JP3368743B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Plasma processing apparatus and plasma processing method

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JP3368743B2
JP3368743B2 JP06249396A JP6249396A JP3368743B2 JP 3368743 B2 JP3368743 B2 JP 3368743B2 JP 06249396 A JP06249396 A JP 06249396A JP 6249396 A JP6249396 A JP 6249396A JP 3368743 B2 JP3368743 B2 JP 3368743B2
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pulse
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秀之 数見
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置お
よび処理方法に係り、特に半導体製造工程における微細
なパターンを形成するのに好適なプラズマ処理装置およ
び処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a processing method, and more particularly to a plasma processing apparatus and a processing method suitable for forming a fine pattern in a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマを用い、半導体のエッチング処
理や成膜処理等を行う技術分野において、被処理物(例
えば半導体ウェハ基板、以下試料と略する。)を配置す
る試料台に対して、プラズマ中のイオンを加速するため
の高周波電源と、静電吸着力によって試料を試料台に保
持させる静電吸着膜とを備えた処理装置として、USP
5,320,982号明細書等に記載のものがある。
2. Description of the Related Art In the technical field of performing etching processing and film forming processing of semiconductors using plasma, plasma is applied to a sample table on which an object to be processed (for example, a semiconductor wafer substrate, hereinafter abbreviated as sample) is placed. USP as a processing apparatus provided with a high frequency power source for accelerating ions in the inside and an electrostatic adsorption film for holding a sample on a sample table by electrostatic adsorption force.
5,320,982 and the like.

【0003】この明細書記載の装置は、マイクロ波でプ
ラズマを発生させ、静電吸着力によって試料を試料台に
保持させると共に試料と試料台との間に伝熱ガスを介在
させて試料の温度制御を行いながら、正弦波出力の高周
波電源をバイアス電源として、該電源を試料台に接続し
て試料に入射するイオンエネルギーを制御するものであ
る。
In the apparatus described in this specification, plasma is generated by microwaves, the sample is held on the sample stage by electrostatic attraction, and a heat transfer gas is interposed between the sample stage and the temperature of the sample. While performing the control, the sine wave output high frequency power source is used as a bias power source, and the power source is connected to the sample stage to control the ion energy incident on the sample.

【0004】また、特開昭62−280378号公報で
は、プラズマー電極間の電界強度を一定化するパルス状
のイオン制御バイアス波形を発生させ試料台に印加する
ことにより、試料に入射するイオンエネルギーの分布幅
を狭くでき、エッチングの加工寸法精度や被処理膜と下
地材とのエッチング速度比を数倍に上げることが可能と
なることが記載されている。
Further, in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 62-280378, a pulsed ion control bias waveform for stabilizing the electric field strength between the plasma electrode and the electrode is generated and applied to the sample stage so that the ion energy incident on the sample is It is described that the distribution width can be narrowed and the processing dimensional accuracy of etching and the etching rate ratio between the film to be processed and the base material can be increased several times.

【0005】また、特開平6−61182号公報では、
電子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生さ
せ、試料に、パルスデューティが0.1%程度以上の幅
のパルスバイアスを印加し、ノッチの発生を防止するこ
とが記載されている。
Further, in JP-A-6-61182,
It is described that plasma is generated by using electron cyclotron resonance and a pulse bias with a pulse duty width of about 0.1% or more is applied to the sample to prevent the occurrence of notches.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術中、特開
昭62−280378号公報や特開平6−61182号
公報に記載のパルスバイアス電源方式は、試料台電極と
試料との間に静電吸着用誘電体層を使用して試料にパル
スバイアスを印加する場合の検討がなされておらず、静
電吸着方式にそのまま適用すると静電吸着膜の両端間に
発生する電圧の変化によりイオンエネルギー分布が広が
るため、試料に十分な温度制御を行いながら、必要とす
る微細パターンの処理に対処することができない欠点が
あった。
Among the above-mentioned prior arts, the pulse bias power supply method described in JP-A-62-280378 and JP-A-6-61182 is an electrostatic discharge between a sample stage electrode and a sample. When applying a pulse bias to a sample using a dielectric layer for adsorption, no study has been made.If it is applied to the electrostatic adsorption method as it is, the ion energy distribution will be generated due to the change in voltage generated across the electrostatic adsorption film. Therefore, there is a drawback that it is not possible to deal with the necessary fine pattern processing while sufficiently controlling the temperature of the sample.

【0007】また、USP5,320,982号明細書
に記載された従来の正弦波出力バイアス電源方式では、
周波数が高くなると、シース部のインピーダンスがプラ
ズマ自身のインピーダンスに近づくか、それ以下になる
ため、バイアス電源により不要なプラズマが生じ、イオ
ンの加速に有効に使われなくなるとともにプラズマ分布
も悪化し、バイアス電源によるイオンエネルギーの制御
性が失われる欠点があった。
Further, in the conventional sine wave output bias power supply system described in USP 5,320,982,
When the frequency becomes higher, the impedance of the sheath approaches the impedance of the plasma itself or becomes lower than that, so unnecessary plasma is generated by the bias power supply, it is not used effectively for accelerating ions, and the plasma distribution deteriorates and the bias There is a drawback that the controllability of ion energy by the power source is lost.

【0008】さらにまた、プラズマ処理においては、イ
オン量、ラジカル量及びラジカル種を適正に制御するこ
とが、性能向上のために重要であるが、従来はイオン源
やラジカル源となるガスを処理室に流入させ、処理室内
でプラズマを発生させて、イオンとラジカルを同時に発
生させていたため、試料の処理が微細化するにつれ、そ
の制御の限度が明白となりつつある。
Further, in plasma processing, it is important to properly control the amount of ions, the amount of radicals, and the species of radicals in order to improve the performance. Conventionally, a gas serving as an ion source or a radical source is used in the processing chamber. In order to generate ions and radicals at the same time by generating a plasma in the processing chamber, the limit of control is becoming clear as the processing of the sample becomes finer.

【0009】本発明の目的は、静電吸着用の膜が設けら
れた試料台にパルスバイアス電圧を印加して、試料をプ
ラズマ処理する際のイオンエネルギー分布の広がりを抑
制することのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a film for electrostatic attraction.
The sample is applied by applying a pulse bias voltage to the
Suppresses the spread of ion energy distribution during plasma processing
It is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of controlling the plasma processing.

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空処理室
と、真空処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手
段と、真空処理室内に設けられ被処理試料を配置する試
料台と、試料台に試料を保持する静電吸着手段と、試料
台に接続され試料台にパルスバイアス電圧を印加するパ
ルスバイアス印加手段とを有するプラズマ処理装置にお
いて、静電吸着手段の電圧が前記パルスバイアス電圧の
1/2以下になるようにパルスバイアス電圧の周期を
0.1μs 〜10μsにした装置とし、真空処理室に設
けた試料台に被処理試料を配置して、被処理試料を静電
吸着力によって保持し、処理室内にプラズマを生成する
と共に試料台にパルスバイアス電圧を印加して、試料を
プラズマ処理するプラズマ処理方法において、静電吸着
の電圧がパルスバイアス電圧の1/2以下になるように
パルスバイアス電圧の周期を0.1μs 〜10μsにす
る方法とすることにより、達成される。
The above object is to provide a vacuum processing chamber.
And a plasma generator that generates plasma in the vacuum processing chamber.
Stage and a sample placed in the vacuum processing chamber for placing the sample to be processed.
Sample stand, electrostatic attraction means for holding the sample on the sample stand, and sample
Connected to the sample table and applying a pulse bias voltage to the sample table.
In a plasma processing apparatus having a loose bias applying means
And the voltage of the electrostatic attraction means is equal to the pulse bias voltage.
Set the pulse bias voltage cycle so that it is 1/2 or less.
The device is set to 0.1 μs to 10 μs and installed in the vacuum processing chamber.
Place the sample to be processed on the sample table and
Holds by adsorption force and generates plasma in the processing chamber
Apply a pulse bias voltage to the sample table together with the sample
In the plasma processing method of plasma processing, electrostatic adsorption
So that the voltage of is less than 1/2 of the pulse bias voltage
Set the pulse bias voltage cycle to 0.1 μs to 10 μs
This is achieved by adopting the method described below.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を説明する。
まず図1に、本発明を対向する電極型のプラズマエッチ
ング装置へ適用した第一の実施例を示す。図1におい
て、真空容器としての処理室10は、上部電極12と下
部電極15とから成る一対の対向する電極を備えてい
る。平行平板電極12,15の間隙は、10mm〜40mm
程度とするのが望ましい。上部電極12には、高周波エ
ネルギーを供給する高周波電源16が、高周波電源変調
信号源161を介して接続されている。上部電極12の
下側表面には、シリコン、カーボンもしくはSiCから
なるフッ素や酸素の除去板としての上部電極カバー30
が設けられている。また、上部電極12の上部にはガス
を所望の分布に拡散するガス拡散板32を備えたガス導
入室34が設けられている。処理室10には、ガス供給
部36からガス導入室34のガス拡散板32、上部電極
12及び上部電極カバー30に設けられた孔38を介し
て、試料のエッチング等の処理に必要なガスが供給され
る。外室11は、外室にバルブ14を介して接続された
真空ポンプ18により真空排気され、処理室10が試料
の処理圧力に調整される。処理室10の周囲には放電止
じ込め用リング37が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below.
First, FIG. 1 shows a first embodiment in which the present invention is applied to a facing electrode type plasma etching apparatus. In FIG. 1, a processing chamber 10 as a vacuum container is provided with a pair of opposing electrodes composed of an upper electrode 12 and a lower electrode 15. The gap between the parallel plate electrodes 12 and 15 is 10 mm to 40 mm.
It is desirable to set the degree. A high frequency power source 16 for supplying high frequency energy is connected to the upper electrode 12 via a high frequency power source modulation signal source 161. On the lower surface of the upper electrode 12, an upper electrode cover 30 as a plate for removing fluorine and oxygen made of silicon, carbon or SiC
Is provided. Further, a gas introduction chamber 34 having a gas diffusion plate 32 that diffuses the gas into a desired distribution is provided above the upper electrode 12. In the processing chamber 10, the gas required for processing such as etching of the sample is supplied from the gas supply unit 36 through the gas diffusion plate 32 of the gas introduction chamber 34, the upper electrode 12 and the hole 38 provided in the upper electrode cover 30. Supplied. The outer chamber 11 is evacuated by a vacuum pump 18 connected to the outer chamber via a valve 14, and the processing chamber 10 is adjusted to the processing pressure of the sample. A discharge containment ring 37 is provided around the processing chamber 10.

【0027】なお、本発明における平行平板電極12,
15は、相対向する一対の電極があれば良く、プラズマ
生成特性等の要求から平行平板電極12,15が若干の
凹面あるいは凸面を持つものであっても良い。
In the present invention, the parallel plate electrodes 12,
It suffices that 15 has a pair of electrodes facing each other, and the parallel plate electrodes 12 and 15 may have a slight concave surface or convex surface in view of requirements such as plasma generation characteristics.

【0028】試料40を保持する下部電極15は、2極
式の静電チャック20を備えた構成となっている。すな
わち、下部電極15は、外側の第1下部電極15Aと、
その内側上方に絶縁体21を介して配置された第2下部
電極15Bによって構成され、第1、第2両下部電極の
上表面に静電吸着用誘電体層(以下、静電吸着膜と略称
する)22が設けられている。第1、第2両下部電極間
には、高周波成分カット用のコイル24A,24Bを介
して直流電源23が接続されており、第2下部電極15
B側が正になるようにして両下部電極間に直流電圧を印
加する。これにより、静電吸着膜22を介して試料40
と両下部電極間に作用するクーロン力により、試料40
が下部電極15上に吸着、保持される。静電吸着膜22
としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化アルミニウ
ムにチタン酸化物を混合したものなどの誘電体を使用す
ることができる。また、電源23としては、数100V
の直流電源を用いる。
The lower electrode 15 for holding the sample 40 has a structure provided with a two-pole type electrostatic chuck 20. That is, the lower electrode 15 includes the outer first lower electrode 15A,
A dielectric layer for electrostatic adsorption (hereinafter, abbreviated as electrostatic adsorption film) is formed on the upper surface of the first and second lower electrodes by the second lower electrode 15B disposed above the inside thereof with the insulator 21 interposed therebetween. 22) is provided. A DC power supply 23 is connected between the first and second lower electrodes via high frequency component cutting coils 24A and 24B, and the second lower electrode 15 is connected.
A DC voltage is applied between both lower electrodes so that the B side becomes positive. This allows the sample 40 to pass through the electrostatic adsorption film 22.
And Coulomb force acting between both lower electrodes
Are adsorbed and held on the lower electrode 15. Electrostatic adsorption film 22
For example, a dielectric material such as aluminum oxide or a mixture of aluminum oxide and titanium oxide can be used. Also, as the power supply 23, several hundreds of volts
Use the DC power source.

【0029】また、下部電極15(15A,15B)に
は、20V〜800Vの正のパルスバイアスを供給する
パルスバイアス電源17が、DC成分をカットするブロ
ッキングコンデンサ19A,19Bを介してそれぞれ接
続されている。
A pulse bias power source 17 for supplying a positive pulse bias of 20V to 800V is connected to the lower electrodes 15 (15A, 15B) via blocking capacitors 19A, 19B for cutting DC components. There is.

【0030】エッチング処理を行う場合、処理の対象物
である試料40は、処理室10の下部電極15の上に載
置され、静電チャック20により吸着される。一方、ガ
ス供給部36からガス導入室34を介して、試料40の
エッチング処理に必要なガスが処理室10に供給され
る。外室11は真空ポンプ18により真空排気され、処
理室10が試料の処理圧力、例えば5mTorr〜40mTorr
になるように減圧排気される。次に、高周波電源16よ
り20MHz〜500MHz、望ましくは30MHz〜200
MHzの高周波電力を出力して、処理室10の処理ガスを
プラズマ化する。他方、下部電極15に、パルスバイア
ス電源17から電圧20V〜800Vで周期が0.1μ
s〜10μs、好ましくは、0.2μs〜5μsの正のパル
スバイアスを印加し、プラズマ中の電子やイオンを制御
して試料40に対する所定のエッチング処理を行う。
When the etching process is performed, the sample 40, which is an object to be processed, is placed on the lower electrode 15 of the processing chamber 10 and adsorbed by the electrostatic chuck 20. On the other hand, the gas required for etching the sample 40 is supplied to the processing chamber 10 from the gas supply unit 36 via the gas introduction chamber 34. The outer chamber 11 is evacuated by a vacuum pump 18, and the processing chamber 10 is processed at a sample processing pressure, for example, 5 mTorr to 40 mTorr.
Is exhausted under reduced pressure. Next, from the high frequency power source 16, 20 MHz to 500 MHz, preferably 30 MHz to 200 MHz.
The high frequency power of MHz is output to turn the processing gas in the processing chamber 10 into plasma. On the other hand, the lower electrode 15 has a voltage of 20 V to 800 V and a period of 0.1 μm from the pulse bias power supply 17.
A predetermined pulse bias of s to 10 μs, preferably 0.2 μs to 5 μs is applied to control electrons and ions in plasma to perform a predetermined etching process on the sample 40.

【0031】なお、高周波電源16の周波数の下限値
は、低圧で放電を安定に維持できる周波数であり、上限
値は必要以上のガスの解離が無い周波数である。
The lower limit of the frequency of the high frequency power source 16 is a frequency at which discharge can be stably maintained at a low pressure, and the upper limit is a frequency at which there is no excessive dissociation of gas.

【0032】エッチングガスは、ガス拡散板32で所望
の分布にされた後、上部電極12及び上部電極カバー3
0に明けられた孔38を通して処理室10に注入され
る。
The etching gas is distributed by the gas diffusion plate 32 to a desired distribution, and then the upper electrode 12 and the upper electrode cover 3 are formed.
It is injected into the processing chamber 10 through the hole 38 opened at 0.

【0033】また上部電極カバー30には、カーボンや
シリコンあるいはこれらを含有するものを用い、フッ素
や酸素成分を除去してレジストやシリコン等の下地との
選択比を向上させる。
Further, the upper electrode cover 30 is made of carbon, silicon or a material containing these, and fluorine or oxygen components are removed to improve the selectivity with respect to the base such as resist or silicon.

【0034】処理室10の周囲は、放電止じ込め用リン
グ37によってプラズマを試料40の周辺に極在化させ
ることにり、プラズマ密度の向上を図ると共に、放電止
じ込め用リング37より外の部分への不要なデポ物の付
着を最小とさせる。
The discharge containment ring 37 localizes the plasma around the sample chamber 40 in the vicinity of the processing chamber 10 to improve the plasma density and to prevent the discharge containment ring 37 from outside the discharge containment ring 37. Minimize unnecessary deposition of deposits on the

【0035】なお、放電止じ込め用リング37として
は、石英等の絶縁体を用いるのがよい。但し、カーボン
やシリコンあるいはSiC等の半導体や導電材を用い、
高周波電源に接続しイオンによるスパッタを生じさせる
と、リング37へのデポ付着を低減すると共にフッ素や
酸素の除去効果も持たせることができる。
As the discharge containment ring 37, it is preferable to use an insulator such as quartz. However, using a semiconductor or conductive material such as carbon, silicon, or SiC,
By connecting to a high frequency power source and causing sputtering by ions, it is possible to reduce deposition of deposits on the ring 37 and also to have an effect of removing fluorine and oxygen.

【0036】なお、試料40の周辺の絶縁体13上に、
カーボンやシリコンあるいはこれらを含有するサセプタ
カバー39を設けると、フッ素や酸素を除去出来るの
で、選択比の向上に役立つ。
On the insulator 13 around the sample 40,
When the susceptor cover 39 containing carbon or silicon or these is provided, fluorine and oxygen can be removed, which is useful for improving the selection ratio.

【0037】また、直流電源23の電位により、誘電体
の静電吸着膜22を挟んで下部電極15(15A,15
B)と試料40を介してして静電吸着回路が形成され
る。この状態で試料40は静電気力により下部電極15
に係止、保持される。静電気力により係止された試料4
0の裏面には、ヘリウム、窒素、アルゴン等の冷却ガス
が供給される。冷却ガスは、下部電極15の凹部に充填
されるが、その圧力は、数トールから数10トールの範
囲とする。なお、静電吸着力は、ギャップが設けられた
凹部の間では、ほとんどゼロであり、下部電極15の凸
部においてのみ静電吸着力が発生しているとみなせる。
しかし、後で述べるように、直流電源23に電圧を適切
に設定して、冷却ガスの圧力に十分耐えることのできる
吸着力を設定することができるので、冷却ガスにより試
料40が動いたり飛ばされたりすることはない。
Further, the lower electrode 15 (15A, 15A) is sandwiched by the electric potential of the DC power supply 23 with the electrostatic attraction film 22 of the dielectric material interposed therebetween.
An electrostatic adsorption circuit is formed via B) and the sample 40. In this state, the sample 40 is moved to the lower electrode 15 by electrostatic force.
It is locked and retained by. Sample 4 locked by electrostatic force
A cooling gas such as helium, nitrogen, or argon is supplied to the back surface of 0. The cooling gas fills the concave portion of the lower electrode 15, and the pressure thereof is in the range of several torr to several tens of torr. The electrostatic attraction force is almost zero between the concave portions provided with the gap, and it can be considered that the electrostatic attraction force is generated only in the convex portion of the lower electrode 15.
However, as will be described later, since the voltage can be appropriately set in the DC power supply 23 and the adsorption force that can sufficiently withstand the pressure of the cooling gas can be set, the sample 40 is moved or skipped by the cooling gas. There is nothing to do.

【0038】試料の微細加工性を向上させるには、プラ
ズマ発生用高周波電源16としてより高い周波数のもの
を用い、低ガス圧領域での放電の安定化を計るのがよ
い。本発明では、処理室10における試料の処理圧力を
5mTorr〜40mTorrとしている。処理室10内のガス圧
力を40mTorr以下の低圧にすることにより、シース中
でのイオンの衝突が少なくなるので、試料40の処理に
際して、イオンの方向性が増し垂直な微細加工が可能に
なった。なお、5mTorr以下では、同じ処理速度を得る
には、排気装置や高周波電源が大型化すると共に、電子
温度の上昇による必要以上の解離が生じ、特性が劣化す
る傾向がある。
In order to improve the fine workability of the sample, it is preferable to use a higher frequency power source 16 for plasma generation and to stabilize the discharge in the low gas pressure region. In the present invention, the processing pressure of the sample in the processing chamber 10 is 5 mTorr to 40 mTorr. By reducing the gas pressure in the processing chamber 10 to a low pressure of 40 mTorr or less, the collision of ions in the sheath is reduced, so that the directionality of ions is increased during the processing of the sample 40, and vertical fine processing is enabled. . At 5 mTorr or less, in order to obtain the same processing speed, the exhaust device and the high-frequency power source are increased in size, and more than necessary dissociation occurs due to the rise in the electron temperature, which tends to deteriorate the characteristics.

【0039】一般に、平行平板電極を用いたプラズマ発
生用の電源の周波数と安定的に放電が行われる最低のガ
ス圧力との間には、図2に示すように、電源の周波数が
高くなるほど、電極間距離が大きくなるほど、安定放電
最低ガス圧が低下するという関係がある。周囲の壁や放
電閉込めリング37へのデポ等の悪影響を避け、上部電
極カバー30やサセプタカバー39や試料中のレジスト
等によるフッ素や酸素を除去する効果を有効に機能させ
るために、最高ガス圧40mTorr時の平均自由工程の2
5倍以下に対応して、電極間距離を50mm程度以下とす
るのが望ましい。また、電極間距離として、最高ガス圧
(40mTorr)時の平均自由工程の2〜4倍(4mm〜8m
m)程度以上でないと、安定な放電が困難となる。
Generally, between the frequency of the power source for plasma generation using parallel plate electrodes and the minimum gas pressure for stable discharge, as shown in FIG. 2, the higher the frequency of the power source, There is a relationship that the minimum gas pressure for stable discharge decreases as the inter-electrode distance increases. In order to avoid the adverse effects of deposits on the surrounding walls and the discharge confinement ring 37, and to effectively function the effect of removing fluorine and oxygen by the upper electrode cover 30, the susceptor cover 39, and the resist in the sample, the maximum gas is used. 2 of mean free path at pressure of 40 mTorr
Corresponding to 5 times or less, it is desirable to set the distance between the electrodes to about 50 mm or less. In addition, the distance between electrodes is 2 to 4 times (4 mm to 8 m) the mean free path at the maximum gas pressure (40 mTorr).
If it is not more than about m), stable discharge becomes difficult.

【0040】図1に示す本発明の実施例では、プラズマ
発生用高周波電源16として、20MHz〜500MHz、
望ましくは30MHz〜200MHzの高周波電力を用いる
ため、処理室内のガス圧力を、5mTorr〜40mTorrの低
圧にしても、安定したプラズマが得られ、微細加工性を
向上させることができる。また、このような高周波電力
を用いることによりガスプラズマの解離が良くなり、試
料加工時の選択比制御が良くなる。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, as the high frequency power source 16 for plasma generation, 20 MHz to 500 MHz,
Since a high frequency power of 30 MHz to 200 MHz is preferably used, stable plasma can be obtained and fine workability can be improved even when the gas pressure in the processing chamber is set to a low pressure of 5 mTorr to 40 mTorr. Further, by using such high frequency power, the dissociation of gas plasma is improved and the selection ratio control during sample processing is improved.

【0041】ところで、静電吸着膜22は、イオンに対
するパルスバイアスの作用を阻害する様に作用する。本
発明では、パルスバイアスの印加に伴い静電吸着膜22
の両端間に発生する電圧の上昇を抑制し、パルスバイア
スの効果を高めるために、電圧抑制手段を設けたことに
1つの特徴がある。
By the way, the electrostatic adsorption film 22 acts so as to inhibit the action of the pulse bias on the ions. In the present invention, the electrostatic adsorption film 22 is applied with the application of the pulse bias.
One of the features is that the voltage suppressing means is provided in order to suppress the rise of the voltage generated between both ends and to enhance the effect of the pulse bias.

【0042】電圧抑制手段の一例としては、パルスバイ
アスの印加に伴い静電吸着膜の両端間に生ずるバイアス
電圧の一周期中の電圧の変化(VCM)が、パルスバイア
ス電圧の大きさ(Vp)の1/2以下となるように構成す
るのが良い。具体的には、下部電極15の表面に設けら
れた誘電体からなる静電吸着膜の膜厚を薄くしたり、誘
電体を誘電率の大きい材料とすることにより、誘電体の
静電容量を増す方法がある。
As an example of the voltage suppressing means, the change (V CM ) of the voltage during one cycle of the bias voltage generated between both ends of the electrostatic adsorption film due to the application of the pulse bias is the magnitude of the pulse bias voltage (V CM ). It is preferable to configure it to be 1/2 or less of p ). Specifically, the electrostatic capacitance of the dielectric is reduced by reducing the thickness of the electrostatic adsorption film made of a dielectric provided on the surface of the lower electrode 15 or by using a material having a large dielectric constant. There is a way to increase.

【0043】あるいはまた、他の電圧抑制手段として、
パルスバイアス電圧の周期を短くして電圧VCMの上昇を
抑制する方法もある。さらに、静電吸着回路とパルスバ
イアス電圧印加回路を別な位置、例えば試料が配置保持
される電極とは別の対向する電極、あるいは別に設けた
第三の電極に、分離して設ける方法も考えられる。
Alternatively, as another voltage suppressing means,
There is also a method of suppressing the rise of the voltage V CM by shortening the cycle of the pulse bias voltage. Further, a method of separately providing the electrostatic adsorption circuit and the pulse bias voltage application circuit at different positions, for example, an opposite electrode different from the electrode on which the sample is arranged and held, or a third electrode provided separately is also considered. To be

【0044】次に、本発明における電圧抑制手段により
もたらされるべき、パルスバイアス一周期中の静電吸着
膜の両端間に生じる電圧の変化(VCM)とパルスバイア
ス電圧の関係について、図3〜図9を用いて詳細に述べ
る。
Next, the relationship between the pulse bias voltage and the change (V CM ) in the voltage generated across the electrostatic attraction film during one cycle of the pulse bias, which should be brought about by the voltage suppressing means in the present invention, will be described with reference to FIGS. This will be described in detail with reference to FIG.

【0045】まず、本発明のパルスバイアス電源17に
おいて使用する望ましい出力波形の例を図3に示す。図
中、パルス振幅:vp ,パルス周期:T0 ,正方向パル
ス幅:T1 とする。
First, an example of a desirable output waveform used in the pulse bias power supply 17 of the present invention is shown in FIG. In the figure, the pulse amplitude is v p , the pulse period is T 0 , and the positive pulse width is T 1 .

【0046】図3(A)の波形をブロッキングコンデン
サ,静電吸着用誘電体層(以下、静電吸着膜と略称す
る)を経由して試料に印加した時、別の電源によりプラ
ズマを発生させた状態での定常状態での試料表面の電位
波形を図3(B)に示す。
When the waveform of FIG. 3 (A) is applied to the sample via the blocking capacitor and the electrostatic attraction dielectric layer (hereinafter abbreviated as an electrostatic attraction film), plasma is generated by another power source. The potential waveform on the surface of the sample in the steady state in this state is shown in FIG.

【0047】 ただし、波形の直流成分電圧 :VDC プラズマのフローティングポテンシャル:Vf 静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電
圧:VCM とする。
However, the direct current component voltage of the waveform: V DC floating potential of the plasma: V f The maximum voltage in one cycle of the voltage generated between both ends of the electrostatic adsorption film: V CM .

【0048】図3(B)中、Vf より正電圧となってい
る(I)なる部分は、主に電子電流のみを引き込んでい
る部分であり、Vf より負の部分は、イオン電流を引き
込んでいる部分,Vf の部分は、電子とイオンとがつり
あっている部分(Vf は通常数V〜十数V)である。
In FIG. 3 (B), the portion (I) where the positive voltage is higher than V f is the portion that mainly draws only the electron current, and the negative portion from V f is the ionic current. The part where Vf is drawn is a part where electrons and ions are balanced ( Vf is usually several V to ten and several V).

【0049】なお、図3(A)および今後の説明では、
ブロッキングコンデンサの容量や試料表面近辺の絶縁体
による容量は静電吸着膜による容量(以下静電吸着容量
と略称する)に比べて十分大きいと仮定している。
Incidentally, in FIG. 3 (A) and the following description,
It is assumed that the capacity of the blocking capacitor and the capacity of the insulator near the sample surface are sufficiently larger than the capacity of the electrostatic adsorption film (hereinafter abbreviated as electrostatic adsorption capacity).

【0050】VCMの値は次の式(数1)で表わされる。The value of V CM is expressed by the following equation (Equation 1).

【0051】[0051]

【数1】 [Equation 1]

【0052】 但し、q:(T0−T1)期間に試料に流入するイオン電流密度(平均値) c:単位面積当りの静電吸着容量(平均値) ii :イオン電流密度, εr :静電吸着膜の比誘電率 d:静電吸着膜の膜厚 ε0 :真空中の誘電率(定数) K:静電吸着膜の電極被覆率(≦1) 図4及び図5に、パルスデューティ比:(T1/T0)は
一定のままT0 を変化させた時の試料表面の電位波形と
イオンエネルギーの確率分布を示す。但し、T01
02:T03:T04:T05=16:8:4:2:1とす
る。
However, q: ion current density (average value) flowing into the sample during the period (T 0 −T 1 ) c: electrostatic adsorption capacity per unit area (average value) i i : ion current density, ε r : Relative permittivity of electrostatic adsorption film d: film thickness of electrostatic adsorption film ε 0 : dielectric constant (constant) in vacuum K: electrode coverage of electrostatic adsorption film (≦ 1) The pulse duty ratio: (T 1 / T 0 ) shows a probability distribution of the potential waveform and ion energy of the sample surface when T 0 is changed while keeping it constant. However, T 01 ,
T 02 : T 03 : T 04 : T 05 = 16: 8: 4: 2: 1.

【0053】図4の(1)に示す様に、パルス周期T0
が大きすぎると、試料表面の電位波形は矩形波から大き
くはずれ、三角波になり、イオンエネルギーは図5に示
すように、低い方から高い方まで一定の分布となり好ま
しくない。
As shown in (1) of FIG. 4, the pulse period T 0
Is too large, the potential waveform on the sample surface deviates greatly from the rectangular wave and becomes a triangular wave, and the ion energy has a constant distribution from the lower side to the higher side, which is not preferable.

【0054】図4の(2)〜(5)に示す様に、パルス
周期T0 を小さくするにつれて、(VCM/vp )は1よ
りも小さな値となり、イオンエネルギー分布も狭くなっ
てゆく。
As shown in (2) to (5) of FIG. 4, as the pulse period T 0 is reduced, (V CM / v p ) becomes a value smaller than 1, and the ion energy distribution also narrows. .

【0055】図4,図5においてT0=T01,TO02
03,T04,T05は、(VCM/vp )=1,0.63,
0.31,0.16,0.08に対応している。
4 and 5, T 0 = T 01 , TO 02 ,
T 03 , T 04 , and T 05 are (V CM / v p ) = 1, 0.63,
It corresponds to 0.31, 0.16, and 0.08.

【0056】次に、パルスのオフ(T0−T1)期間と、
静電吸着膜の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧
CMの関係を図6に示す。
Next, the pulse off (T 0 -T 1 ) period and
FIG. 6 shows the relationship between the maximum voltage V CM in one cycle of the voltage generated across the electrostatic adsorption film.

【0057】静電吸着膜として、厚み0.3mmの酸化チ
タン含有アルミナ(εr=10)を用いて電極の約50
%を被膜(K=0.5 )した場合、イオン電流密度ii
=5mA/cm2 の中密度プラズマ中でのVCMの値の変化
を図6の太線(標準条件の線)で示す。
As the electrostatic adsorption film, a titanium oxide-containing alumina (ε r = 10) having a thickness of 0.3 mm was used, and the thickness of the electrode was about 50.
% Is coated (K = 0.5), the ion current density i i
The change in the value of V CM in the medium density plasma of = 5 mA / cm 2 is shown by the thick line (standard condition line) in FIG.

【0058】図6から明らかなように、パルスのオフ
(T0−T1)期間が大きくなるにつれ、静電吸着膜の両
端間に生じる電圧VCMはそれに比例して大きな値とな
り、通常使用されるパルス電圧vp 以上になってしま
う。
As is apparent from FIG. 6, as the pulse off (T 0 -T 1 ) period becomes longer, the voltage V CM generated across the electrostatic adsorption film becomes a larger value in proportion to it, which is normally used. The applied pulse voltage becomes vp or more.

【0059】例えば、プラズマエッチング装置において
は、ダメージ,下地やマスクとの選択性,形状等により
通常、 ゲートエッチングでは 20volt ≦ vp ≦100volt メタルエッチングでは 50volt ≦ vp ≦200volt 酸化膜エッチングでは 250volt ≦ vp ≦800volt に制限される。
[0059] For example, in a plasma etching apparatus, damage, selectivity with the base or the mask, typically the shape or the like, in the gate etch 250Volt ≦ a 50volt ≦ v p ≦ 200volt oxide film etched by 20volt ≦ v p ≦ 100volt metal etching Limited to v p ≤ 800 volt.

【0060】後述の(VCM/vp )≦0.5の条件を満
たそうとすると標準状態では、(T0−T1)の上限は次
のようになる。 ゲートエッチングでは (T0−T1)≦0.15μs メタルエッチングでは (T0−T1)≦0.35μs 酸化膜エッチングでは (T0−T1)≦1.2μs ところで、T0が0.1μs に近くなると、イオンシー
スのインピーダンスがプラズマのインピーダンスに近づ
くかそれ以下となるため、不要なプラズマの発生を生じ
ると共に、バイアス電源がイオンの加速に有効に使われ
なくなってくる。このため、バイアス電源によるイオン
エネルギーの制御性が悪化するため、T0は、0.1μ
s以上、好ましくは0.2μs以上が良い。
When the condition of (V CM / v p ) ≦ 0.5 described later is to be satisfied, the upper limit of (T 0 -T 1 ) is as follows in the standard state. The gate etch (T 0 -T 1) ≦ 0.15μs the metal etching (T 0 -T 1) ≦ 0.35μs oxide film in the etching (T 0 -T 1) ≦ 1.2μs Incidentally, T 0 is 0. When the value approaches 1 μs, the impedance of the ion sheath approaches or becomes lower than the impedance of the plasma, so that unnecessary plasma is generated and the bias power supply is not effectively used for accelerating the ions. Therefore, the controllability of the ion energy by the bias power source deteriorates, so T 0 is 0.1 μm.
s or more, preferably 0.2 μs or more.

【0061】従って、vp を低くおさえられるゲートエ
ッチャ等においては、静電吸着膜の材料を比誘電率が1
0〜100と高いもの、(例えばTa23でεr =2
5)に変えたり、絶縁耐圧を低下させず膜厚を薄く、例
えば10μm〜400μm、望ましくは10μm〜10
0μmにしたりする必要がある。
Therefore, in a gate etcher or the like in which v p can be kept low, the dielectric constant of the material of the electrostatic adsorption film is 1
High as 0 to 100 (eg Ta 2 O 3 ε r = 2
5) or a thin film thickness without lowering the dielectric strength, for example, 10 μm to 400 μm, preferably 10 μm to 10 μm
It is necessary to set it to 0 μm.

【0062】図6には、単位面積当りの静電容量cを、
それぞれ2.5倍、5倍、10倍に増加させた時のVCM
の値も併記した。静電吸着膜の改善を行っても現状では
静電容量cを数倍にする改善が限度とみられ、VCM≦3
00 volt、c≦10c0とすると、0.1μs≦(T0
1)≦10μsとなる。
In FIG. 6, the electrostatic capacity c per unit area is
V CM when increased by 2.5 times, 5 times and 10 times respectively
The value of is also shown. Even if the electrostatic adsorption film is improved, at present it is considered that the improvement of the capacitance c by several times is the limit, and V CM ≦ 3
Assuming that 00 volt and c ≦ 10c 0 , 0.1 μs ≦ (T 0
T 1 ) ≦ 10 μs.

【0063】イオンの加速によりプラズマ処理に有効な
部分は(T0−T1)の部分であり、パルスデューティ
(T1/T0)としてはできるだけ小さい方が好ましい。
The portion effective for plasma treatment by the acceleration of ions is the portion (T 0 -T 1 ), and the pulse duty (T 1 / T 0 ) is preferably as small as possible.

【0064】時間平均も加味した、プラズマ処理の効率
として(VDC/vp)で見積ったのが、図7である。(T
1/T0)を小さくし、(VDC/vp)を大きくするのが
好ましい。
FIG. 7 shows the plasma processing efficiency estimated by taking (V DC / v p ) in consideration of the time average. (T
It is preferable to decrease 1 / T 0 ) and increase (V DC / v p ).

【0065】プラズマ処理の効率として0.5≦(VDC
/vp)を仮定し、後述の条件、(VCM/vp )≦0.5
を入れると、パルスデューディは、(T1/T0)≦0.
4程度となる。
As the efficiency of the plasma treatment, 0.5 ≦ (V DC
/ V p ), the condition (V CM / v p ) ≦ 0.5, which will be described later.
, The pulse duty is (T 1 / T 0 ) ≦ 0.
It will be about 4.

【0066】なお、パルスデューディ(T1/T0)は小
さいほどイオンエネルギーの制御に有効であるが、必要
以上に小さくするとパルス幅T1が0.05μs程度の
小さい値となり、数十MHzの周波数成分を多く含むよう
になり、後述するような、プラズマ発生用高周波成分と
の分離も難しくなる。図7に示すように、0≦(T1
0)≦0.05間での(VDC/vp)の低下はわずかで
あり、(T1/T0)として0.05以上で特に問題は生
じない。
The smaller the pulse duty (T 1 / T 0 ) is, the more effective it is to control the ion energy. However, if it is made smaller than necessary, the pulse width T 1 becomes a small value of about 0.05 μs, which is several tens of MHz. Therefore, it becomes difficult to separate it from the high frequency component for plasma generation, which will be described later. As shown in FIG. 7, 0 ≦ (T 1 /
When (T 0 ) ≦ 0.05, the decrease of (V DC / v p ) is slight, and when (T 1 / T 0 ) is 0.05 or more, no particular problem occurs.

【0067】ここで図8に、ゲートエッチングの例とし
て、塩素ガス10mTをプラズマ化した時のシリコンと下
地の塩化膜とのエッチングレートESiおよびESiO
2のイオンエネルギー依存性を示す。シリコンのエッチ
ングレートESiは低イオンエネルギーでは一定値にな
る。イオンエネルギーが10V程度以上では、イオンエ
ネルギーの増加に従って、ESiも増加する。一方下地
となる酸化膜のエッチングレートESiO2は、イオン
エネルギーが20V程度以下では0であり、20V程度
を越えると、イオンエネルギーと共にESiO2は増加
する。
Here, as an example of gate etching, FIG. 8 shows etching rates ESi and ESiO between silicon and an underlying chloride film when chlorine gas of 10 mT is turned into plasma.
2 shows the ion energy dependence of 2 . The etching rate ESi of silicon has a constant value at low ion energy. When the ion energy is about 10 V or higher, ESi also increases as the ion energy increases. On the other hand, the etching rate ESiO 2 of the underlying oxide film is 0 when the ion energy is about 20 V or less, and when it exceeds about 20 V, ESiO 2 increases with the ion energy.

【0068】その結果、イオンエネルギーが20V程度
以下では下地との選択比ESi/ESiO2が∞となる
領域が存在する。イオンエネルギーが20V程度以上で
は、下地との選択比ESi/ESiO2は、イオンエネ
ルギーの増加と共に急速に低下する。
As a result, when the ion energy is about 20 V or less, there is a region where the selection ratio ESi / ESiO 2 to the base is ∞. In the ion energy of more than about 20V, the selection ratio ESi / ESiO 2 with the base decreases rapidly with increasing ion energy.

【0069】図9は、絶縁膜の一種である酸化膜(Si
2 ,BPSG,HISO等)のエッチングの例とし
て、C4F8ガス10mTをプラズマ化した時の、酸化膜
とシリコンとのエチングレートESiO2および、ES
iのイオンエネルギー分布を示すものである。
FIG. 9 shows an oxide film (Si
As an example of etching (O 2 , BPSG, HISO, etc.), an etching rate ESiO 2 and ES of an oxide film and silicon when C 4 F 8 gas 10 mT is turned into plasma
It shows the ion energy distribution of i.

【0070】酸化膜のエッチングレートESiO2は、
低イオンエネルギーでは負の値となり、デポを生じる。
イオンエネルギーが400V付近にてESiO2が急速
に正に立ち上がり、その後は、徐々に増加する。一方下
地となるシリコンのエッチングレートESiは、ESi
2よりイオンエネルギーの高い所で(−)(エッチン
グ)から(+)(エッチング)となり徐々に増加する。
The etching rate ESiO 2 of the oxide film is
It has a negative value at low ion energy and causes a depot.
The ESiO 2 rapidly rises to a positive value when the ion energy is around 400 V, and thereafter gradually increases. On the other hand, the etching rate ESi of the underlying silicon is
At a place where the ion energy is higher than that of O 2 , (-) (etching) changes to (+) (etching) and gradually increases.

【0071】この結果、ESiO2が(−)から(+)に変
化する付近にて、下地との選択比ESiO2/ESiが
∞ となり、それ以上でESiO2/ESiはイオンエネ
ルギーの増加と共に急速に低下する。
As a result, in the vicinity of the change of ESiO 2 from (−) to (+), the selection ratio ESiO 2 / ESi with the base is
∞, and above that, ESiO 2 / ESi drops rapidly with increasing ion energy.

【0072】図8、図9で、実際のプロセスへの適用に
対しては、ESiやESiO2の値や、ESi/ESi
2や、ESiO2/ESiの値の大きさを考慮して、バ
イアス電源を調整してイオンエネルギーを適正値にす
る。
8 and 9, the values of ESi and ESiO 2 and ESi / ESi are applied to the actual process.
The ion energy is adjusted to an appropriate value by adjusting the bias power source in consideration of the magnitudes of O 2 and ESiO 2 / ESi.

【0073】また、ジャストエッチング(下地膜が現わ
れるまでのエッチング)まではエッチングレートの大き
さを優先し、ジャストエッチ後は選択比の大きさを優先
してイオンエネルギーをジャストエッチの前後に変更す
れば、更に良い特性が得られる。
Further, until the just etching (etching until the underlying film appears), the magnitude of the etching rate is given priority, and after the just etching, the ion energy is changed before and after the just etching by giving priority to the magnitude of the selection ratio. If so, better characteristics can be obtained.

【0074】ところで図8、図9に示した特性は、イオ
ンのエネルギー分布が狭い部分に限定された時の特性で
ある。イオンのエネルギー分布が広い場合の各エッチン
グレートはその時間平均値となるため、最適値に設定す
ることが出来ず、選択比は大幅に低下してしまう。
The characteristics shown in FIGS. 8 and 9 are characteristics when the ion energy distribution is limited to a narrow portion. When the energy distribution of ions is wide, each etching rate is a time average value thereof, so that it cannot be set to an optimum value and the selection ratio is significantly lowered.

【0075】実験によると、(VDC/vp)は0.3以
下程度であれば、イオンエネルギーの広がりは±15%
程度以下となり、図8や図9の特性でも高い選択比が得
られた。また、(VDC/vp)≦0.5であれば、従来
の正弦波バイアス法に比べて選択比等の改善が図れた。
According to the experiment, if (V DC / v p ) is about 0.3 or less, the spread of ion energy is ± 15%.
It was below the level, and a high selection ratio was obtained with the characteristics shown in FIGS. Further, if (V DC / v p ) ≦ 0.5, the selection ratio and the like were improved as compared with the conventional sinusoidal bias method.

【0076】このように、静電吸着膜の両端間に生じる
パルス電圧の一周期中の電圧変化(VCM)を抑える電圧抑
制手段として、VCMが、パルスバイアス電圧の大きさv
pの1/2以下となるように構成するのが良く、具体的
には、下部電極15の表面に設けられた誘電体の静電チ
ャック膜22の膜厚を薄くしたり、誘電体を誘電率の大
きい材料とすることにより、誘電体の容量を増すことが
できる。あるいは、パルスバイアス電圧の周期を、0.
1μs〜10μs、好ましくは0.2μs〜5μs(繰
り返し周波数:0.2MHz〜5MHzに対応)と短くし、パ
ルスデューディ(T1/T0)を、0.05≦(T1
0)≦=0.4として静電吸着膜の両端の電圧変化を
抑制する。
As described above, as a voltage suppressing means for suppressing the voltage change (V CM ) during one cycle of the pulse voltage generated between both ends of the electrostatic adsorption film, V CM is the magnitude of the pulse bias voltage v.
It is preferable that the thickness be less than or equal to 1/2 of p . Specifically, the thickness of the electrostatic chuck film 22 of the dielectric provided on the surface of the lower electrode 15 is reduced, or the dielectric is The capacitance of the dielectric can be increased by using a material having a high ratio. Alternatively, the period of the pulse bias voltage is 0.
1 μs to 10 μs, preferably 0.2 μs to 5 μs (repetition frequency: corresponding to 0.2 MHz to 5 MHz), and the pulse duty (T 1 / T 0 ) is set to 0.05 ≦ (T 1 /
T 0 ) ≦ = 0.4 is set to suppress the voltage change across the electrostatic adsorption film.

【0077】あるいはまた、上記誘電体の静電吸着膜の
膜厚と、誘電体の比誘電率及びパルスバイアス電圧の周
期の幾つかを組み合わせて、静電吸着膜の両端間に生じ
る電圧VCMの変化が上記した(VCM/vp )≦0.5の
条件を満たすようにしても良い。
Alternatively, by combining the film thickness of the electrostatic attraction film of the dielectric and some of the dielectric constant of the dielectric and the period of the pulse bias voltage, the voltage V CM generated across the electrostatic attraction film is obtained. May satisfy the condition of (V CM / v p ) ≦ 0.5 described above.

【0078】次に、図1の真空処理室を、酸化膜膜(例
えばSiO2, SiN,BPSG等)のエッチングに用
いた実施例について述べる。
Next, an example in which the vacuum processing chamber of FIG. 1 is used for etching an oxide film (eg, SiO2, SiN, BPSG) will be described.

【0079】ガス19としては、C4F8:1〜5%,
Ar:90〜95%,O2:0〜5%もしくは、C4
8:1〜5%,Ar:70〜90%,O2:0〜5%,
CO:10〜20%,の組成のものを用いる。プラズマ
発生用高周波電源16としては、従来よりも高い周波
数、例えば40MHzのものを用い、10mTorr〜30m
Torrの低ガス圧領域での放電の安定化を計る。
As the gas 19, C 4 F 8: 1 to 5%,
Ar: 90 to 95%, O 2 : 0 to 5%, or C 4 F
8: 1~5%, Ar: 70~90 %, O 2: 0~5%,
The composition of CO: 10 to 20% is used. As the high frequency power source 16 for plasma generation, a higher frequency than the conventional one, for example, 40 MHz is used, and 10 mTorr to 30 m
Measures the stabilization of discharge in the low gas pressure region of Torr.

【0080】なお、プラズマ源用高周波電源16の高周
波化により必要以上の解離が進行する場合は、高周波電
源16の出力を高周波電源変調信号源161により、オ
ンオフないしはレベル変調制御する。オン(またはレベ
ル変調時の高レベル)時間としては5〜50μs程度、
オフ時間(またはレベル変調時の低レベル)としては1
0〜100μs、周期20μs〜150μs程度を用
い、これにより不必要な解離を防ぐことができる。
If the dissociation proceeds more than necessary due to the high frequency of the plasma source high frequency power source 16, the output of the high frequency power source 16 is controlled to be turned on / off or level modulated by the high frequency power source modulation signal source 161. About 5 to 50 μs as the ON (or high level during level modulation) time,
1 for off time (or low level during level modulation)
0 to 100 μs and a cycle of about 20 μs to 150 μs are used, whereby unnecessary dissociation can be prevented.

【0081】また、プラズマ源用高周波電源の変調周期
は、通常、パルスバイアスの周期に比べ長くなる。そこ
で、プラズマ源用高周波電源の変調周期をパルスバイア
スの周期の整数倍にし、2つの間の位相を最適化するこ
とにより、選択比の改善ができた。
The modulation cycle of the high frequency power source for plasma source is usually longer than the cycle of pulse bias. Therefore, the modulation ratio of the high-frequency power source for plasma source is set to an integral multiple of the period of the pulse bias, and the phase between the two is optimized to improve the selection ratio.

【0082】一方、パルスバイアス電圧の印加によっ
て、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射させる
ことにより、イオンエネルギーの制御を行う。パルスバ
イアス電源17として、例えば、パルス周期:T=0.
65μs、パルス幅:T1=0.15μs、パルス振
幅:Vp=600Vの電源を用いることにより、イオン
エネルギーの分布幅は±15%以下になり、下地のSi
やSiNとの選択比として20〜50の特性の良いプラ
ズマ処理が可能になった。
On the other hand, the ion energy is controlled by accelerating and vertically injecting the ions in the plasma into the sample by applying the pulse bias voltage. As the pulse bias power supply 17, for example, pulse cycle: T = 0.
By using a power source of 65 μs, pulse width: T 1 = 0.15 μs, and pulse amplitude: Vp = 600 V, the ion energy distribution width becomes ± 15% or less, and
As a result, it is possible to perform plasma treatment with a good selection characteristic of 20 to 50 with respect to SiN and SiN.

【0083】次に、図10により本発明の他の実施例を
説明する。この実施例は、図1に示した平行平板電極型
のプラズマエッチング装置と同様な構成であるが、試料
40を保持する下部電極15は、単極式の静電チャック
20を備えた構成となっている。すなわち、下部電極1
5の上表面に静電吸着用誘電体層22が設けられ、下部
電極15には、高周波成分カット用のコイル24を介し
て直流電源23のプラス側が接続されている。また、2
0V〜800Vの正のパルスバイアスを供給するパルス
バイアス電源17が、ブロッキングコンデンサ19を介
して接続されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment has a configuration similar to that of the parallel plate electrode type plasma etching apparatus shown in FIG. 1, but the lower electrode 15 holding the sample 40 is provided with a unipolar electrostatic chuck 20. ing. That is, the lower electrode 1
5, a dielectric layer 22 for electrostatic attraction is provided on the upper surface of the electrode 5, and the positive electrode of a DC power supply 23 is connected to the lower electrode 15 via a coil 24 for cutting high frequency components. Also, 2
A pulse bias power supply 17 that supplies a positive pulse bias of 0 V to 800 V is connected via a blocking capacitor 19.

【0084】処理の対象物である試料40は、下部電極
15の上に載置され、静電チャック20、すなわち直流
電源23による正電荷とプラズマから供給される負電荷
により静電吸着膜22の両端間に生じるクーロン力によ
り吸着される。
The sample 40 to be processed is placed on the lower electrode 15 and the electrostatic chuck 20, that is, the DC charge 23 supplies the positive charge and the negative charge supplied from the plasma to the electrostatic adsorption film 22. It is adsorbed by the Coulomb force generated between both ends.

【0085】この装置の作用は、図1に示した平行平板
電極型のプラズマエッチング装置と同様であり、エッチ
ング処理を行う場合、処理を行なうべき試料40を試料
台15に載置し、静電力で保持し、ガス供給系36から
処理室10に処理ガスを所定の流量で導入しながら、他
方真空ポンプ18により真空排気することにより、処理
室10の圧力を試料の処理圧力、5mTorr〜40mTorrに
減圧排気する。次に、高周波電源16をオンとし、平行
平板電極12,15間に20MHz〜500MHz、好まし
くは30MHz〜100MHzの高周波電圧を印加してプラ
ズマを発生させる。他方、下部電極15に、パルスバイ
アス電源17から20V〜800V、周期が0.1μs
〜10μs好ましくは0.2μs〜5μsの正のパルスバ
イアス電圧を印加し、処理室10内のプラズマを制御し
て試料40にエッチング処理を行う。
The operation of this apparatus is the same as that of the parallel plate electrode type plasma etching apparatus shown in FIG. 1. When performing the etching process, the sample 40 to be processed is placed on the sample table 15 and the electrostatic force is applied. The pressure of the processing chamber 10 is reduced to 5 mTorr to 40 mTorr by introducing the processing gas from the gas supply system 36 into the processing chamber 10 at a predetermined flow rate while evacuating the chamber with the vacuum pump 18. Evacuate under reduced pressure. Next, the high frequency power supply 16 is turned on and a high frequency voltage of 20 MHz to 500 MHz, preferably 30 MHz to 100 MHz is applied between the parallel plate electrodes 12 and 15 to generate plasma. On the other hand, 20 V to 800 V from the pulse bias power supply 17 to the lower electrode 15 with a period of 0.1 μs
A positive pulse bias voltage of 10 μs to 10 μs, preferably 0.2 μs to 5 μs is applied to control the plasma in the processing chamber 10 to etch the sample 40.

【0086】このようなパルスバイアス電圧の印加によ
って、プラズマ中のイオンもしくはイオン及び及び電子
を試料に加速、垂直入射させることにより、高精度の形
状制御あるいは選択比制御を行う。パルスバイアス電源
17及び静電吸着膜22に必要な特性は図1の実施例と
同様であり、詳細は省略する。
By applying such a pulse bias voltage, ions in the plasma or ions and electrons are accelerated and vertically incident on the sample, thereby performing highly accurate shape control or selection ratio control. The characteristics required for the pulse bias power supply 17 and the electrostatic adsorption film 22 are the same as those in the embodiment of FIG.

【0087】以上述べた本発明の実施例において、パル
スバイアス電源の出力とプラズマ発生用電源の出力との
間に干渉が生ずる可能性も考えられる。そこで、以下、
この対策についてのべる。
In the embodiments of the present invention described above, there is a possibility that interference may occur between the output of the pulse bias power supply and the output of the plasma generating power supply. So,
I will talk about this measure.

【0088】まず、パルス幅:T1,パルス周期:T0
無限大の立上り/立下り速度をもつ理想的な矩形パルス
においては、図11に示す様に、f≦3f0(f0=(1
/T1))の周波数範囲に70〜80%程度の電力が含ま
れる。実際に印加される波形は、立上り/立下り速度が
有限となるため、電力の収束性は更に改善され、f≦3
0の周波数範囲に90%程度以上の電力が含まれる様
にできる。
First, in an ideal rectangular pulse having a pulse width: T 1 and a pulse period: T 0 and an infinite rise / fall speed, as shown in FIG. 11, f ≦ 3f 0 (f 0 = (1
/ T 1 )) frequency range includes about 70 to 80% of electric power. The waveform actually applied has a finite rise / fall rate, so the power convergence is further improved, and f ≦ 3.
The frequency range of f 0 can include about 90% or more of electric power.

【0089】3f0 なる高い周波数成分をもつパルスバ
イアスを試料面内に均一に印加される様にするために
は、試料にほぼ平行な対向電極を設け、次式数2で求ま
る3f0に対して、f≦3f0 なる範囲の周波数成分を
接地することが望ましい。
In order to uniformly apply a pulse bias having a high frequency component of 3f 0 to the sample surface, a counter electrode substantially parallel to the sample is provided, and 3f 0 obtained by the following equation 2 is obtained. Therefore, it is desirable to ground the frequency component in the range of f ≦ 3f 0 .

【0090】[0090]

【数2】 [Equation 2]

【0091】図1に示した平行平板電極プラズマエッチ
ング装置に関して、上記パルスバイアス電源出力とプラ
ズマ発生用電源出力との干渉の対策を行った実施例を図
12に示す。この平行平板電極プラズマエッチング装置
において、試料40と対向する上部電極12には、プラ
ズマ発生用高周波電源16が接続される。この上部電極
12をパルスバイアスの接地レベルにするには、プラズ
マ発生用高周波電源16の周波数f1 を上記の3f0
り大きくし、かつ、f≦f1 付近でのインピーダンスが
大きく、他の周波数ではインピーダンスが低い、バンド
エリミネータ141を上部電極12と接試レベルとの間
に接続する。
FIG. 12 shows an embodiment of the parallel plate electrode plasma etching apparatus shown in FIG. 1 in which measures against interference between the pulse bias power source output and the plasma generating power source output are taken. In this parallel plate electrode plasma etching apparatus, a high frequency power supply 16 for plasma generation is connected to the upper electrode 12 facing the sample 40. In order to bring the upper electrode 12 to the ground level of the pulse bias, the frequency f 1 of the high frequency power source 16 for plasma generation is set to be larger than the above 3f 0 , and the impedance in the vicinity of f ≦ f 1 is large, so that the other frequencies are Then, the band eliminator 141 having a low impedance is connected between the upper electrode 12 and the contact level.

【0092】一方、f=f1 付近でのインピーダンスが
低く、他の周波数はインピーダンスが高いバンドパスフ
ィルタ142を、試料台15と接地レベル間に設置す
る。このような構成を用いれば、パルスバイアス電源1
7の出力とプラズマ発生用電源16出力との間の干渉
を、問題のないレベルに抑え、試料40に良好なバイア
スを加えることができる。
On the other hand, a bandpass filter 142 having a low impedance near f = f 1 and a high impedance at other frequencies is installed between the sample stage 15 and the ground level. With such a configuration, the pulse bias power supply 1
The interference between the output of No. 7 and the output of the plasma generating power supply 16 can be suppressed to a level without a problem, and a good bias can be applied to the sample 40.

【0093】図13は本発明を、外部エネルギー供給放
電方式のうち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイ
プのプラズマエッチング装置へ適用した例である。52
は平面コイル、54は平面コイルに10MHz〜250MH
zの高周波電圧を印加する高周波電源である。誘導結合
型放電方式は図10に示した平行平板型に比べ、低い周
波数でかつ低圧での安定なプラズマ発生が可能になる。
逆に、解離が進みやすくなるため、図1で示したよう
に、高周波電源1の出力を高周波電源変調信号源161
により変調し、不必要な解離を防ぐことが出来る。真空
容器としての処理室10は、静電吸着膜22の上に試料
40が載置される試料台15を備えている。
FIG. 13 shows an example in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus of an inductively coupled discharge method and a non-magnetic field type among external energy supply discharge methods. 52
Is a flat coil, 54 is a flat coil with 10 MHz to 250 MHz
It is a high frequency power supply for applying a high frequency voltage of z. Compared with the parallel plate type shown in FIG. 10, the inductively coupled discharge method enables stable plasma generation at a low frequency and low pressure.
On the contrary, since the dissociation easily proceeds, as shown in FIG. 1, the output of the high frequency power source 1 is changed to the high frequency power source modulation signal source 161.
Can be modulated, and unnecessary dissociation can be prevented. The processing chamber 10 serving as a vacuum container includes a sample table 15 on which the sample 40 is placed on the electrostatic adsorption film 22.

【0094】エッチング処理を行う場合、処理を行なう
べき試料40を試料台15に載置し、静電力で保持し、
ガス供給系(図示せず)から処理室10に処理ガスを所
定の流量で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排
気することにより、処理室10の圧力を5mTorr〜40m
Torrに減圧排気する。次に、高周波電源54に13.5
6MHzの高周波電圧を加えて処理室10にプラズマを発
生させる。このプラズマを用いて試料40をエッチング
処理する。他方、エッチング時には、下部電極15に、
周期が0.1μs〜10μs好ましくは0.2μs〜5μs
のパルスバイアス電圧を印加する。パルスバイアス電圧
の振幅は、膜種により範囲が異なることは図1の実施例
で述べたとおりである。このパルスバイアス電圧の印加
によって、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射
させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制
御を行う。これにより、試料のレジストマスクパターン
が極微細なものであっても、高精度のエッチング処理を
行うことができる。
When performing the etching process, the sample 40 to be processed is placed on the sample table 15 and held by electrostatic force.
While the processing gas is introduced into the processing chamber 10 from a gas supply system (not shown) at a predetermined flow rate, the pressure in the processing chamber 10 is set to 5 mTorr to 40 m by evacuating by the vacuum pump.
Evacuate to Torr. Next, set the high frequency power source 54 to 13.5
A high frequency voltage of 6 MHz is applied to generate plasma in the processing chamber 10. The sample 40 is etched using this plasma. On the other hand, during etching, the lower electrode 15
Period is 0.1 μs to 10 μs, preferably 0.2 μs to 5 μs
The pulse bias voltage of is applied. The range of the amplitude of the pulse bias voltage varies depending on the film type, as described in the embodiment of FIG. By applying the pulse bias voltage, ions in the plasma are accelerated and vertically incident on the sample, thereby performing highly accurate shape control or selection ratio control. As a result, even if the resist mask pattern of the sample is extremely fine, highly accurate etching processing can be performed.

【0095】図14は、図13に示した誘導結合型放電
方式無磁場タイプのプラズマエッチング装置において、
誘導電高周波出力の処理室側10に、隙間55を有する
ファラデーシールド板53と、0.5mm〜5mmの薄いシ
ールド板保護用絶縁板54を設置しており、そのファラ
デーシールド板53を接地する。ファラデーシールド板
53の設置によって、コイルとプラズマ間の容量成分が
少なくなり、図13におけるコイル52下の石英板や図
14のシールド板保護用絶縁板54を叩くイオンのエネ
ルギーを低下することが出来、石英板や絶縁板の損傷を
少なくすると共に、プラズマ中への異物の混入を防ぐこ
とが出来る。
FIG. 14 shows a schematic diagram of the inductively coupled discharge type non-magnetic field type plasma etching apparatus shown in FIG.
A Faraday shield plate 53 having a gap 55 and a thin shield plate protection insulating plate 54 of 0.5 mm to 5 mm are installed on the processing chamber side 10 of the induction electric high frequency output, and the Faraday shield plate 53 is grounded. By installing the Faraday shield plate 53, the capacitance component between the coil and the plasma is reduced, and the energy of the ions hitting the quartz plate under the coil 52 in FIG. 13 and the shield plate insulating plate 54 in FIG. 14 can be reduced. It is possible to reduce damage to the quartz plate and the insulating plate and prevent foreign matter from entering the plasma.

【0096】また、ファラデーシールド板53は、パル
スバイアス電源17の接地電極の役目も兼ねるため、試
料40とファラデーシールド板53との間に均一にパル
スバイアスを印加することが出来る。図14の例では、
平行平板型の上部電極や試料台15に設置するフィルタ
は不要である。
Further, since the Faraday shield plate 53 also serves as the ground electrode of the pulse bias power supply 17, the pulse bias can be applied uniformly between the sample 40 and the Faraday shield plate 53. In the example of FIG. 14,
No parallel plate type upper electrode or a filter installed on the sample table 15 is required.

【0097】図15は、本発明をマイクロ波プラズマ処
理装置に適用した装置の一部を縦断面した正面図であ
る。静電吸着膜22の上に試料40が載置される試料台
15としての下部電極15には、パルスバイアス電源1
7及び直流電源13が接続されている。41はマイクロ
波の発振源としてのマグネトロン、42はマイクロ波の
導波管であり、43は、処理室10を真空封止しマイク
ロ波を処理室10に供給するための石英板である。47
は磁場を供給する第一のソレノイドコイル、48は磁場
を供給する第二のソレノイドコイルである。49は処理
ガス供給系であり、処理室10内にエッチング、成膜等
の処理を行なう処理ガスを供給する。また、処理室10
は、真空ポンプ(図示せず)により真空排気される。パ
ルスバイアス電源17及び静電チャック20に必要な特
性は図1の実施例と同様であり、詳細は省略する。
FIG. 15 is a vertical sectional front view of a part of an apparatus in which the present invention is applied to a microwave plasma processing apparatus. The lower electrode 15 as the sample table 15 on which the sample 40 is placed on the electrostatic adsorption film 22 has a pulse bias power supply 1
7 and the DC power supply 13 are connected. Reference numeral 41 is a magnetron as a microwave oscillation source, 42 is a microwave waveguide, and 43 is a quartz plate for vacuum-sealing the processing chamber 10 and supplying microwaves to the processing chamber 10. 47
Is a first solenoid coil for supplying a magnetic field, and 48 is a second solenoid coil for supplying a magnetic field. A processing gas supply system 49 supplies a processing gas for performing processing such as etching and film formation into the processing chamber 10. In addition, the processing chamber 10
Is evacuated by a vacuum pump (not shown). The characteristics required for the pulse bias power supply 17 and the electrostatic chuck 20 are the same as those in the embodiment of FIG.

【0098】エッチング処理を行う場合、処理を行なう
べき試料40を試料台15に載置し、静電力で保持し、
ガス供給系49から処理室10に処理ガスを所定の流量
で導入しながら、他方真空ポンプにより真空排気するこ
とにより、処理室10の圧力を5mTorr〜40mTorrに減
圧排気する。次に、マグネトロン41及び第一、第二の
ソレノイドコイル47、48をオンとし、マグネトロン
41で発生したマイクロ波を導波管42から処理室10
に導びいて、プラズマを発生させる。このプラズマを用
いて試料40にエッチング処理を行う。他方、エッチン
グ時には、下部電極15に、周期が0.1μs〜10μs
好ましくは0.2μs〜5μsのパルスバイアス電圧を印
加する。
When performing the etching process, the sample 40 to be processed is placed on the sample table 15 and held by electrostatic force.
The pressure of the processing chamber 10 is reduced to 5 mTorr to 40 mTorr by evacuating the processing chamber 10 from the gas supply system 49 to the processing chamber 10 at a predetermined flow rate while evacuating the processing chamber 10 by vacuum. Next, the magnetron 41 and the first and second solenoid coils 47 and 48 are turned on, and the microwave generated in the magnetron 41 is fed from the waveguide 42 to the processing chamber 10.
To generate plasma. The sample 40 is etched using this plasma. On the other hand, during etching, the lower electrode 15 has a period of 0.1 μs to 10 μs.
A pulse bias voltage of 0.2 μs to 5 μs is preferably applied.

【0099】このようなパルスバイアス電圧の印加によ
って、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入射させ
ることにより、高精度の形状制御あるいは選択比制御を
行う。これにより、試料のレジストマスクパターンが極
微細なものであっても、垂直入射によりマスクパターン
に対応した高精度のエッチング処理が行える。
By applying such a pulse bias voltage, ions in the plasma are accelerated and vertically incident on the sample, thereby performing highly precise shape control or selection ratio control. As a result, even if the resist mask pattern of the sample is extremely fine, a highly accurate etching process corresponding to the mask pattern can be performed by vertical incidence.

【0100】なお、図1以下に示した本発明のプラズマ
エッチング装置において、静電吸着回路の直流電圧とパ
ルスバイアス電源回路のパルス電圧を重畳して生成し、
回路を共通に構成することもできる。また、静電吸着回
路とパルスバイアス電源回路を別な電極に分離して設
け、パルスバイアスが静電吸着に影響を及ぼさないよう
にすることもできる。
In the plasma etching apparatus of the present invention shown in FIG. 1 and subsequent figures, the DC voltage of the electrostatic adsorption circuit and the pulse voltage of the pulse bias power supply circuit are superposed and generated,
The circuits can be configured in common. Further, the electrostatic attraction circuit and the pulse bias power supply circuit may be separately provided on different electrodes so that the pulse bias does not affect the electrostatic attraction.

【0101】図1に示した平行平板プラズマエッチング
装置の実施例における静電吸着回路に代えて、図16に
示したように、他の吸着手段、例えば真空吸着手段を用
いることもできる。まず、処理室の圧力を5mTorr〜4
0mTorrに減圧排気する。次に、高周波電源に高周波電
圧を加えて処理室10にプラズマを発生させる。このプ
ラズマを用いて試料40をエッチング処理する。他方、
エッチング時には、下部電極15に、周期が0.1μs
〜10μs好ましくは0.2μs〜5μsのパルスバイア
ス電圧を印加する。このようなパルスバイアス電圧の印
加によって、プラズマ中のイオンを試料に加速、垂直入
射させることにより、高精度の形状制御あるいは選択比
制御を行う。
Instead of the electrostatic attraction circuit in the embodiment of the parallel plate plasma etching apparatus shown in FIG. 1, other attraction means such as vacuum attraction means can be used as shown in FIG. First, set the pressure in the processing chamber to 5 mTorr to 4
Evacuate to 0 mTorr. Next, a high frequency voltage is applied to the high frequency power source to generate plasma in the processing chamber 10. The sample 40 is etched using this plasma. On the other hand,
During etching, the lower electrode 15 has a period of 0.1 μs
A pulse bias voltage of 10 μs to preferably 0.2 μs to 5 μs is applied. By applying such a pulse bias voltage, ions in the plasma are accelerated and vertically incident on the sample, thereby performing highly accurate shape control or selection ratio control.

【0102】この場合、パルスバイアス電源回路から供
給される電圧の特性としては、静電吸着回路の影響を考
慮する必要がなく、高精度の形状制御あるいは選択比制
御を行うのに適した電圧特性とすれば良い。これによ
り、試料のマスクパターンが極微細なものであっても、
マスクパターンに対応した高精度のエッチング処理を行
うことができる。
In this case, as the characteristic of the voltage supplied from the pulse bias power supply circuit, it is not necessary to consider the influence of the electrostatic attraction circuit, and the voltage characteristic suitable for highly accurate shape control or selection ratio control is provided. It should be done. As a result, even if the mask pattern of the sample is extremely fine,
It is possible to perform highly accurate etching processing corresponding to the mask pattern.

【0103】次に、図17に示した本発明の他の実施例
により、イオンとラジカルの独立制御が可能なプラズマ
エッチング装置について述べる。プラズマ処理において
は、イオン量,ラジカル量及びラジカル種を適正に制御
することが、性能向上のために重要である。従来はイオ
ン源やラジカル源となるガスを処理室に流入させ、処理
室内でプラズマを発生させて、イオンとラジカルを同時
に発生させていた。しかし、試料の処理が微細化するに
つれ、その限度が見えて来ている。
Next, a plasma etching apparatus capable of independently controlling ions and radicals according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 17 will be described. In plasma processing, it is important to properly control the amount of ions, the amount of radicals, and the radical species for improving the performance. Conventionally, a gas serving as an ion source or a radical source is caused to flow into the processing chamber, plasma is generated in the processing chamber, and ions and radicals are simultaneously generated. However, as the processing of the sample becomes finer, its limit is becoming apparent.

【0104】図17の実施例は、この従来の欠点を改善
し、極微細なプラズマ処理を可能にせんとするものであ
り、図1に示した平行平板プラズマエッチング装置に加
えて、ラジカル源用ガス供給源60及びラジカル発生用
プラズマ発生室62を備えている。
The embodiment of FIG. 17 is intended to improve this conventional defect and to enable ultrafine plasma processing. In addition to the parallel plate plasma etching apparatus shown in FIG. A gas supply source 60 and a plasma generation chamber 62 for generating radicals are provided.

【0105】この実施例の特徴は、次の通りである。 ラジカル源用ガス供給源60から供給されたラジカ
ル源用ガスをラジカル発生用プラズマ発生室62にてプ
ラズマ化し、あらかじめ所望のラジカルを所望量発生さ
せる。そしてこのラジカルを処理室10に流入させる。 他方、イオン源用ガス供給源36からイオン源用ガ
スを処理室10に流入させる。
The features of this embodiment are as follows. The radical source gas supplied from the radical source gas supply source 60 is turned into plasma in the radical generating plasma generation chamber 62, and a desired amount of desired radicals is generated in advance. Then, this radical is caused to flow into the processing chamber 10. On the other hand, the ion source gas is caused to flow into the processing chamber 10 from the ion source gas supply source 36.

【0106】 プラズマ発生用電源16で高周波を出
力し、処理室10に低電子温度(5eV以下、好ましく
は3eV以下)のプラズマを発生させ、イオンを発生さ
せる。 なお、流入されたラジカルは処理室10で発
生されるプラズマにより、一部解離が進むが、発生する
プラズマの電子温度を5eV程度以下の低い値に抑える
ことにより、流入されたラジカルの再解離を小さい値に
抑えることができる。
A high frequency is output from the plasma generation power source 16 to generate plasma having a low electron temperature (5 eV or less, preferably 3 eV or less) in the processing chamber 10 to generate ions. It should be noted that although the introduced radicals are partially dissociated by the plasma generated in the processing chamber 10, by suppressing the electron temperature of the generated plasma to a low value of about 5 eV or less, re-dissociation of the introduced radicals can be prevented. It can be suppressed to a small value.

【0107】 主にイオンを発生させる処理室10の
プラズマ発生源とは別に、ラジカルを発生させるラジカ
ル発生用プラズマ発生源を設けることにより、イオンと
ラジカルを独立に所望の質や量に制御できる様になるた
め、極微細なプラズマ処理においても良好な性能が得ら
れる。
By providing a plasma generation source for radical generation that generates radicals separately from the plasma generation source of the processing chamber 10 that mainly generates ions, it is possible to independently control ions and radicals to a desired quality and amount. Therefore, good performance can be obtained even in ultrafine plasma processing.

【0108】なお、ラジカル発生用プラズマ発生室62
は、処理室10内に、主にイオンを発生させる処理室1
0のプラズマ発生源とは別個に設けても良い。
The plasma generation chamber 62 for generating radicals
Is a processing chamber 1 that mainly generates ions in the processing chamber 10.
It may be provided separately from the zero plasma generation source.

【0109】次に、図18にイオンとラジカルとを独立
に制御する本発明の他の実施例を示す。図18におい
て、CHF3、CH2F2,C4F8あるいはCF4な
どのフルオロカ−ボンガスに、必要に応じてC,Hを含
むガス(C2H4,CH3OHなど)を混ぜ、図18の
Aなる部分よりバルブ70を経由してラジカル発生用プ
ラズマ発生室62に入れる。
Next, FIG. 18 shows another embodiment of the present invention in which ions and radicals are independently controlled. In FIG. 18, a fluorocarbon gas such as CHF3, CH2F2, C4F8, or CF4 is mixed with a gas containing C and H (C2H4, CH3OH, etc.) if necessary, and the portion A in FIG. It is placed in the plasma generating chamber 62 for generating radicals.

【0110】ラジカル発生用プラズマ発生室62では、
数MHzないしは数10MHzのRF電源63の出力を
コイル65に印加し、数100mTorrから数10T
orrのガス圧でプラズマを発生させ、主にCF2ラジ
カルを発生させる。同時に発生するCF3やFはH成分
により減少させる。
In the plasma generating chamber 62 for generating radicals,
The output of the RF power source 63 of several MHz or several tens of MHz is applied to the coil 65, and several 100 mTorr to several 10 T
Plasma is generated with a gas pressure of orr, and mainly CF2 radicals are generated. CF3 and F generated at the same time are reduced by the H component.

【0111】なお、ラジカル発生用プラズマ発生室62
でCFやO等の成分を大幅に減少させることは困難なた
め、この後に不要成分除去室65を設ける。ここでは、
カ−ボンやSiを含む材質(カ−ボン、Si,SiC
等)の内壁を設置し、不要な成分を減少、あるいは悪影
響の少ない別のガスに変換させる。不要成分除去室65
の出口は、バルブ71に接続し、CF2が主成分のガス
組成を供給する。
The plasma generation chamber 62 for generating radicals
Since it is difficult to drastically reduce the components such as CF and O, the unnecessary component removing chamber 65 is provided after this. here,
Carbon and materials containing Si (carbon, Si, SiC
Etc.) is installed to reduce unnecessary components or convert them to another gas with less adverse effects. Unnecessary component removal chamber 65
Is connected to a valve 71 to supply a gas composition containing CF2 as a main component.

【0112】なお、バルブ70とバルブ71との間は、
デポ物等の堆積物が多く蓄積するため、比較的短期間で
清掃や交換が必要である。このため、大気開放と交換と
を容易にすると共に、再立ち上げ時の真空立ちあげ時間
の短縮のため、バルブ72を経由して排気装置74に接
続している。なお排気装置74は、処理室10用排気装
置等と兼用してもよい。
Between the valve 70 and the valve 71,
Many deposits such as deposits accumulate, so cleaning and replacement are required in a relatively short period of time. Therefore, in order to facilitate opening to the atmosphere and replacement, and for shortening the vacuum rise time at the time of restart, the exhaust device 74 is connected via the valve 72. The exhaust device 74 may also be used as an exhaust device for the processing chamber 10.

【0113】またイオン源用ガス(アルゴンガスやキセ
ノンガス等の希ガス)Bはバルブ73を経由し、前記の
バルブ71の出口と繋ぎ処理室に供給する。
An ion source gas (a rare gas such as argon gas or xenon gas) B is connected to the outlet of the valve 71 and supplied to the processing chamber via the valve 73.

【0114】処理室10は5〜40mTの圧力に保ち、
変調を施した20MHz以上の高周波電源16により、
5eV好ましくは3eV以下で10の10乗から11乗
台/cm3の高密度低電子温度プラズマを発生させ、解
離エネルギ−として8eV以上を必要とするCF2の解
離を避けつつ、イオン源用ガスの電離を進行させる。こ
の結果、試料40の表面上では、バイアス電源17によ
り数100Vで加速されたイオンの入射でアシストされ
た下記反応が主に進行する。
The processing chamber 10 is maintained at a pressure of 5-40 mT,
By the modulated high frequency power source 16 of 20MHz or more,
A high density low electron temperature plasma of 10 10 to 11 11 / cm 3 is generated at 5 eV, preferably 3 eV or less, while avoiding dissociation of CF 2 which requires dissociation energy of 8 eV or more, while ionizing the gas for ion source. To proceed. As a result, on the surface of the sample 40, the following reaction, which is assisted by the injection of ions accelerated by the bias power supply 17 at several 100 V, mainly progresses.

【0115】 SiO2+2CF2 → SiF4 ↑+2CO ↑ なお、下地材料となるSiやSiNは、CF2ではエッ
チングされないため、高選択比の酸化膜エッチングが可
能となった。
SiO2 + 2CF2 → SiF4 ↑ + 2CO ↑ Since Si and SiN, which are the base materials, are not etched by CF2, the oxide film can be etched with a high selectivity.

【0116】また、CF2の一部解離によるFの増加
は、シリコン、カ−ボンもしくはSiC等からなる上部
電極カバ−30により減少させている。
The increase in F due to partial dissociation of CF2 is reduced by the upper electrode cover 30 made of silicon, carbon, SiC or the like.

【0117】上で述べたように、ラジカル源用ガスAと
イオン源用ガスBとを調節することにより、処理室10
内でのイオンとラジカルとの比率をほぼ独立に制御で
き、試料40の表面での反応を所望のものにコントロ−
ルすることが容易になった。また、不必要なデポ成分等
は、不要成分除去室65で排除し、処理室10には極力
持ち込まないようにしているため、処理室10内のデポ
は大幅に低減され、処理室10を大気に開放して行う清
掃の頻度も大幅に低減できた。
As described above, by adjusting the radical source gas A and the ion source gas B, the processing chamber 10
The ratio of ions and radicals in the interior can be controlled almost independently, and the reaction on the surface of the sample 40 can be controlled to a desired one.
It became easier to do. In addition, unnecessary depot components and the like are removed in the unnecessary component removal chamber 65 and are not brought into the processing chamber 10 as much as possible, so that the depot in the processing chamber 10 is significantly reduced and the processing chamber 10 is exposed to the atmosphere. The frequency of cleaning that is open to the public was also greatly reduced.

【0118】次に、図19にイオンとラジカルとを独立
に制御する他の実施例を示す。酸化ヘキサフルオロプロ
ピレンガス(CF3CFOCF2,以下HFPOと略
す)をAより、バルブ70を経由して加熱パイプ部66
に通し、不要成分除去室65とバルブ71を経由し、イ
オン源ガスBと混合し、処理室10のほうに送る。加熱
パイプ部66では、800℃〜1000℃にHFPOを
加熱し下記の熱分解によりCF2を生成する。
Next, FIG. 19 shows another embodiment in which ions and radicals are independently controlled. Hexafluoropropylene oxide (CF3CFOCF2, hereinafter abbreviated as HFPO) from A via the valve 70 and the heating pipe portion 66.
Through the unnecessary component removing chamber 65 and the valve 71, mixed with the ion source gas B, and sent to the processing chamber 10. In the heating pipe section 66, HFPO is heated to 800 ° C. to 1000 ° C. and CF2 is generated by the following thermal decomposition.

【0119】 CF3CFOCF2 → CF2+CF3CFO CF3CFOは比較的安定な物質で分解しにくいが、一
部分解し不要なOやFを発生するため、加熱パイプ部6
6の後に不要成分除去室65をもうけ不要成分を除去、
あるいは悪影響のでない物質に変換している。一部のC
F3CFOCF2は分解しないで処理室10に流入する
が、5eV以下の低電子温度のプラズマでは解離しない
ため問題とはならない。
CF3CFOCF2 → CF2 + CF3CFO CF3CFO is a relatively stable substance and is difficult to decompose, but since it partially decomposes to generate unnecessary O and F, the heating pipe portion 6
After 6, the unnecessary component removing chamber 65 is provided to remove unnecessary components,
Alternatively, it is converted into a substance that does not have an adverse effect. Some C
F3CFOCF2 flows into the processing chamber 10 without being decomposed, but it does not cause a problem because it is not dissociated by plasma having a low electron temperature of 5 eV or less.

【0120】なお、バルブ72、排気装置74の用い方
ならびに処理室10内での反応は、図18の場合と同じ
である。
The method of using the valve 72 and the exhaust device 74 and the reaction in the processing chamber 10 are the same as in the case of FIG.

【0121】本発明の、静電吸着回路とパルスバイアス
電圧印加回路を備えたプラズマ処理装置は、エッチング
ガスに代えてCVDガスを導入する等の変更を加えるこ
とにより、以上述べたエッチング処理に限らずCVD装
置等のプラズマ処理装置にも適用できる。
The plasma processing apparatus of the present invention provided with the electrostatic adsorption circuit and the pulse bias voltage application circuit is limited to the above-mentioned etching processing by making changes such as introducing the CVD gas instead of the etching gas. Instead, it can be applied to a plasma processing apparatus such as a CVD apparatus.

【0122】[0122]

【発明の効果】本発明によれば、静電吸着用の膜が設け
られた試料台にパルスバイアス電圧を印加して、試料を
プラズマ処理する際に、イオンエネルギー分布の広がり
を抑制することができる
According to the present invention, a film for electrostatic attraction is provided.
Apply a pulse bias voltage to the sample holder
Spreading of ion energy distribution during plasma processing
Can be suppressed .

【0123】[0123]

【0124】[0124]

【0125】[0125]

【0126】[0126]

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

【図1】本発明の一実施例になる平行平板電極型のプラ
ズマエッチング装置の縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view of a parallel plate electrode type plasma etching apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】プラズマ発生用電源の周波数と安定放電最低ガ
ス圧の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a frequency of a power supply for plasma generation and a stable discharge minimum gas pressure.

【図3】本発明のパルスバイアス電源において使用する
望ましい出力波形の例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a desirable output waveform used in the pulse bias power supply of the present invention.

【図4】パルスデューティ比:(T1/T0)は一定のま
まT0 を変化させた時の試料表面の電位波形とイオンエ
ネルギーの確率分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a probability distribution of an ion energy and a potential waveform on a sample surface when T 0 is changed while keeping a pulse duty ratio (T 1 / T 0 ) constant.

【図5】パルスデューティ比を一定のまま、T0 を変化
させた時の試料表面の電位波形とイオンエネルギーの確
率分布を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a potential distribution on a sample surface and a probability distribution of ion energy when T 0 is changed while keeping a pulse duty ratio constant.

【図6】パルスのオフ(T0−T1)期間と、静電吸着膜
の両端間に生じる電圧の一周期中の最大電圧VCMの関係
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the pulse off (T 0 -T 1 ) period and the maximum voltage V CM during one cycle of the voltage generated across the electrostatic adsorption film.

【図7】パルスデューティ比と(VDC/vp )の関係を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a pulse duty ratio and (V DC / v p ).

【図8】塩素ガス5mTをプラズマ化した時のシリコンと
塩化膜とのエッチングレートESiおよびESiO2
イオンエネルギー依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing ion energy dependence of etching rates ESi and ESiO 2 of silicon and a chloride film when chlorine gas of 5 mT is turned into plasma.

【図9】酸化膜のエッチングの例としてCF4ガス5mT
をプラズマ化した時の、酸化膜とシリコンとのエチング
レートESiO2および、ESiのイオンエネルギー分
布を示す図である。
FIG. 9: CF4 gas 5 mT as an example of etching an oxide film
FIG. 3 is a diagram showing an ion energy distribution of an etching rate ESiO 2 between an oxide film and silicon and ESi when plasma is generated.

【図10】本発明の他の実施例になる平行平板電極型の
プラズマエッチング装置の縦断面図である。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view of a parallel plate electrode type plasma etching apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図11】パルスバイアス電源の周波数と累積電力の関
係を示した図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a frequency of a pulse bias power supply and accumulated power.

【図12】図1に示した平行平板電極プラズマエッチン
グ装置を改良した他の実施例の縦断面図である。
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of another embodiment in which the parallel plate electrode plasma etching apparatus shown in FIG. 1 is improved.

【図13】本発明を、外部エネルギー供給放電方式のう
ち、誘導結合型放電方式でかつ、無磁場タイプのプラズ
マエッチング装置へ適用した例の縦断面図である。
FIG. 13 is a vertical cross-sectional view of an example in which the present invention is applied to a plasma etching apparatus of an inductively coupled discharge method and a non-magnetic field type among external energy supply discharge methods.

【図14】本発明の他の実施例になる、プラズマエッチ
ング装置の縦断面図である。
FIG. 14 is a vertical sectional view of a plasma etching apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図15】本発明をマイクロ波プラズマ処理装置に適用
した装置の一部を縦断面した正面図である。
FIG. 15 is a vertical cross-sectional front view of a part of an apparatus in which the present invention is applied to a microwave plasma processing apparatus.

【図16】本発明の他の実施例になる、平行平板プラズ
マエッチング装置の縦断面図である。
FIG. 16 is a vertical sectional view of a parallel plate plasma etching apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカ
ルを独立して制御可能な、平行平板電極プラズマエッチ
ング装置の縦断面図である。
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view of a parallel plate electrode plasma etching apparatus capable of independently controlling ions and radicals according to another embodiment of the present invention.

【図18】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカ
ルを独立して制御可能な、平行平板電極プラズマエッチ
ング装置の縦断面図である。
FIG. 18 is a vertical cross-sectional view of a parallel plate electrode plasma etching apparatus capable of independently controlling ions and radicals according to another embodiment of the present invention.

【図19】本発明の他の実施例になる、イオンとラジカ
ルを独立して制御可能な、平行平板電極プラズマエッチ
ング装置の部分詳細図である。
FIG. 19 is a partial detailed view of a parallel plate electrode plasma etching apparatus capable of independently controlling ions and radicals according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…処理室、12…上部電極、15…下部電極、16
…高周波電源、17…パルスバイアス電源、20…静電
チャック、22…静電吸着膜、23…直流電源、40…
試料。
10 ... Processing chamber, 12 ... Upper electrode, 15 ... Lower electrode, 16
... high frequency power supply, 17 ... pulse bias power supply, 20 ... electrostatic chuck, 22 ... electrostatic attraction film, 23 ... DC power supply, 40 ...
sample.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 徹 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平5−275521(JP,A) 特開 平6−252097(JP,A) 特開 平3−179733(JP,A) 特開 平7−74145(JP,A) 特開 平5−304115(JP,A) 特開 平7−263412(JP,A) 特開 平6−61182(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23C 16/509 C23F 4/00 H01L 21/68 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Toru Otsubo, Toru Otsubo 502 Jinrachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference JP-A-5-275521 (JP, A) JP-A-6- 252097 (JP, A) JP 3-179733 (JP, A) JP 7-74145 (JP, A) JP 5-304115 (JP, A) JP 7-263412 (JP, A) JP-A-6-61182 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23C 16/509 C23F 4/00 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】真空処理室と、前記真空処理室内にプラズ
マを生成するプラズマ生成手段と、前記真空処理室内に
設けられ被処理試料を配置する試料台と、前記試料台に
前記試料を保持する静電吸着手段と、前記試料台に接続
され前記試料台にパルスバイアス電圧を印加するパルス
バイアス印加手段とを有するプラズマ処理装置におい
て、 前記静電吸着手段の電圧が前記パルスバイアス電圧の1
/2以下になるように前記パルスバイアス電圧の周期を
0.2μs 〜10μsとし、前記パルスバイアス電圧の
デューティ比が40%以下で、かつパルス幅を0.05
μs 以上としたことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A vacuum processing chamber, a plasma generating means for generating plasma in the vacuum processing chamber, a sample table provided in the vacuum processing chamber for placing a sample to be processed, and the sample table holding the sample. In a plasma processing apparatus having electrostatic attraction means and pulse bias application means connected to the sample stage and applying a pulse bias voltage to the sample stage, the voltage of the electrostatic attraction means is 1 of the pulse bias voltage.
The period of the pulse bias voltage is set to be equal to or less than / 2.
The pulse bias voltage is set to 0.2 μs to 10 μs.
Duty ratio is 40% or less and pulse width is 0.05
A plasma processing apparatus having a length of μs or more .
【請求項2】真空処理室に設けた試料台に被処理試料を
配置して、前記被処理試料を静電吸着力によって保持
し、前記処理室内にプラズマを生成すると共に前記試料
台にパルスバイアス電圧を印加して、前記試料をプラズ
マ処理するプラズマ処理方法において、 前記静電吸着の電圧が前記パルスバイアス電圧の1/2
以下になるように前記パルスバイアス電圧の周期を0.
2μs 〜10μsにし、前記パルスバイアス電圧のデ
ューティ比を40%以下にして、かつパルス幅を0.0
5μs 以上にすることを特徴とするプラズマ処理方
法。
2. A sample to be processed is placed on a sample table provided in a vacuum processing chamber, the sample to be processed is held by electrostatic attraction, plasma is generated in the processing chamber, and a pulse bias is applied to the sample table. In the plasma processing method of applying a voltage to perform plasma processing on the sample, the electrostatic attraction voltage is 1/2 of the pulse bias voltage.
The period of the pulse bias voltage is set to be as follows .
2 μs to 10 μs, and the pulse bias voltage
Set the duty ratio to 40% or less and set the pulse width to 0.0.
A plasma processing method, characterized in that the processing time is 5 μs or more .
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