JPH01214122A - Plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、プラズマ処理方法に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a plasma processing method.
(従来の技術)
従来、半導体ウェハ等の被処理物をプラズマ処理する方
法として、E CR(ECR:ElectronicC
yclotron Re5onance)プラズマ処理
方法が用いられている。(Prior Art) Conventionally, as a method for plasma processing objects to be processed such as semiconductor wafers, ECR (Electronic Carbon Processing) has been used.
yclotron Re5onance) plasma processing method is used.
このECRプラズマ処理方法として、例えばECRエツ
チング方法では、磁界とマイクロ波の相互作用により、
電子を螺旋運動させ、かつ電子サイクロトロン共鳴の条
件下で電子を加速し、この加速した電子を処理ガスに衝
突させてプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオン
を引出して被処理物のエツチングを行う方法である。As this ECR plasma processing method, for example, in the ECR etching method, due to the interaction of a magnetic field and microwave,
Electrons are made to move in a spiral and accelerated under conditions of electron cyclotron resonance, the accelerated electrons collide with the processing gas to generate plasma, and the ions in this plasma are extracted to etch the object to be processed. It's a method.
このようにECRエツチング方法では、イオン源の中で
加速した電子を螺旋運動させるため、イオン源の中で電
子衝撃による中性粒子の電離確率が高まり、比較的高い
真空度例えば10’ Torr以上の真空度で高電離プ
ラズマが生成でき、高真空雰囲気でのエツチング処理が
行える。In this way, in the ECR etching method, the accelerated electrons in the ion source undergo spiral motion, which increases the probability of ionization of neutral particles due to electron impact in the ion source. Highly ionized plasma can be generated in a vacuum, and etching processing can be performed in a high vacuum atmosphere.
ところで、近年の半導体素子の高集積化に伴い、微細パ
ターンの形成においては高精度課が要求されている。即
ち、マスクパターン転写工程で形成されたフォトレジス
トにするエツチングマスクパターンの寸法を忠実に再現
するには、第6図に示すように基板1上に形成されたポ
リシリコン等の被処理膜2およびエツチングマスク3の
エツチング加工断面が異方性形状となることが望ましい
。By the way, with the recent increase in the degree of integration of semiconductor devices, high accuracy is required in the formation of fine patterns. That is, in order to faithfully reproduce the dimensions of the etching mask pattern to be used as a photoresist formed in the mask pattern transfer process, as shown in FIG. It is desirable that the etched cross section of the etching mask 3 has an anisotropic shape.
ところが高い真空度でエツチングを行うと、第7図に示
すように被処理物への入射イオンaが反応生成物や他の
中性種すと衝突・散乱して入射方向が曲げられ、被処理
部の側壁に衝突し、この側壁をエツチングするいわゆる
アンダーカット現象か発生するという問題があった。However, when etching is performed in a high degree of vacuum, as shown in Figure 7, the incident ions a collide and scatter with reaction products and other neutral species, causing the direction of incidence to be bent. There has been a problem in that a so-called undercut phenomenon occurs in which the material collides with the side wall of the section and etches the side wall.
そこで従来のECRエツチングでは、真空容器内を例え
ば10−’ Torr以下の低真空度雰囲気にして、入
射イオンの衝突確率を減少させることで上記アンダーカ
ットの問題を解決することが行われていた。Therefore, in conventional ECR etching, the problem of undercutting has been solved by creating a low vacuum atmosphere in the vacuum chamber, for example, 10-' Torr or less, to reduce the probability of collision of incident ions.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上述したように低真空度雰囲気下でEC
Rエツチングを行うと、エツチングレートが低下すると
いう問題があり、これを解決するだめにエツチング時間
の長時間化を図ろうとすると、被処理物の温度が上昇し
てレジストが劣化するという問題が生じた。(Problem to be solved by the invention) However, as mentioned above, EC
When performing R-etching, there is a problem that the etching rate decreases, and if an attempt is made to lengthen the etching time without solving this problem, the problem arises that the temperature of the object to be processed increases and the resist deteriorates. Ta.
また、従来のECRエツチングでは、マイクロ波の出力
は、第8図に示すように処理作業が終了するまで連続し
て加えており、このようにマイクロ波を連続出力する方
式では、マイクロ波エネルギーと処理ガスのプラズマ生
成エネルギーの変換効率を向上させるには限度があり、
余剰のマイクロ波エネルギーが、真空容器内のイオン発
生室で反射波となって現われる。In addition, in conventional ECR etching, the microwave output is applied continuously until the processing operation is completed, as shown in Figure 8. There are limits to improving the conversion efficiency of plasma generation energy from processing gas.
Excess microwave energy appears as reflected waves in the ion generation chamber inside the vacuum container.
このような反射波が発生すると、プラズマの状態が不安
定となり、エツチングレートの低下やエツチングむらの
発生等を招き、安定した処理が行えないという問題があ
った。When such reflected waves occur, the state of the plasma becomes unstable, leading to a decrease in the etching rate and the occurrence of uneven etching, resulting in the problem that stable processing cannot be performed.
この反射波の発生を防止するために、プラズマ発生領域
であるイオン発生室からのイオン取出し口を小さくする
ことも考えられているが、イオン流出量が小さくなるた
め、短時間で処理するには被処理物を近づけなげなけれ
ばならず、こうするとエツチングレートは向上するもの
のエツチングの均一性が低下し、また被処理物を遠ざけ
ると均一性は向上するが逆にエツチングレートが低下ス
るという問題が生じた。In order to prevent the generation of reflected waves, it has been considered to make the ion extraction port from the ion generation chamber, which is the plasma generation area, smaller, but since the amount of ions flowing out is small, it is difficult to process in a short time. The problem is that the object to be processed must be moved closer, which improves the etching rate but reduces etching uniformity, and moving the object away improves uniformity but conversely reduces the etching rate. occurred.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、高真空度雰囲気での安定した処理を可能とするとと
もに、処理室内のマイクロ波の反射を低減して、安定し
たECRプラズマ処理が可能なプラズマ処理方法を提供
することを目的とする。The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and it enables stable processing in a high vacuum atmosphere, reduces microwave reflection in the processing chamber, and enables stable ECR plasma processing. The purpose is to provide a possible plasma processing method.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明のプラズマ方法は、処理室となる真空容器内に処
理ガスを導入し、所定の強さの磁場とパルス状マイクロ
波との相互作用により前記導入した処理ガスをプラズマ
化し、この生成したプラズマにより被処理物を処理する
プラズマ処理方法において、前記マイクロ波の1パルス
周期が、1パルス周期当りのマイクロ波出力期間を1、
マイクロ波停止期間をXとした場合に、
3 ≦ X ≦ 10
を満足するようなパルス状マイクロ波を加えて処理する
ことを特徴とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The plasma method of the present invention introduces a processing gas into a vacuum container serving as a processing chamber, and generates an interaction between a magnetic field of a predetermined strength and pulsed microwaves. In the plasma processing method, in which the introduced processing gas is turned into plasma and the object to be processed is processed with the generated plasma, one pulse period of the microwave has a microwave output period of 1,
The process is characterized by adding pulsed microwaves that satisfy 3≦X≦10, where X is the microwave stop period.
(作 用)
プラズマ発生用のマイクロ波を所定の間隔を有するパル
ス状にして加えることで、高真空度雰囲気での安定した
処理が可能となり、さらに処理室内のマイクロ波の反射
が低減され、安定したプラズマ処理が可能となる。(Function) By applying microwaves for plasma generation in the form of pulses with predetermined intervals, stable processing is possible in a high vacuum atmosphere, and reflection of microwaves within the processing chamber is reduced, resulting in stable processing. This makes it possible to perform plasma processing with
(実施例)
以下、本発明方法をECRエツチングに適用した一実施
例について図を参照して説明する。(Example) Hereinafter, an example in which the method of the present invention is applied to ECR etching will be described with reference to the drawings.
段付き円筒状の真空容器1は、その上部の小円筒部内が
処理ガスをイオン化するためのイオン発生室laxそし
て下部の大円筒部内が被処理物例えば半導体ウェハ2を
載置する載置台3等を配設した処理室1bで構成されて
いる。The stepped cylindrical vacuum container 1 has an ion generation chamber lax for ionizing processing gas in the small cylindrical part at the top, and a mounting table 3 on which the object to be processed, such as a semiconductor wafer 2, is placed in the large cylindrical part at the bottom. It consists of a processing chamber 1b in which a
真空容器1上面部には、所定の周期のパルス状マイクロ
波を出力するマイクロ波出力部4と接続したマイクロ波
導波管5が取付けられており、この導波管5によりパル
ス状のマイクロ波がイオン発生室1a内に導かれる。そ
して、真空容器1のイオン発生室1a外側面には、イオ
ン発生室1a内にドーナツ状の磁界を形成するための環
状磁気コイル6が配設されている。A microwave waveguide 5 connected to a microwave output section 4 that outputs pulsed microwaves with a predetermined cycle is attached to the top surface of the vacuum vessel 1. The waveguide 5 outputs pulsed microwaves. It is guided into the ion generation chamber 1a. An annular magnetic coil 6 is disposed on the outer surface of the ion generation chamber 1a of the vacuum container 1 to form a donut-shaped magnetic field within the ion generation chamber 1a.
このようなECRエツチング装置によるエツチング方法
について以下に説明する。An etching method using such an ECR etching apparatus will be explained below.
まず、真空容器1内を所定の真空度とし、図示を省略し
たガス導入部から処理ガスをイオン発生室1a内に導入
して、処理に必要な真空度例えば10’ Torrの真
空雰囲気にした後、環状磁気コイル6に電流を流して例
えば875ガウスの環状磁界を形成する。First, the inside of the vacuum container 1 is set to a predetermined degree of vacuum, and a processing gas is introduced into the ion generation chamber 1a from a gas introduction part (not shown) to create a vacuum atmosphere of the degree of vacuum necessary for processing, for example, 10' Torr. , a current is passed through the annular magnetic coil 6 to form an annular magnetic field of, for example, 875 Gauss.
しかる後、マイクロ波出力部4で出力された例えば2.
45GHzのマイクロ波を、パルス的に例えば第2図に
示すように16m5間隔でイオン発生室1aに導く。After that, for example, 2.
Microwaves of 45 GHz are guided into the ion generation chamber 1a in a pulsed manner, for example, at intervals of 16 m5 as shown in FIG.
こうして、上記磁界とマイク0波の相互作用により電子
を螺旋運動させるとともに、サイクロトロン共鳴により
加速し、イオン処理室1aの下側開口部7近傍で高電離
プラズマを発生させ、この生成されたプラズマ中の加速
イオンにより、所定のエツチング処理を行う。In this way, the interaction between the magnetic field and the zero microphone wave causes the electrons to move in a spiral motion, and the electrons are accelerated by cyclotron resonance, generating highly ionized plasma near the lower opening 7 of the ion processing chamber 1a, and inside the generated plasma. A predetermined etching process is performed using accelerated ions.
ところで、本例では、上述したようにマイクロ波をパル
ス状に出力する方法を用いており、このようにパルス状
マイクロ波を出力して、プラズマを間欠的に発生させる
ことにより、高真空度例えば10’ Torrの真空雰
囲気下でもエツチング時のアンダーカット発生が抑制で
き、異方性エツチングを行うことができた。このとき、
パルス周期をさらに長くすることにより、このアンダー
カットの発生はさらに減少するが、同時に、エツチング
レートの低下を招く恐れもあるため、この場合には、第
3図に示すように、1パルス当りのマイクロ波出力を大
きくすればエツチングレートの低下を招くことはなかっ
た。By the way, in this example, as mentioned above, the method of outputting microwaves in pulsed form is used, and by outputting pulsed microwaves in this way and generating plasma intermittently, high vacuum conditions such as Even under a vacuum atmosphere of 10' Torr, the occurrence of undercuts during etching could be suppressed, and anisotropic etching could be performed. At this time,
By further lengthening the pulse period, the occurrence of this undercut can be further reduced, but at the same time, there is a risk of lowering the etching rate. Increasing the microwave output did not cause a decrease in the etching rate.
さらに、パルス状マイクロ波を加えることで、マイクロ
波エネルギーからプラズマ生成エネルギーへのエネルギ
ー変換効率が高くなり、反射波の発生を低減することが
でき、この反射波が原因て生じていた諸問題を解決でき
た。Furthermore, by adding pulsed microwaves, the efficiency of energy conversion from microwave energy to plasma generation energy increases, making it possible to reduce the generation of reflected waves and eliminate the various problems caused by these reflected waves. I was able to solve it.
そこで、第4図に示すようにマイクロ波の1パルス周期
当りのパルス幅(アクティブ期間)とインアクティブ期
間Xとの比(デユーティ−ファクター)と、反射波の発
生割合の関係を求めたので、この結果を第5図に示す。Therefore, as shown in Figure 4, we determined the relationship between the ratio of the pulse width per pulse period of the microwave (active period) to the inactive period X (duty factor) and the generation rate of reflected waves. The results are shown in FIG.
第5図は、真空容器1内のプラズマ発生部であるグリッ
ド部7に、875ガウスの磁界を加えた状態で、マイク
ロ波のパルスデューティを変化させた場合の反射波の発
生割合を示す図で、同図に示すように1パルス周期当り
におけ゛るインアクティブな期間Xがパルス幅の3倍〜
10倍までのとき、従来の連続出力方式の反射波発生レ
ベルを下回ることが認められた。FIG. 5 is a diagram showing the generation rate of reflected waves when the microwave pulse duty is varied while a magnetic field of 875 Gauss is applied to the grid section 7, which is the plasma generation section in the vacuum vessel 1. , as shown in the same figure, the inactive period X per pulse period is 3 times the pulse width ~
It was observed that when the magnification was up to 10 times, the reflected wave generation level was lower than that of the conventional continuous output method.
これは、x−3未満では、パルス間隔が短すぎるため、
プラズマが消滅しないうちに次のパルスが導波されるこ
とになり、結果的に従来の連続出力方式と同様に連続し
てプラズマが発生するためで、一方、x−10を超える
と、所定のエツチングレートを維持するためにはマイク
ロ波出力を非常に大きくする必要があり、このように大
きな出力のマイクロ波では、全てのエネルギーがプラズ
マに変換されなくなり、マイクロ波の余剰エネルギーが
反射波として現われてしまうためである。This is because the pulse interval is too short below x-3.
This is because the next pulse is guided before the plasma disappears, and as a result, plasma is generated continuously as in the conventional continuous output method.On the other hand, when x-10 is exceeded, In order to maintain the etching rate, it is necessary to make the microwave output extremely high, and with microwaves of such high output, not all of the energy is converted into plasma, and the surplus energy of the microwave appears as reflected waves. This is because it ends up happening.
さらにこの場合、エネルギー変換効率の低下によりエツ
チングレートが低下するという問題も生じる。Furthermore, in this case, a problem arises in that the etching rate decreases due to a decrease in energy conversion efficiency.
従って、マイクロ波のパルスデューティ−比は、パルス
幅を1とした場合、インアクティブ期間Xを3〜10と
すればよいことが判明した。Therefore, it has been found that when the pulse duty ratio of the microwave is set to 1, the inactive period X may be set to 3 to 10.
このように、マイクロ波出力を所定のパルス周期で加え
ることにより、高真空度例えば10’ Torrの真空
雰囲気下でも、異方性エツチングが可能となり、さらに
は、マイクロ波エネルギー−プラズマ生成エネルギーの
エネルギー変換効率が向上することにより、真空室内の
マイクロ波の反射波が減少し、エツチングレートの向上
およびエツチングの均一性が向上し、安定した処理が行
える。In this way, by applying microwave output at a predetermined pulse period, anisotropic etching is possible even in a vacuum atmosphere of high vacuum, e.g. 10' Torr, and furthermore, the energy of microwave energy - plasma generation energy can be By improving the conversion efficiency, reflected waves of microwaves in the vacuum chamber are reduced, the etching rate and etching uniformity are improved, and stable processing can be performed.
尚、マイクロ波のパルス出力方法としては、60Hzの
電源では、単相半波整流の電圧をマグネトロンに与えて
得てもよく、また電源効率を高めるために単相全波(8
a+Sパルス)か、三相全波整流子平滑回路を用いても
よい。As for the microwave pulse output method, with a 60Hz power supply, a single-phase half-wave rectified voltage may be applied to the magnetron, or a single-phase full-wave (80Hz) voltage may be used to increase the power efficiency.
a+S pulse) or a three-phase full-wave commutator smoothing circuit may be used.
また、本発明方法は、上述エツチング方法に限定される
ものではなく、例えばECRCVD装置等、プラズマ処
理方法用いたものであればいずれにも適用可能である。Further, the method of the present invention is not limited to the above-mentioned etching method, but can be applied to any method using a plasma processing method, such as an ECRCVD apparatus.
[発明の効果]
以上説明したように、本発明のプラズマ処理方法によれ
ば、高真空度雰囲気での安定した処理を可能とするとと
もに、処理室内のマイクロ波の反射を低減して、安定し
たプラズマ処理が可能となる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the plasma processing method of the present invention, stable processing is possible in a high vacuum atmosphere, and the reflection of microwaves in the processing chamber is reduced, resulting in stable processing. Plasma treatment becomes possible.
第1図は本発明方法を適用したECRエツチング装置の
構成を示す図、第2図および第3図は実施例におけるマ
イクロ波のパルス出力の状態を示す図、第4図は実施例
のマイクロ波の1パルス当りのパルス幅とインアクティ
ブ期間とを説明するための図、第5図は実施例における
マイクロ波のパルスデューティ−比と反射波の発生割合
の関係を示す図、第6図は異方性エツチングを示す半導
体ウェハの部分断面図、第7図はアンダーカットを生じ
たエツチングを示す半導体ウェハの部分断面図、第8図
は従来方法におけるマイクロ波の出力状態を示す図であ
る。
1・・・・・・真空容器、2・・・・・・半導体ウェハ
、4・・・・・・パルス状マイクロ波出力部、6・・・
・・・環状磁気コイル。
出願人 チル・サームコ株式会社代理人 弁
理士 須 山 佐 −
第1 図
ハ1ルス甜講1
第2図
1マルス思人日
第3図
1:4
第4図
第5図
第6図
第7図
第8図FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ECR etching apparatus to which the method of the present invention is applied, FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the state of microwave pulse output in the embodiment, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the pulse duty ratio of the microwave and the generation rate of reflected waves in the example, and FIG. 6 is a diagram for explaining the pulse width per pulse and the inactive period. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a semiconductor wafer showing directional etching, FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a semiconductor wafer showing etching that causes undercuts, and FIG. 8 is a view showing the state of microwave output in a conventional method. 1... Vacuum container, 2... Semiconductor wafer, 4... Pulse microwave output section, 6...
...Annular magnetic coil. Applicant Chill Thermco Co., Ltd. Agent Patent Attorney Satoshi Suyama - Figure 1 Figure 1 Mars Tenko 1 Figure 2 1 Mars Thinking Day Figure 3 1:4 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8
Claims (1)
強さの磁場とパルス状マイクロ波との相互作用により前
記導入した処理ガスをプラズマ化し、この生成したプラ
ズマにより被処理物を処理するプラズマ処理方法におい
て、 前記マイクロ波の1パルス周期が、1パルス周期当りの
マイクロ波出力期間を1、マイクロ波停止期間をxとし
た場合に、 3≦x≦10 を満足するようなパルス状マイクロ波を加えて処理する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。[Scope of Claims] Processing gas is introduced into a vacuum container serving as a processing chamber, and the introduced processing gas is turned into plasma by the interaction between a magnetic field of a predetermined strength and pulsed microwaves, and the generated plasma In a plasma processing method for treating a workpiece, one pulse period of the microwave satisfies 3≦x≦10, where the microwave output period per pulse period is 1 and the microwave stop period is x. A plasma processing method characterized by processing by applying pulsed microwaves that cause
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