JP6180890B2 - Plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing method using a plasma processing apparatus.
現在、半導体デバイスの量産に用いられているプラズマ処理装置の一つに電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:以下、ECRと略称する)方式のドライエッチング装置がある。このプラズマを用いたドライエッチング装置は、反応ガスが導入されたプラズマ生成空間に磁場を印加して、マイクロ波の周波数と電子のサイクロトロン周波数とが共振するように磁場強度を設定することで、高密度なプラズマを効率よく生成できる特徴がある。例えば、半導体デバイスを製造する際に、被加工膜が形成された半導体基板等の試料に入射するイオンを加速するために、高周波電力を正弦波にて連続波形で試料に印加している。また、プラズマとなる反応ガスには塩素やフッ素などのハロゲンが広く使われている。 One of plasma processing apparatuses currently used for mass production of semiconductor devices is an electron cyclotron resonance (hereinafter abbreviated as ECR) type dry etching apparatus. This plasma dry etching system applies a magnetic field to the plasma generation space into which the reaction gas is introduced, and sets the magnetic field strength so that the microwave frequency and the electron cyclotron frequency resonate. It has the feature that it can generate high density plasma efficiently. For example, when manufacturing a semiconductor device, in order to accelerate ions incident on a sample such as a semiconductor substrate on which a film to be processed is formed, high-frequency power is applied to the sample as a sine wave in a continuous waveform. In addition, halogens such as chlorine and fluorine are widely used as a reaction gas that becomes plasma.
近年の半導体デバイスの微細化に伴い、ゲート酸化膜の厚さは2nm以下となっている。そのため、プラズマエッチング加工の制御性、ゲート酸化膜に対するシリコン膜のエッチング選択性の向上が必要となっている。また、ウェハの大口径化が進んでおり、ウェハ面内での加工精度の均一性も同時に向上させる必要がある。 With the recent miniaturization of semiconductor devices, the thickness of the gate oxide film has become 2 nm or less. Therefore, it is necessary to improve the controllability of the plasma etching process and the etching selectivity of the silicon film with respect to the gate oxide film. In addition, since the wafer diameter is increasing, it is necessary to improve the uniformity of processing accuracy in the wafer surface at the same time.
高精度なプラズマエッチング加工を実現する技術の一つとして、パルス放電を用いたプラズマエッチング方法があり、例えば、特許文献1には、プラズマ生成電力を時間変調すると同時にウェハに印加する高周波バイアスを時間変調されたプラズマのオンオフと同期をとることによりプラズマ中の電子温度を制御して、処理ウェハ上の酸化膜の絶縁破壊を防ぐ方法が開示されている。 As one of the techniques for realizing high-precision plasma etching, there is a plasma etching method using pulse discharge. For example, Patent Document 1 discloses that a high-frequency bias applied to a wafer at the same time as time modulation of plasma generation power is timed. A method of preventing dielectric breakdown of an oxide film on a processing wafer by controlling the temperature of electrons in the plasma by synchronizing with the on / off of the modulated plasma is disclosed.
また、特許文献2には、反応生成物を制御し、エッチング加工精度を高める方法としては、プラズマ生成電力と高周波バイアスの時間変調を行う方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses a method for controlling the reaction product and improving the etching processing accuracy by time-modulating the plasma generation power and the high frequency bias.
前項「背景技術」に記載したように、プラズマを生成することを目的とする第1の高周波電力(以下、S−RFと記載する)と被加工試料に入射するイオンのエネルギー制御を目的とする第2の高周波電力(以下、W−RFと記載する)の2周波を用いるプラズマ処理装置において、S−RFやW−RFを時間変調させることはプロセス性能の向上に有効である。特に、時間変調W−RFは活性種の堆積とイオン入射の比を、プラズマ生成条件とは独立に制御できることから、微細加工における形状制御性向上に有効である。 As described in the “Background Art” in the previous section, the first high-frequency power (hereinafter referred to as S-RF) for generating plasma and the energy control of ions incident on the sample to be processed are used. In a plasma processing apparatus that uses two frequencies of second high-frequency power (hereinafter referred to as W-RF), time-modulating S-RF and W-RF is effective in improving process performance. In particular, time-modulated W-RF is effective in improving shape controllability in microfabrication because the ratio between active species deposition and ion incidence can be controlled independently of plasma generation conditions.
しかし、時間変調W−RFを適用した場合、エッチングレートやエッチング形状のウェハ面内均一性を高めるのが困難であることがわかってきた。それは、W−RFの出力の変調によってエッチングレートが変動するとともに面内分布も変動するためである。さらに、W−RFの変調が極端な場合には半導体デバイスのチャージングダメージが発生する可能性がある。 However, it has been found that when time-modulated W-RF is applied, it is difficult to improve the in-wafer uniformity of the etching rate and the etching shape. This is because the etching rate varies and the in-plane distribution varies due to the modulation of the output of the W-RF. Furthermore, when W-RF modulation is extreme, charging damage to the semiconductor device may occur.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、エッチングレートとエッチング形状のウェハ面内均一性に優れた、時間変調S−RFと時間変調W−RFを利用したプラズマ処理方法の実現を目的としたものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to realize a plasma processing method using time-modulated S-RF and time-modulated W-RF, which is excellent in the in-plane uniformity of the etching rate and etching shape. It is what.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成と処理手順を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、例えば、内部にプラズマが生成される真空容器と、前記プラズマを生成するための第1の高周波電力を供給する第1の高周波電源と、被処理体が載置された試料台に第2の高周波電力を供給する第2の高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
nを自然数、前記第1の高周波電力のパルス変調用第1のパルスの周波数を前記第2の高周波電力のパルス変調用第2のパルスの周波数のn倍とする場合、
前記第2のパルスのオン期間が、n個の第1のパルスのオン期間とn−1個の第1のパルスのオフ期間を含むように前記第1の高周波電力と前記第2の高周波電力を各々パルス変調することを特徴とするプラズマ処理方法とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration and processing procedure described in the claims are adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a vacuum container in which plasma is generated, a first high-frequency power source that supplies a first high-frequency power for generating the plasma, In a plasma processing method for plasma-treating the object to be processed using a plasma processing apparatus comprising a second high-frequency power source for supplying a second high-frequency power to a sample stage on which the object to be processed is placed,
When n is a natural number and the frequency of the first pulse for pulse modulation of the first high-frequency power is n times the frequency of the second pulse for pulse modulation of the second high-frequency power,
The first high-frequency power and the second high-frequency power so that the ON period of the second pulse includes an ON period of n first pulses and an OFF period of n−1 first pulses. The plasma processing method is characterized in that each of these is pulse-modulated.
また、内部にプラズマが生成される真空容器と、前記プラズマを生成するための第1の高周波電力を供給する第1の高周波電源と、被処理体が載置された試料台に第2の高周波電力を供給する第2の高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
nを自然数、前記第1の高周波電力のパルス変調用第1のパルスの周波数を前記第2の高周波電力のパルス変調用第2のパルスの周波数のn倍とする場合、
n−1+(前記第1の高周波電力のパルス変調用第1のパルス発生器のデューティー比)<n×(前記第2の高周波電力のパルス変調用第2のパルス発生器のデューティー比)
であることを特徴とするプラズマ処理方法とする。
In addition, a vacuum vessel in which plasma is generated, a first high-frequency power source that supplies a first high-frequency power for generating the plasma, and a second high-frequency wave on a sample stage on which the object to be processed is placed In a plasma processing method for plasma processing the object to be processed using a plasma processing apparatus including a second high frequency power source for supplying electric power,
When n is a natural number and the frequency of the first pulse for pulse modulation of the first high-frequency power is n times the frequency of the second pulse for pulse modulation of the second high-frequency power,
n-1 + (duty ratio of the first pulse generator for pulse modulation of the first high-frequency power) <n × (duty ratio of the second pulse generator for pulse modulation of the second high-frequency power)
It is set as the plasma processing method characterized by these.
また、内部にプラズマが生成される真空容器と、前記プラズマを生成するための第1の高周波電力を供給する第1の高周波電源と、被加工試料に入射するイオンのエネルギー制御に用いる第2の高周波電源とを備えるプラズマ処理装置を用いて前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法において、
前記第1の高周波電源と前記第2の高周波電源の各出力は同期して時間変調され、
前記第1の高周波電源の出力は、前記第2の高周波電源の出力がオンされている期間内においてオンオフされ、前記第2の高周波電源の出力がオフされている期間内においてはオフされていることを特徴とするプラズマ処理方法とする。
In addition, a vacuum container in which plasma is generated, a first high-frequency power source that supplies a first high-frequency power for generating the plasma, and a second that is used for energy control of ions incident on the sample to be processed In a plasma processing method for plasma processing the object to be processed using a plasma processing apparatus having a high frequency power source,
Each output of the first high-frequency power source and the second high-frequency power source is time-modulated synchronously,
The output of the first high-frequency power supply is turned on / off within a period during which the output of the second high-frequency power supply is on, and is turned off within a period during which the output of the second high-frequency power supply is off. This is a plasma processing method.
本発明によれば、エッチングレートとエッチング形状のウェハ面内均一性に優れた、時間変調S−RFと時間変調W−RFを利用したプラズマ処理方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing method using a time-modulated S-RF and a time-modulated W-RF, which are excellent in uniformity of an etching rate and an etched shape within a wafer surface.
以下、実施例により本発明について詳細に説明する。なお、実施例においてはプラズマ処理としてドライエッチングを例に説明するがこれに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. In the embodiment, dry etching is described as an example of plasma treatment, but the present invention is not limited to this.
本発明の実施例に係るプラズマ処理方法における初期立上り時と終期立下り時を含めた、プラズマ生成に用いる第1の高周波電源出力(ソース電力:S−RF)と、被加工試料へのイオン入射エネルギーを制御する第2の高周波電源出力(バイアス電力:W−RF)のタイミングチャートの一例を図1に示す。本実施例では、バイアス電源がオン状態の期間内において、必ずソース電源がオン状態となるように出力の時間変調とオンオフを制御している。このようなタイミング制御の実施方法を後述する。 First high-frequency power output (source power: S-RF) used for plasma generation, including the time of initial rise and the time of final fall in the plasma processing method according to the embodiment of the present invention, and ion incidence on a sample to be processed An example of a timing chart of the second high-frequency power output (bias power: W-RF) for controlling energy is shown in FIG. In this embodiment, the time modulation and on / off of the output are controlled so that the source power supply is always turned on during the period when the bias power supply is on. A method for implementing such timing control will be described later.
S−RFでプラズマを生成してW−RFを印加していない条件(条件A)と、S−RFでプラズマを生成してW−RFを印加した条件(条件B)の各条件でエッチングレートの面内分布を評価したところ、以下の知見が得られた。図2に示すように、条件Aではウェハ中央部が高いエッチングレート分布となったが、条件Bでは面内で均一なエッチングレート分布となり、各条件でエッチングレート分布に違いが見られた。この現象は以下のように考えることができる。 Etching rates under the conditions where plasma is generated by S-RF and W-RF is not applied (condition A) and conditions where plasma is generated by S-RF and W-RF is applied (condition B) As a result of evaluating the in-plane distribution, the following findings were obtained. As shown in FIG. 2, in the condition A, the wafer central portion has a high etching rate distribution, but in the condition B, the etching rate distribution is uniform in the plane, and there is a difference in the etching rate distribution in each condition. This phenomenon can be considered as follows.
エッチングレート分布はプラズマ密度分布に高い相関があるため、条件A、Bの各状態でプラズマ密度分布が異なっていたと考えられる。すなわち、条件Aでは中央部でプラズマ密度が高く、条件Bでは比較的プラズマ密度が均一であった。S−RFの周波数にW−RFの周波数が近いほど、生成されたプラズマにW−RFがエネルギーを与えやすく、W−RFの電界の影響を受けてプラズマの密度分布が変化する。すなわち、S−RFのみで生成されたプラズマとS−RFとW−RFの合成で生成されたプラズマでは密度分布に違いが出る。条件Aの状態から条件Bの状態へ遷移することがあれば、その瞬間にプラズマ密度の面内分布が変動することになる。したがって、条件Aから条件Bへの状態の遷移、もしくは条件Bから条件Aへの状態の遷移が起こらなければ、プラズマ密度分布の変動も発生しないといえる。 Since the etching rate distribution has a high correlation with the plasma density distribution, it is considered that the plasma density distribution was different in each of the conditions A and B. That is, under condition A, the plasma density was high at the center, and under condition B, the plasma density was relatively uniform. The closer the W-RF frequency is to the S-RF frequency, the easier the W-RF gives energy to the generated plasma, and the density distribution of the plasma changes under the influence of the electric field of the W-RF. That is, there is a difference in density distribution between plasma generated only by S-RF and plasma generated by combining S-RF and W-RF. If there is a transition from the condition A state to the condition B state, the in-plane distribution of the plasma density changes at that moment. Therefore, it can be said that the fluctuation of the plasma density distribution does not occur unless the state transition from the condition A to the condition B or the state transition from the condition B to the condition A occurs.
条件Aから条件Bへの状態の遷移、もしくは条件Bから条件Aへの状態の遷移が起こらないようにするためには、W−RFを出力している期間内にS−RFを出力してプラズマを生成すればよいと考えられる。例えば、S−RFとW−RFの時間変調タイミングを完全に同期させれば、条件Aから条件Bへの状態の遷移が発生しない。しかし、実際には変調タイミングに誤差が生じるため、完全に同期させることができずに一定の確率で状態遷移が発生してしまう。そこで、変調タイミングの誤差を考慮し、十分にマージンを確保してW−RFが出力されている期間内にS−RFを出力することとした。 In order to prevent the state transition from the condition A to the condition B or the state transition from the condition B to the condition A, the S-RF is output within the period during which the W-RF is output. It is thought that plasma should be generated. For example, if the time modulation timings of S-RF and W-RF are completely synchronized, the state transition from condition A to condition B does not occur. However, in actuality, an error occurs in the modulation timing, so that it cannot be completely synchronized and a state transition occurs with a certain probability. Therefore, in consideration of the modulation timing error, a sufficient margin is secured and the S-RF is output within the period in which the W-RF is output.
図3は本発明の実施例に係るプラズマ処理方法を実施するために用いたプラズマ処理装置の基本構成を示す。図3を用いてプラズマ処理装置の基本構成について説明する。図3は、平行平板型プラズマエッチング装置の断面図である。ただし、本実施例に係るプラズマ処理方法を実施するためのプラズマ処理装置の構成としては平行平板型に限定されず、2つ以上の高周波電源を備えていれば良い。また、本実施例では、平行平板の上下電極102、106にそれぞれ1つの高周波電源113、114を配置しているが、同一電極に2つ以上の電源を配置しても同様の効果が得られる。導電性材料、たとえばアルミニウムなどから成る、接地された円筒形のエッチング処理室107は、内部に、平面アンテナ(上電極)102、シャワープレート103、ウェハ105、処理台(下電極)106が設置されている。平面アンテナ102は、導電性材料、たとえばアルミニウムなどから成り、接地された処理室の外壁とはセラミックなどの絶縁体膜で隔てられている。この平面アンテナ102には第1の高周波電源113において生成したVHF帯電磁波、たとえば200MHzが第1の整合器111を通して導かれ、ガス導入口101から導入された処理室107内の反応ガスをプラズマ化する。処理台106には、第2の高周波電源114において生成した高周波(たとえば4MHz)が第2の整合器112を介して導かれ、ウェハ105にバイアスを印加する。平面アンテナ102から導かれた高周波によって生成されたプラズマ104のイオンは、ウェハ105に印加された電力に応じてエネルギーを制御されながら、ウェハ105に付着したラジカルとともにエッチング反応に寄与する。
FIG. 3 shows a basic configuration of a plasma processing apparatus used for carrying out a plasma processing method according to an embodiment of the present invention. The basic configuration of the plasma processing apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a parallel plate type plasma etching apparatus. However, the configuration of the plasma processing apparatus for carrying out the plasma processing method according to the present embodiment is not limited to the parallel plate type, and it is sufficient that two or more high-frequency power sources are provided. In this embodiment, one high-
エッチング種としては、プラズマから放出されるいかなる荷電種及び中性粒子でも用いることができる。例えば、反応ガスとして、Cl2、HBr、O2、N2、He、Ar、Kr、そしてフルオロカーボンなどを用いることができる。本実施例では、反応ガスとして、HBr、O2、Arを用いた。なお、符号108は真空排気用ポンプ、符号109は制御ユニットを示す。
As the etching species, any charged species and neutral particles emitted from the plasma can be used. For example, Cl 2 , HBr, O 2 , N 2 , He, Ar, Kr, and fluorocarbon can be used as the reaction gas. In this example, HBr, O 2 and Ar were used as the reaction gas.
図3に示したプラズマエッチング装置における高周波電力の時間変調の制御ユニットの概略構成を図4に示す。図4に示すように、パソコン301に入力された繰り返し周波数とDuty比と遅延時間(t1、t2、T1、T2)は、デジタル信号として処理され、D/Aコンバータ302を介して、アナログ信号に変換されてA/Dコンバータ305に送信される。繰り返し周波数とは、高周波電力を印加する期間(オン期間)と印加しない期間(オフ期間)を単位時間あたり繰り返す回数を指し、Duty比とは、一周期(繰り返し周波数の逆数)あたりのオン期間を指す。A/Dコンバータ305が受信したアナログ信号は、デジタル信号へ変換され、基準信号発生器306にて処理され、時間変調(TM)基本信号をS−RF信号発生器307とW−RF信号発生器308へ出力する。また、A/Dコンバータ305から出力されたデジタル信号によって、第1の高周波電源113と第2の高周波電源114からそれぞれ高周波ソース電力(S−RF)と高周波バイアス電力(W−RF)を出力する。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a control unit for time modulation of high frequency power in the plasma etching apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 4, the repetition frequency, duty ratio, and delay time (t1, t2, T1, T2) input to the
S−RF信号発生器307において、TM基本信号と立上りを設定したDuty比の遅延時間t1だけ遅延回路309により遅延させた、パルス波形1を出力する。また、W−RF信号発生器308において、TM基本信号と同期させた、設定したDuty比のパルス波形2を出力する。尚、パルス波形2の立ち下がりは、パルス波形1の立ち下がりよりt2だけ遅延回路310によって遅延している。出力された高周波ソース電力にパルス波形1が重畳されて、時間変調された高周波電力(S−RF)を第1の高周波電源113から平面アンテナ2に供給する。また、出力された高周波バイアス電力にパルス波形2が重畳されて、時間変調された高周波電力(W−RF)を第2の高周波電源114から処理台106に供給する。基準信号発生器306の繰り返し周波数は、50Hz〜10kHzの範囲で使用される。また、制御ユニット109のDuty比は5〜95%の範囲で使用される。なお、パルス波形1及び2は図示していないが、例えば図5のソース電力及びバイアス電力にそれぞれ対応した波形で近似することができる。
The S-
本発明では、TM基本信号の周波数は特に限定されないが、本実施例では100Hzとした。本実施例ではS−RFとW−RFの周波数をそれぞれ200MHz、4MHzとした。また、S−RFとW−RFの周波数は必ずしも限定されないが、S−RFとW−RFの周波数の比が1に近いほど効果が高く、100倍以内であれば効果がより明確である。また、必ずウェハバイアスが印加されている状態でプラズマが生成されるようにするために、Duty比と遅延時間t1、t2、T1、T2を設定する(図1参照)。先にも述べたように、S−RF信号発生器307、W−RF信号発生器308の各Duty比は限定されず、5〜95%の任意でよいが、「S−RF信号発生器307のDuty比」<「W−RF信号発生器308のDuty比」として設定する必要がある。また、遅延時間t1は「W−RF信号発生器308のDuty比に相当するオン時間」と「S−RF信号発生器307のDuty比に相当するオン時間」との差以下とする必要がある。理想的には、「S−RF信号発生器307のDuty比」と「W−RF信号発生器308のDuty比」は完全に同じでもよいが、一般に、電源には必ず有限の応答時間の変動が存在するために、応答時間の変動を考慮しなければ「S−RF信号発生器307のDuty比」<「W−RF信号発生器308のDuty比」の要件を満たすことができない。本実施例で用いた第1の高周波電源113と第2の高周波電源114の応答時間はそれぞれ100μsであるので、遅延時間t1は100μsとした。
In the present invention, the frequency of the TM basic signal is not particularly limited, but is set to 100 Hz in this embodiment. In this embodiment, the frequencies of S-RF and W-RF are 200 MHz and 4 MHz, respectively. Moreover, the frequency of S-RF and W-RF is not necessarily limited, but the effect is higher as the ratio of the frequency of S-RF and W-RF is closer to 1, and the effect is clearer within 100 times. In addition, the duty ratio and the delay times t1, t2, T1, and T2 are set so that plasma is generated while a wafer bias is always applied (see FIG. 1). As described above, the duty ratios of the S-
図6にポリシリコンのエッチングレートの面内分布を示す。図6の○で示す(a)は、S−RFとW−RFをともに時間変調させずに連続波(以下、CWと記載)で出力してエッチングを行った場合である(図7参照)。図6の□で示す(b)は、本発明のプラズマ処理方法とは異なり、S−RFのDuty比を60%、W−RFのDuty比を40%とした場合であり、S−RFの出力される期間内にW−RFの出力が変動する(図8参照)。図6の△で示す(c)は、「S−RF信号発生器307のDuty比」<「W−RF信号発生器308のDuty比」の要件を満たす本実施例に基づいてエッチングを行った場合である(図1、図5参照)。図6の(a)の結果は、エッチングレートが位置によらず一定であることを示しており、S−RFとW−RFがともに出力されている状態では、プラズマ密度が面内で均一であると考えられる。図6の(b)の結果は、中心ほどエッチングレートが高い分布であることを示している。S−RFとW−RFが同時に出力されている期間では均一なプラズマ密度分布が得られていると考えられるが、S−RFのみが出力されている期間では中心ほど高いプラズマ密度分布となっていることが示唆される。均一なプラズマ密度分布の期間と偏ったプラズマ密度分布の期間のエッチングレートが平均化されることで、図6の(b)のエッチングレート分布となると考えられる。また、時間変調の周期に対応した非常に短い時間で、繰り返しプラズマ密度分布の変動が生じていると考えられ、エッチング形状やチャージングダメージに影響を与えることが懸念される。一方で、図6の(c)の結果は、エッチングレートが位置によらず一定であることを示している。本実施例のプラズマ処理方法では、S−RFのみが出力されている期間が存在しないので、均一なプラズマ密度分布のみが得られており、エッチング中にプラズマ密度分布の変動も生じないと考えられる。このため、半導体デバイス製造工程における処理基板(試料)へのチャージングダメージを抑制することが可能となる。
FIG. 6 shows the in-plane distribution of the etching rate of polysilicon. 6A shows a case where etching is performed by outputting a continuous wave (hereinafter referred to as CW) without time-modulating both S-RF and W-RF (see FIG. 7). . (B) indicated by □ in FIG. 6 is a case where the duty ratio of S-RF is 60% and the duty ratio of W-RF is 40%, unlike the plasma processing method of the present invention. The output of W-RF varies within the output period (see FIG. 8). (C) shown by Δ in FIG. 6 is etched based on the present embodiment satisfying the requirement of “Duty ratio of S-
図9を用いて他の例について説明する。図9は、図5に示したタイミングチャートにおいて、W−RF信号発生器308の出力した信号がオフ時にW−RFの出力(バイアス電力)をゼロより大きいこととした場合について示す。W−RFの出力を小さくしていくと、エッチングモードからある閾値でデポジッションモードになる。すなわち、W−RF出力がゼロならばデポジッションモードであるが、ある程度までW−RF出力を高めてもデポジッションモードである。W−RF出力が小さい範囲で変化させると、デポジッション量とともにパターン側壁へのデポジッションの付き方が変化する。例えば、L/S(ラインアンドスペース)を想定すると、W−RF出力がより小さければボトムへの引き込みが弱いためにトップに多く付着するが、W−RF出力がより大きければ付着物がボトムへ多く引き込まれる。したがって、W−RFのオフ時の出力をゼロ以上で制御することによって、デポジッションの付き方を制御し、より高精度なエッチング加工をすることができる。
Another example will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a case where, in the timing chart shown in FIG. 5, the output (bias power) of the W-RF is larger than zero when the signal output from the W-
図10を用いて他の例について説明する。図10は、図5に示したタイミングチャートにおいて、S−RF信号発生器307出力する信号の繰り返し周波数がW−RF信号発生器308の出力した信号の繰り返し周波数の整数倍nである場合を示す。この場合、nを自然数、第1の高周波電力のパルス変調用第1のパルスの周波数を第2の高周波電力のパルス変調用第2のパルスの周波数のn倍とする場合、第2のパルスのオン期間が、n個の第1のパルスのオン期間とn−1個の第1のパルスのオフ期間を含むように第1の高周波電力と第2の高周波電力を各々パルス変調する。言い換えると、以下の式が満たされる。
数1
n−1+(S−RF信号発生器307のDuty比)
<n×(W−RF信号発生器308のDuty比)・・・(1)
尚、(1)式は以下のようにして導出される。
W−RF信号発生器の出力した信号の周期およびデューティー(Duty)比をそれぞれ、Tw、Dwとした場合、W−RF信号発生器の出力した信号のオン時間は、Tw・Dwとなる。一方、S−RF信号発生器の出力した信号のデューティー比をDsとした場合、S−RF信号発生器の出力した信号のオン時間は、S−RF信号発生器の出力した信号の周期がTw/nであるため、Tw・Ds/nとなる。このことからS−RF信号発生器の出力した信号のオフ時間は、Tw/n−Tw・Ds/n=Tw(1−Ds)/nとなる。nが自然数、S−RF信号発生器の出力した信号の周波数がW−RF信号発生器の出力した信号の周波数のn倍の場合、本発明は、Tw・Dw>n・Tw・Ds/n+(n−1)・Tw(1−Ds)/nと表記することができ、この式を整理すると(1)式となる。
Another example will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows a case where the repetition frequency of the signal output from the S-
Number 1
n-1 + (Duty ratio of S-RF signal generator 307)
<N × (Duty ratio of W-RF signal generator 308) (1)
Note that equation (1) is derived as follows.
When the period and duty ratio of the signal output from the W-RF signal generator are Tw and Dw, respectively, the ON time of the signal output from the W-RF signal generator is Tw · Dw. On the other hand, when the duty ratio of the signal output from the S-RF signal generator is Ds, the ON time of the signal output from the S-RF signal generator is such that the period of the signal output from the S-RF signal generator is Tw. Since it is / n, Tw · Ds / n. Therefore, the off time of the signal output from the S-RF signal generator is Tw / n−Tw · Ds / n = Tw (1−Ds) / n. In the case where n is a natural number and the frequency of the signal output from the S-RF signal generator is n times the frequency of the signal output from the W-RF signal generator, the present invention provides Tw · Dw> n · Tw · Ds / n + It can be expressed as (n-1) · Tw (1-Ds) / n, and when this equation is arranged, equation (1) is obtained.
本来はS−RFの周波数とW−RFの周波数は必ずしも同じである必要はなく、それぞれ最適値があると考えられる。S−RFとW−RFの周波数を制限付きではあるが独立に決定することで、エッチングとデポジションの比率をより柔軟に制御することができる。 Originally, the frequency of the S-RF and the frequency of the W-RF are not necessarily the same, and it is considered that there is an optimum value for each. By independently determining the S-RF and W-RF frequencies with limitations, the ratio of etching to deposition can be controlled more flexibly.
第1の高周波電源113と第2の高周波電源114は初期立上り時に、設定した出力の100%に達するまでに、一定の立上り時間を必要とする。したがって、各出力部の立上り時間を考慮しないと、ウェハバイアスが印加される前にプラズマが生成されてしまう可能性がある。本実施例では立上り時間が100ms以下の高周波電源を用いているので、遅延時間T1、T2をそれぞれ100msと設定し、S−RFの立上りタイミングをW−RFの立上りタイミングに対して100ms(T1)遅延させた(図1参照)。また、TM基本信号はS−RFの出力が100%に達してから出力した。同様に、高周波電源の立下り時にも出力が0%になるまで一定の立下り時間を必要とするので、W−RFの立下りタイミングをS−RFの立下りタイミングに対して100ms(T2)遅延させた。このような操作を行うとプラズマが生成されていない状態で定常状態の出力(所定の出力)のウェハバイアスが印加される期間を極力短くできるので、高周波電源に対する負荷を小さくすることができる。また、ウェハバイアスが印加されている状態でプラズマを生成するので、プラズマ密度分布の変動が十分に小さい。但し、S−RFのトータルオン時間(最初にオン状態にしてから最後にオフ状態にするまでの時間)がW−RFのトータルオン時間よりも短かく設定すれば、必ずしもT2は設定する必要はない。すなわち、T1のみを設定すればよい。
The first high-
本発明は、図1に示すようにS−RFの出力値およびW−RFの出力値が定常状態になるまでは連続放電を行い、定常状態以降にS−RFおよびW−RFをパルス変調させているが、他の例として、図11に示すようにS−RFの出力値およびW−RFの出力値が定常状態に至る前(例えば、S−RFおよびW−RFの立ち上がり時)からTMを行って高周波電力を出力してもよい。また、立下り時もTMのまま高周波電力の出力を下げてよい。このような操作を行った場合、立上り時間T1と立下り時間T2を考慮せずに制御を行うことができる。 As shown in FIG. 1, the present invention performs continuous discharge until the output value of S-RF and the output value of W-RF reach a steady state, and pulse-modulates S-RF and W-RF after the steady state. However, as another example, as shown in FIG. 11, the output value of the S-RF and the output value of the W-RF reach the steady state (for example, when S-RF and W-RF rise). May be used to output high-frequency power. Further, the output of the high-frequency power may be lowered while maintaining the TM at the fall. When such an operation is performed, control can be performed without considering the rise time T1 and the fall time T2.
図12を用いて他の例について説明する。図12は、図1に示したタイミングチャートにおいて、W−RFが二段階以上の多段階で出力100%となるように設定した場合を示す。例えば、まずW−RFの出力を30%まで高めてからS−RFの立上り信号を送り、その後W−RFの出力を100%に高める操作を行う。このような操作を行った場合、立上り時間T1をより短く設定することができる。また、立下り時間T2も同様である。
Another example will be described with reference to FIG. FIG. 12 shows a case in which the W-RF is set to
式(1)の要件を満たす上記各種プラズマ処理条件で、リソグラフィー技術によって描かれたパターンをマスクとして半導体材料のエッチング処理を行ったところ、エッチングレート及びエッチング形状のそれぞれにおいてウェハ面内均一性を改善することができた。 Under the above-mentioned various plasma processing conditions that satisfy the requirement of formula (1), when etching processing of a semiconductor material was performed using a pattern drawn by lithography as a mask, uniformity in the wafer surface was improved in each of the etching rate and the etching shape. We were able to.
以上、本実施例によれば、S−RFとW−RFの出力を時間変調する半導体デバイス等のプラズマエッチング加工において、プラズマ密度分布の変動を抑制し、エッチングレート及びエッチング形状のそれぞれにおいてウェハ面内均一性を改善することが可能となる。また、半導体デバイス製造時のチャージングダメージを抑制することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in plasma etching processing of a semiconductor device or the like that time-modulates the output of S-RF and W-RF, the fluctuation of the plasma density distribution is suppressed, and the wafer surface in each of the etching rate and the etching shape. It becomes possible to improve the internal uniformity. In addition, it is possible to suppress charging damage at the time of manufacturing a semiconductor device.
さらに、W−RFを時間変調させた際のオフ時間の出力をゼロ以上で制御することで、パターン側壁へのデポジションプロファイルを制御し、より高精度なエッチング加工を行うことが可能となる。 Furthermore, by controlling the output of the off time when the W-RF is time-modulated to zero or more, it is possible to control the deposition profile on the pattern sidewall and perform etching with higher accuracy.
さらに、S−RFとW−RFの周波数を独立に制御することで、エッチングレートとエッチング形状のウェハ面内均一性を改善し、加えてエッチングとデポジションの比率をより柔軟に制御することが可能となる。 Furthermore, by independently controlling the frequency of S-RF and W-RF, it is possible to improve the in-wafer uniformity of the etching rate and etching shape, and in addition to control the ratio of etching and deposition more flexibly. It becomes possible.
本発明は、半導体デバイス等の製造装置、特にリソグラフィー技術によって描かれたパターンをマスクとして半導体材料のエッチング処理を行うプラズマエッチング装置に関する。本発明により、ウェハバイアス電源の出力変調による形状制御の際に課題となるプラズマ分布の変動を抑止することが可能となる。以上の結果、形状制御性加工速度のウェハ面内均一性および加工形状の均一性を両立して向上させることが可能なプラズマ処理装置が実現できる。 The present invention relates to a manufacturing apparatus for semiconductor devices and the like, and more particularly to a plasma etching apparatus for performing an etching process of a semiconductor material using a pattern drawn by a lithography technique as a mask. According to the present invention, it is possible to suppress the fluctuation of the plasma distribution, which is a problem in the shape control by the output modulation of the wafer bias power source. As a result, it is possible to realize a plasma processing apparatus capable of improving both the in-wafer uniformity of the shape controllable processing speed and the uniformity of the processing shape.
101…ガス導入口、102…平面アンテナ、103…シャワープレート、104…プラズマ、105…ウェハ、106…処理台、107…エッチング処理室、108…ポンプ、109…制御ユニット、111…第1の整合器、112…第2の整合器、113…第1の高周波電源、114…第2の高周波電源、301…パソコン、302…D/Aコンバータ、305…A/Dコンバータ、306…基準信号発生器、307…S−RF信号発生器、308…W−RF信号発生器、309…遅延回路、310…遅延回路。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
第1のパルスにより前記第1の高周波電力をパルス変調する工程と、
第2のパルスにより前記第2の高周波電力をパルス変調する工程とを有し、
前記第1のパルスのデューティー比は、前記第2のパルスのデューティー比より小さく、
前記第1のパルスは、前記第2のパルスの振幅が第一の期間の振幅である場合、オンとなるとともに前記第2のパルスの振幅が第二の期間の振幅である場合、オフとなるパルスであり、
前記第一の期間の振幅は、前記第二の期間の振幅より大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。 Supply and the vacuum vessel flop plasma is generated, the first and the high frequency power source for supplying a first high-frequency power for generating the plasma, a second high-frequency power to the sample stage to the object to be processed is Ru placed in the plasma processing method for processing flop plasma using a plasma processing apparatus and a second high frequency power supply which,
Pulse modulating the first high frequency power with a first pulse;
And a step of pulse-modulating the second high-frequency power with a second pulse,
The duty ratio of the first pulse is smaller than the duty ratio of the second pulse,
The first pulse is turned on when the amplitude of the second pulse is the amplitude of the first period, and is turned off when the amplitude of the second pulse is the amplitude of the second period. Pulse,
The plasma processing method according to claim 1, wherein an amplitude of the first period is larger than an amplitude of the second period .
前記第二の期間の振幅は、0より大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
The amplitude of the second period, the plasma processing method characterized by not greater than 0.
前記第1の高周波電力と前記第2の高周波電力の各々が各々の所定の値に達した後、前記第1の高周波電力と前記第2の高周波電力を各々パルス変調することを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
After each of the first high-frequency power and the second high frequency power reaches a predetermined value of each plasma, characterized in that each pulse modulating said second high-frequency power from the first high-frequency power Processing method.
前記第2の高周波電力が少なくとも2段階で前記所定の値に達するように前記第2の高周波電源の出力を立ち上げることを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method of Claim 3,
The plasma processing method characterized by gel Tachinobo the output of the second high frequency power source so that the second high frequency power reaches a predetermined value in at least two stages.
前記第2のパルスの立ち上がりに対して前記第1のパルスの立ち上がりを所定時間遅延させることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1,
The plasma processing method characterized in that to the first pulse rising to Jo Tokoro time delay relative to the rise of the second pulse.
前記第1のパルスの立ち下がりに対して前記第2のパルスの立ち下がりを所定時間遅延させることを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method of Claim 5,
The plasma processing method characterized in that to the second pulse falling Jo Tokoro time delay relative to the falling edge of the first pulse.
前記第2の高周波電源の出力の立ち上がりに対して前記第1の高周波電源の出力の立ち上がりを遅延させることを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method of Claim 5,
Plasma processing method for causing slow cast the rise of the output of said first high-frequency power to the rise of the output of the second high frequency power supply.
前記第1の高周波電源の出力の立ち下がりに対して前記第2の高周波電源の出力の立ち下がりを遅延させることを特徴とするプラズマ処理方法。 In the plasma processing method of Claim 7,
Plasma processing method for causing the first slow the fall of the output of said second high-frequency power to the fall of the output of the high frequency power supply cast.
nを自然数とし、前記第2の高周波電力をパルス変調するための第2のパルスの周波数に対して前記第1の高周波電力をパルス変調するための第1のパルスの周波数をn倍とした場合、
前記第1のパルスのデューティー比および前記第2のパルスのデューティー比は、n−1+(前記第1のパルスのデューティー比)<n×(前記第2のパルスのデューティー比)の関係を満たすことを特徴とするプラズマ処理方法。 Supply and the vacuum vessel flop plasma is generated, the first and the high frequency power source for supplying a first high-frequency power for generating the plasma, a second high-frequency power to the sample stage to the object to be processed is Ru placed in the plasma processing method for processing flop plasma using a plasma processing apparatus and a second high frequency power supply which,
Let n be a natural number, if the first frequency of pulses for pulse modulating said first radio frequency power of said second high-frequency power to the second frequency of pulses for pulse modulation is n times ,
The duty ratio and the duty ratio of the second pulse of the first pulse, n-1 + (duty ratio before Symbol first pulse) <n × a (duty ratio before Symbol second pulse) A plasma processing method characterized by satisfying the relationship .
前記第1の高周波電力と前記第2の高周波電力の各々を同期させて時間変調する工程を有し、
前記時間変調された第1の高周波電力の出力は、前記時間変調された第2の高周波電力の出力がオンされている場合、オンオフされるとともに前記時間変調された第2の高周波電力の出力がオフされている場合、オフされていることを特徴とするプラズマ処理方法。 Supply and the vacuum vessel, first a high frequency power source for supplying a first high-frequency power for generating the plasma, a second high-frequency power to the sample stage to the object to be processed is placed the flop plasma is generated in the plasma processing method for processing flop plasma using a plasma processing apparatus and a second high frequency power supply which,
Having said first high-frequency power and the second high-frequency power process each synchronize the modulating time,
The output of the first high-frequency power to said are time-modulation, a second case where the output of the high-frequency power is turned on, the second high-frequency power which is modulated is off Rutotomoni the time the being time modulated The plasma processing method is characterized in that it is turned off when the output of is turned off.
前記第2の高周波電源の出力がオンされている場合、前記第1の高周波電源の出力が複数回オンされることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 10,
The plasma processing method according to claim 1, wherein when the output of the second high frequency power supply is turned on , the output of the first high frequency power supply is turned on a plurality of times .
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