electrode serving as a sample stage. 111, a waveguide 107, an electromagnetic wave generation power supply 109, a pulse generation unit 121, a magnetic field generation coil 110, a high frequency bias power supply 114, a DC power supply 116, and the like.

真空容器１０１は、上部の一部が開放されて、導波管１０７と接続されている。真空容器１０１の上部には、シャワープレート１０２と誘電体窓１０３とが設置されて、密封されている。これにより、真空容器１０１内に、プラズマ処理室である処理室１０４が形成されている。シャワープレート１０２は、真空容器１０１内すなわち処理室１０４内に、エッチングガスを導入するための複数の孔が設けられた、例えば石英製のプレートである。シャワープレート１０２には、ガス管を通じて、エッチングガスを流すためのガス供給装置１０５が接続されている。   The vacuum vessel 101 is connected to the waveguide 107 with a part of the upper part opened. A shower plate 102 and a dielectric window 103 are provided on the upper portion of the vacuum vessel 101 and are sealed. Thus, a processing chamber 104, which is a plasma processing chamber, is formed in the vacuum chamber 101. The shower plate 102 is, for example, a quartz plate provided with a plurality of holes for introducing an etching gas in the vacuum chamber 101, that is, in the processing chamber 104. A gas supply device 105 for flowing an etching gas is connected to the shower plate 102 through a gas pipe.

また、真空容器１０１の底面には、排気用開閉バルブ１１７および排気速度可変バルブ１１８を介して、真空排気装置１０６が接続されている。処理室１０４内部は、プラズマ処理装置１が排気用開閉バルブ１１７を開として真空排気装置１０６を駆動することで減圧され、真空状態となる。処理室１０４内の圧力は、排気速度可変バルブ１１８によって所望の圧力に調整される。エッチングガスは、ガス供給装置１０５からシャワープレート１０２を介して処理室１０４内に導入され、排気速度可変バルブ１１８を介して真空排気装置１０６によって排気される。   Further, a vacuum exhaust device 106 is connected to the bottom surface of the vacuum vessel 101 via an exhaust opening / closing valve 117 and an exhaust speed variable valve 118. The inside of the processing chamber 104 is depressurized by the plasma processing apparatus 1 opening the exhaust opening / closing valve 117 and driving the vacuum exhaust device 106 to be in a vacuum state. The pressure in the processing chamber 104 is adjusted to a desired pressure by a variable exhaust speed valve 118. The etching gas is introduced into the processing chamber 104 from the gas supply device 105 via the shower plate 102, and is exhausted by the vacuum exhaust device 106 via the variable exhaust speed valve 118.

また、Ｚ方向の軸上で、シャワープレート１０２に対向して、真空容器１０１内の下部には、試料台である試料載置用電極１１１が設けられている。試料載置用電極１１１上には、試料であるウエハ１１２が配置される。ウエハ１１２は円板状である。ウエハ１１２の上面の被エッチング材に対してエッチングが行われることで、半導体素子のための回路パターンが形成される。   Further, on the axis in the Z direction, a sample mounting electrode 111 as a sample stage is provided at a lower portion in the vacuum vessel 101 so as to face the shower plate 102. A wafer 112 as a sample is arranged on the sample mounting electrode 111. The wafer 112 has a disk shape. By etching the material to be etched on the upper surface of the wafer 112, a circuit pattern for a semiconductor element is formed.

プラズマを生成するための高周波電力を処理室１０４に供給するために、誘電体窓１０３の上方には、Ｚ方向の軸に沿って、電磁波を伝送する導波管１０７が設けられている。導波管１０７は、Ｚ方向に延在して真空容器１０１の開口部に連通する導波管部と、コーナー部を通じて曲がって水平方向（例えばＸ方向）に延在する導波管部とを有する。   In order to supply high-frequency power for generating plasma to the processing chamber 104, a waveguide 107 for transmitting electromagnetic waves is provided above the dielectric window 103 along an axis in the Z direction. The waveguide 107 includes a waveguide extending in the Z direction and communicating with the opening of the vacuum vessel 101 and a waveguide extending in the horizontal direction (for example, the X direction) by bending through a corner. Have.

また、真空容器１０１内で誘電体窓１０３の上方には、導波路の一部として円柱状の空間部が形成されている。導波管１０７を伝送された電磁波は、この空間部でも伝送されて、誘電体窓１０３を透過して、処理室１０４内に供給される。   Further, a cylindrical space is formed above the dielectric window 103 in the vacuum vessel 101 as a part of the waveguide. The electromagnetic wave transmitted through the waveguide 107 is also transmitted in this space, passes through the dielectric window 103, and is supplied into the processing chamber 104.

導波管１０７へ伝送される電磁波は、電磁波発生用電源１０９から整合器１１９を介して発振させられる。電磁波発生用電源１０９は、第１高周波電源であり、プラズマを生成するための電磁波（第１高周波電力１６１）、特にマイクロ波を発生して、導波管１０７へ供給する。電磁波発生用電源１０９は、パルス生成ユニット１２１からの第１パルス１５１に基づいて、パルス変調されたマイクロ波（第１高周波電力１６１）を出力する。   The electromagnetic wave transmitted to the waveguide 107 is oscillated from the electromagnetic wave generation power supply 109 via the matching unit 119. The electromagnetic wave generation power supply 109 is a first high-frequency power supply, and generates an electromagnetic wave (first high-frequency power 161) for generating plasma, particularly a microwave, and supplies the generated microwave to the waveguide 107. The electromagnetic wave generation power supply 109 outputs a pulse-modulated microwave (first high-frequency power 161) based on the first pulse 151 from the pulse generation unit 121.

電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４には、電気的接続回路を通じてパルス発生ユニット１２１が接続されている。パルス発生ユニット１２１により、電磁波発生用電源１０９からのマイクロ波を、図２に示すように任意に設定可能な繰り返し周波数でパルス変調（特に時間変調）することができる。パルス発生ユニット１２１は、電磁波発生用電源１０９の出力（第１高周波電力１６１）をパルス変調された出力とするための第１パルス１５１（図２での位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３）を生成し、電磁波発生用電源１０９に供給する。これにより、電磁波発生用電源１０９から、出力の電磁波（第１高周波電力１６１）として、パルス変調されたマイクロ波が発生される。   The pulse generation unit 121 is connected to the electromagnetic wave generation power supply 109 and the high frequency bias power supply 114 through an electrical connection circuit. The pulse generation unit 121 can perform pulse modulation (particularly, time modulation) of the microwave from the electromagnetic wave generation power supply 109 at an arbitrarily settable repetition frequency as shown in FIG. The pulse generation unit 121 outputs the first pulse 151 (the phase-adjusted electromagnetic wave modulation pulse signal P3 in FIG. 2) for converting the output of the electromagnetic wave generation power supply 109 (first high frequency power 161) into a pulse-modulated output. It is generated and supplied to a power supply 109 for generating electromagnetic waves. Thereby, the pulse-modulated microwave is generated as the output electromagnetic wave (first high frequency power 161) from the electromagnetic wave generation power supply 109.

なお、本実施の形態の効果は、第１高周波電力１６１として使用する電磁波の周波数によって特に限定されるものではない。本実施の形態のプラズマ処理装置１では、電磁波発生用電源１０９からの電磁波の周波数として２．４５ＧＨｚとしたマイクロ波を使用する。   The effect of the present embodiment is not particularly limited by the frequency of the electromagnetic wave used as first high frequency power 161. In the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is used as the frequency of the electromagnetic wave from the power supply 109 for generating electromagnetic waves.

処理室１０４の外部、真空容器１０１の外側には、磁場を生成する磁場生成コイル１１０が設けられている。真空容器１０１の上部の側壁の外側、および上面の上側に、磁場生成コイル１１０が配置されている。電磁波発生用電源１０９から発振された電磁波は、磁場生成コイル１１０により生成された磁場との相互作用によって、ＥＣＲを生起し、処理室１０４内に高密度プラズマを生成する。また、高周波バイアス電源１１４からは試料載置用電極１１１へ高周波バイアスが供給される。これらにより、試料台である試料載置用電極１１１上に配置されたウエハ１１２にエッチング処理が施される。   A magnetic field generating coil 110 for generating a magnetic field is provided outside the processing chamber 104 and outside the vacuum vessel 101. A magnetic field generating coil 110 is arranged outside the upper side wall of the vacuum vessel 101 and above the upper surface. The electromagnetic wave oscillated from the electromagnetic wave generation power supply 109 generates ECR by interaction with the magnetic field generated by the magnetic field generating coil 110, and generates high-density plasma in the processing chamber 104. A high frequency bias is supplied from the high frequency bias power supply 114 to the sample mounting electrode 111. As a result, the wafer 112 placed on the sample mounting electrode 111 serving as a sample stage is subjected to etching.

シャワープレート１０２、試料載置用電極１１１、磁場生成コイル１１０、排気用開閉バルブ１１７、排気速度可変バルブ１１８、およびウエハ１１２等の各部は、処理室１０４の中心軸（一点鎖線）に対し同軸上に配置されている。そのため、エッチングガスの流れや、プラズマにより生成されたラジカルおよびイオン、更にはエッチングにより生成された反応生成物は、ウエハ１１２に対し同軸の方向（Ｚ方向）に導入されて排気される。この同軸および軸対称形状の配置は、エッチングレート、エッチング形状のウエハ面内均一性を、軸対称の分布に近付けて、ウエハ処理の均一性を向上させる効果がある。   The shower plate 102, the sample mounting electrode 111, the magnetic field generating coil 110, the exhaust opening / closing valve 117, the exhaust speed variable valve 118, the wafer 112, and the like are coaxial with the central axis (dashed line) of the processing chamber 104. Are located in Therefore, the flow of the etching gas, the radicals and ions generated by the plasma, and the reaction products generated by the etching are introduced in the direction (Z direction) coaxial with the wafer 112 and exhausted. The arrangement of the coaxial and axially symmetric shapes has an effect of improving the uniformity of the wafer processing by making the etching rate and the uniformity of the etching shapes in the wafer plane close to the axially symmetric distribution.

試料載置用電極１１１は、その電極表面が、図示しない溶射膜で被覆されており、高周波フィルタ１１５を介して直流電源１１６と接続されている。さらに、試料載置用電極１１１には、マッチング回路１１３を介して高周波バイアス電源１１４が接続されている。   The sample mounting electrode 111 has its electrode surface coated with a thermal spray film (not shown), and is connected to a DC power supply 116 via a high frequency filter 115. Further, a high frequency bias power supply 114 is connected to the sample mounting electrode 111 via a matching circuit 113.

高周波バイアス電源１１４は、第２高周波電源であり、高周波バイアスである第２高周波電力１６２を発生し、試料載置用電極１１１へ供給する。高周波バイアス電源１１４は、パルス発生ユニット１２１からの第２パルス１５２に基づいて、パルス変調された第２高周波電力１６２を発生する。パルス発生ユニット１２１は、第２高周波電力１６２をパルス変調（特に時間変調）された出力とするための第２パルス１５２（図２での位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４）を生成し、高周波バイアス電源１１４へ供給する。制御部１２０からの制御に基づいて、高周波バイアス電源１１４からは、時間変調された第２高周波電力１６２を、試料載置用電極１１１に選択的に供給することができる。   The high-frequency bias power supply 114 is a second high-frequency power supply, generates a second high-frequency power 162 that is a high-frequency bias, and supplies the second high-frequency power 162 to the sample mounting electrode 111. The high-frequency bias power supply 114 generates a pulse-modulated second high-frequency power 162 based on the second pulse 152 from the pulse generation unit 121. The pulse generation unit 121 generates a second pulse 152 (phase-adjusted high-frequency bias modulation pulse signal P4 in FIG. 2) for converting the second high-frequency power 162 into a pulse-modulated (particularly time-modulated) output, It is supplied to the high frequency bias power supply 114. Under the control of the control unit 120, the time-modulated second high-frequency power 162 can be selectively supplied to the sample mounting electrode 111 from the high-frequency bias power supply 114.

なお、本実施の形態の効果は、高周波バイアス電源１１４の高周波バイアスの周波数によっては特に限定されない。本実施の形態のプラズマ処理装置１は、その周波数として４００ｋＨｚとした高周波バイアスを使用する。   The effect of the present embodiment is not particularly limited by the frequency of the high frequency bias of the high frequency bias power supply 114. The plasma processing apparatus 1 of the present embodiment uses a high-frequency bias having a frequency of 400 kHz.

制御部１２０は、上述のＥＣＲ方式のマイクロ波プラズマエッチング装置であるプラズマ処理装置１を制御する。制御部１２０は、計算機またはＩＣ基板等で構成される。制御部１２０は、パルス生成ユニット１２１、電磁波発生用電源１０９、ガス供給装置１０５、排気速度可変バルブ１１８、直流電源１１６、高周波バイアス電源１１４等の各部と電気的に接続されている。制御部１２０は、パルス発生ユニット１２１等の動作を制御する。制御部１２０は、図示しない入力手段による入力に基づいて、電磁波発生用電源１０９、高周波バイアス電源１１４、およびパルス発生ユニット１２１のパルスのオン・オフのタイミングを含む繰り返し周波数やデューティー比等の制御パラメータを制御する。また、制御部１２０は、図示しない入力手段による入力に基づいて、エッチングを実施するためのガス流量、処理圧力、電磁波電力、高周波バイアス電力、コイル電流、パルスのオン時間およびオフ時間等の、エッチングパラメータを制御する。   The control unit 120 controls the plasma processing apparatus 1 which is the above-described ECR type microwave plasma etching apparatus. The control unit 120 is configured by a computer or an IC board. The control unit 120 is electrically connected to each unit such as the pulse generation unit 121, the electromagnetic wave generation power supply 109, the gas supply device 105, the exhaust speed variable valve 118, the DC power supply 116, and the high frequency bias power supply 114. The control unit 120 controls operations of the pulse generation unit 121 and the like. The control unit 120 controls the electromagnetic wave generation power supply 109, the high frequency bias power supply 114, and the control parameters such as the repetition frequency and the duty ratio including the ON / OFF timing of the pulse of the pulse generation unit 121 based on the input by the input means (not shown) Control. Further, the control unit 120 controls the gas flow, the processing pressure, the electromagnetic wave power, the high frequency bias power, the coil current, the pulse on time and the off time, etc. Control parameters.

なお、デューティー比とは、パルスの一周期に対するオン期間の割合のことである。本実施の形態の例では、パルスの繰り返し周波数は、５Ｈｚ〜１０ｋＨｚまでの範囲で変更でき、デューティー比は、１％〜９０％までの範囲で変更できる。また、時間変調の設定は、オン時間でもオフ時間でも可能である。   Note that the duty ratio is a ratio of an ON period to one cycle of a pulse. In the example of the present embodiment, the pulse repetition frequency can be changed in a range from 5 Hz to 10 kHz, and the duty ratio can be changed in a range from 1% to 90%. In addition, the time modulation can be set either in the on-time or in the off-time.

パルス発生ユニット１２１は、制御部１２０からの制御に基づいて、第１高周波電力１６１を時間変調するための第１パルス１５１を電磁波発生用電源１０９に送信するとともに、第２高周波電力１６２を時間変調するための第２パルス１５２を高周波バイアス電源１１４に送信する。   The pulse generation unit 121 transmits a first pulse 151 for time-modulating the first high-frequency power 161 to the power supply 109 for electromagnetic wave generation and time-modulates the second high-frequency power 162 based on the control from the control unit 120. Is transmitted to the high frequency bias power supply 114.

［制御部およびパルス生成ユニット］
図２を用いて、電磁波発生用電源１０９から時間変調された電磁波（第１高周波電力１６１）を発生する場合と、高周波バイアス電源１１４から時間変調された高周波バイアス（第２高周波電力１６２）を試料載置用電極１１１に供給する場合とについて説明する。 [Control unit and pulse generation unit]
Referring to FIG. 2, a case where a time-modulated electromagnetic wave (first high-frequency power 161) is generated from the electromagnetic wave generation power supply 109 and a case where a time-modulated high-frequency bias (second high-frequency power 162) from the high-frequency bias power supply 114 is used as a sample. The case of supplying to the mounting electrode 111 will be described.

図２は、上記電磁波発生および高周波バイアス供給を行う場合の制御部１２０およびパルス生成ユニット１２１等の構成を示す。制御部１２０は、電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４をそれぞれパルス変調するための時間情報（言い換えると制御信号）Ｃ１を、パルス発生ユニット１２１に送信する。この時間情報（制御信号）Ｃ１は、繰り返し周波数、デューティー比、電磁波発生用電源１０９のオンのタイミングと高周波バイアス電源１１４のオンのタイミング、電磁波発生用電源出力値、および高周波バイアス電源出力値、を合わせた時間情報である。   FIG. 2 shows a configuration of the control unit 120, the pulse generation unit 121, and the like in the case of performing the electromagnetic wave generation and the high-frequency bias supply. The control unit 120 transmits time information (in other words, a control signal) C1 for pulse-modulating the electromagnetic wave generation power supply 109 and the high-frequency bias power supply 114 to the pulse generation unit 121, respectively. The time information (control signal) C1 includes a repetition frequency, a duty ratio, an on timing of the electromagnetic wave generation power supply 109, an on timing of the high frequency bias power supply 114, an electromagnetic wave generation power supply output value, and a high frequency bias power supply output value. This is the combined time information.

制御部１２０からパルス発生ユニット１２１へは、時間情報Ｃ１として、電磁波発生用電源１０９のパルス変調用波形である第１パルス１５１と高周波バイアス電源１１４のパルス変調用波形である第２パルス１５２とを同期させるか、非同期させるかを選択する情報も送信される。また、制御部１２０からパルス発生ユニット１２１へは、時間情報Ｃ１として、電磁波発生用電源１０９の出力における後述のパルスオン期間の二値以上の出力値とそれに係わる時間情報も送信される。   From the control unit 120 to the pulse generation unit 121, a first pulse 151 which is a pulse modulation waveform of the electromagnetic wave generation power supply 109 and a second pulse 152 which is a pulse modulation waveform of the high frequency bias power supply 114 are sent as time information C1. Information for selecting whether to synchronize or asynchronous is also transmitted. Further, from the control unit 120 to the pulse generation unit 121, as the time information C1, two or more output values of a pulse-on period described later in the output of the electromagnetic wave generation power supply 109 and time information related thereto are also transmitted.

パルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９および高周波バイアス電源１１４へは、それぞれ、制御されたタイミングで、パルス出力制御のための時間情報が送信される。すなわち、パルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９へは第１パルス１５１として位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３が供給される。パルス発生ユニット１２１から高周波バイアス電源１１４へは第２パルス１５２として位相変調後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４が供給される。電磁波発生用電源１０９は、パルス発生ユニット１２１からの第１パルス１５１（位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３）に基づいて、時間変調された電磁波を第１高周波電力１６１として発生させる。高周波バイアス電源１１４は、パルス発生ユニット１２１からの第２パルス１５２（位相変調後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４）に基づいて、時間変調された高周波バイアス電力を第２高周波電力１６２として発生させる。   Time information for controlling pulse output is transmitted from the pulse generation unit 121 to the electromagnetic wave generation power supply 109 and the high frequency bias power supply 114 at controlled timings. In other words, the pulse signal P3 for modulating the electromagnetic wave is supplied as the first pulse 151 from the pulse generating unit 121 to the power supply 109 for generating the electromagnetic wave. A pulse signal P4 for high frequency bias modulation after phase modulation is supplied as a second pulse 152 from the pulse generation unit 121 to the high frequency bias power supply 114. The electromagnetic wave generation power supply 109 generates a time-modulated electromagnetic wave as the first high-frequency power 161 based on the first pulse 151 (phase-adjusted electromagnetic wave modulation pulse signal P3) from the pulse generation unit 121. The high-frequency bias power supply 114 generates time-modulated high-frequency bias power as the second high-frequency power 162 based on the second pulse 152 (pulse signal for high-frequency bias modulation after phase modulation) from the pulse generation unit 121.

パルス発生ユニット１２１は、回路として、パルス生成部２０１、位相制御部２０２を含む。パルス生成部２０１は、基準となるパルスとして、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２を生成し出力する。位相制御部２０２は、入力されたパルスの位相を制御して、位相調整されたパルスを出力する。パルス生成部２０１からの電磁波変調用パルス信号Ｐ１は、位相制御部２０２で位相調整され、出力である位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３が、第１パルス１５１として電磁波発生用電源１０９へ供給される。   The pulse generation unit 121 includes a pulse generation unit 201 and a phase control unit 202 as circuits. The pulse generation unit 201 generates and outputs a pulse signal P1 for electromagnetic wave modulation and a pulse signal P2 for high frequency bias modulation as reference pulses. The phase control unit 202 controls the phase of the input pulse and outputs a phase-adjusted pulse. The electromagnetic wave modulation pulse signal P1 from the pulse generation unit 201 is phase-adjusted by the phase control unit 202, and the phase-adjusted electromagnetic wave modulation pulse signal P3, which is an output, is supplied to the electromagnetic wave generation power supply 109 as a first pulse 151. You.

本実施の形態のプラズマ処理装置１は、制御部１２０からパルス発生ユニット１２１、およびパルス発生ユニット１２１から電磁波発生用電源１０９への回路において、第１高周波電力１６１のパルス変調の制御のための信号として、以下のような信号を送信する。すなわち、プラズマ発生ユニット１２１は、パルス生成部２０１および位相制御部２０２を介して、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３として、パルスオン期間に、二値あるいは三値の電磁波発生用電源出力値と時間情報を連続して送信する。電磁波発生用電源出力値は、電磁波発生用電源１０９の出力の第１高周波電力１６１（マイクロ波）におけるパルスオン期間での出力値を指す。   In the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, in a circuit from the control unit 120 to the pulse generation unit 121 and from the pulse generation unit 121 to the power supply 109 for electromagnetic wave generation, a signal for controlling pulse modulation of the first high-frequency power 161 is provided. And the following signal is transmitted. That is, the plasma generation unit 121 outputs the binary or ternary electromagnetic wave during the pulse-on period as the electromagnetic wave modulation pulse signal P1 and the phase-adjusted electromagnetic wave modulation pulse signal P3 via the pulse generation unit 201 and the phase control unit 202. The generation power supply output value and time information are transmitted continuously. The output value of the power supply for electromagnetic wave generation refers to the output value of the output of the power supply for electromagnetic wave generation 109 during the pulse-on period in the first high-frequency power 161 (microwave).

例えば、電磁波変調用パルス信号Ｐ１は、パルス生成部２０１からの出力の３本のラインで示す、三値の電磁波発生用電源出力値として、出力値ａ１、出力値ａ２、出力値ａ３を有する。同様に、位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３は、位相調整部２０２からの出力の３本のラインで示す、三値の電磁波発生用電源出力値として、出力値ａ１、出力値ａ２、出力値ａ３を有する。それぞれの出力値には時間情報を伴う。なお、図２の構成例では、電磁波変調用パルス信号Ｐ１および位相調整後電磁波変調用パルス信号Ｐ３は、三値（ａ１，ａ２，ａ３）に対応可能な形態とする場合の３本のラインとして示している。二値（ａ１，ａ２）のみに対応可能な形態としてもよいし、三値のうち二値を選択して使用可能な形態としてもよい。   For example, the electromagnetic wave modulation pulse signal P1 has an output value a1, an output value a2, and an output value a3 as ternary electromagnetic wave generation power supply output values indicated by three lines of the output from the pulse generation unit 201. Similarly, the phase-adjusted electromagnetic wave modulating pulse signal P3 is output as a ternary electromagnetic wave generation power supply output value indicated by three lines of output from the phase adjusting unit 202, the output value a1, the output value a2, and the output value. a3. Each output value is accompanied by time information. In the configuration example of FIG. 2, the electromagnetic wave modulation pulse signal P1 and the phase-adjusted electromagnetic wave modulation pulse signal P3 are three lines in a form capable of supporting three values (a1, a2, a3). Is shown. A form that can support only binary values (a1, a2) may be used, or a form that can use two values out of three values may be used.

これにより、プラズマ処理装置１は、電磁波発生用電源１０９から、第１高周波電力１６１として、時間変調され、かつ、パルスオン期間に二値あるいは三値の出力値を持つ電磁波であるマイクロ波を連続して発生させる。例えば、後述の図４の第１ケースのマイクロ波出力４０１における第１出力４１１および第２出力４１２は、パルスオン期間の二値の出力値（ａ１，ａ２）と対応している。   As a result, the plasma processing apparatus 1 continuously generates microwaves, which are time-modulated and have binary or ternary output values during the pulse-on period, from the electromagnetic wave generation power supply 109 as the first high-frequency power 161. To generate. For example, a first output 411 and a second output 412 in a microwave output 401 of a first case in FIG. 4 described later correspond to binary output values (a1, a2) during the pulse-on period.

また、パルス発生ユニット１２１は、パルス生成部２０１から出力された高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２を、位相制御部２０２で位相調整し、出力である位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４を、第２パルス１５２として高周波バイアス電源１１４へ供給する。高周波バイアスは、パルスオン期間で１つの出力値を有する。図２では、高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ２および位相調整後高周波バイアス変調用パルス信号Ｐ４を１本のライン（点線）で示している。   Further, the pulse generation unit 121 adjusts the phase of the high-frequency bias modulation pulse signal P2 output from the pulse generation unit 201 by the phase control unit 202, and outputs the post-phase-adjusted high-frequency bias modulation pulse signal P4 as an output. It is supplied to the high frequency bias power supply 114 as two pulses 152. The high frequency bias has one output value during the pulse-on period. In FIG. 2, the high-frequency bias modulation pulse signal P2 and the phase-adjusted high-frequency bias modulation pulse signal P4 are indicated by one line (dotted line).

［整合器］
図３を用いて、電磁波発生用電源１０９より発振された電磁波（第１高周波電力１６１）を整合する整合器１１９について説明する。図３は、実施の形態での整合器１１９の構成例を示す。電磁波発生用電源１０９より発振された電磁波３１１は、第１高周波電力１６１およびマイクロ波に対応する。電磁波３１１は、前述のように、時間変調された、パルスオン期間で二値（ａ１，ａ２）あるいは三値（ａ１，ａ２，ａ３）の出力値を持つ。本例では、電磁波３１１を、三値（ａ１，ａ２，ａ３）に対応可能な形態における３本のラインで示している。 [Matching device]
The matching device 119 that matches the electromagnetic wave (first high frequency power 161) oscillated from the power supply 109 for generating electromagnetic waves will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a configuration example of the matching unit 119 according to the embodiment. The electromagnetic wave 311 oscillated by the electromagnetic wave generation power supply 109 corresponds to the first high frequency power 161 and the microwave. As described above, the electromagnetic wave 311 has a binary (a1, a2) or ternary (a1, a2, a3) output value during the pulse-on period, which is time-modulated. In this example, the electromagnetic wave 311 is shown by three lines in a form that can correspond to three values (a1, a2, a3).

電磁波３１１は、整合器１１９を介して、調整後電磁波３１２として、導波管１０７へ伝送される。整合器１１９では、電磁波３１１を、調整器３０１に入力して調整し、調整後電磁波３１２を導波管１０７へ供給する。プラズマ処理装置１の整合器１１９は、第１高周波電力１６１（電磁波３１１）の出力値におけるパルスオン期間での二値以上の出力値をモニタするために、少なくとも２つの検波器を有する。図３の構成例では、三値に対応可能な形態として、３つの検波器として、検波器（第１検波器）３０２、検波器（第２検波器）３０３、および検波器（第３検波器）３０４が設けられている。電磁波３１１の出力値における二値あるいは三値の調整を、パルスオン期間に連続して行う場合、その電磁波３１１の出力値の数に応じた数の検波器を設けることが望ましい。このような整合器１１９の構成によって、遅延なく連続的に調整が可能となる。   The electromagnetic wave 311 is transmitted to the waveguide 107 as the adjusted electromagnetic wave 312 via the matching unit 119. In the matching unit 119, the electromagnetic wave 311 is input to the adjuster 301 and adjusted, and the adjusted electromagnetic wave 312 is supplied to the waveguide 107. The matching unit 119 of the plasma processing apparatus 1 has at least two detectors to monitor two or more output values of the output value of the first high-frequency power 161 (electromagnetic wave 311) during the pulse-on period. In the configuration example of FIG. 3, a detector (first detector) 302, a detector (second detector) 303, and a detector (third detector) as three detectors in a form that can support three values. ) 304 is provided. When the binary or ternary adjustment of the output value of the electromagnetic wave 311 is performed continuously during the pulse-on period, it is desirable to provide as many detectors as the number of output values of the electromagnetic wave 311. Such a configuration of the matching unit 119 enables continuous adjustment without delay.

電磁波３１１の出力値が二値である形態の場合には、それに応じた２個の検波器３０２，３０３が設けられる。電磁波３１１の出力値が三値である形態の場合には、それに応じた３個の検波器３０２，３０３，３０４が設けられる。なお、プラズマ処理装置１は、図２および図３のような三値の出力値に対応可能な回路の構成において、後述の出力制御のパターンに応じて、二値の出力値とするように制御することも可能である。   In the case where the output value of the electromagnetic wave 311 is binary, two detectors 302 and 303 corresponding to the output value are provided. In a case where the output value of the electromagnetic wave 311 is a ternary value, three detectors 302, 303, 304 corresponding to the output value are provided. Note that the plasma processing apparatus 1 has a circuit configuration capable of supporting three-valued output values as shown in FIGS. 2 and 3 and controls the output value to be a binary value in accordance with an output control pattern described later. It is also possible.

図３の構成例では、調整器３０１の出力における三値に対応する３本の電気的接続回路のラインには、分岐する形で、検波器３０２，３０３，３０４が接続されている。調整器３０１での調整は、検波器３０２，３０３，３０４によって電磁波を逐次モニタすることで実施される。例えば、調整器３０１の出力の第１ラインには、分岐して検波器３０２が接続されており、検波器３０２の出力のラインが、モニタ値３１３として、調整器３０１に入力される。他の検波器３０３，３０４についても同様である。調整器３０１から導波管１０７への出力の調整後電磁波３１２における三値の出力値を（ｂ１，ｂ２，ｂ３）で示す。   In the configuration example of FIG. 3, detectors 302, 303, and 304 are connected to the lines of three electrical connection circuits corresponding to the three values in the output of the adjuster 301 in a branched manner. The adjustment by the adjuster 301 is performed by sequentially monitoring the electromagnetic waves by the detectors 302, 303, and 304. For example, a detector 302 is branched and connected to the first line of the output of the adjuster 301, and the output line of the detector 302 is input to the adjuster 301 as a monitor value 313. The same applies to the other detectors 303 and 304. The ternary output values of the adjusted electromagnetic wave 312 from the adjuster 301 to the waveguide 107 are indicated by (b1, b2, b3).

［パルス出力制御］
次に、実施の形態のプラズマ処理装置１における詳細構成例として、各種のパルス出力制御の例について説明する。本発明者は、エッチング速度分布の偏りとＣＤの差異とを同時に避ける方法として、マイクロ波オン期間でマイクロ波出力値を二値以上設定する方法、および対応するプラズマ処理装置１のパルス生成ユニット１２１等の構成を工夫した。プラズマ処理装置１は、制御部１２０からパルス生成ユニット１２１を時間情報Ｃ１（図２）によって制御することで、以下の各種のパルス出力制御を実現できる。以下では、制御部１２０およびパルス発生ユニット１２１を通じた、各パルス出力制御の例を、各ケース（第１ケース〜第４ケースとする）として説明する。 [Pulse output control]
Next, examples of various types of pulse output control will be described as a detailed configuration example of the plasma processing apparatus 1 according to the embodiment. The present inventor has proposed a method of simultaneously setting the microwave output value to two or more values during the microwave ON period, and a method of correspondingly generating the pulse generation unit 121 of the plasma processing apparatus 1 as a method of simultaneously avoiding the bias of the etching rate distribution and the difference in CD. Etc. were devised. The plasma processing apparatus 1 can realize the following various pulse output controls by controlling the pulse generation unit 121 from the control unit 120 based on the time information C1 (FIG. 2). Hereinafter, an example of each pulse output control through the control unit 120 and the pulse generation unit 121 will be described as each case (first to fourth cases).

［第１ケース］
図４は、パルス出力制御に関する第１ケースにおける、パルス変調されたマイクロ波出力４０１、パルス変調された高周波バイアス出力４０２、およびプラズマ密度４０３における時間的な関係を表すタイミングチャートを示す。マイクロ波出力４０１は、第１パルスと対応し、電磁波発生用電源１０９からの電磁波としてマイクロ波（第１高周波電力１６１）の出力に対応する。高周波バイアス出力４０２は、第２パルスと対応し、高周波バイアス電源１１４からの高周波バイアス（第２高周波電力１６２）の出力に対応する。プラズマ密度４０３は、マイクロ波出力４０１および高周波バイアス出力４０２の両方による制御が行われた場合に、処理室１０４内でウエハ１１２上方に形成されるプラズマの密度に対応する。 [First case]
FIG. 4 is a timing chart showing a temporal relationship between the pulse-modulated microwave output 401, the pulse-modulated high-frequency bias output 402, and the plasma density 403 in the first case related to the pulse output control. The microwave output 401 corresponds to the first pulse, and corresponds to the output of a microwave (first high-frequency power 161) as an electromagnetic wave from the power supply 109 for generating electromagnetic waves. The high frequency bias output 402 corresponds to the second pulse and corresponds to the output of the high frequency bias (second high frequency power 162) from the high frequency bias power supply 114. The plasma density 403 corresponds to the density of the plasma formed above the wafer 112 in the processing chamber 104 when the control is performed by both the microwave output 401 and the high-frequency bias output 402.

マイクロ波出力４０１は、図示の通り、周期（周期時間４５０）毎に、オフ期間４３０、第１期間４３１、および第２期間４３２を有し、第１期間４３１の第１出力４１１と第２期間４３２の第２出力４１２とで連続して二値の出力値が出力される。オフ期間４３０は例えば時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間である。第１出力４１１は、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの第１期間４３１でオン状態である第１出力値を示す。第２出力４１２は、例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの第２期間４３２でオン状態である第２出力値を示す。第１出力４１１および第２出力４１２は、図２および図３での二値（ａ１，ａ２）や二値（ｂ１，ｂ２）と対応している。また、マイクロ波出力４０１における一周期（周期時間４５０）のうち、パルスオン期間４４１、およびパルスオフ期間４４０を示す。パルスオン期間４４１は、上記第１期間４３１と第２期間４３２とで構成されている。パルスオフ期間４４０はオフ期間４３０と対応している。   As shown, the microwave output 401 has an off period 430, a first period 431, and a second period 432 for each cycle (cycle time 450), and the first output 411 and the second period 431 of the first period 431. Binary output values are continuously output from the second output 412 of the second output 432. The off period 430 is, for example, a period from time t0 to time t1. The first output 411 indicates, for example, a first output value that is on in a first period 431 from time t1 to time t2. The second output 412 indicates, for example, a second output value that is on in a second period 432 from time t2 to time t3. The first output 411 and the second output 412 correspond to the binary (a1, a2) or the binary (b1, b2) in FIGS. In addition, a pulse-on period 441 and a pulse-off period 440 of one cycle (cycle time 450) of the microwave output 401 are shown. The pulse-on period 441 includes the first period 431 and the second period 432. The pulse off period 440 corresponds to the off period 430.

この際、プラズマ処理装置１の特に制御部１２０は、マイクロ波出力４０１の第２出力４１２（第２期間４３２）と同期させるように、パルス生成ユニット１２１で位相を変調させることで、高周波バイアス出力４０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１での第１出力４２１となる。パルスオン期間４６１は、上記第２期間４３２と同じく例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間である。パルスオン期間４６１の前には、パルスオフ期間４６０を有する。パルスオフ期間４６０は、上記第１期間４３１と対応した例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（オフ期間４７０）を含む。   At this time, in particular, the control unit 120 of the plasma processing apparatus 1 modulates the phase by the pulse generation unit 121 so as to synchronize with the second output 412 (second period 432) of the microwave output 401, thereby outputting the high-frequency bias output. 402 is turned on. As a result, the high-frequency bias output 402 becomes the first output 421 in the pulse-on period 461. The pulse-on period 461 is, for example, a period from time t2 to time t3 as in the second period 432. A pulse-off period 460 is provided before the pulse-on period 461. The pulse-off period 460 includes, for example, a period from time t1 to time t2 (off period 470) corresponding to the first period 431.

マイクロ波出力４０１の第１期間４３１の第１出力４１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２期間４３２の第２出力４１２の出力値よりも小さい値として設定されている。また、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の出力値は、対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオフ期間４６０（特にオフ期間４７０）での等方性エッチングを極力抑制する最低の値であることが望ましい。さらに、その出力値は、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１から第２出力４１２への移行（例えば時刻ｔ２）、プラズマオフからプラズマオン、または、プラズマオンのままステップを切り替えた場合に、プラズマ密度が不安定にならず、プラズマが着火あるいは継続する最低の値であることが望ましい。すなわち、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の目的は、等方性エッチングを極力抑制しつつ、かつ、高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１のプラズマ密度の安定化にある。   The output value of the first output 411 in the first period 431 of the microwave output 401 is set to a value larger than 0 and smaller than the output value of the second output 412 in the second period 432. Further, the output value of the first output 411 of the microwave output 401 is desirably the lowest value that suppresses isotropic etching of the corresponding high-frequency bias output 402 during the pulse off period 460 (particularly, the off period 470). . Further, the output value is determined by the transition of the microwave output 401 from the first output 411 to the second output 412 (for example, time t2), the plasma off from the plasma on, or the plasma when the step is switched while the plasma is on. It is desirable that the density be the lowest value at which the density does not become unstable and the plasma is ignited or maintained. That is, the purpose of the first output 411 of the microwave output 401 is to stabilize the plasma density during the pulse-on period 461 of the high-frequency bias output 402 while suppressing isotropic etching as much as possible.

本発明者は、パルスオン期間中のプラズマ密度分布の挙動を確認するため、プラズマ密度の時間分解測定をラングミュアプローブ測定法により行った。プラズマ密度４０３は、図示の通り、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の第１期間４３１（対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０）で、ある程度安定してから、第２出力４１２の第２期間４３２へ移行するため、直ちに安定する。図示のように、第２期間４３２（対応する高周波バイアス出力４０２のパルスオン期間４６１）、例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、プラズマ密度が安定している。本実施の形態では、このプラズマ密度が安定した期間に、高周波バイアス出力４０２がオンされている。すなわち、パルスオン期間４６１で第１出力４２１とされている。これにより、プラズマ中のイオン分布が均一な状態でウエハ１１２上に引き込まれ、エッチング速度分布が均一となる。さらに、マイクロ波出力４０１の第１出力４１１の値は極力小さい値に設定されているため、等方性エッチングが抑制でき、デバイス特性を良好に保つことができる。   The present inventor performed a time-resolved measurement of the plasma density by a Langmuir probe measurement method in order to confirm the behavior of the plasma density distribution during the pulse-on period. As shown, the plasma density 403 is stabilized to some extent in the first period 431 of the first output 411 of the microwave output 401 (the pulse off period 460, particularly the off period 470 of the corresponding high-frequency bias output 402), and then the plasma density 403 becomes stable. Since the process proceeds to the second period 432 of the output 412, the output 412 is immediately stabilized. As shown in the drawing, during the second period 432 (the corresponding pulse-on period 461 of the high-frequency bias output 402), for example, during the period from time t2 to time t3, the plasma density is stable. In the present embodiment, the high-frequency bias output 402 is turned on during the period when the plasma density is stable. That is, the first output 421 is set in the pulse-on period 461. As a result, the ions in the plasma are drawn onto the wafer 112 in a uniform state, and the etching rate distribution becomes uniform. Further, since the value of the first output 411 of the microwave output 401 is set to a value as small as possible, the isotropic etching can be suppressed and the device characteristics can be kept good.

図４で、第１高周波電力１６１に対応するマイクロ波出力４０１の出力値は、パルスオン期間４４１における第１期間４３１および第２期間４３２で、第１出力４１１および第２出力４１２として二値が連続で出力されている。パルスオン期間４４１では、第２高周波電力１６２に対応する高周波バイアス電力４０２のパルスオン期間４６１の前に、パルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０を有する。このパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０と、第１出力４１１の第１期間４３１とが対応している。第２高周波電力１６２のパルスオフ期間４６０、特にオフ期間４７０での第１高周波電力の第１出力４１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２高周波電力１６２のパルスオン期間４６１での第１高周波電力１６１の第２出力４１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第１パルスにおける第１期間４３１の振幅値（第１出力４１１）は有限の値である。第２期間４３２の振幅（第２出力４１２）は、第１期間４３１の振幅（第１出力４１１）よりも大きい。第２パルスは、第２期間４３２の間、オン期間（パルスオン期間４６１）となる。   In FIG. 4, the output value of the microwave output 401 corresponding to the first high-frequency power 161 has two values as the first output 411 and the second output 412 in the first period 431 and the second period 432 in the pulse-on period 441. Is output. In the pulse-on period 441, a pulse-off period 460, particularly an off-period 470, is provided before the pulse-on period 461 of the high-frequency bias power 402 corresponding to the second high-frequency power 162. The pulse off period 460, particularly the off period 470, corresponds to the first period 431 of the first output 411. The output value of the first output 411 of the first high-frequency power during the pulse-off period 460 of the second high-frequency power 162, particularly during the off-period 470, is greater than 0 and the first value of the second high-frequency power 162 during the pulse-on period 461 of the second high-frequency power 162. The value is set as a value smaller than the output value of the second output 412 of the high frequency power 161. The amplitude value (first output 411) of the first pulse 431 in the first pulse is a finite value. The amplitude of the second period 432 (second output 412) is larger than the amplitude of the first period 431 (first output 411). The second pulse is an ON period (pulse ON period 461) during the second period 432.

制御パラメータとして、マイクロ波出力４０１に関するパルス周波数、デューティー比、およびオン時間とオフ時間の比を有する。パルス周波数は、オン（パルスオン期間４４１）とオフ（パルスオフ期間４４０）の繰り返し周波数である。デューティー比は、オンとオフの繰り返しの一周期（周期時間４５０）に対するオン時間（パルスオン期間４４１）の比である。オン時間とオフ時間の比は、パルスオン期間４４１とパルスオフ期間４４０との比である。また、制御パラメータとして、パルスオン期間４４１における第１出力４１１のオン時間、および第２出力４１２のオン時間等を有する。   The control parameters include a pulse frequency, a duty ratio, and a ratio between an on-time and an off-time for the microwave output 401. The pulse frequency is a repetition frequency of ON (pulse ON period 441) and OFF (pulse OFF period 440). The duty ratio is a ratio of an ON time (pulse ON period 441) to one cycle of ON / OFF repetition (cycle time 450). The ratio between the on-time and the off-time is the ratio between the pulse-on period 441 and the pulse-off period 440. The control parameters include the ON time of the first output 411 and the ON time of the second output 412 during the pulse-on period 441.

次に、第１高周波電力１６１に対応するマイクロ波出力値を三値に設定した場合のパルス出力制御例を、図５、図６および図７に、第２ケース、第３ケースおよび第４ケースとして示す。   Next, examples of pulse output control when the microwave output value corresponding to the first high-frequency power 161 is set to three values are shown in FIGS. 5, 6, and 7 in the second case, the third case, and the fourth case. As shown.

［第２ケース］
図５は、第２ケースにおけるマイクロ波出力５０１と高周波バイアス出力５０２とのタイミングチャートを同様に示す。なお、時刻ｔ０〜ｔ７等の値は図４の例とは異なる。マイクロ波出力５０１は、周期（周期時間５５０）毎に、オフ期間５３０、第１期間５３１、および第２期間５３２を有し、第１期間５３１は、さらに、期間（第１振幅期間）５３１ａ、期間（第２振幅期間）５３１ｂで構成される。マイクロ波出力５０１は、周期毎に、パルスオフ期間５４０、パルスオン期間５４１を有し、パルスオン期間５４１は、上記第１期間５３１、第２期間５３２で構成されている。パルスオン期間５４１では、期間５３１ａの第１出力５１１、期間５３１ｂの第２出力５１２、および第２期間５３２の第３出力５１３の三値の出力値が連続して出力される。第１出力５１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２の期間５３１ａでオン状態である第１出力値を示す。第２出力５１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の期間５３１ｂでオン状態である第２出力値を示す。第３出力５１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間５３２でオン状態である第３出力値を示す。第２ケースでは、第１出力５１１、第２出力５１２、および第３出力５１３の順で出力値が大きくなる。第１出力５１１の出力値は、０よりも大きく、かつ、第２出力５１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第２出力５１２の出力値は、第３出力５１３の出力値よりも小さい値として設定されている。期間５３１ａの第１振幅（第１出力５１１）は、期間５３１ｂの第２振幅（第２出力５１２）よりも小さい。 [Second case]
FIG. 5 similarly shows a timing chart of the microwave output 501 and the high frequency bias output 502 in the second case. The values at times t0 to t7 are different from those in the example of FIG. The microwave output 501 has an off period 530, a first period 531 and a second period 532 for each cycle (cycle time 550), and the first period 531 further includes a period (first amplitude period) 531a, A period (second amplitude period) 531b is provided. The microwave output 501 has a pulse-off period 540 and a pulse-on period 541 for each cycle, and the pulse-on period 541 includes the first period 531 and the second period 532. In the pulse-on period 541, ternary output values of the first output 511 of the period 531a, the second output 512 of the period 531b, and the third output 513 of the second period 532 are continuously output. The first output 511 indicates, for example, a first output value that is on in a period 531a from time t1 to t2. The second output 512 indicates, for example, a second output value that is on in a period 531b from time t2 to time t3. The third output 513 indicates, for example, a third output value that is on in the second period 532 from time t3 to t4. In the second case, the output value increases in the order of the first output 511, the second output 512, and the third output 513. The output value of the first output 511 is set as a value larger than 0 and smaller than the output value of the second output 512. The output value of the second output 512 is set as a value smaller than the output value of the third output 513. The first amplitude (first output 511) of the period 531a is smaller than the second amplitude (second output 512) of the period 531b.

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力５０１の第３出力５１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力５０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力５０２のパルスオン期間５６１（例えば時刻ｔ３〜ｔ４）での第１出力５２１となる。第１出力５２１のパルスオン期間５６１の前に、パルスオフ期間５６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）、特にオフ期間５７０を有する。そのパルスオフ期間５６０、特にオフ期間５７０に対し、マイクロ波出力５０２の第１出力５１１の期間５３１ａ、および第２出力５１２の期間５３１ｂを有する。第１出力５１１の出力値は、第１ケースと同様に、高周波バイアス出力５０２のパルスオフ期間５６０、特にオフ期間５７０での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定される。プラズマ密度は、マイクロ波出力５０１の第１出力５１１の期間５３１ａおよび第２出力５１２の期間５３１ｂを通じてある程度安定してから、第３出力５１３および高周波バイアスのパルスオン期間５６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第２ケースでも、第１ケースと同様に、エッチング速度分布が均一となり、等方性エッチングが抑制できる。   The plasma processing apparatus 1 turns on the high-frequency bias output 502 by modulating the phase so as to synchronize with the third output 513 of the microwave output 501. Thus, the first output 521 during the pulse-on period 561 of the high-frequency bias output 502 (for example, from time t3 to t4) is obtained. Before the pulse-on period 561 of the first output 521, there is a pulse-off period 560 (for example, from time t0 to t3), particularly an off-period 570. For the pulse-off period 560, particularly the off-period 570, a period 531a of the first output 511 of the microwave output 502 and a period 531b of the second output 512 are provided. As in the first case, the output value of the first output 511 is set to be the lowest value that minimizes isotropic etching during the pulse-off period 560 of the high-frequency bias output 502, particularly during the off-period 570. The plasma density is stabilized to some extent during the period 531 a of the first output 511 of the microwave output 501 and the period 531 b of the second output 512, and then immediately shifts to the third output 513 and the pulse-on period 561 of the high-frequency bias, and is immediately stabilized. Thus, in the second case, as in the first case, the etching rate distribution becomes uniform, and isotropic etching can be suppressed.

［第３ケース］
図６は、第３ケースにおけるタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力６０１は、周期（周期時間６５０）毎に、オフ期間６３０、第１期間６３１、および第２期間６３２を有し、第１期間６３１は、さらに、期間（第１振幅期間）６３１ａ、期間（第２振幅期間）６３１ｂで構成される。マイクロ波出力６０１は、周期毎に、パルスオフ期間６４０、パルスオン期間６４１を有し、パルスオン期間６４１は、上記第１期間６３１、第２期間６３２で構成されている。パルスオン期間６４１では、期間６３１ａの第１出力６１１、期間６３１ｂの第２出力６１２、および第２期間６３２の第３出力６１３の三値の出力値が連続して出力される。第１出力６１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２の期間６３１ａでオン状態である第１出力値を示す。第２出力６１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の期間６３１ｂでオン状態である第２出力値を示す。第３出力６１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間６３２でオン状態である第３出力値を示す。第３ケースでは、第２出力６１２、第１出力６１１、および第３出力６１３の順で出力値が大きくなる。第２出力６１２の出力値は、０よりも大きく、かつ、第１出力６１２の出力値よりも小さい値として設定されている。第１出力６１１の出力値は、第３出力６１３の出力値よりも小さい値として設定されている。期間６３１ａの第１振幅（第１出力６１１）は、期間６３１ｂの第２振幅（第２出力６１２）よりも大きい。 [Third case]
FIG. 6 similarly shows a timing chart in the third case. The microwave output 601 has an off period 630, a first period 631, and a second period 632 for each cycle (cycle time 650). The first period 631 further includes a period (first amplitude period) 631a, A period (second amplitude period) 631b is provided. The microwave output 601 has a pulse-off period 640 and a pulse-on period 641 for each cycle, and the pulse-on period 641 includes the first period 631 and the second period 632. In the pulse-on period 641, ternary output values of the first output 611 in the period 631a, the second output 612 in the period 631b, and the third output 613 in the second period 632 are continuously output. The first output 611 indicates, for example, a first output value that is on in a period 631a from time t1 to t2. The second output 612 indicates, for example, a second output value that is on in a period 631b between time t2 and time t3. The third output 613 indicates, for example, a third output value that is on in the second period 632 from time t3 to t4. In the third case, the output value increases in the order of the second output 612, the first output 611, and the third output 613. The output value of the second output 612 is set as a value larger than 0 and smaller than the output value of the first output 612. The output value of the first output 611 is set as a value smaller than the output value of the third output 613. The first amplitude (first output 611) of the period 631a is larger than the second amplitude (second output 612) of the period 631b.

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力６０１の第３出力６１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力６０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力６０２のパルスオン期間６６１（例えば時刻ｔ３から時刻ｔ４）の第１出力６２１となる。第１出力６２１のパルスオン期間６６１の前に、パルスオフ期間６６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）、特にオフ期間６７０を有する。そのパルスオフ期間６６０、特にオフ期間６７０に対し、マイクロ波出力６０２の第１出力６１１の期間６３１ａ、および第２出力６１２の期間６３１ｂを有する。第２出力６１１の出力値は、第１ケースと同様に、高周波バイアス出力６０２のパルスオフ期間６６０、特にオフ期間６７０での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定される。プラズマ密度は、マイクロ波出力６０１の第１出力６１１の期間６３１ａおよび第２出力６１２の期間６３１ｂを通じてある程度安定してから、第３出力６１３および高周波バイアスのパルスオン期間６６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第３ケースでも、第２ケースと同様の効果が得られる。   The plasma processing apparatus 1 turns on the high-frequency bias output 602 by modulating the phase so as to synchronize with the third output 613 of the microwave output 601. Thus, the first output 621 of the high frequency bias output 602 during the pulse-on period 661 (for example, from time t3 to time t4) is obtained. Before the pulse-on period 661 of the first output 621, there is a pulse-off period 660 (for example, from time t0 to t3), particularly an off-period 670. For the pulse-off period 660, particularly the off-period 670, a period 631a of the first output 611 of the microwave output 602 and a period 631b of the second output 612 are provided. As in the first case, the output value of the second output 611 is set to be the lowest value that minimizes the isotropic etching during the pulse-off period 660 of the high-frequency bias output 602, particularly during the off-period 670. The plasma density is stabilized to some extent during the period 631a of the first output 611 of the microwave output 601 and the period 631b of the second output 612, and then immediately shifts to the third output 613 and the pulse-on period 661 of the high-frequency bias, and is immediately stabilized. Thereby, the same effect as in the second case can be obtained in the third case.

［第４ケース］
図７は、第４ケースにおけるタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力７０１は、周期（周期時間７５０）毎に、所定の期間７３３、オフ期間７３０、第１期間７３１、および第２期間７３２を有する。マイクロ波出力７０１は、周期毎に、パルスオフ期間７４０、パルスオン期間７４１（オフ期間７３０と対応する）を有し、パルスオン期間７４１は、上記所定の期間７３３、第１期間７３１、第２期間７３２で構成されている。パルスオン期間７４１では、所定の期間７３３の第１出力７１１、第１期間７３１の第２出力７１２、および第２期間７３２の第３出力７１３の三値の出力値を有する。所定の期間７３３の第１出力７１１と第１期間７３１の第２出力７１２の間にオフ期間７３０を有する。第２出力７１２および第３出力７１３は連続して出力される。第１出力７１１は、例えば時刻ｔ０から時刻ｔ１までの所定の期間７３３でオン状態である第１出力値を示す。時刻ｔ１から時刻ｔ２まではオフ期間７３０とされる。第２出力７１２は、例えば時刻ｔ２〜ｔ３の第１期間７３１でオン状態である第２出力値を示す。第３出力７１３は、例えば時刻ｔ３〜ｔ４の第２期間７３２でオン状態である第３出力値を示す。第３出力７１３の後には再び所定の期間７３３の第１出力値７１１が続いている。第４ケースでは、第１出力７１１および第２出力７１２は、高周波バイアス出力７０２のパルスオフ期間７６０、特にオフ期間７７０，７７１での等方性エッチングを極力抑制する最低の値となるように設定されている。所定の期間７３３は、オフ期間７３０よりも前の期間である。第１期間７３１は、オフ期間７３０よりも後の期間である。所定の期間７３３の振幅値（第１出力７１１）は、有限の値である。第２期間７３２の振幅（第３出力７１３）は、所定の期間７３３の振幅（第１出力７１１）よりも大きい。 [4th case]
FIG. 7 similarly shows a timing chart in the fourth case. The microwave output 701 has a predetermined period 733, an off period 730, a first period 731, and a second period 732 for each cycle (cycle time 750). The microwave output 701 has, for each cycle, a pulse-off period 740 and a pulse-on period 741 (corresponding to the off-period 730), and the pulse-on period 741 includes the predetermined period 733, the first period 731, and the second period 732. It is configured. The pulse-on period 741 has three output values of a first output 711 in a predetermined period 733, a second output 712 in the first period 731, and a third output 713 in the second period 732. An off period 730 is provided between the first output 711 of the predetermined period 733 and the second output 712 of the first period 731. The second output 712 and the third output 713 are output continuously. The first output 711 indicates, for example, a first output value that is on in a predetermined period 733 from time t0 to time t1. The off period 730 is from time t1 to time t2. The second output 712 indicates, for example, a second output value that is on in the first period 731 from time t2 to t3. The third output 713 indicates, for example, a third output value that is on in the second period 732 from time t3 to t4. After the third output 713, the first output value 711 of the predetermined period 733 continues again. In the fourth case, the first output 711 and the second output 712 are set to be the lowest values that minimize isotropic etching during the pulse-off period 760 of the high-frequency bias output 702, particularly during the off-periods 770 and 771. ing. The predetermined period 733 is a period before the off period 730. The first period 731 is a period after the off period 730. The amplitude value (first output 711) of the predetermined period 733 is a finite value. The amplitude (third output 713) of the second period 732 is larger than the amplitude (first output 711) of the predetermined period 733.

プラズマ処理装置１は、マイクロ波出力７０１の第３出力７１３と同期させるように、位相を変調させることで、高周波バイアス出力７０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力７０２のパルスオン期間７６１（例えば時刻ｔ３から時刻ｔ４）の第１出力７２１となる。第１出力７２１のパルスオン期間７６１の前に、パルスオフ期間７６０（例えば時刻ｔ０〜ｔ３）を有する。そのパルスオフ期間７６０に対し、マイクロ波出力７０２の第１出力７１１の所定の期間７３３、オフ期間７３０、および第２出力７１２の第１期間７３１を有する。プラズマ密度は、マイクロ波出力７０１の第１出力７１１の所定の期間７３３、オフ期間７３０、および第２出力７１２の第１期間７３１を通じてある程度安定してから、第３出力７１３および高周波バイアスのパルスオン期間７６１へ移行して直ちに安定する。これにより、第４ケースでも、同様の効果が得られる。これらの第２ケース〜第４ケースを用いても、第１ケースと同様に、エッチング速度分布の偏りとＣＤの差異とを同時に避ける効果が得られた。   The plasma processing apparatus 1 turns on the high-frequency bias output 702 by modulating the phase so as to synchronize with the third output 713 of the microwave output 701. Thus, the high-frequency bias output 702 becomes the first output 721 during the pulse-on period 761 (for example, from time t3 to time t4). A pulse-off period 760 (for example, times t0 to t3) is provided before the pulse-on period 761 of the first output 721. The pulse off period 760 has a predetermined period 733 of the first output 711 of the microwave output 702, an off period 730, and a first period 731 of the second output 712. The plasma density is stabilized to some extent during a predetermined period 733 of the first output 711 of the microwave output 701, an off period 730, and a first period 731 of the second output 712, and then the pulse output of the third output 713 and the high frequency bias is turned on. The process immediately shifts to 761 and stabilizes. Thereby, a similar effect can be obtained in the fourth case. Even when these second to fourth cases are used, the effect of simultaneously avoiding the bias of the etching rate distribution and the difference in CD as in the first case was obtained.

図８および図９には、実施の形態に対する比較例として、従来技術のプラズマ処理装置および方法における、パルス変調されたマイクロ波出力および高周波バイアス出力の関係を示す。   FIGS. 8 and 9 show a relation between a pulse-modulated microwave output and a high-frequency bias output in a conventional plasma processing apparatus and method as a comparative example with respect to the embodiment.

［第５ケース］
図８は、比較例における第５ケースでのタイミングチャートを同様に示す。マイクロ波出力８０１は、周期（周期時間８５０）毎に、パルスオフ期間８４０、パルスオン期間８４１を有し、パルスオン期間８４１での第１出力８１１を有する。第１出力８１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ２のパルスオン期間８４１でオン状態にされた１つの出力値を示す。比較例のプラズマ処理装置は、マイクロ波出力８０１の第１出力８１１と同期させるように、高周波バイアス出力８０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力８０２のパルスオン期間８６１（例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２）での第１出力８２１となる。 [Fifth case]
FIG. 8 similarly shows a timing chart in the fifth case in the comparative example. The microwave output 801 has a pulse-off period 840 and a pulse-on period 841 for each cycle (cycle time 850), and has a first output 811 in the pulse-on period 841. The first output 811 indicates, for example, one output value that has been turned on during the pulse-on period 841 between times t1 and t2. The plasma processing apparatus of the comparative example turns on the high-frequency bias output 802 so as to synchronize with the first output 811 of the microwave output 801. As a result, the high-frequency bias output 802 becomes the first output 821 during the pulse-on period 861 (for example, from time t1 to time t2).

［第６ケース］
図９は、比較例における第６ケースでのタイミングチャートを示す。マイクロ波出力９０１は、周期（周期時間９５０）毎に、パルスオフ期間９４０、パルスオン期間９４１を有し、パルスオン期間９４１での第１出力９１１を有する。第１出力９１１は、例えば時刻ｔ１〜ｔ３のパルスオン期間９４１でオン状態にされた１つの出力値を示す。比較例のプラズマ処理装置は、位相変調を用いて、マイクロ波出力９０１のパルスオン期間９４１の第１出力９１１のうち、後半の一部の期間（例えば時刻ｔ２から時刻ｔ３）と同期させるように、言い換えると例えば時刻ｔ１のオンのタイミングよりも遅れた時刻ｔ２のタイミングで、高周波バイアス出力９０２をオンする。これにより、高周波バイアス出力９０２のパルスオン期間９６１（例えば時刻ｔ２〜ｔ３）での第１出力９２１となる。パルスオン期間９６１の前にはパルスオフ期間９６０を有する。 [Sixth case]
FIG. 9 shows a timing chart in the sixth case in the comparative example. The microwave output 901 has a pulse-off period 940 and a pulse-on period 941 for each cycle (cycle time 950), and has a first output 911 in the pulse-on period 941. The first output 911 indicates, for example, one output value that has been turned on during the pulse-on period 941 between times t1 and t3. The plasma processing apparatus of the comparative example uses phase modulation to synchronize with the second half of the first output 911 of the pulse-on period 941 of the microwave output 901 (for example, from time t2 to time t3). In other words, for example, the high-frequency bias output 902 is turned on at time t2, which is later than the time t1 is turned on. As a result, the high-frequency bias output 902 becomes the first output 921 during the pulse-on period 961 (for example, from time t2 to t3). A pulse-off period 960 is provided before the pulse-on period 961.

この第６ケースでは、マイクロ波出力９０１の第１出力９１１のパルスオン期間９４１よりも、高周波バイアス出力９０２の第１出力９２１のパルスオン期間９６１の方が短い。マイクロ波の第１出力９１１のパルスオン期間９４１に対し、高周波バイアスのオフ期間９７０を有する。すなわち、このオフ期間９７０として、前述のマイクロ波オン、かつ高周波バイアスオフの期間が生じている。前述のように、このオフ期間９７０でのマイクロ波の出力値と、パルスオン期間９６１でのマイクロ波の出力値とが第１出力値９１１として同じである。そのため、このオフ期間９７０では、エッチングの反応は、ラジカルエッチングが主体となり、等方性エッチングが進む。等方性エッチングによって、ＣＤに差異が生じてしまう。   In the sixth case, the pulse-on period 961 of the first output 921 of the high-frequency bias output 902 is shorter than the pulse-on period 941 of the first output 911 of the microwave output 901. A high frequency bias off period 970 is provided for a pulse on period 941 of the first output 911 of the microwave. That is, as the off-period 970, the above-mentioned microwave on and high-frequency bias off periods occur. As described above, the microwave output value in the off period 970 and the microwave output value in the pulse on period 961 are the same as the first output value 911. Therefore, in the off-period 970, the etching reaction is mainly radical etching, and isotropic etching proceeds. The CD is differentiated by the isotropic etching.

［エッチング特性］
図１０には、上記各パルス出力制御のケースに対応するマイクロ波出力値パターンにおける、エッチング特性の測定値を示す。各ケースとして、第１ケース（図４）、第２ケース（図５）、第３ケース（図６）、および第４ケース（図７）と、比較例の第５ケース（図８）および第６ケース６（図９）とを示す。ウエハ１２２がポリシリコンである場合のエッチング特性として、エッチング速度［nm/min］と、均一性［％］とを示す。均一性［％］は、０を基準とした正負の率であり、値が０に近いほど高い。第１ケースから第６ケースまで順に、エッチング速度は、｛80.1, 75.6, 78.2, 76.5, 83.0, 85.7｝となった。均一性は、｛1.9， 2.1, 2.4, 2.2, 5.4, 3.5｝となった。このように、実施の形態における第１ケースから第４ケースの各ケースでは、比較例の第５ケースおよび第６ケースに比べ、均一性が良好になる結果が得られた。 [Etching characteristics]
FIG. 10 shows the measured values of the etching characteristics in the microwave output value patterns corresponding to the respective pulse output control cases. As each case, a first case (FIG. 4), a second case (FIG. 5), a third case (FIG. 6), and a fourth case (FIG. 7), and a fifth case (FIG. 8) and a 6 and 6 (FIG. 9). As etching characteristics when the wafer 122 is made of polysilicon, an etching rate [nm / min] and uniformity [%] are shown. The uniformity [%] is a positive / negative ratio based on 0, and is higher as the value is closer to 0. From the first case to the sixth case, the etching rates were {80.1, 75.6, 78.2, 76.5, 83.0, 85.7}. The uniformity was {1.9, 2.1, 2.4, 2.2, 5.4, 3.5}. As described above, in each of the first to fourth cases in the embodiment, a result in which the uniformity was better than in the fifth and sixth cases of the comparative example was obtained.

［効果等］
上述したように、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置は、試料を載置する試料台（試料載置用電極１１１）を含み、試料がプラズマ処理される処理室１０４と、処理室１０４内にプラズマを生成するための第１高周波電力１６１（マイクロ波）を供給する第１高周波電源（電磁波発生用電源１０９）と、試料台に第２高周波電力１６２（高周波バイアス電力）を供給する第２高周波電源（高周波バイアス電源１１４）と、第１高周波電力１６１を時間変調するための第１パルス１５１を第１高周波電源に送信するとともに、第２高周波電力１６２を時間変調するための第２パルス１５２を第２高周波電源に送信するパルス発生ユニット１２１と、パルス発生ユニット１２１等を制御する制御部１２０とを備える。そして、図４等で示したように、第１高周波電力１６１の出力値は、パルスオン期間での二値以上の出力値となる。第１高周波電力１６１のパルスオン期間では、第２高周波電力１６２のパルスオン期間の前に第２高周波電力１６２のオフ期間を少なくとも１つ有する。第２高周波電力１６２のオフ期間での第１高周波電力１６１の出力値（例えば二値のうちの第１出力値）は、０よりも大きく、かつ、第２高周波電力１６２のパルスオン期間での第１高周波電力１６１の出力値（例えば二値のうちの第２出力値）よりも小さい。さらに、プラズマ処理装置１は、図３で示したように、第１高周波電力１６１のパルスオン期間の二値以上の出力値をモニタするために、少なくとも２つの検波器を有する。 [Effects]
As described above, the plasma processing apparatus according to the embodiment of the present invention includes the sample stage on which the sample is mounted (the sample mounting electrode 111), A first high-frequency power supply (power supply 109 for generating electromagnetic waves) for supplying a first high-frequency power 161 (microwave) for generating plasma to the sample, and a second high-frequency power supply 162 (high-frequency bias power) for supplying a second high-frequency power 162 to the sample stage A high-frequency power supply (high-frequency bias power supply 114) and a first pulse 151 for time-modulating the first high-frequency power 161 are transmitted to the first high-frequency power supply, and a second pulse 152 for time-modulating the second high-frequency power 162 is transmitted. And a control unit 120 for controlling the pulse generation unit 121 and the like. Then, as shown in FIG. 4 and the like, the output value of the first high-frequency power 161 is two or more output values during the pulse-on period. The pulse on period of the first high frequency power 161 has at least one off period of the second high frequency power 162 before the pulse on period of the second high frequency power 162. The output value of the first high-frequency power 161 during the off period of the second high-frequency power 162 (for example, the first output value of the two values) is greater than 0 and the output value of the second high-frequency power 162 during the pulse-on period of the second high-frequency power 162 It is smaller than the output value of one high-frequency power 161 (for example, the second output value of two values). Further, as shown in FIG. 3, the plasma processing apparatus 1 has at least two detectors to monitor two or more output values during the pulse-on period of the first high-frequency power 161.

上述した通り、本発明の実施の形態のプラズマ処理装置１によれば、マイクロ波出力値をパルスオン期間での二値以上の出力値とすることで、エッチング速度分布が均一となり、かつ、等方性エッチングが抑制可能となる。これにより、プロセス性能の高精度な制御が可能となる。プラズマ処理装置１の構成によれば、最適なプラズマ状態と高周波バイアスとの組み合わせを制御することが可能となり、高精度なプロセス制御ができる。   As described above, according to the plasma processing apparatus 1 of the embodiment of the present invention, by setting the microwave output value to two or more output values during the pulse-on period, the etching rate distribution becomes uniform and the isotropic Etching can be suppressed. This enables highly accurate control of the process performance. According to the configuration of the plasma processing apparatus 1, it is possible to control the optimum combination of the plasma state and the high-frequency bias, and to perform highly accurate process control.

上述した実施の形態では、マイクロ波ＥＣＲプラズマの生成方式を一例として説明したが、容量結合型プラズマや誘導結合型プラズマ等の他のプラズマの生成方式に対応するプラズマ処理装置等においても、本発明を同様に適用可能であり、同様の効果が得られる。また、上述した実施の形態では、マイクロ波出力変調用パルスの繰り返し周波数と高周波バイアス変調用パルスの繰り返し周波数とが等しい場合で説明したが、それらを異なる周波数とした場合でも、同様の効果が得られる。さらに、上述した実施の形態では、エッチング装置およびエッチング処理の場合について説明したが、パルス変調方式を用いる装置であれば、エッチング処理以外のプラズマ処理にも、本発明を同様に適用可能である。   In the above-described embodiment, the generation method of the microwave ECR plasma has been described as an example. However, the present invention can be applied to a plasma processing apparatus or the like corresponding to another plasma generation method such as a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma. Can be similarly applied, and a similar effect can be obtained. Further, in the above-described embodiment, the case where the repetition frequency of the microwave output modulation pulse and the repetition frequency of the high frequency bias modulation pulse are equal has been described. Can be Further, in the above-described embodiment, the case of the etching apparatus and the etching processing has been described. However, the present invention can be similarly applied to plasma processing other than the etching processing as long as the apparatus uses a pulse modulation method.

以上、本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof.

１０１…真空容器、１０２…シャワープレート、１０３…誘電体窓、１０４…処理室、１０５…ガス供給装置、１０６…真空排気装置、１０７…導波管、１０９…電磁波発生用電源、１１０…磁場生成コイル、１１１…試料載置用電極、１１２…ウエハ、１１３…マッチング回路、１１４…高周波バイアス電源、１１５…高周波フィルタ、１１６…直流電源、１１７…排気用開閉バルブ、１１８…排気速度可変バルブ、１１９…整合器、１２０…制御部、１２１…パルス発生ユニット、２０１…パルス生成部、２０２…位相制御部、３０１…調整器、３０２，３０３，３０４…検波器、４０１…マイクロ波出力、４０２…高周波バイアス出力、４０３…プラズマ密度、４１１…第１出力、４１２…第２出力、４２１…第１出力、４３０…オフ期間、４３１…第１期間、４３２…第２期間、４４０，４６０…パルスオフ期間、４４１，４６１…パルスオン期間、４５０…周期時間、４７０…オフ期間。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Vacuum container, 102 ... Shower plate, 103 ... Dielectric window, 104 ... Processing chamber, 105 ... Gas supply device, 106 ... Vacuum exhaust device, 107 ... Waveguide, 109 ... Power supply for electromagnetic wave generation, 110 ... Magnetic field generation Coil, 111: Sample mounting electrode, 112: Wafer, 113: Matching circuit, 114: High frequency bias power, 115: High frequency filter, 116: DC power, 117: Open / close valve for exhaust, 118: Variable valve for exhaust speed, 119 ... Matching device, 120 control unit, 121 pulse generating unit, 201 pulse generating unit, 202 phase control unit, 301 adjuster, 302, 303, 304 detector, 401 microwave output, 402 high frequency Bias output, 403: Plasma density, 411: First output, 412: Second output, 421: First output, 430: Off During, 431 ... first period, 432 ... second period, 440, 460 ... pulse-off period, 441,461 ... pulse ON period, 450 ... period time, 470 ... off period.

Claims (5)

試料がプラズマ処理される処理室と、プラズマを生成するための第１高周波電力を供給する第１高周波電源と、試料が載置される試料台と、前記試料台に第２高周波電力を供給する第２高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、
前記第１高周波電力を時間変調するための第１パルスと前記第２高周波電力を時間変調するための第２パルスを生成するパルス生成ユニットをさらに備え、
前記第１パルスは、オフ期間と第１期間と第２期間とを有し、
前記第１期間の振幅値は、有限の値であり、
前記第２期間の振幅は、前記第１期間の振幅より大きく、
前記第２パルスは、前記第２期間の間、オン期間となる、プラズマ処理装置。 A processing chamber in which the sample is subjected to plasma processing, a first high-frequency power supply for supplying a first high-frequency power for generating plasma, a sample stage on which the sample is mounted, and a second high-frequency power for supplying the sample stage In a plasma processing apparatus including a second high-frequency power supply,
A pulse generation unit that generates a first pulse for time-modulating the first high-frequency power and a second pulse for time-modulating the second high-frequency power,
The first pulse has an off period, a first period, and a second period,
The amplitude value of the first period is a finite value,
The amplitude of the second period is larger than the amplitude of the first period,
The plasma processing apparatus, wherein the second pulse is turned on during the second period. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１期間は、第１振幅の期間である第１振幅期間と第２振幅の期間である第２振幅期間とを有し、
前記第１振幅は、前記第２振幅より小さい、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The first period has a first amplitude period that is a period of the first amplitude and a second amplitude period that is a period of the second amplitude,
The plasma processing apparatus, wherein the first amplitude is smaller than the second amplitude. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１期間は、第１振幅の期間である第１振幅期間と第２振幅の期間である第２振幅期間とを有し、
前記第１振幅は、前記第２振幅より大きい、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The first period has a first amplitude period that is a period of the first amplitude and a second amplitude period that is a period of the second amplitude,
The plasma processing apparatus, wherein the first amplitude is larger than the second amplitude. 請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１パルスは、所定の期間をさらに有し、
前記所定の期間は、前記第１パルスのオフ期間より前の期間であり、
前記第１期間は、前記第１パルスのオフ期間より後の期間であり、
前記所定の期間の振幅値は、有限の値であり、
前記第２期間の振幅は、前記所定の期間の振幅より大きい、プラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The first pulse further has a predetermined period,
The predetermined period is a period before an off period of the first pulse,
The first period is a period after an off period of the first pulse,
The amplitude value of the predetermined period is a finite value,
The plasma processing apparatus, wherein the amplitude during the second period is larger than the amplitude during the predetermined period. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置において、
前記時間変調された第１高周波電力をモニタする検波器をさらに備え、
前記検波器は、少なくとも２つの検波器である、プラズマ処理装置。 In the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A detector that monitors the time-modulated first high-frequency power,
The plasma processing apparatus, wherein the detector is at least two detectors.
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