JP2021182619A - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
以下の開示は、プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。 The following disclosure relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.
特許文献1には、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma: ICP、トランス結合型プラズマ(Transformer Coupled Plasma: TCP)とも呼ぶ。)を用いた装置においてRF(Radio Frequency)信号をパルス化する技術が開示されている。この特許文献1は、例えば、コイルに供給するソースRF信号とチャックに供給するバイアスRF信号とをパルスシーケンスが逆になるように同期させることを開示している。
本開示は、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of improving the processing performance of plasma etching.
本開示の一態様によるプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、ソースRF生成部と、バイアスRF生成部と、を備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置される。ソースRF生成部は、プラズマ処理チャンバに結合され、複数のソースサイクルを含むパルスソースRF信号を生成するよう構成される。各ソースサイクルは、ソース稼働期間の間のソース稼働状態と、ソース稼働期間後のソース未稼働期間の間のソース未稼働状態とを有する。バイアスRF生成部は、基板支持部に結合され、パルスバイアスRF信号を生成するよう構成される。パルスバイアスRF信号は、複数のソースサイクルと同じパルス周波数を有する複数のバイアスサイクルを有し、各バイアスサイクルは、バイアス稼働期間の間のバイアス稼働状態と、バイアス稼働期間後のバイアス未稼働期間の間のバイアス未稼働状態とを有する。各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働状態への遷移タイミングは、対応するソースサイクルにおけるソース稼働状態への遷移タイミングに対して遅延する。ソース未稼働期間は、バイアス未稼働期間と重複する。各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働期間は、その次のソースサイクルにおけるソース稼働期間と重複する。 The plasma processing apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a plasma processing chamber, a substrate support unit, a source RF generation unit, and a bias RF generation unit. The substrate support is arranged in the plasma processing chamber. The source RF generator is coupled to the plasma processing chamber and configured to generate a pulse source RF signal containing multiple source cycles. Each source cycle has a source operating state during the source operating period and a source operating state during the source operating period after the source operating period. The bias RF generator is coupled to the substrate support and configured to generate a pulse bias RF signal. The pulse bias RF signal has multiple bias cycles having the same pulse frequency as multiple source cycles, and each bias cycle has a bias operating state during the bias operating period and a bias non-operating period after the bias operating period. Has a bias between non-operating states. The transition timing to the bias operating state in each bias cycle is delayed with respect to the transition timing to the source operating state in the corresponding source cycle. The source non-working period overlaps with the bias non-working period. The bias uptime in each bias cycle overlaps with the source uptime in the next source cycle.
本開示によれば、プラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。 According to the present disclosure, the processing performance of plasma etching can be improved.
以下に、本開示によるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を実施するための形態(以下、「実施形態」と記載する)について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。 Hereinafter, embodiments for carrying out the plasma processing apparatus and plasma processing method according to the present disclosure (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to this embodiment. In addition, each embodiment can be appropriately combined as long as the processing contents do not contradict each other. Further, in each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
(エッチングにおいて発生する形状異常の例)
まず、実施形態について説明する前にシリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明する。図17は、シリコン膜のエッチングにおいて発生する形状異常の例について説明するための図である。
(Example of shape abnormality that occurs during etching)
First, an example of a shape abnormality that occurs in the etching of a silicon film will be described before the embodiment is described. FIG. 17 is a diagram for explaining an example of a shape abnormality that occurs in etching of a silicon film.
近年、半導体製造技術において、アスペクト比が高い孔を加工する技術が注目されている。一例として高アスペクト比コンタクト(High Aspect Ratio Contact: HARC)がある。HARCは、DRAM(Dynamic Random Access Memory)や3次元NANDに用いられる。DRAMに用いるHARCのアスペクト比は例えば45であり、3次元NANDに用いるHARCのアスペクト比は65を超える。 In recent years, in semiconductor manufacturing technology, a technique for processing a hole having a high aspect ratio has attracted attention. One example is High Aspect Ratio Contact (HARC). HARC is used for DRAM (Dynamic Random Access Memory) and 3D NAND. The aspect ratio of HARC used for DRAM is, for example, 45, and the aspect ratio of HARC used for three-dimensional NAND exceeds 65.
形成する孔のアスペクト比が高くなるにつれ、垂直方向にまっすぐに孔を形成することが難しくなっている。たとえば、図17の(A)に示すように、孔の底部付近に近づくにつれ先細りする現象が発生する。この現象の原因としてはたとえば、プラズマ中のイオンの入射方向が孔の深さ方向に対して斜めになり、イオンが孔の底部まで輸送されにくいことが考えられる。また、イオンが孔の中に滞留して、続くイオンの進路を阻害すること等が考えられる。 As the aspect ratio of the holes to be formed increases, it becomes difficult to form holes straight in the vertical direction. For example, as shown in FIG. 17 (A), a phenomenon of tapering occurs as it approaches the vicinity of the bottom of the hole. The cause of this phenomenon is considered to be, for example, that the incident direction of the ions in the plasma is slanted with respect to the depth direction of the pores, and it is difficult for the ions to be transported to the bottom of the pores. In addition, it is conceivable that the ions stay in the pores and obstruct the course of the following ions.
また、図17の(B)に示すように、基板にエッチングにより削られた物質や、プラズマによって生じた反応生成物が堆積する場合もある。孔の開口付近にかかる物質が堆積すると孔の開口が閉塞し、エッチングが進まなくなる。また、開口が完全に閉塞しない場合でもイオンが孔の内部に到達しにくくなり、孔の形状がゆがんだりエッチングが進まなくなったりする。 Further, as shown in FIG. 17B, a substance scraped by etching or a reaction product generated by plasma may be deposited on the substrate. When a substance is deposited near the opening of the hole, the opening of the hole is blocked and etching does not proceed. Further, even if the opening is not completely closed, it becomes difficult for ions to reach the inside of the hole, and the shape of the hole is distorted or etching does not proceed.
また、エッチングによりマスクの開口の縁部分が削れる場合がある。この場合、図17の(C)に示すように、イオンの孔に対する入射方向が歪み、孔の側壁にあたって孔の形が樽状に歪むボーイングと呼ばれる現象が発生することがある。 In addition, the edge portion of the opening of the mask may be scraped by etching. In this case, as shown in FIG. 17 (C), a phenomenon called Boeing may occur in which the incident direction of the ions with respect to the hole is distorted and the shape of the hole is distorted like a barrel at the side wall of the hole.
このように、高アスペクト比のプラズマ処理は、プラズマ中で生成されるラジカルやイオン、プラズマ処理によって発生する反応生成物によって処理性能が左右される。このため、プラズマ処理の進行度合いに応じて、生成される反応種、ラジカル、副生成物等を個別に制御できる技術が望まれる。 As described above, the processing performance of high aspect ratio plasma treatment depends on the radicals and ions generated in the plasma and the reaction products generated by the plasma treatment. Therefore, a technique capable of individually controlling the reaction species, radicals, by-products, etc. generated according to the progress of plasma treatment is desired.
(実施形態)
以下に説明する実施形態においては、プラズマ生成時に用いるRF(高周波)電力をパルス状に印加することで、プラズマ処理のパラメータである各物理量を制御する。制御する物理量はたとえば、イオンエネルギー、イオン入射角、ラジカルフラックス、イオンフラックス、副生成物の量、等である。
(Embodiment)
In the embodiment described below, each physical quantity which is a parameter of plasma processing is controlled by applying RF (radio frequency) power used at the time of plasma generation in a pulse shape. The physical quantity to be controlled is, for example, ion energy, ion incident angle, radical flux, ion flux, amount of by-products, and the like.
以下に説明する実施形態に係るプラズマ処理装置はICP装置である。実施形態のプラズマ処理装置の制御部は、コイル(アンテナ)に供給されるRF電力(ソースRF信号、ソース電力)を制御信号により制御する。一実施形態において、ソースRF信号の供給により、高密度のプラズマが生成される。なお、RF電力の供給は多様な態様で実現できる。たとえば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のソースRF生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのソース電力を順次パルス状に供給してもよい。 The plasma processing apparatus according to the embodiment described below is an ICP apparatus. The control unit of the plasma processing apparatus of the embodiment controls the RF power (source RF signal, source power) supplied to the coil (antenna) by the control signal. In one embodiment, the supply of the source RF signal produces a high density plasma. The supply of RF power can be realized in various modes. For example, based on a program prepared in advance, the control unit of the plasma processing apparatus may switch the power supply path from the plurality of source RF generation units to sequentially supply source power of different power levels in a pulse shape.
コイルにRF電力が供給される期間をオン(稼働)期間、コイルへのRF電力供給が停止される期間をオフ(未稼働)期間と呼ぶ。ソースRF信号は、オン期間に対応する第1状態たとえばオン状態(ソースオン状態)と、オフ期間に対応する第2状態たとえばオフ状態(ソースオフ状態)と、を有する。ソースRF信号は、第1状態のオン期間とそれに続く第2状態のオフ期間とで1周期(ソースサイクル)をなすパルス信号である。ソースRF信号の周波数はたとえば、約1kHz〜約5kHzであってよい。 The period in which RF power is supplied to the coil is called an on (operating) period, and the period in which RF power supply to the coil is stopped is called an off (non-operating) period. The source RF signal has a first state, for example, an on state (source on state) corresponding to an on period, and a second state, for example, an off state (source off state), which corresponds to an off period. The source RF signal is a pulse signal that forms one cycle (source cycle) between the on period of the first state and the off period of the second state following it. The frequency of the source RF signal may be, for example, from about 1 kHz to about 5 kHz.
なお、実施形態のソースRF信号は、第1状態中、2レベル以上(たとえば、第1ソースパワーレベルと第2ソースパワーレベル)に遷移してもよい。たとえば、ソースRF信号の第1状態は、予め定められた値のRF電力がコイルに供給される第1レベルと、第1レベルよりも低い値のRF電力がコイルに供給される第2レベルと、を有してもよい。たとえば、ソースRF信号は、コイルに約1000ワットのRF電力が供給される第1レベルと、コイルに約250ワットのRF電力が供給される第2レベルと、を有してもよい。第2レベルで供給されるRF電力は、約100ワットまたは約150ワットであってもよい。第1レベルと第2レベルはそれぞれハイレベルとローレベルであってよい。 The source RF signal of the embodiment may transition to two or more levels (for example, a first source power level and a second source power level) in the first state. For example, the first state of the source RF signal is a first level at which a predetermined value of RF power is supplied to the coil and a second level at which RF power at a value lower than the first level is supplied to the coil. , May have. For example, the source RF signal may have a first level in which the coil is supplied with about 1000 watts of RF power and a second level in which the coil is supplied with about 250 watts of RF power. The RF power supplied at the second level may be about 100 watts or about 150 watts. The first and second levels may be high and low levels, respectively.
制御部はまた、プラズマ処理装置の下部電極に供給するRF電力(バイアスRF信号、バイアス電力)を制御信号により制御する。一実施形態において、バイアスRF信号の供給により、下部電極上方に載置される基板においてイオン結合が生じ、反応種およびラジカルが生成される。なお、RF電力の供給は多様な態様で実現できる。たとえば、予め準備したプログラムに基づき、プラズマ処理装置の制御部が複数のバイアスRF生成部からの電力供給経路を切り替えて、異なるパワーレベルのバイアス電力を順次パルス状に供給してもよい。 The control unit also controls the RF power (bias RF signal, bias power) supplied to the lower electrode of the plasma processing device by the control signal. In one embodiment, the supply of the bias RF signal causes ionic bonding in the substrate placed above the lower electrode, producing reaction species and radicals. The supply of RF power can be realized in various modes. For example, based on a program prepared in advance, the control unit of the plasma processing apparatus may switch the power supply path from the plurality of bias RF generation units to sequentially supply bias power of different power levels in a pulsed manner.
下部電極にRF電力が供給される期間をオン期間、下部電極へのRF電力供給が停止する期間をオフ期間と呼ぶ。バイアスRF信号は、オン期間に対応する第1状態たとえばオン状態(バイアスオン状態)と、オフ期間に対応する第2状態たとえばオフ状態(バイアスオフ状態)と、を有する。バイアスRF信号は、第1状態のオン期間とそれに続く第2状態のオフ期間とで1周期(バイアスサイクル)をなす連続パルス信号である。バイアスRF信号の周波数はたとえば、約1kHz〜約5kHzであってよい。 The period in which RF power is supplied to the lower electrode is called an on period, and the period in which RF power supply to the lower electrode is stopped is called an off period. The bias RF signal has a first state corresponding to an on period, for example, an on state (bias on state) and a second state corresponding to an off period, for example, an off state (bias off state). The bias RF signal is a continuous pulse signal that forms one cycle (bias cycle) between the on period of the first state and the off period of the second state following it. The frequency of the bias RF signal may be, for example, from about 1 kHz to about 5 kHz.
なお、実施形態のバイアスRF信号は、第1状態中、2レベル以上(たとえば、第1バイアスパワーレベルと第2バイアスパワーレベル)に遷移してもよい。たとえば、バイアスRF信号の第1状態は、予め定められた値のRF電力が下部電極に供給される第1レベルと、第1レベルよりも低い値のRF電力が下部電極に供給される第2レベルと、を有してもよい。たとえば、バイアスRF信号は、下部電極に約250ワットのRF電力が供給される第1レベルと、下部電極に約92.5ワットのRF電力が供給される第2レベルと、を有してもよい。第1レベルと第2レベルはそれぞれハイレベルとローレベルであってよい。 The bias RF signal of the embodiment may transition to two or more levels (for example, a first bias power level and a second bias power level) in the first state. For example, the first state of the bias RF signal is a first level in which a predetermined value of RF power is supplied to the lower electrode and a second level in which RF power having a value lower than the first level is supplied to the lower electrode. You may have a level and. For example, a bias RF signal may have a first level where the lower electrode is supplied with about 250 watts of RF power and a second level where the lower electrode is supplied with about 92.5 watts of RF power. good. The first and second levels may be high and low levels, respectively.
以下にまず、プラズマ処理を実行するプラズマ処理装置の構成例について説明する。 First, a configuration example of a plasma processing apparatus that executes plasma processing will be described.
(実施形態に係るプラズマ処理装置の構成例)
図1は、実施形態に係るプラズマ処理装置の構成の概念図である。図2は、図1のプラズマ処理装置の構成の一例を示す概略縦断面図である。図1および図2を参照し、実施形態に係るプラズマ処理装置1について説明する。なお、図2に示すプラズマ処理装置1は、いわゆる誘導結合型プラズマ(Inductively-coupled plasma:ICP)装置であり、誘導結合型プラズマを生成する。
(Configuration Example of Plasma Processing Device According to Embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram of the configuration of the plasma processing apparatus according to the embodiment. FIG. 2 is a schematic vertical sectional view showing an example of the configuration of the plasma processing apparatus of FIG. The
プラズマ処理装置1は、プラズマ処理チャンバ10、ガス供給部20、電力供給部30及び排気システム40を含む。プラズマ処理チャンバ10は、誘電体窓10a及び側壁10bを含む。誘電体窓10a及び側壁10bは、プラズマ処理チャンバ10内のプラズマ処理空間10sを規定する。また、プラズマ処理装置1は、プラズマ処理空間10s内に配置された支持部11、エッジリング12、ガス導入部13及びアンテナ14を含む。支持部11は、基板支持部11a及びエッジリング支持部11bを含む。エッジリング支持部11bは、基板支持部11aの外周面を囲むように配置される。アンテナ14は、プラズマ処理チャンバ10(誘電体窓10a)の上部又は上方に配置される。
The
基板支持部11aは、基板支持領域を有し、基板支持領域上で基板を支持するように構成される。一実施形態において、基板支持部11aは、静電チャック及び下部電極を含む。下部電極は、静電チャックの下に配置される。静電チャックは、基板支持領域として機能する。また、図示は省略するが、一実施形態において、基板支持部11aは、静電チャック及び基板のうち少なくとも1つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。
The
エッジリング12は、下部電極の周縁部上面において基板Wを囲むように配置される。 エッジリング支持部11bは、エッジリング支持領域を有し、エッジリング支持領域上でエッジリング12を支持するように構成される。
The
ガス導入部13は、ガス供給部20からの少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10sに供給するように構成される。一実施形態において、ガス導入部13は、中央ガス注入部13a及び/又は側壁ガス注入部13bを含む。中央ガス注入部13aは、基板支持部11aの上方に配置され、誘電体窓10cに形成された中央開口部に取り付けられる。側壁ガス注入部13bは、プラズマ処理チャンバ10の側壁に形成された複数の側壁開口部に取り付けられる。
The
ガス供給部20は、少なくとも1つのガスソース21及び少なくとも1つの流量制御器22を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部20は、1又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース21からそれぞれに対応の流量制御器22を介してガス導入部に供給するように構成される。各流量制御器22は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部20は、1又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する1又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
The
電力供給部30は、プラズマ処理チャンバ10に結合されるRF電力供給部31を含む。RF電力供給部31は、RF信号(RF電力、たとえばソースRF信号およびバイアスRF信号)を、下部電極及びアンテナ14に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間10sに供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマが生成される。一実施形態において、RF信号は、パルス化される。パルスRF信号、パルスRF電力、パルスソースRF信号、及びパルスバイアスRF信号は、パルス化されたRF信号の一例である。
The power supply unit 30 includes an RF
一実施形態において、RF電力供給部31は、ソースRF生成部31a及びバイアスRF生成部31bを含む。ソースRF生成部31a及びバイアスRF生成部31bは、プラズマ処理チャンバ10に結合される。一実施形態において、ソースRF生成部31aは、アンテナ14に結合され、バイアスRF生成部31bは、基板支持部11a内の下部電極に結合される。ソースRF生成部31aは、少なくとも1つのソースRF信号を生成するように構成される。一実施形態において、ソースRF信号は、27MHz〜100MHzの範囲内の周波数を有する。生成されたソースRF信号は、アンテナ14に供給される。バイアスRF生成部31bは、少なくとも1つのバイアスRF信号を生成するように構成される。バイアスRF信号は、ソースRF信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスRF信号は、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数を有する。生成されたバイアスRF信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースRF信号及びバイアスRF信号のうち少なくとも1つのRF信号の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、2又はそれ以上の異なるオン状態の間でRF信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
In one embodiment, the RF
また、電力供給部30は、DC電力供給部32を含んでもよい。 一実施形態において、DC電力供給部32は、少なくとも1つのDC電圧を下部電極に印加するように構成される。一実施形態において、少なくとも1つのDC電圧が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、DC信号は、パルス化されてもよい。また、DC電力供給部32は、RF電力供給部31に加えて設けられてもよく、バイアスRF生成部31bに代えて設けられてもよい。
Further, the power supply unit 30 may include a DC power supply unit 32. In one embodiment, the DC power supply unit 32 is configured to apply at least one DC voltage to the lower electrode. In one embodiment, at least one DC voltage may be applied to another electrode, such as an electrode in an electrostatic chuck. In one embodiment, the DC signal may be pulsed. Further, the DC power supply unit 32 may be provided in addition to the RF
アンテナ14は、1又は複数のコイル(ICPコイル)を含む。一実施形態において、アンテナ14は、同軸上に配置された外側コイルおよび内側コイルを含んでもよい。この場合、RF電力供給部31は、外側コイルおよび内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイルおよび内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のRF生成部が外側コイルおよび内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のRF生成部が外側コイルおよび内側コイルに別々に接続されてもよい。
The
排気システム40は、例えばプラズマ処理チャンバ10の底部に設けられた排気口(ガス出口)に接続され得る。排気システム40は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
The
一実施形態において、制御部(図2の制御装置50に対応)は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置1に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置1の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部の一部又は全てがプラズマ処理装置1に含まれてもよい。制御部は、例えばコンピュータを含んでもよい。コンピュータは、例えば、処理部(CPU:Central Processing Unit)、記憶部、及び通信インターフェースを含んでもよい。処理部は、記憶部に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェースは、LAN(Local Area Network)等の通信回線を介してプラズマ処理装置1との間で通信してもよい。
In one embodiment, the control unit (corresponding to the
(実施形態に係るプラズマ処理の流れ)
図3は、実施形態に係るプラズマ処理の流れの一例を示すフローチャートである。図3に示すプラズマ処理は、図1,2のプラズマ処理装置1において実施することができる。図4は、実施形態に係るプラズマ処理により処理される基板の一例を示す図である。
(Flow of plasma processing according to the embodiment)
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the flow of plasma processing according to the embodiment. The plasma processing shown in FIG. 3 can be carried out in the
まず、プラズマ処理チャンバ10内に基板Wを提供する(ステップS31)。基板Wはたとえば図4に示すように、シリコンの基板上に順番に形成された下地層L1、エッチング対象層(Si層)L2、マスクMKを含む。基板Wには予め凹部OPが形成されている(図4(A)参照)。なお、プラズマ処理装置1内で凹部OPの形成を行ってもよい。次に、制御部によりプラズマ処理装置1を制御して、ガス供給部20からエッチングのためのガスをプラズマ処理チャンバ10内に供給する。また、制御部によりプラズマ処理装置1を制御して、RF電力供給部31(ソースRF生成部31aおよびバイアスRF生成部31b)から下部電極およびアンテナ14(コイル)にRF電力を供給する。このとき、RF電力供給部31は、RF信号の波形に応じたレベルのRF電力を下部電極およびアンテナ14に供給する。RF信号の波形については後述する。RF電力が供給されることにより、プラズマ処理チャンバ10内に供給されたガスのプラズマが生成され、プラズマエッチングが実行される(ステップS32)。プラズマエッチングにより、基板WのマスクMKに形成された凹部OPの底部が削られ、凹部OPが徐々に深くなる(図4の(B)参照。)。そして、プラズマ処理装置1の制御部は、予め定められた処理時間が経過したか否かを判定する(ステップS33)。予め定められた処理時間が経過すると、凹部OPの底部が下地層L1に到達し、図4(C)に示す形状となる。処理時間が経過していないと判定した場合(ステップS33、No)、制御部はステップS32に戻りプラズマエッチングを継続する。他方、処理時間が経過したと判定した場合(ステップS33、Yes)、制御部は処理を終了する。
First, the substrate W is provided in the plasma processing chamber 10 (step S31). As shown in FIG. 4, for example, the substrate W includes a base layer L1 sequentially formed on a silicon substrate, an etching target layer (Si layer) L2, and a mask MK. A recess OP is formed in advance on the substrate W (see FIG. 4A). The recess OP may be formed in the
本実施形態に係るプラズマ処理装置1は、ステップS32のプラズマエッチングにおいて、ソースRF信号とバイアスRF信号を供給する。プラズマ処理装置1は、ソースRF信号とバイアスRF信号の波形に応じてプラズマ中のイオンおよびラジカル、プラズマエッチングにより発生する副生成物の量等を制御する。次に、ソースRF信号とバイアスRF信号の波形について説明する。
The
(RF信号の波形例)
図5は、実施形態に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形の一例を示す図である。
(Example of RF signal waveform)
FIG. 5 is a diagram showing an example of a waveform of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the embodiment.
図5に示すタイミング図100は、ソース電力(ソースRF信号)PSとバイアス電力(バイアスRF信号)PBとを示す。ソース電力PSとは、ソースRF生成部31aからアンテナ(コイル)14に供給されるRF電力である。また、バイアス電力PBとは、バイアスRF生成部31bから基板支持部11a中の下部電極に供給されるRF電力である。ソースRF生成部31aは、たとえば、制御部から供給される制御信号に応じてソース電力PSを生成する。生成されたソース電力PSは、コイルに供給される。バイアスRF生成部31bは、たとえば、制御部から供給される制御信号に応じてバイアス電力PBを生成する。生成されたバイアス電力PSは、下部電極に供給される。
The timing diagram shown in FIG. 5 100 illustrates the source power (the source RF signal) P S and a bias power (bias RF signal) P B. The source power P S, is the RF power supplied from the
図5中、周期150は、ソースRF信号の1周期を示す。周期160は、バイアスRF信号の1周期を示す。なお、以下の説明中特に区別する必要がないときは、周期1501,1502、…をまとめて周期150と呼び、周期1601,1602、…をまとめて周期160と呼ぶ。1周期はパルス信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの期間、すなわち、オン期間とオフ期間とを合計した期間を指す。ソースRF信号およびバイアスRF信号は、同一周波数のパルス信号である。 In FIG. 5, period 150 indicates one period of the source RF signal. Period 160 indicates one period of the bias RF signal. In the following description, when it is not necessary to make a distinction, the cycles 150 1 , 150 2 , ... Are collectively referred to as the cycle 150, and the cycles 160 1 , 160 2 , ... Are collectively referred to as the cycle 160. One cycle refers to the period from the rising edge of the pulse signal to the next rising edge, that is, the total period of the on period and the off period. The source RF signal and the bias RF signal are pulse signals having the same frequency.
ソースRF信号は、コイルにRF電力が供給される状態であるオン状態(第1状態)と、コイルにRF電力が供給されない状態であるオフ状態(第2状態)とを繰り返す。ソースRF信号がオン状態のとき、ソース電力PSがコイルに供給される。ソースRF信号がオフ状態のとき、コイルには電力は供給されない、すなわち、コイルへのRF電力の供給は停止される。 The source RF signal repeats an on state (first state) in which RF power is supplied to the coil and an off state (second state) in which RF power is not supplied to the coil. When the source RF signal is on, the source power P S is supplied to the coil. When the source RF signal is off, no power is supplied to the coil, i.e., the supply of RF power to the coil is stopped.
バイアスRF信号は、下部電極にRF電力が供給される状態であるオン状態(第1状態)と、下部電極にRF電力が供給されない状態であるオフ状態(第2状態)とを繰り返す。図5の例では、バイアスRF信号がオン状態のとき、バイアス電力PBが下部電極に供給される。バイアスRF信号がオフ状態のとき、下部電極には電力は供給されない、すなわち、下部電極へのRF電力の供給は停止される。 The bias RF signal repeats an on state (first state) in which RF power is supplied to the lower electrode and an off state (second state) in which RF power is not supplied to the lower electrode. In the example of FIG. 5, when the bias RF signal is on, the bias power P B is supplied to the lower electrode. When the bias RF signal is off, no power is supplied to the lower electrode, that is, the supply of RF power to the lower electrode is stopped.
図5において、バイアスRF信号の立ち上がりは、ソースRF信号の立ち上がりに対して期間D1だけ遅延している。バイアスRF信号は、ソースRF信号がオン状態からオフ状態に遷移した後、ソースRF信号がオフ状態の間に立ち上がる。このように、ソースRF信号の周期が始まるタイミングと、バイアスRF信号の周期が始まるタイミングとは期間D1だけずれている。図5の例では、前のバイアスサイクルにおけるバイアスオフ状態(t3)から第1バイアスサイクル1601におけるバイアスオン状態PBL(t4)への遷移タイミングは、第1バイアスサイクル1601に対応する第1ソースサイクル1501におけるソースオン状態PSH(0からt1)への遷移タイミングに対して遅延している。また、図5のt3に示すように、ソースオフ期間は、バイアスオフ期間と部分的に重複している。さらに、図5のt6に示すように、第1バイアスサイクル1601におけるバイアスオン期間は、第2ソースサイクル1502におけるソースオン期間と部分的に重複している。 5, the rise of the bias RF signal is delayed by a period D 1 with respect to the rise of the source RF signal. The bias RF signal rises while the source RF signal is in the off state after the source RF signal has transitioned from the on state to the off state. Thus, the timing at which the period of the source RF signal starts, the timing at which the period of the bias RF signal starts is shifted by the period D 1. In the example of FIG. 5, the transition timing from the bias OFF state (t 3) in a previous bias cycle to the bias on state P BL of the first bias cycle 160 1 (t 4) corresponds to the first bias cycle 160 1 It is delayed with respect to the transition timing from the source-on state PSH (0 to t 1 ) in the first source cycle 150 1. Further, as shown in t 3 in FIG. 5, the source-off periods, overlap partially biased off period. Furthermore, as shown in t 6 in FIG. 5, the bias on-period of the first bias cycle 160 1 overlaps the source ON period and partially in the second source cycle 150 2.
また、ソースRF信号のオン期間およびオフ期間それぞれの長さは、バイアスRF信号のオン期間およびオフ期間それぞれの長さと異なる。図5の例では、ソースRF信号のデューティ比(1周期に対するオン期間の長さの割合)は、約40%である。また、バイアスRF信号のデューティ比は約60%である。ただし、ソースRF信号およびバイアスRF信号のデューティ比は上記の値に限定されない。また、ソースRF信号およびバイアスRF信号は同一のデューティ比を有してもよい。 Also, the lengths of the on and off periods of the source RF signal are different from the lengths of the on and off periods of the bias RF signal. In the example of FIG. 5, the duty ratio of the source RF signal (ratio of the length of the on period to one cycle) is about 40%. The duty ratio of the bias RF signal is about 60%. However, the duty ratios of the source RF signal and the bias RF signal are not limited to the above values. Further, the source RF signal and the bias RF signal may have the same duty ratio.
このように、ソースRF信号とバイアスRF信号とは、別個に状態遷移する。ソースRF信号の状態遷移のタイミングと遷移元および遷移先のパワーレベルと、バイアスRF信号の状態遷移のタイミングと遷移元および遷移先のパワーレベルとは、異なってよい。 In this way, the source RF signal and the bias RF signal make state transitions separately. The timing of the state transition of the source RF signal and the power level of the transition source and the transition destination may be different from the timing of the state transition of the bias RF signal and the power level of the transition source and the transition destination.
また、ソースRF信号およびバイアスRF信号のいずれも供給されない期間TOFFと、ソースRF信号およびバイアスRF信号の双方が供給される期間TONとが存在する。ソース電力PSとバイアス電力PBの供給態様は、以下の5つのフェーズを推移する。 Further, there is a period T OFF in which neither the source RF signal nor the bias RF signal is supplied, and a period T ON in which both the source RF signal and the bias RF signal are supplied. Supply mode of the source power P S and a bias power P B, the transition of the following five phases.
(1)第1フェーズ(図5中ST1):
第1フェーズは、パラメータセット{PS1,PB1,t1}により定義される。ここで、PS1は、第1フェーズ中に供給されるソース電力PSの値である。PB1は、第1フェーズ中に供給されるバイアス電力PBの値である。t1は、第1フェーズの期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
PS1>0
PB1>0
t1>0
(1) First phase (ST 1 in FIG. 5):
The first phase is defined by the parameter set {PS1 , P B1 , t 1}. Here, P S1 is the value of the source power P S supplied during the first phase. P B1 is the value of the bias power P B supplied during the first phase. t 1 indicates the length of the period of the first phase. Here, the following relationship is established.
PS1 > 0
P B1 > 0
t 1 > 0
第1フェーズでは、HighパワーレベルPSH(第1ソースパワーレベル)を有するソース電力PSがコイルに供給され、かつ、HighパワーレベルPBH(第2バイアスパワーレベル)を有するバイアス電力PBが下部電極に供給される。第1フェーズの期間t1中は、プラズマ処理装置1の上部下部それぞれにRF電力が供給されてプラズマが生成され、プラズマ中にイオンおよびラジカルが生成される。エッチング処理時には、期間t1中にエッチングが進む。
In the first phase, the source power P S with High power level P SH (first source power level) is supplied to the coil, and a bias power P B with High power level P BH (second bias power level) It is supplied to the lower electrode. During the period t 1 of the first phase, RF power is supplied to each of the upper and lower parts of the
(2)第2フェーズ(図5中ST2):
第2フェーズは、パラメータセット{PS2,PB2,t2}により定義される。ここで、PS2は、第2フェーズ中に供給されるソース電力PSの値である。PB2は、第2フェーズ中に供給されるバイアス電力PBの値である。t2は、第2フェーズの期間の長さを示す。ここで、以下の関係が成立する。
PS1>PS2>0
PB1=0
t2>0
(2) Second phase (ST 2 in FIG. 5):
The second phase is defined by the parameter set {P S2, P B2, t 2}. Here, P S2 is the value of the source power P S supplied during the second phase. P B2 is the value of the bias power P B supplied during the second phase. t 2 indicates the length of the period of the second phase. Here, the following relationship is established.
PS1 > PS2 > 0
P B1 = 0
t 2 > 0
第2フェーズにおいては、LowパワーレベルPSL(第2ソースパワーレベル)を有するソース電力PSがコイルに供給され、バイアス電力PBの供給は停止する。第2フェーズはたとえば、図5の期間t2である。期間t2中は、プラズマ処理装置1の上部のみにRF電力が供給される。下部電極側にはRF電力が供給されないため、下部電極側にイオンを引き込む力が生成されない。また、イオンおよびラジカルの生成量も減少する。
In the second phase, the source power P S with Low power level P SL (second source power level) is supplied to the coil, the supply of the bias power P B is stopped. The second phase is, for example, the period t 2 in FIG. Among period t 2, the RF power is supplied only to the upper portion of the
(3)第3フェーズ(図5中ST3):
第3フェーズは、パラメータセット{PS3,PB3,t3}により定義される。ここで、PS3は、第3フェーズ中に供給されるソース電力PSの値である。PB3は、第3フェーズ中に供給されるバイアス電力PBの値である。t3は、第3フェーズの期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
PS3=PB3=0
t3>0
(3) Third phase (ST 3 in Fig. 5):
The third phase is defined by the parameter set {P S3, P B3, t 3}. Here, P S3 is the value of the source power P S fed into the third phase. P B3 is the value of the bias power P B supplied during the third phase. t 3 indicates the length of the period of the third phase. Here, the following relationship is established.
P S3 = P B3 = 0
t 3 > 0
第3フェーズにおいては、ソース電力PSおよびバイアス電力PBともに供給が停止する。第3フェーズはたとえば、図5の期間t3である。期間t3中は、プラズマ処理装置1内でのプラズマ生成が停止すると同時に排気システム40の機能によりプラズマ処理空間10sが排気される。このとき、エッチングにより生成されて凹部(図4、OP)の底部に滞留する副生成物(バイプロダクト)が排気される。プラズマ処理空間10s内のイオンおよびラジカルの量も減少する。
In the third phase, the source power P S and a bias power P B together supply is stopped. The third phase is, for example, a period t 3 in FIG. During interval t 3, the plasma generation in the
(4)第4フェーズ(図5中ST4):
第4フェーズは、パラメータセット{PS4,PB4,t4}により定義される。ここで、PS4は、第4フェーズ中に供給されるソース電力PSの値である。PB4は、第4フェーズ中に供給されるバイアス電力PBの値である。t4は、第4フェーズの期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
PS4=0
PB1>PB4>0
t4>0
(4) Fourth phase (ST 4 in Fig. 5):
The fourth phase is defined by the parameter set {P S4, P B4, t 4}. Here, P S4 is the value of the source power P S supplied during the fourth phase. P B4 is the value of the bias power P B supplied during the fourth phase. t 4 indicates the length of the period of the fourth phase. Here, the following relationship is established.
PS4 = 0
P B1 > P B4 > 0
t 4 > 0
第4フェーズでは、ソース電力PSの供給は停止したまま、LowパワーレベルPBL(第1バイアスパワーレベル)を有するバイアス電力PBの供給が開始する。第4フェーズの期間t4中は、ソース電力PSが供給されないため、プラズマ生成は行われていないが、第1〜第2フェーズで生成されたイオンがプラズマ処理空間10s内に残留している。このため、バイアス電力PBの供給によってイオンが凹部(図4、OP)の底部に引き込まれる。また、イオンの入射角がより垂直に近くなり、凹部OP側壁の垂直なエッチングが促進される。
In the fourth phase, the supply of the bias power P B having the Low power level P BL (first bias power level) is started while the supply of the source power P S is stopped. Among duration t 4 of the fourth phase, the source power P S is not supplied, the plasma generation is not performed, the first to the ions generated in the second phase remains in the
(5)第5フェーズ(図5中ST5):
第5フェーズは、パラメータセット{PS5,PB5,t5}により定義される。ここで、PS5は、第5フェーズ中に供給されるソース電力PSの値である。PB5は、第5フェーズ中に供給されるバイアス電力PBの値である。t5は、第5フェーズの期間の長さを示す。ここで以下の関係が成立する。
PS5=0
PB1=PB5>PB4>0
t5>0
(5) Phase 5 (ST 5 in FIG. 5):
The fifth phase, the parameter set {P S5, P B5, t 5} is defined by. Here, P S5 is the value of the source power P S fed into the fifth phase. P B5 is the value of the bias power P B supplied during the fifth phase. t 5 indicates the length of the period of the fifth phase. Here, the following relationship is established.
PS5 = 0
P B1 = P B5 > P B4 > 0
t 5 > 0
第5フェーズでは、ソース電力PSの供給は停止したままバイアス電力PBのパワーレベルがLowパワーレベルPBLからHighパワーレベルPBHに上昇(遷移)する。このため、第1フェーズの準備段階として、第5フェーズでは、プラズマ処理空間10s内のイオンエネルギーが増加する。ラジカルや副生成物の量は、第3フェーズで減少した状態が持続する。
In the fifth phase, the supply of the source power P S rises to High power level P BH from the power level is Low power level P BL of the bias power P B remains stopped (transition). Therefore, as a preparatory step for the first phase, the ion energy in the
第5フェーズの後、再び第1フェーズに戻り、Highパワーレベルを有するソース電力PSとHighパワーレベルを有するバイアス電力PBとが重畳して印加される。かかる周期を繰り返し、第5フェーズにおいて予めバイアス電力PBの印加によりイオンエネルギーを生じさせた状態で第1フェーズを開始しソース電力PSを印加してイオンおよびラジカルを生成する。このため、第1フェーズのエッチングを促進することができ、イオンを効率的に凹部OP底部に引き込むことができる。また、第3フェーズにおいて副生成物を排気していることでエッチングをさらに促進できる。 After the fifth phase, it is again returned to the first phase, applying superimposed and the bias power P B having a source power P S and High power levels with High power level. Repeat such period, and applying a source power P S starts first phase in the state that caused the ion energy to produce ions and radicals by previously applying a bias power P B in the fifth phase. Therefore, the etching of the first phase can be promoted, and the ions can be efficiently drawn into the bottom of the recess OP. Further, etching can be further promoted by exhausting the by-product in the third phase.
このように、図5のパルス波形を有するソースRF信号およびバイアスRF信号を用いることで、プラズマ処理空間10s内のイオン、ラジカルおよび副生成物の状態を制御しつつ垂直方向のエッチングを実現できる。このため、エッチングにより発生する形状異常を抑制してプラズマエッチングの処理性能を向上させることができる。
As described above, by using the source RF signal and the bias RF signal having the pulse waveform of FIG. 5, vertical etching can be realized while controlling the states of ions, radicals and by-products in the
ところで、図5の例では、ソース電力PSは期間t1のオン状態のとき、値PSHをとり、続く期間t2のオン状態のとき、値PSLをとる。また、バイアス電力PBは期間t4の間は値PBLをとり、その後の期間t5で値PBHに遷移する。このように、実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマの各物理量を制御するため、ソースRF信号のオン状態を2レベル(オフ状態を含めると3レベル)で制御してもよい。また、実施形態に係るプラズマ処理方法では、バイアスRF信号のオン状態を2レベル(オフ状態を含めると3レベル)で制御してもよい。このように、コイルおよび下部電極のそれぞれに印加されるRF電力値を段階的に変動させることで、さらに微細なプラズマ処理のパラメータ調整が可能である。 Incidentally, in the example of FIG. 5, the source power P S when the on-state period t 1, takes the value P SH, when the subsequent on-state period t 2, takes a value P SL. Further, during the bias power P B during the period t 4 takes the value P BL, transitions in the subsequent period t 5 to the value P BH. As described above, in the plasma processing method according to the embodiment, in order to control each physical quantity of plasma, the on state of the source RF signal may be controlled at two levels (three levels including the off state). Further, in the plasma processing method according to the embodiment, the on state of the bias RF signal may be controlled at two levels (three levels including the off state). In this way, by gradually changing the RF power value applied to each of the coil and the lower electrode, it is possible to finely adjust the parameters of plasma processing.
図5の例においては、以下の関係が成立する。
0<PSL<PSH
0<PBL<PBH
ソースRF信号およびバイアスRF信号の周波数:0.1kHz〜5kHz
ソースRF信号のデューティ比:約40%
バイアスRF信号のデューティ比:約60%
PSHの期間の長さ:PSLの期間の長さ=1:3
PBHの期間の長さ:PBLの期間の長さ=1:2
t1:t2:t3:t4:t5=1:3:1:4:1
ただし、本実施形態は上記の関係が成立する場合だけでなく、他の関係においても適用できる。他の関係については変形例として後述する。
In the example of FIG. 5, the following relationship is established.
0 <P SL <P SH
0 <P BL <P BH
Frequency of source RF signal and bias RF signal: 0.1kHz to 5kHz
Duty ratio of source RF signal: Approximately 40%
Bias RF signal duty ratio: Approximately 60%
Length of P SH period: Length of P SL period = 1: 3
Length of P BH period: Length of P BL period = 1: 2
t 1 : t 2 : t 3 : t 4 : t 5 = 1: 3: 1: 4: 1
However, this embodiment can be applied not only when the above relationship is established, but also in other relationships. Other relationships will be described later as modification examples.
図6〜図9は、RF信号の波形例に応じたプラズマ処理チャンバ10内の物理量の変化について説明するための図である。図6〜図9を参照し、RF信号の波形に応じた物理量の変化について説明する。
6 to 9 are diagrams for explaining changes in physical quantities in the
図6の波形例1は、ソース電力とバイアス電力が同時に供給される「第1フェーズ」、ソース電力のみが供給される「第2フェーズ」、バイアス電力のみが供給される「第4フェーズ」を有する。波形例1は上記実施形態の波形例と比較すると、RF電力が供給されない「第3フェーズ」を有しない点、および、ソースRF信号の立ち上がり前にバイアス電力のパワーレベルが変動する「第5フェーズ」を有しない点が異なる。波形例1の場合、第1フェーズでイオンフラックス、ラジカルフラックス、イオンエネルギーがいずれも増加し、同時に副生成物の量が増加する。その後、第2フェーズではいずれの量も徐々に減少していく。バイアス電力の供給が停止することでイオンエネルギーがほぼゼロになる。第4フェーズでは、バイアス電力の供給によりイオンエネルギーが第1フェーズよりも多くなる。他方、イオンフラックス、ラジカルフラックス及び副生成物の量は、第2フェーズから大きく変化していない。 Waveform example 1 in FIG. 6 includes a “first phase” in which source power and bias power are supplied at the same time, a “second phase” in which only source power is supplied, and a “fourth phase” in which only bias power is supplied. Have. Compared to the waveform example of the above embodiment, the waveform example 1 does not have a "third phase" in which RF power is not supplied, and a "fifth phase" in which the power level of the bias power fluctuates before the rise of the source RF signal. The difference is that it does not have. In the case of waveform example 1, the ion flux, the radical flux, and the ion energy all increase in the first phase, and at the same time, the amount of by-products increases. After that, in the second phase, both amounts gradually decrease. When the supply of bias power is stopped, the ion energy becomes almost zero. In the fourth phase, the ion energy becomes larger than that in the first phase due to the supply of the bias power. On the other hand, the amounts of ion flux, radical flux and by-products have not changed significantly since the second phase.
図7の波形例2は、概ね図6の波形例1と同様である。しかし、第4フェーズのバイアス電力の値(PBM)は波形例1のバイアス電力の値(PBL)よりも増加している。図7の例では、イオンフラックス、ラジカルフラックス、副生成物の量は、図6の波形例1の場合と概ね同じである。ただし、第4フェーズにおけるイオンエネルギーが波形例1と比べて増加している(図7中、C1)。なお、図7の(C)では、図6の(C)と同じ破線上に、図7(A)の場合のイオンエネルギーの変化を、図6の(C)と異なる部分のみ太い破線C1で表示している。 The waveform example 2 of FIG. 7 is substantially the same as the waveform example 1 of FIG. However, the value of the bias power (P BM ) of the fourth phase is larger than the value of the bias power (P BL) of the waveform example 1. In the example of FIG. 7, the amounts of the ion flux, the radical flux, and the by-products are substantially the same as in the case of the waveform example 1 of FIG. However, the ion energy in the fourth phase is increased as compared with the waveform example 1 (C1 in FIG. 7). In addition, in FIG. 7 (C), on the same broken line as in FIG. 6 (C), the change in ion energy in the case of FIG. 7 (A) is shown by the thick broken line C1 only in the portion different from FIG. 6 (C). it's shown.
図8の波形例3は、図6の波形例1と比較して第1フェーズを長くし、その分だけ第2フェーズを短くしている。図8の例では、イオンフラックスとラジカルフラックスの量が、第1〜第2フェーズを通じて図6の例と比べて増加している(図8中、C2,C3)。他方、イオンエネルギーと副生成物の量には大きな変化はない。なお、太破線C2、C3は上記C1と同様、図6と異なる部分のみ表示している。 In the waveform example 3 of FIG. 8, the first phase is lengthened as compared with the waveform example 1 of FIG. 6, and the second phase is shortened by that amount. In the example of FIG. 8, the amounts of the ion flux and the radical flux are increased through the first and second phases as compared with the example of FIG. 6 (C2 and C3 in FIG. 8). On the other hand, there is no significant change in ion energy and the amount of by-products. Note that the thick broken lines C2 and C3 show only the parts different from FIG. 6 as in the case of C1.
図9の波形例4は、図6の波形例1と比較して、第5フェーズを設けた点が異なる。第5フェーズのパワーレベルは、第4フェーズのパワーレベルPBLからPBHに遷移する。図9の例では、イオンフラックス、ラジカルフラックス、副生成物の量は図6の波形例1と概ね同様である。イオンエネルギーについては、第5フェーズでバイアス電力PBを切り替えたことに対応して第5フェーズで増加している(図9中、C4)。図9中の太破線C4は、図6の(D)と異なる部分のみ表示している。 The waveform example 4 of FIG. 9 is different from the waveform example 1 of FIG. 6 in that the fifth phase is provided. The power level of the fifth phase transitions from the power level P BL of the fourth phase to P BH. In the example of FIG. 9, the amounts of the ion flux, the radical flux, and the by-products are substantially the same as those of the waveform example 1 of FIG. The ion energy increases in the 5th phase in response to the switching of the bias power P B in the 5th phase (C4 in FIG. 9). The thick broken line C4 in FIG. 9 shows only the portion different from (D) in FIG.
なお、図6から図9に示す波形例のRF電力を用いてエッチングを実行した場合、波形例1および波形例3では、凹部頂部から底部にかけての寸法(クリティカルディメンションの変動が、波形例2に比べて大きくなった。すなわち、波形例2の第4フェーズのように、ややハイレベルのバイアス電力を供給すると、深穴エッチングの際に縦方向により均一な大きさの孔を形成できた。他方、波形例3のように第1フェーズの長さと第2フェーズの長さの割合を変えた場合、マスクの消耗が減少し、選択的にエッチング対象膜のエッチングを実現することができた。このことから、RF電力の波形に応じて、プラズマ処理空間10s内、特に、処理対象である基板付近のイオンやラジカルの状態が変化しプラズマ処理の性能に影響していることが分かる。このため、RF信号の波形を調整することで、プラズマ処理の性能、つまりプラズマ処理によって形成されるパターンの形状を制御できる。
When etching is performed using the RF power of the waveform examples shown in FIGS. 6 to 9, in the waveform example 1 and the waveform example 3, the dimensions from the top to the bottom of the recess (the fluctuation of the critical dimension is shown in the waveform example 2). That is, when a slightly high level of bias power was applied as in the fourth phase of waveform example 2, it was possible to form holes having a more uniform size in the vertical direction during deep hole etching. When the ratio of the length of the first phase to the length of the second phase was changed as in Waveform Example 3, the wear of the mask was reduced, and the etching of the etching target film could be selectively realized. From this, it can be seen that the state of ions and radicals in the
なお、図6〜図9の波形例1〜4は、本実施形態の第3フェーズすなわち、コイルおよび下部電極のいずれにもRF電力を供給しないフェーズを含んでいない。RF電力を供給しない第3フェーズを導入することで、さらにプラズマ処理空間10s内の副生成物の量を減じ、垂直方向のエッチング精度を向上させることができる。
Note that the waveform examples 1 to 4 of FIGS. 6 to 9 do not include the third phase of the present embodiment, that is, the phase in which RF power is not supplied to either the coil or the lower electrode. By introducing the third phase in which RF power is not supplied, the amount of by-products in the
ところで、本実施形態は上記図5の波形に限定されず、変形例によっても同様の効果を得ることができる。以下に図10〜図14を参照しつつ変形例1〜変形例5を説明する。
By the way, this embodiment is not limited to the waveform shown in FIG. 5, and the same effect can be obtained by a modified example.
(変形例1)
図10は、変形例1に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形例を示す図である。図10に示すタイミング図200は、ソース電力PSとバイアス電力PBとを示す。まず、期間t1が開始すると、ソース電力PSHとバイアス電力PBHとが印加される。期間t1を通じて、ソース電力PSHとバイアス電力PBHとは一定レベルで重畳して印加されている。次に期間t3になると、ソース電力PSおよびバイアス電力PBの両方とも供給が停止する(期間TOFF)。次に期間t4になるとバイアス電力PBHの供給が開始する。そして、次の周期1502のタイミングになるとソース電力PSHの供給が開始し、ソース電力PSHおよびバイアス電力PBHが重畳して印加される(期間TON)。
(Modification 1)
FIG. 10 is a diagram showing a waveform example of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the first modification. The timing diagram shown in FIG. 10 200 shows the source power P S and a bias power P B. First, when the period t 1 starts, the source power P SH and the bias power P BH are applied. Throughout the period t 1 , the source power P SH and the bias power P BH are superimposed and applied at a constant level. Then comes a period t 3, the supply both the source power P S and a bias power P B is stopped (period T OFF). Next, when the period t 4 is reached, the supply of the bias power P BH starts. Then, the supply of the source power P SH starts becomes the timing of the next cycle 150 2, source power P SH and bias power P BH is applied to overlap (the period T ON).
図5の波形例とは異なり、図10のタイミング図200は、第2フェーズすなわち、ソース電力PSのコイルへの供給は継続し、バイアス電力PBの供給を停止するフェーズが存在しない。また、図10のタイミング図200は、第5フェーズすなわち、ソース電力PS供給前にバイアス電力PBのレベルが変化するフェーズを有しない。このため、イオンやラジカルの量を調整せずに副生成物の排気(第3フェーズ)を開始することに適したパターン形成の場合には変形例1の適用が可能である。また、プラズマ生成前にイオンエネルギーを生成しなくてもよい場合も変形例1が適用可能である。
Unlike the waveform example of Fig. 5, the timing diagram 200 of FIG. 10, the second phase ie, supply to the coil of the source power P S continues, there is no phase of stopping the supply of the bias power P B. The timing diagram 200 of FIG. 10, the fifth phase that is, no phase level of the bias power P B before the source power P S supply changes. Therefore, the
(変形例2)
図11は、変形例2に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形例を示す図である。図11に示すタイミング図210においては、まず、期間t1において、ソース電力PSHとバイアス電力PBHとが印加される。次の期間t2では、ソース電力PSのレベルがPSHからPSMに変化する。また、期間t2が開始するときにバイアス電力PBHの供給が停止する。次に、期間t3になるとソース電力PSMの供給が停止する。このため、期間t3中は、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのいずれも供給されない(期間TOFF)。そして、期間t4になると、バイアス電力PBMの供給が開始する。期間t4の間はレベルPBMのバイアス電力PBが供給される。そして、期間t5になると、バイアス電力PBのレベルはPBMからPBHに変化する。そして、バイアス電力PBHの供給は継続したまま、次の周期1502になるとソース電力PSHが供給され、ソース電力PSHとバイアス電力PBHとが重畳して供給される(期間TON)。
(Modification 2)
FIG. 11 is a diagram showing a waveform example of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the
図5の波形例と比較すると、変形例2はソース電力PSのレベルがPSHとPSMとに設定されている点が異なる。なお、ソース電力PSのレベルは、レベルPSH、PSM、PSLの順にハイレベルからローレベルとなるよう設定されている。また、変形例2は、バイアス電力PBのレベルがPBHとPBMに設定されている点が図5の波形例と異なる。なお、バイアス電力PBのレベルは、レベルPBH、PBM、PBLの順にハイレベルからローレベルとなるよう設定されている。変形例2の場合、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのオン状態を2レベルに設定している。ただし、2つのレベルのうち低い方のレベルが、図5の例の場合よりもハイレベルになるように設定している。
Compared to the waveform example of Fig. 5, the second modification point level of the source power P S is set to the P SH and P SM is different. Incidentally, the level of the source power P S, the level P SH, P SM, are set to be from the high level to the low level in the order of P SL. Further, the
たとえば、副生成物を排気する第3フェーズの前後において電子密度Ne、ラジカル密度Nr、電子温度Te、イオンエネルギーεi等を高レベルに維持したい場合には、変形例2のようにソース電力PSおよびバイアス電力PBの複数のオン状態のレベルを高く設定するとよい。 For example, if the before and after of the third phase for exhausting byproducts like to keep the electron density Ne, radical density Nr, the electron temperature Te, the ion energy εi such a high level, the source power P S as in the modified example 2 And it is advisable to set a high level of a plurality of on states of the bias power P B.
変形例2においても、図5の波形例と同様、バイアスRF信号の立ち上がりはソースRF信号の立ち上がりから期間D1だけ遅延する。また、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのいずれも供給されない期間TOFFが存在する。また、ソース電力PSおよびバイアス電力PBの双方が供給される期間TONが存在する。期間TONは、ソースRF信号が立ち上がるタイミングからバイアスRF信号が立下るタイミングまでの期間である。 Also in the modification example 2, as with the waveform example of Fig. 5, the rise of the bias RF signal is delayed from the rising of the source RF signal by the period D 1. Moreover, the period T OFF none of the source power P S and a bias power P B is not supplied there. Moreover, the period T ON in which both the source power P S and a bias power P B is supplied there. The period TON is the period from the timing at which the source RF signal rises to the timing at which the bias RF signal falls.
(変形例3)
図12は、変形例3に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形例を示す図である。図12に示すタイミング図220においては、まず、期間t1において、ソース電力PSHとバイアス電力PBMとが供給される。次に、期間t2において、ソース電力PSのレベルがPSHからPSMに変化する。また、期間t2になると、バイアス電力PBMの供給が停止する。次に、期間t3になるとソース電力PSMの供給が停止する。期間t3の間は、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのいずれも供給されない(TOFF)。そして、期間t4において、バイアス電力PBHの供給が開始する。期間t4の間は、レベルPBHのバイアス電力PBが供給される。そして、期間t5になると、バイアス電力PBのレベルはPBHからPBMに変化する。そして、バイアス電力PBMの供給は継続したまま、周期1502が開始するとソース電力PSHが供給され、ソース電力PSHとバイアス電力PBMとが重畳して供給される(期間TON)。
(Modification 3)
FIG. 12 is a diagram showing a waveform example of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the modification 3. In the timing diagram 220 shown in FIG. 12, first , the source power PSH and the bias power PBM are supplied in the period t1. In a period t 2, the level of the source power P S is changed from P SH to P SM. Further, when the period t 2 is reached, the supply of the bias power PBM is stopped. Next, the supply of the source power P SM is stopped becomes a period t 3. Period between t 3, both of the source power P S and a bias power P B is not supplied (T OFF). Then, in the period t 4 , the supply of the bias power P BH starts. During the period t 4, the bias power P B level P BH supplied. Then, when the period t 5 is reached, the level of the bias power P B changes from P BH to P BM. Then, while the supply of the bias power P BM is continued, when the cycle 150 2 starts, the source power P SH is supplied, and the source power P SH and the bias power P BM are superposed and supplied (period TON ).
変形例3は、図11の変形例2と概ね同様である。ただし、変形例3は、バイアス電力PBのレベルの遷移順序が変形例2と異なる。変形例2では、期間t1の間バイアス電力PBのレベルはPBHであり、期間t4の間はPBMであり、期間t5の間はPBHである。これに対して、変形例3では、期間t1の間バイアス電力PBのレベルはPBMであり、期間t4の間はPBHであり、期間t5の間はPBMである。変形例2では、バイアス電力PBのレベルは第1フェーズから第5フェーズにかけて、ハイレベル、オフ状態、ローレベル、ハイレベルの順に変化する。これに対して変形例3では、バイアス電力PBのレベルは第1フェーズから第5フェーズにかけて、ローレベル、オフ状態、ハイレベル、ローレベルの順に変化する。
Modification 3 is substantially the same as
たとえば、第3フェーズにおいてイオンエネルギーを高くして凹部OP底部にイオンを多く引き込むことに適したプラズマ処理の場合等は、変形例3の波形が適している。 For example, in the case of plasma processing in which the ion energy is increased in the third phase and a large amount of ions are drawn into the bottom of the recess OP, the waveform of the modified example 3 is suitable.
(変形例4)
図13は、変形例4に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形例を示す図である。図13に示すタイミング図230においては、まず、期間t1において、ソース電力PSMとバイアス電力PBHとが印加される。次に、期間t2において、ソース電力PSのレベルがPSMからPSHに変化する。また、期間t2になると、バイアス電力PBHの供給が停止する。次に、期間t3においてソース電力PSHの供給が停止する。期間t3の間は、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのいずれも供給されない(TOFF)。そして、期間t4において、バイアス電力PBMの供給が開始する。期間t4の間は、レベルPBMのバイアス電力PBが供給される。そして、期間t5になると、バイアス電力PBのレベルはPBMからPBHに変化する。そして、バイアス電力PBHの供給は継続したまま、周期1502になるとソース電力PSMが供給され、ソース電力PSMとバイアス電力PBHが重畳して供給される(期間TON)。
(Modification example 4)
FIG. 13 is a diagram showing a waveform example of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the modified example 4. In the timing diagram 230 shown in FIG. 13, first , the source power PSM and the bias power PBH are applied in the period t1. In a period t 2, the level of the source power P S is changed from P SM to P SH. Further, when the period t 2 is reached, the supply of the bias power P BH is stopped. Next, the supply of the source power P SH is stopped in the period t 3. Period between t 3, both of the source power P S and a bias power P B is not supplied (T OFF). Then, in the period t 4, the supply of the bias power P BM starts. During the period t 4, the bias power P B level P BM is supplied. Then, when the period t 5 is reached, the level of the bias power P B changes from P BM to P B H. Then, while the supply of the bias power P BH is continued, the source power P SM is supplied when the period 150 2 is reached, and the source power P SM and the bias power P BH are superposed and supplied (period TON ).
変形例4は、図11の変形例2と概ね同様である。ただし、変形例4は、ソース電力PSのレベルの遷移順序が変形例2と異なる。変形例2では、期間t1の間ソース電力PSのレベルはPSHであり、期間t2ではPSMである。これに対して、変形例3では、期間t1の間バイアス電力PBのレベルはPSMであり、期間t2ではPSHである。変形例2では、ソース電力PSのレベルは第1フェーズから第3フェーズにかけて、ハイ、ロー、オフの順に変化し、第3フェーズから第4フェーズにかけては変化しない。これに対して変形例4では、ソース電力PSのレベルは第1フェーズから第3フェーズにかけて、ロー、ハイ、オフの順に変化し、第3フェーズから第4フェーズにかけては変化しない。
Modification 4 is substantially the same as
変形例4は、たとえば、第1フェーズにおいてイオンおよびラジカルの量を急激に増加させるよりも漸進的に増加させることが好ましい処理等に適している。 Modification 4 is suitable for, for example, a treatment in which it is preferable to gradually increase the amounts of ions and radicals rather than rapidly increasing them in the first phase.
(変形例5)
図14は、変形例5に係るプラズマ処理においてRF電力供給に用いるRF信号の波形例を示す図である。図14に示すタイミング図240においては、まず、期間t1において、ソース電力PSMとバイアス電力PBMとが印加される。次に、期間t2になると、ソース電力PSのレベルがPSMからPSHに変化する。また、期間t2になると、バイアス電力PBMの供給が停止する。次に、期間t3になるとソース電力PSHの供給が停止する。期間t3の間は、ソース電力PSおよびバイアス電力PBのいずれも供給されない(TOFF)。そして、期間t4になると、バイアス電力PBHの供給が開始する。期間t4の間は、レベルPBHのバイアス電力PBが供給される。そして、期間t5になると、バイアス電力PBのレベルはPBHからPBMに変化する。そして、バイアス電力PBMの供給は継続したまま、周期1502になるとソース電力PSMが供給され、ソース電力PSMとバイアス電力PBMが重畳して供給される(TON)。
(Modification 5)
FIG. 14 is a diagram showing a waveform example of an RF signal used for RF power supply in the plasma processing according to the modified example 5. In the timing diagram 240 shown in FIG. 14, first , the source power PSM and the bias power PBM are applied in the period t1. Then at time t 2, the level of the source power P S is changed from P SM to P SH. Further, when the period t 2 is reached, the supply of the bias power PBM is stopped. Next, the supply of the source power P SH is stopped becomes a period t 3. Period between t 3, both of the source power P S and a bias power P B is not supplied (T OFF). Then, when the period t 4 is reached, the supply of the bias power P BH starts. During the period t 4, the bias power P B level P BH supplied. Then, when the period t 5 is reached, the level of the bias power P B changes from P BH to P BM. Then, while the supply of the bias power P BM is continued, the source power P SM is supplied when the period 150 2 is reached, and the source power P SM and the bias power P BM are superposed and supplied ( TON ).
変形例5は、図12の変形例3のバイアス電力PBと、図13の変形例4のソース電力PSと、を組み合わせた波形である。変形例3のバイアス電力PBは、第1フェーズから第5フェーズにかけて、ローレベル(第1フェーズ)、オフ状態(第2,3フェーズ)、ハイレベル(第4フェーズ)、ローレベル(第5フェーズ)の順に変化する。また、変形例4のソース電力PSは、第1フェーズから第5フェーズにかけて、ローレベル(第1フェーズ)、ハイレベル(第2フェーズ)、オフ状態(第3〜第5フェーズ)の順に変化する。このため、変形例5の波形は、第1フェーズから第5フェーズにかけて、{PS,PB}が、{PSM,PBM}{PSH,PBOFF}、{PSOFF,PBOFF}、{PSOFF,PBH}{PSOFF,PBM}の順に変化する。なお、ここでは、1つの波形中、オン状態が2つのレベルのみを含む場合は、便宜上、一方をハイレベル、他方をローレベルと呼び、ミドルレベルとは称しない。また、ソース電力PSのオフ状態をPSOFF、バイアス電力PBのオフ状態をPBOFFと表示する。 Modification 5, a bias power P B of the third modification of FIG. 12 is a waveform that combines a source power P S of the fourth modification of Fig. Bias power P B of the third modification, the first phase toward the fifth phase, a low level (first phase), the off state (second and third phase), high level (fourth phase), low level (5 It changes in the order of phase). The source power P S of the fourth modification, the first phase toward the fifth phase, a low level (first phase), a high level (second phase), the change in the order of OFF state (the third to fifth phase) do. Therefore, the waveform of the fifth modification, the first phase toward the fifth phase, {P S, P B} is, {P SM, P BM} {P SH, P BOFF}, {P SOFF, P BOFF} , {P SOFF , P BH } {P SOFF , P BM }. Here, when the on state includes only two levels in one waveform, one is referred to as a high level and the other is referred to as a low level, and is not referred to as a middle level for convenience. Moreover, the off-state of the source power P S P SOFF, the off state of the bias power P B indicated as P BOFF.
変形例5は、たとえば、第4フェーズにおいてイオンエネルギーをいったん高くした後に下げてからエッチングすることが好ましい処理等に適している。 Modification 5 is suitable for, for example, a treatment in which it is preferable to increase the ion energy once in the fourth phase, then decrease the ion energy, and then perform etching.
(RF電力供給の流れ)
図15は、実施形態に係るプラズマ処理のRF電力供給の流れの一例を示すフローチャートである。図15に示すフロー1500はたとえば、図3のステップS32において実行される。
(Flow of RF power supply)
FIG. 15 is a flowchart showing an example of the flow of RF power supply for plasma processing according to the embodiment. The
まず、制御部の制御下で、RF電力供給部31は第1フェーズのRF電力供給を実行する(ステップS1510)。第1フェーズのRF電力供給は、第1セットの処理パラメータ{PS1,PB1,t1}により規定される。ここで、PS1>0かつPB1>0、t1>0である。
First, under the control of the control unit, the RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は第2フェーズのRF電力供給を実行する(ステップS1520)。第2フェーズのRF電力供給は、第2セットの処理パラメータ{PS2,PB2,t2}により規定される。ここで、PS2>0かつPB2=0、t2≧0である。
Next, under the control of the control unit, the RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は第3フェーズのRF電力供給を実行する(ステップS1530)。第3フェーズのRF電力供給は、第3セットの処理パラメータ{PS3,PB3,t3}により規定される。ここで、PS3=0かつPB3=0、t3>0である。
Next, under the control of the control unit, the RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は第4フェーズのRF電力供給を実行する(ステップS1540)。第4フェーズのRF電力供給は、第4セットの処理パラメータ{PS4,PB4,t4}により規定される。ここで、PS4=0かつPB4>0,t4>0である。
Next, under the control of the control unit, the RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は第5フェーズのRF電力供給を実行する(ステップS1550)。第5フェーズのRF電力供給は、第5セットの処理パラメータ{PS5,PB5,t5}により規定される。ここで、PS5=0かつPB5>0、t5≧0である。
Next, under the control of the control unit, the RF
ステップS1510〜S1540は1サイクルとして実行される。ステップS1540の後に続けてステップS1510に戻ってサイクルが再度実行されてもよい。 Steps S151 to S1540 are executed as one cycle. The cycle may be executed again after step S1540 and then back to step S1510.
図16は、実施形態に係るプラズマ処理のRF電力供給の流れの他の例を示すフローチャートである。図16に示すフロー1600はたとえば、図3のステップS32において実行される。
FIG. 16 is a flowchart showing another example of the flow of RF power supply for plasma processing according to the embodiment. The
まず、制御部の制御下で、RF電力供給部31は、アンテナ(コイル)14にソース電力PSを供給し、同時に下部電極にバイアス電力PBを供給する。これによりプラズマ処理空間10s内にプラズマが生成される。また、プラズマ中にはイオンおよびラジカルが含まれる(ステップS1610)。
First, under the control of the controller, RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は、下部電極へのバイアス電力PBの供給を停止する。また、RF電力供給部31は、アンテナ(コイル)14へ供給するソース電力PSの値を変化させる。RF電力供給部31はたとえば、ソース電力PSを減少または増加させる。これによって、RF電力供給部31は、プラズマ処理空間10s内のプラズマに含まれるイオンおよびラジカルの量を調整する(ステップS1620)。
Then, under the control of the control unit, RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は、下部電極へのバイアス電力PBの供給が停止されたままの状態で、コイルへのソース電力PSの供給を停止する。そして、排気システム40によるプラズマ処理空間10sの排気処理によりプラズマ処理空間10s内の副生成物の量が減らされる(ステップS1630)。
Then, under the control of the control unit, RF
次に、制御部の制御下で、RF電力供給部31は、下部電極へバイアス電力PBを供給する。ソース電力PSの供給は停止したままである。バイアス電力PBによる下部電極への引き込み力が生成される(ステップS1640)。
Then, under the control of the control unit,
ステップS1610〜S1640は1サイクルとして実行される。ステップS1640の後に続けてステップS1610に戻ってサイクルが再度実行されてもよい。 Steps S161 to S1640 are executed as one cycle. The cycle may be executed again after step S1640 and then back to step S1610.
なお、上記の実施形態および変形例の一部は適宜変更してもよい。以下に考えられる変形態様を記載する。 In addition, a part of the above-mentioned embodiment and modification may be changed as appropriate. The following are possible modifications.
(他の実施形態)
ソース電力PSは、交流(AC)電力であってもよい。また、ソース電力PSは、高周波(Radio Frequency: RF)電力であっても、VHF(Very High Frequency)電力であってもよい。ソース電力PSはたとえば、約60MHzから約200MHzの範囲内のRF電力であってもよい。また、ソース電力PSはたとえば、約25MHzから約60MHzの範囲内のRF電力であってもよい。ソース電力PSはたとえば、27MHzであってもよい。本実施形態において、ソース電力PSは、誘導結合型プラズマ(ICP)を生成する。ソース電力PSはたとえば、ヘリカルアンテナと結合してプラズマを生成する。
(Other embodiments)
Source power P S may be an alternating current (AC) power. The source power P S is a high frequency (Radio Frequency: RF) even power, VHF may be (Very High Frequency) power. Source power P S, for example, may be a RF power in the range of about 60MHz to about 200 MHz. The source power P S, for example, may be a RF power in the range of about 25MHz to about 60 MHz. Source power P S, for example, may be 27 MHz. In the present embodiment, the source power P S generates inductively coupled plasma (ICP). Source power P S, for example, plasma is generated by coupling the helical antenna.
バイアス電力PBは、交流(AC)電力であってもよい。また、バイアス電力PBは、直流(DC)パルス電力であってもよい。バイアス電力PBは、RF(Radio Frequency)電力、HF(High Frequency)電力、MF(Medium Frequency)電力のいずれかであってもよい。バイアス電力PBはたとえば、約200kHzから約600kHzの範囲内の周波数の電力であってよい。バイアス電力PBはたとえば400kHzであってもよい。また、バイアス電力PBはたとえば、約600kHzから約13MHzの範囲内の電力であってもよい。 The bias power P B may be alternating current (AC) power. Further, the bias power P B may be a direct current (DC) pulse power. The bias power P B may be any one of RF (Radio Frequency) power, HF (High Frequency) power, and MF (Medium Frequency) power. The bias power P B may be, for example, power with a frequency in the range of about 200 kHz to about 600 kHz. The bias power P B may be, for example, 400 kHz. Further, the bias power P B may be, for example, a power in the range of about 600 kHz to about 13 MHz.
ソース電力PSおよびバイアス電力PBは各々、各周期において、単一パルスとして、または連続パルスとして印加されてよい。たとえば、第1フェーズにおいて、期間t1に印加されるソース電力PS1は単一パルスであってもよく、連続パルスであってもよい。同様に、期間t2に印加されるバイアス電力PB2は単一パルスであってもよく、連続パルスであってもよい。 Each source power P S and a bias power P B in each cycle may be applied as a single pulse or as a continuous pulse. For example, in the first phase, the source power P S1 applied to the period t 1 may be a single pulse, or may be a continuous pulse. Similarly, the bias power P B2 applied during the period t 2 may be a single pulse or a continuous pulse.
ソースRF信号とバイアスRF信号のデューティ比は、約3%から約90%の範囲内でそれぞれ別個に設定可能である。 The duty ratios of the source RF signal and the bias RF signal can be set separately within the range of about 3% to about 90%.
たとえば3レベル波形の場合、ソースRF信号のハイレベルでのオン状態のデューティ比は、約5%から約50%の範囲内で設定可能である。また、ソースRF信号のローレベルでのオン状態のデューティ比は、0%から約45%の範囲内で設定可能である。また、ソースRF信号のオフ状態のデューティ比は、約5%から約90%の範囲内で設定可能である。 For example, in the case of a three-level waveform, the duty ratio in the high level of the source RF signal can be set within the range of about 5% to about 50%. Further, the duty ratio in the low level of the source RF signal in the on state can be set in the range of 0% to about 45%. Further, the duty ratio in the off state of the source RF signal can be set in the range of about 5% to about 90%.
また、バイアスRF信号のハイレベルでのオン状態のデューティ比は、約5%から約50%の範囲内で設定可能である。また、バイアスRF信号のローレベルでのオン状態のデューティ比は、0%から約45%の範囲内で設定可能である。また、バイアスRF信号のオフ状態のデューティ比は、約5%から約90%の範囲内で設定可能である。 Further, the duty ratio in the on state at the high level of the bias RF signal can be set in the range of about 5% to about 50%. Further, the duty ratio of the bias RF signal in the low level in the on state can be set in the range of 0% to about 45%. Further, the duty ratio in the off state of the bias RF signal can be set in the range of about 5% to about 90%.
また、ソースRF信号とバイアスRF信号とが同時にオフ状態となる期間の長さは、デューティ比約5%から約90%の範囲で設定可能である。この期間はたとえば、約0マイクロ秒から約500マイクロ秒の範囲内、さらに好ましくは、約10マイクロ秒から約50ミリ秒の範囲内で設定可能である。また、この期間は、ソースRF信号およびバイアスRF信号のデューティ比で約10%から約50%の範囲内に設定してもよい。 Further, the length of the period during which the source RF signal and the bias RF signal are simultaneously turned off can be set in the range of the duty ratio of about 5% to about 90%. This period can be set, for example, in the range of about 0 microseconds to about 500 microseconds, more preferably in the range of about 10 microseconds to about 50 milliseconds. Further, this period may be set within the range of about 10% to about 50% in the duty ratio of the source RF signal and the bias RF signal.
プラズマ処理チャンバ10には、予め定められたプラズマ処理に応じて選択される流量で、ガスが供給される。第1フェーズ、第2フェーズ、第3フェーズ、第4フェーズおよび第5フェーズを含む1サイクル中、実質的に同一の流量でガスがプラズマ処理チャンバ10に供給される。供給されるガスはたとえば、臭化水素(HBr)を含む。また、供給されるガスはたとえば、ヘリウム(He)やアルゴン(Ar)等の希ガスを含む。また、供給されるガスはたとえば、酸素(O2)、テトラフルオロメタン(CF4)、三フッ化窒素(NF3)、六フッ化硫黄(SF6)、塩素(Cl2)、テトラクロロメタン(CCl4)等を含んでもよい。
Gas is supplied to the
実施形態に係るプラズマ処理中に生成される副生成物は、プラズマ処理チャンバ10内のガスおよび基板の組成物に含まれる1以上の種の元素を含む化合物であってよい。たとえば、シリコン基板とHBrガスを用いる場合は、SiBrxを含有する副生成物が形成されうる。他にフッ化シリコン(SiFx)、塩化シリコン(SiClx)等のシリコン含有残渣や、(フォトレジスト、有機膜、プリカーサを用いた処理の場合には)フルオロカーボン(CFx)、ハイロドフルオロカーボン(CHxFy)等の炭素含有残渣なども副生成物として形成されうる。
The by-product produced during the plasma treatment according to the embodiment may be a compound containing the gas in the
(実施形態の効果)
上記のように実施形態に係るプラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、基板支持部と、ソースRF生成部と、バイアスRF生成部と、を備える。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置される。ソースRF生成部は、プラズマ処理チャンバに結合され、複数のソースサイクルを含むパルスソースRF信号を生成するよう構成される。各ソースサイクルは、ソース稼働期間の間のソース稼働状態と、ソース稼働期間後のソース未稼働期間の間のソース未稼働状態とを有する。バイアスRF生成部は、基板支持部に結合され、パルスバイアスRF信号を生成するよう構成される。パルスバイアスRF信号は、複数のソースサイクルと同じパルス周波数を有する複数のバイアスサイクルを有する。各バイアスサイクルは、バイアス稼働期間の間のバイアス稼働状態と、バイアス稼働期間後のバイアス未稼働期間の間のバイアス未稼働状態とを有する。各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働状態への遷移タイミングは、対応するソースサイクルにおけるソース稼働状態への遷移タイミングに対して遅延する。ソースオフ期間は、バイアス未稼働期間と重複する。各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働期間は、その次のソースサイクルにおけるソース稼働期間と重複する。このように、プラズマ処理装置は、パルスソースRF信号とパルスバイアス信号の周期がずれるようにRF信号を供給する。また、プラズマ処理装置は、バイアス稼働期間が、パルスソースRF信号の周期2つをまたいで持続するようにRF信号を供給する。このため、プラズマ処理装置は、プラズマエッチング中に生成するイオンエネルギー等を細かく制御してプラズマエッチングの性能を向上させることができる。また、ソース稼働期間とバイアス稼働期間とをずらすことで、プラズマ処理装置は、パルスソースRF信号の立ち上がり時(周期開始時)に供給される電力レベルを高く設定できる。このため、プラズマ処理装置は、効率的なプラズマエッチングを実現できる。
(Effect of embodiment)
As described above, the plasma processing apparatus according to the embodiment includes a plasma processing chamber, a substrate support unit, a source RF generation unit, and a bias RF generation unit. The substrate support is arranged in the plasma processing chamber. The source RF generator is coupled to the plasma processing chamber and configured to generate a pulse source RF signal containing multiple source cycles. Each source cycle has a source operating state during the source operating period and a source operating state during the source operating period after the source operating period. The bias RF generator is coupled to the substrate support and configured to generate a pulse bias RF signal. The pulse bias RF signal has a plurality of bias cycles having the same pulse frequency as the plurality of source cycles. Each bias cycle has a bias operating state during the bias operating period and a bias non-operating state during the bias non-operating period after the bias operating period. The transition timing to the bias operating state in each bias cycle is delayed with respect to the transition timing to the source operating state in the corresponding source cycle. The source-off period overlaps with the bias non-operation period. The bias uptime in each bias cycle overlaps with the source uptime in the next source cycle. In this way, the plasma processing device supplies the RF signal so that the periods of the pulse source RF signal and the pulse bias signal are deviated from each other. Further, the plasma processing apparatus supplies the RF signal so that the bias operation period lasts for two cycles of the pulse source RF signal. Therefore, the plasma processing apparatus can finely control the ion energy and the like generated during plasma etching to improve the plasma etching performance. Further, by shifting the source operating period and the bias operating period, the plasma processing apparatus can set a high power level to be supplied at the rising edge of the pulse source RF signal (at the start of the cycle). Therefore, the plasma processing apparatus can realize efficient plasma etching.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソース稼働状態は、少なくとも二つのソースパワーレベルを有してもよい。また、バイアス稼働状態は、少なくとも二つのバイアスパワーレベルを有してもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the source operating state may have at least two source power levels. Further, the bias operating state may have at least two bias power levels.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、ソース稼働状態は、第1ソースパワーレベルと、第1ソースパワーレベル後の第2ソースパワーレベルとを有してもよい。バイアス稼働状態は、第1バイアスパワーレベルと、第1バイアスパワーレベル後の第2バイアスパワーレベルとを有してもよい。パルスバイアスRF信号は、各ソースサイクルにおけるソース未稼働期間中に、バイアス稼働状態に遷移してもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the source operating state may have a first source power level and a second source power level after the first source power level. The bias operating state may have a first bias power level and a second bias power level after the first bias power level. The pulse-biased RF signal may transition to a biased operating state during the source non-operating period in each source cycle.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、バイアスRF信号は、各ソースサイクルにおけるソース未稼働期間中、第1バイアスパワーレベルから第2バイアスパワーレベルに遷移してもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the bias RF signal may transition from the first bias power level to the second bias power level during the source non-operation period in each source cycle.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、各ソースサイクルにおける第1ソースパワーレベルから第2ソースパワーレベルへの遷移は、各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働状態からバイアス未稼働状態への遷移と実質的に同期してもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the transition from the first source power level to the second source power level in each source cycle is the transition from the bias operating state to the bias non-operating state in each bias cycle. It may be substantially synchronized.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第1ソースパワーレベルは、第2ソースパワーレベルよりも大きくてもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the first source power level may be larger than the second source power level.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第1ソースパワーレベルは、第2ソースパワーレベルよりも小さくてもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the first source power level may be smaller than the second source power level.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第2バイアスパワーレベルは、第1バイアスパワーレベルよりも大きくてもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the second bias power level may be larger than the first bias power level.
上記のように、実施形態に係るプラズマ処理装置において、第2バイアスパワーレベルは、第1バイアスパワーレベルよりも小さくてもよい。 As described above, in the plasma processing apparatus according to the embodiment, the second bias power level may be smaller than the first bias power level.
また、上記実施形態に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理装置で使用するプラズマ処理方法であってもよい。プラズマ処理装置は、プラズマ処理チャンバと、アンテナと、第1RF生成部と、基板支持部と、第2RF生成部と、を備えてもよい。アンテナは、プラズマ処理チャンバの上方に配置されてもよい。第1RF生成部は、アンテナに結合され、第1RF電力を生成してもよい。基板支持部は、プラズマ処理チャンバ内に配置されてもよい。第2RF生成部は、基板支持部に結合され、第2RF電力を生成してもよい。プラズマ処理方法は、第1期間において、第1RF電力をアンテナに供給し、第2RF電力を基板支持部に供給する工程を含んでもよい。また、プラズマ処理方法は、第1期間の後の第2期間において、第1RF電力をアンテナに供給し、基板支持部への第2RF電力の供給を停止する工程を含んでもよい。また、プラズマ処理方法は、第2期間の後の第3期間において、アンテナへの第1RF電力の供給を停止し、基板支持部への第2RF電力の供給を停止する工程を含んでもよい。また、プラズマ処理方法は、第3期間の後の第4期間において、アンテナにRF電力を供給することなく第2RF電力を基板支持部に供給する工程を含んでもよい。そして、プラズマ処理方法は、各工程を繰り返し実行してもよい。 Further, the plasma processing method according to the above embodiment may be the plasma processing method used in the plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus may include a plasma processing chamber, an antenna, a first RF generation unit, a substrate support unit, and a second RF generation unit. The antenna may be located above the plasma processing chamber. The first RF generator may be coupled to the antenna to generate the first RF power. The substrate support may be located within the plasma processing chamber. The second RF generator may be coupled to the substrate support to generate the second RF power. The plasma processing method may include a step of supplying the first RF power to the antenna and supplying the second RF power to the substrate support portion in the first period. Further, the plasma processing method may include a step of supplying the first RF power to the antenna and stopping the supply of the second RF power to the substrate support portion in the second period after the first period. Further, the plasma processing method may include a step of stopping the supply of the first RF power to the antenna and stopping the supply of the second RF power to the substrate support portion in the third period after the second period. Further, the plasma processing method may include a step of supplying the second RF power to the substrate support portion in the fourth period after the third period without supplying the RF power to the antenna. Then, in the plasma processing method, each step may be repeatedly executed.
今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態では、誘導結合型プラズマ装置を用いて実施されるプラズマ処理方法を例に説明したが、開示の技術はこれに限定されるものではなく、他のプラズマ装置を用いたプラズマ処理方法にも開示の技術を適用できる。例えば、誘導結合型プラズマ装置に代えて、容量結合型プラズマ(Capacitively-coupled plasma:CCP)装置が用いられてもよい。この場合、容量結合型プラズマ装置は、プラズマ処理チャンバ内に配置される2つの対向する電極を含む。一実施形態において、一方の電極は、基板支持部内に配置され、他方の電極は、基板支持部の上方に配置される。この場合、一方の電極は下部電極として機能し、他方の電極は上部電極として機能する。そして、ソースRF生成部31a及びバイアスRF生成部31bは、2つの対向する電極のうち少なくとも1つに結合される。一実施形態において、ソースRF生成部31aは、上部電極に結合され、バイアスRF生成部31bは、下部電極に結合される。なお、ソースRF生成部31a及びバイアスRF生成部31bが下部電極に結合されてもよい。
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The above embodiments may be omitted, replaced or modified in various forms without departing from the scope of the appended claims and their gist. For example, in the above embodiment, the plasma processing method carried out by using an inductively coupled plasma apparatus has been described as an example, but the disclosed technique is not limited to this, and plasma treatment using another plasma apparatus is used. The disclosed technology can also be applied to the method. For example, a capacitively-coupled plasma (CCP) device may be used instead of the inductively coupled plasma device. In this case, the capacitively coupled plasma device includes two opposing electrodes located within the plasma processing chamber. In one embodiment, one electrode is located within the substrate support and the other electrode is located above the substrate support. In this case, one electrode functions as a lower electrode and the other electrode functions as an upper electrode. Then, the source
1 プラズマ処理装置
10 プラズマ処理チャンバ
10a 誘電体窓
10b 側壁
10s プラズマ処理空間
11 支持部
11a 基板支持部
11b エッジリング支持部
12 エッジリング
13 ガス導入部
13a 中央ガス注入部
13b 側壁ガス注入部
14 アンテナ
20 ガス供給部
21 ガスソース
22 流量制御器
30 電力供給部
31 RF電力供給部
31a ソースRF生成部
31b バイアスRF生成部
32 DC電力供給部
40 排気システム
W 基板
1
Claims (10)
前記プラズマ処理チャンバ内に配置される基板支持部と、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、複数のソースサイクルを含むパルスソースRF信号を生成するよう構成されるソースRF生成部であり、各ソースサイクルは、ソース稼働期間の間のソース稼働状態と、ソース稼働期間後のソース未稼働期間の間のソース未稼働状態とを有する、ソースRF生成部と、
前記基板支持部に結合され、パルスバイアスRF信号を生成するよう構成されるバイアスRF生成部であり、前記パルスバイアスRF信号は、前記複数のソースサイクルと同じパルス周波数を有する複数のバイアスサイクルを有し、各バイアスサイクルは、バイアス稼働期間の間のバイアス稼働状態と、バイアス稼働期間後のバイアス未稼働期間の間のバイアス未稼働状態とを有するバイアスRF生成部と
を備え、
各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働状態への遷移タイミングは、対応するソースサイクルにおけるソース稼働状態への遷移タイミングに対して遅延し、前記ソース未稼働期間は、前記バイアス未稼働期間と重複し、各バイアスサイクルにおけるバイアス稼働期間は、その次のソースサイクルにおけるソース稼働期間と重複する、プラズマ処理装置。 Plasma processing chamber and
A substrate support portion arranged in the plasma processing chamber and
A source RF generator coupled to the plasma processing chamber and configured to generate a pulsed source RF signal containing multiple source cycles, each source cycle being source operating during the source operating period and source operating. A source RF generator having a source inactive state during the source inactive period after the period,
A bias RF generator coupled to the substrate support and configured to generate a pulse bias RF signal, wherein the pulse bias RF signal has a plurality of bias cycles having the same pulse frequency as the plurality of source cycles. However, each bias cycle comprises a bias RF generator having a bias operating state during the bias operating period and a bias non-operating state during the bias non-operating period after the bias operating period.
The transition timing to the bias operating state in each bias cycle is delayed with respect to the transition timing to the source operating state in the corresponding source cycle, and the source operating period overlaps with the bias operating state, and each bias cycle The bias operating period in the plasma processing device overlaps with the source operating period in the next source cycle.
前記バイアス稼働状態は、少なくとも二つのバイアスパワーレベルを有する、
請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The source operating state has at least two source power levels.
The bias operating state has at least two bias power levels.
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記バイアス稼働状態は、第1バイアスパワーレベルと、前記第1バイアスパワーレベル後の第2バイアスパワーレベルとを有し、
前記パルスバイアスRF信号は、各ソースサイクルにおける前記ソース未稼働期間中に、前記バイアス稼働状態に遷移する、請求項2に記載のプラズマ処理装置。 The source operating state has a first source power level and a second source power level after the first source power level.
The bias operating state has a first bias power level and a second bias power level after the first bias power level.
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the pulse bias RF signal transitions to the bias operating state during the source non-operating period in each source cycle.
第1期間において、第1RF電力を前記アンテナに供給し、第2RF電力を前記基板支持部に供給する工程と、
前記第1期間の後の第2期間において、第1RF電力を前記アンテナに供給し、前記基板支持部への前記第2RF電力の供給を停止する工程と、
前記第2期間の後の第3期間において、前記アンテナへの前記第1RF電力の供給を停止し、前記基板支持部への第2RF電力の供給を停止する工程と、
前記第3期間の後の第4期間において、前記アンテナにRF電力を供給することなく前記第2RF電力を前記基板支持部に供給する工程と、
を繰り返し実行する、
プラズマ処理方法。 A plasma processing method used in a plasma processing apparatus, wherein the plasma processing apparatus is coupled to a plasma processing chamber, an antenna arranged above the plasma processing chamber, and the antenna to generate first RF power. The method comprises a 1RF generator, a substrate support disposed in the plasma processing chamber, and a second RF generator coupled to the substrate support to generate second RF power.
In the first period, a step of supplying the first RF power to the antenna and supplying the second RF power to the substrate support portion, and
In the second period after the first period, a step of supplying the first RF power to the antenna and stopping the supply of the second RF power to the substrate support portion.
In the third period after the second period, the step of stopping the supply of the first RF power to the antenna and stopping the supply of the second RF power to the substrate support portion.
In the fourth period after the third period, the step of supplying the second RF power to the substrate support portion without supplying the RF power to the antenna, and the step of supplying the second RF power to the substrate support portion.
Is repeated,
Plasma processing method.
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