JPH08165584A - Plasma treatment - Google Patents

Plasma treatment

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JPH08165584A
JPH08165584A JP30924594A JP30924594A JPH08165584A JP H08165584 A JPH08165584 A JP H08165584A JP 30924594 A JP30924594 A JP 30924594A JP 30924594 A JP30924594 A JP 30924594A JP H08165584 A JPH08165584 A JP H08165584A
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JP
Japan
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plasma processing
gas
frequency power
plasma
predetermined
Prior art date
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Pending
Application number
JP30924594A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Okumura
智洋 奥村
Ichiro Nakayama
一郎 中山
Yoshihiro Yanagi
義弘 柳
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH08165584A publication Critical patent/JPH08165584A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a plasma treatment excellent in reproducibility of the treatment result. CONSTITUTION: A plasma treating device provided with plural electrodes 3 and 4 to be supplied with a high-frequency power is used in this plasma treatment. A substrate 2 to be worked is placed on the lower electrode 3, and an inert gas for a specified plasma treatment is introduced into a vacuum vessel 1 by a gas feed line not shown in the figure to keep the vessel at a specified vacuum with an evacuating system not shown in the figure. A high-frequency power is supplied to the electrodes 3 and 4, and the gas to be introduced into the vessel 1 is changed from the inert gas to a specified reacting gas after the plasma produced in the vessel 1 is stabilized.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング、プ
ラズマCVD等の薄膜加工技術におけるプラズマ処理方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method in a thin film processing technique such as dry etching and plasma CVD.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に伴い、ドラ
イエッチング技術においては高アスペクト比(加工穴
の、深さ/径)の加工等を行うために、又、プラズマC
VD技術においては高アスペクト比(埋込みの、深さ/
径)の埋め込み等を行うために、より高真空でプラズマ
処理を行うようになっている。
2. Description of the Related Art In recent years, along with the miniaturization of semiconductor elements, in dry etching technology, a high aspect ratio (machining hole, depth / diameter) is processed, and plasma C is used.
High aspect ratio (embedded, depth /
In order to embed (diameter), plasma processing is performed in a higher vacuum.

【0003】これは、ドライエッチングにおいては、高
真空にして高密度プラズマを発生させると、加工される
基板の表面に形成されるイオンシース中で、イオンが中
性ガス分子に衝突する確率が小さくなり、イオン移動の
方向性が、加工される基板に向かって揃い、且つ、電離
度が高いために、基板に到達するイオン束と中性ラジカ
ルの入射粒子束との比が大きくなり、エッチングの異方
性が高められ、高アスペクト比の加工が可能になるから
である。
This is because in dry etching, when a high vacuum is generated in a high vacuum to generate high density plasma, the probability that ions will collide with neutral gas molecules in the ion sheath formed on the surface of the substrate to be processed is small. Since the directionality of ion movement is uniform toward the substrate to be processed, and the ionization degree is high, the ratio of the ion flux reaching the substrate to the incident particle flux of neutral radicals becomes large, and the etching This is because the anisotropy is enhanced and processing with a high aspect ratio becomes possible.

【0004】又、プラズマCVDにおいては、高真空に
して高密度プラズマを発生させると、イオンによるスパ
ッタリング効果によって、傾斜部より平坦部の堆積が速
くなり、微細パターンの埋め込み・平坦化作用が得ら
れ、高アスペクト比の埋め込みが可能になるからであ
る。
In plasma CVD, when a high vacuum is generated to generate high-density plasma, deposition of a flat portion is faster than that of a slanted portion due to a sputtering effect of ions, and a fine pattern embedding / planarizing action is obtained. This is because embedding with a high aspect ratio becomes possible.

【0005】以下に、従来技術のプラズマ処理方法を、
一般的な平行平板型で、荷電電極が1つである、プラズ
マ処理装置を使用して行った第1従来例を図3に基づい
て説明する。
A conventional plasma processing method will be described below.
A first conventional example performed using a plasma processing apparatus, which is a general parallel plate type and has one charging electrode, will be described with reference to FIG.

【0006】図3において、図示しない真空系で排気さ
れ、図示しないガス供給系から所定のガスを供給され、
所定の真空度に維持される真空容器1内に、基板2を載
置する下部電極3と、上部電極4とが配置されている。
これらの電極3、4間に、下部電極用高周波電源5によ
って高周波電力を印加し、真空容器内にプラズマを発生
させる。
In FIG. 3, the gas is exhausted by a vacuum system (not shown) and a predetermined gas is supplied from a gas supply system (not shown).
A lower electrode 3 on which a substrate 2 is placed and an upper electrode 4 are arranged in a vacuum container 1 which is maintained at a predetermined degree of vacuum.
High-frequency power is applied between the electrodes 3 and 4 by the lower-electrode high-frequency power source 5 to generate plasma in the vacuum container.

【0007】尚、下部電極用マッチング回路6は、負荷
インピーダンスを接続ケーブル7の特性インピーダンス
にマッチングさせるための回路である。
The lower electrode matching circuit 6 is a circuit for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 7.

【0008】第1従来例では、荷電電極が1つであるプ
ラズマ処理装置を使用するので、真空度を高くすると、
電子とイオンとの衝突確率が減少し、高真空度では、高
密度プラズマを発生するのが困難になり、望ましい処理
速度が得られなくなるという問題点がある。
In the first conventional example, since the plasma processing apparatus having one charging electrode is used, if the degree of vacuum is increased,
There is a problem that the probability of collision between electrons and ions is reduced, it becomes difficult to generate high density plasma at a high vacuum degree, and a desired processing speed cannot be obtained.

【0009】又、第1従来例では、高周波電力を無理に
高くしてプラズマ密度を高くしようとすると、イオンエ
ネルギが大きくなり過ぎ、エッチング選択比が低下した
り、基板にダメージを与えるという問題点がある。
Further, in the first conventional example, when the high frequency power is forcibly increased to increase the plasma density, the ion energy becomes too large, the etching selection ratio is lowered, and the substrate is damaged. There is.

【0010】これらの問題点を、従来技術のプラズマ処
理方法で解決するには、一般的な平行平板型でも複数の
荷電電極を有するプラズマ処理装置を使用すれば良い。
この場合の第2、第3従来例を、図1、図2に基づいて
説明する。
In order to solve these problems by the conventional plasma processing method, a general parallel plate type plasma processing apparatus having a plurality of charging electrodes may be used.
The second and third conventional examples in this case will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0011】第2従来例が使用する荷電電極が複数のプ
ラズマ処理装置を示す図1において、図3と相違するの
は、上部電極4にも、高周波電力を印加するために、上
部電極用高周波電源8と、負荷インピーダンスを接続ケ
ーブル10の特性インピーダンスにマッチングさせる上
部電極用マッチング回路9とが付加されていることであ
る。
In FIG. 1 showing a plurality of plasma processing apparatuses in which the charging electrodes used in the second conventional example are different from FIG. 3, a high frequency power for the upper electrode is applied to the upper electrode 4 in order to apply high frequency power. That is, the power source 8 and the upper electrode matching circuit 9 for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 10 are added.

【0012】第2従来例が使用する図1に示す装置によ
ると、プラズマ密度は上部電極4に印加する高周波電力
で制御し、イオンエネルギは下部電極3に印加する高周
波電力で制御することができ、夫々を独立に制御するこ
とによって、かなり密度の高いプラズマで処理すること
ができる。
According to the apparatus shown in FIG. 1 used in the second conventional example, the plasma density can be controlled by the high frequency power applied to the upper electrode 4, and the ion energy can be controlled by the high frequency power applied to the lower electrode 3. By controlling each of them independently, it is possible to process the plasma with a considerably high density.

【0013】第3従来例が使用するプラズマ処理装置を
示す図2において、図3と相違するのは、上部に多重渦
型放電コイル11を備えることである。この多重渦型放
電コイル11には、放電コイル用高周波電源12と、負
荷インピーダンスを接続ケーブル13の特性インピーダ
ンスにマッチングさせる放電コイル用マッチング回路1
4とが付属していることである。
In FIG. 2 showing the plasma processing apparatus used in the third conventional example, what is different from FIG. 3 is that a multi-vortex discharge coil 11 is provided on the upper part. The multi-vortex discharge coil 11 includes a discharge coil high-frequency power source 12 and a discharge coil matching circuit 1 for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 13.
4 is attached.

【0014】第3従来例が使用する図2に示す装置は、
高周波誘導方式のプラズマ処理装置であり、この種のも
のには、使用する高周波が十数MHzである図3に示す
ものと、使用する高周波が数MHzであるコイルが真空
容器の外周に巻かれているもの(図示しない)とがあ
る。これらの高周波誘導方式のプラズマ処理装置は、コ
イルによって、真空容器1内に高周波磁界を発生させ、
この高周波磁界によって、真空容器内に誘導磁界を発生
させて電子の加速を行い、プラズマを発生させるもの
で、コイル電流を大きくすれば、高真空においても、高
密度プラズマを発生させることができる。
The apparatus shown in FIG. 2 used in the third conventional example is
This is a high-frequency induction type plasma processing apparatus, and in this type, a high frequency used is as shown in FIG. 3 and a coil having a high frequency used is several MHz is wound around the outer circumference of the vacuum container. There are some (not shown). In these high frequency induction type plasma processing apparatuses, a high frequency magnetic field is generated in the vacuum container 1 by a coil,
This high-frequency magnetic field generates an induction magnetic field in the vacuum container to accelerate electrons to generate plasma. If the coil current is increased, high-density plasma can be generated even in high vacuum.

【0015】図1、図2に示す装置を使用する第2、第
3従来例において、図示しない真空系によって真空容器
1内を真空引きしながら、図示しないガス供給系から所
定の反応ガスを導入し、真空容器1内を所定の真空度に
維持しながら、図1の上部電極4に高周波電力を印加
し、或いは、図2の多重渦型放電コイル11に高周波電
力を印加すると、真空容器1内にプラズマが発生し、基
板2を載置している下部電極3に、高周波電力を印加し
て、基板2に到達するイオンエネルギを制御することに
よって、前記基板2に対して、エッチング、堆積、表面
改質等のプラズマ処理を行うことができる。そして、上
記のように、高密度プラズマを発生することができるの
で、充分な処理速度を得ることができる。
In the second and third conventional examples using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, a predetermined reaction gas is introduced from a gas supply system (not shown) while the inside of the vacuum container 1 is evacuated by a vacuum system (not shown). When high frequency power is applied to the upper electrode 4 of FIG. 1 or high frequency power is applied to the multi-vortex discharge coil 11 of FIG. 2 while maintaining the inside of the vacuum container 1 at a predetermined degree of vacuum, the vacuum container 1 Plasma is generated in the substrate 2, high-frequency power is applied to the lower electrode 3 on which the substrate 2 is placed, and the ion energy reaching the substrate 2 is controlled to etch and deposit the substrate 2. Plasma treatment such as surface modification can be performed. Then, as described above, since high-density plasma can be generated, a sufficient processing speed can be obtained.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の第2、
第3従来例では、高周波電力の投入から放電の安定まで
に、2〜10秒程度の時間を要することが多く、しか
も、その時間が一定しない。通常のプラズマ処理では、
基板を処理する時間が、30秒〜2分程度であるので、
前記の放電の安定までの時間を差し引くと、実際に正規
に放電する時間が、設定時間に対して、2〜30%程度
短くなる。このために、例えば、エッチングの場合に
は、エッチングされる膜厚が、2〜30%程度の範囲で
ばらついてしまい、プラズマ処理の再現性が得られない
という問題点がある。
However, the above second,
In the third conventional example, it often takes about 2 to 10 seconds from the input of high-frequency power to the stabilization of discharge, and the time is not constant. In normal plasma processing,
Since the time for processing the substrate is about 30 seconds to 2 minutes,
When the time until the above-mentioned discharge is stabilized is subtracted, the time for actual regular discharge is shortened by about 2 to 30% with respect to the set time. For this reason, for example, in the case of etching, there is a problem that the film thickness to be etched varies in the range of about 2 to 30%, and reproducibility of plasma processing cannot be obtained.

【0017】これは、投入される高周波電力が互いに干
渉しあうためと推定され、第1従来例が使用する図3に
示す、1つの電極にのみ、高周波電力を印加する方式で
は見られない現象である。
It is presumed that this is because the input high frequency powers interfere with each other, which is a phenomenon not seen in the method of applying high frequency power to only one electrode shown in FIG. 3 used in the first conventional example. Is.

【0018】そして、この問題は、放電が安定した直後
からプラズマ処理時間をカウントして時間管理をすれば
解決できるという問題ではない。なんとなれば、放電が
安定するまでに、すでに、放電が安定しない状態で起き
る現象が発生し、これが、プラズマ処理結果に影響する
からである。
This problem is not a problem that can be solved by counting the plasma processing time and managing the time immediately after the discharge is stabilized. This is because by the time the discharge stabilizes, a phenomenon that occurs in a state where the discharge is not stable already occurs, and this affects the plasma treatment result.

【0019】この具体例を、シリコン酸化膜のプラズマ
処理エッチングを例にして説明する。
This specific example will be described by taking plasma processing etching of a silicon oxide film as an example.

【0020】シリコン酸化膜のエッチングは、通常、C
およびFを含むガスをプラズマ化して行うが、図1の装
置を使用する第2従来例では、基板2を載置した下部電
極3に印加する高周波電力の放電が安定せずに、上部電
極4に印加する高周波電圧のみが安定して放電している
状態の間は、CF系のポリマーが基板2上に堆積すると
いう現象が起きる。このポリマーは、エッチングされ難
い特性を有するので、高周波電力の投入から放電安定ま
での時間にバラツキがあると、堆積するポリマーの膜厚
がばらつく、その結果、放電安定後のエッチング時間を
同一にしても、エッチングされるシリコン酸化膜の膜厚
がかなりばらついてしまうという問題点がある。
Etching of the silicon oxide film is usually performed by C
The gas containing F and F is converted into plasma, but in the second conventional example using the apparatus of FIG. 1, the discharge of the high frequency power applied to the lower electrode 3 on which the substrate 2 is placed is not stable and the upper electrode 4 During a state in which only the high-frequency voltage applied to is stably discharged, a phenomenon that CF-based polymer is deposited on the substrate 2 occurs. Since this polymer has the property of being difficult to be etched, if there is variation in the time from the application of high-frequency power to the stabilization of discharge, the film thickness of the deposited polymer will vary, and as a result, the etching time after stabilization of discharge will be the same. However, there is a problem that the thickness of the silicon oxide film to be etched varies considerably.

【0021】図2の装置を使用する第3従来例でも、上
記と同様の問題点がある。
The third conventional example using the apparatus of FIG. 2 also has the same problem as described above.

【0022】シリコン酸化膜等のエッチングに限らず、
プラズマCVD等の薄膜処理技術において、図1の装置
を使用する第2従来例と、図2の装置を使用する第3従
来例では、即ち、真空容器1内にあって基板2を載置す
る下部電極3以外の電極やコイルに高周波電力を供給す
る形式のプラズマ処理方法では、基板2を載置した下部
電極3に印加する高周波電力の放電が安定せずに、下部
電極3以外の電極やコイルに印加する高周波電圧のみが
安定して放電している状態の期間と、全ての電極やコイ
ルに印加する高周波電圧が安定して放電している状態の
期間とでは、基板2上で発生する現象が大きく異なる場
合が多いので、高周波電力の投入から放電安定までの時
間にバラツキがあると、放電安定後の時間を同一にして
も、処理の再現性が得られない場合が多いという問題点
がある。
Not limited to etching of silicon oxide film,
In a thin film processing technique such as plasma CVD, in a second conventional example using the apparatus of FIG. 1 and a third conventional example using the apparatus of FIG. 2, that is, the substrate 2 is placed in the vacuum container 1. In the plasma processing method in which the high frequency power is supplied to the electrodes and coils other than the lower electrode 3, the discharge of the high frequency power applied to the lower electrode 3 on which the substrate 2 is mounted is not stable, and the electrodes other than the lower electrode 3 and The period in which only the high frequency voltage applied to the coil is stably discharged and the period in which the high frequency voltage applied to all electrodes and coils are stably discharged are generated on the substrate 2. Since the phenomenon is often very different, if there is variation in the time from the input of high-frequency power to the stabilization of discharge, the reproducibility of the process is often not obtained even if the time after stabilization of discharge is the same. There is.

【0023】本発明は、上記の問題点を解決し、薄膜処
理技術において、プラズマ処理結果の再現性に優れたプ
ラズマ処理方法の提供を課題とする。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a plasma processing method which is excellent in reproducibility of plasma processing results in a thin film processing technique.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本願第1発明のプラズマ
処理方法は、上記の課題を解決するために、高周波電力
が供給される複数の電極を備えたプラズマ処理装置を使
用するプラズマ処理方法において、先ず、所定のプラズ
マ処理に対する不活性ガスを真空容器内に導入し、所定
の真空度に維持し、前記複数の電極に高周波電力を供給
し、前記真空容器内に発生するプラズマが安定した後
に、前記真空容器内に導入するガスを、前記不活性ガス
から、所定の反応ガスに切り換えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the plasma processing method of the first invention of the present application is a plasma processing method using a plasma processing apparatus having a plurality of electrodes to which high-frequency power is supplied. First, after introducing an inert gas for a predetermined plasma treatment into a vacuum container, maintaining a predetermined vacuum degree, supplying high-frequency power to the plurality of electrodes, and after plasma generated in the vacuum container becomes stable. The gas introduced into the vacuum container is switched from the inert gas to a predetermined reaction gas.

【0025】本願第2発明のプラズマ処理方法は、上記
の課題を解決するために、高周波電力が供給される電極
と放電コイルとを備えたプラズマ処理装置を使用するプ
ラズマ処理方法において、先ず、所定のプラズマ処理に
対する不活性ガスを真空容器内に導入し、所定の真空度
に維持し、前記電極と放電コイルとに高周波電力を供給
し、前記真空容器内に発生するプラズマが安定した後
に、前記真空容器内に導入するガスを、前記不活性ガス
から、所定の反応ガスに切り換えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the plasma processing method according to the second aspect of the present invention is a plasma processing method using a plasma processing apparatus provided with an electrode to which high-frequency power is supplied and a discharge coil. Inert gas for plasma treatment is introduced into the vacuum vessel, maintained at a predetermined degree of vacuum, high frequency power is supplied to the electrode and the discharge coil, and after plasma generated in the vacuum vessel is stabilized, The gas introduced into the vacuum container is switched from the inert gas to a predetermined reaction gas.

【0026】本願第1、第2発明のプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、高周波電力の投入電
力に対する反射電力の比が減少して所定比に達した時点
で、不活性ガスから、所定の反応ガスに切り換えること
が好適であり、且つ、所定比は、1%であることが望ま
しい。
In order to solve the above-mentioned problems, the plasma processing methods of the first and second inventions of the present application, when the ratio of the reflected power to the input power of the high frequency power decreases and reaches a predetermined ratio, an inert gas is used. Therefore, it is preferable to switch to a predetermined reaction gas, and the predetermined ratio is preferably 1%.

【0027】本願第1、第2発明のプラズマ処理方法
は、上記の課題を解決するために、不活性ガスは、所定
のプラズマ処理では、イオン化しても、イオンによる堆
積やエッチング等の作用が起こらない、ヘリウム、アル
ゴン又は窒素を含むガスであることが好適である。
In order to solve the above-mentioned problems, the plasma processing methods of the first and second inventions of the present application have the effect that, even if the inert gas is ionized in the predetermined plasma processing, the deposition and etching by the ions are performed. Gases containing helium, argon or nitrogen, which do not occur, are preferred.

【0028】[0028]

【作用】本発明のプラズマ処理方法は、先ず、所定のプ
ラズマ処理に対する不活性ガスを真空容器内に導入し、
所定の真空度に維持し、前記複数の電極に高周波電力を
供給し、前記真空容器内に発生するプラズマが安定した
後に、前記真空容器内に導入するガスを、前記不活性ガ
スから、所定の反応ガスに切り換えるので、放電が安定
するまでは、不要で有害な堆積やエッチングが起こらな
いようすることができ、不活性ガスから反応ガスに置換
し、所要の堆積やエッチングが起こり始める時点から放
電停止までの時間で、処理時間の管理を行うことができ
るので、プラズマ処理結果の再現性を良くすることがで
きる。
In the plasma processing method of the present invention, first, an inert gas for a predetermined plasma processing is introduced into a vacuum container,
Maintaining a predetermined degree of vacuum, supplying high-frequency power to the plurality of electrodes, after the plasma generated in the vacuum container is stabilized, a gas to be introduced into the vacuum container from the inert gas, a predetermined By switching to reactive gas, unnecessary and harmful deposition and etching can be prevented until the discharge stabilizes.The inert gas is replaced with the reactive gas, and the discharge starts from the time when the required deposition or etching begins. Since the processing time can be managed by the time until the stop, it is possible to improve the reproducibility of the plasma processing result.

【0029】又、放電が安定するまでは、高周波電力を
投入しても、放電しない分が反射して、高周波電力の投
入電力に対する反射電力の比率が大きくなっているが、
放電が安定すれば、前記投入電力に対する反射電力の比
率が小さくなる。従って、反射電力の投入電力に対する
%で放電の安定化を判断することができる。尚、反射電
力は、通常、高周波電源に付属している反射電力計を使
用して測定する。
Further, until the discharge is stabilized, even if high-frequency power is supplied, the portion that is not discharged is reflected, and the ratio of the reflected power to the input power of the high-frequency power is large.
When the discharge is stable, the ratio of the reflected power to the input power becomes small. Therefore, the stabilization of the discharge can be determined by the percentage of the reflected power to the input power. The reflected power is usually measured using a reflected power meter attached to the high frequency power supply.

【0030】プラズマ処理の種類と条件とによって、こ
の反射電力の投入電力に対する比が、幾らの時点で切り
換えれば、プラズマ処理の再現性が良いかが異なるの
で、プラズマ処理の種類と条件とに応じ、再現性と作業
能率とが両立するように、所定比を決めれば良い。そし
て、1%が、再現性と、能率とが両立する目安の一つに
なる。
Depending on the type and conditions of the plasma processing, the reproducibility of the plasma processing will be better when the ratio of the reflected power to the input power is switched at different times. Accordingly, the predetermined ratio may be determined so that both reproducibility and work efficiency are compatible. And 1% is one of the criteria for achieving both reproducibility and efficiency.

【0031】又、不活性ガスには、所定のプラズマ処理
では、イオン化しても、イオンによる堆積やエッチング
等の作用が起こらないヘリウム、アルゴン又は窒素を含
むガスを使用すれば、プラズマ処理結果の再現性を良く
することができる。
If a gas containing helium, argon or nitrogen, which does not cause deposition or etching by ions even when ionized in a predetermined plasma treatment, is used as the inert gas, the result of the plasma treatment can be improved. The reproducibility can be improved.

【0032】[0032]

【実施例】本発明のプラズマ処理方法の第1実施例を図
1に基づいて説明する。
EXAMPLE A first example of the plasma processing method of the present invention will be described with reference to FIG.

【0033】図1において、図示しない真空系で排気さ
れ、図示しないガス供給系から所定のガスを供給され、
所定の真空度に維持される真空容器1内に、基板2を載
置する下部電極3と、上部電極4とが配置されている。
下部電極3には、下部電極用高周波電源5からの高周波
電力が、下部電極マッチング回路6を介して供給され
る。下部電極用マッチング回路6は、負荷インピーダン
スを接続ケーブル7の特性インピーダンスにマッチング
させるための回路である。上部電極4には、上部電極用
高周波電源8からの高周波電力が、上部電極マッチング
回路9を介して供給される。上部電極用マッチング回路
9は、負荷インピーダンスを接続ケーブル10の特性イ
ンピーダンスにマッチングさせるための回路である。
In FIG. 1, the gas is exhausted by a vacuum system (not shown) and a predetermined gas is supplied from a gas supply system (not shown).
A lower electrode 3 on which a substrate 2 is placed and an upper electrode 4 are arranged in a vacuum container 1 which is maintained at a predetermined degree of vacuum.
The lower electrode 3 is supplied with high frequency power from the lower electrode high frequency power supply 5 through the lower electrode matching circuit 6. The lower electrode matching circuit 6 is a circuit for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 7. The high frequency power from the high frequency power supply 8 for the upper electrode is supplied to the upper electrode 4 through the upper electrode matching circuit 9. The upper electrode matching circuit 9 is a circuit for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 10.

【0034】本実施例では、先ず、行おうとするプラズ
マ処理において、イオン化しても、堆積せず、且つ、エ
ッチング作用も起こさない不活性ガスを所定の真空度を
維持されている真空容器1内に導入し、複数の電極に高
周波電力を印加し、放電を安定させ、次いで、前記の安
定して放電している不活性ガスを、反応ガス、即ち、行
おうとするプラズマ処理において、イオン化し、プラズ
マCVD処理で堆積し、エッチング処理でエッチング作
用を有するガスに置換する操作を行う。これによって、
放電が安定するまでは、不要で有害な堆積やエッチング
が起こらないようにし、不活性ガスから反応ガスに置換
した時点から放電停止までの時間で、処理時間の管理を
行い、プラズマ処理結果の再現性を良くすることができ
る。
In the present embodiment, first, in the plasma processing to be performed, the inside of the vacuum container 1 is maintained in a predetermined degree of vacuum of an inert gas that does not deposit even if ionized and does not cause an etching action. Introduced into, to apply a high-frequency power to a plurality of electrodes, to stabilize the discharge, then the inert gas is stably discharged, the reaction gas, that is, in the plasma treatment to be performed, ionized, An operation of depositing by a plasma CVD process and replacing with a gas having an etching action in an etching process is performed. by this,
Until the discharge is stabilized, unnecessary and harmful deposition and etching are prevented, and the processing time is managed from the time when the inert gas is replaced with the reactive gas until the discharge is stopped, and the plasma processing results are reproduced. You can improve your sex.

【0035】又、放電が安定するまでは、高周波電力の
投入電力に対する反射電力の比率が大きく、放電が安定
すれば、前記投入電力に対する反射電力の比率が小さく
なるので、反射電力の投入電力に対する%で放電の安定
化を判断する。反射電力は、通常、高周波電源に付属し
ている反射電力計を使用して測定する。そして、反射電
力の%が小さい程、放電が安定しているので、小さい%
で切り換える程、プラズマ処理の再現性は良くなるが、
作業時間がながくなるので、再現性と作業能率とを両立
させる%を設定すれば良い。
Further, the ratio of the reflected power to the input power of the high frequency power is large until the discharge is stable, and the ratio of the reflected power to the input power is small if the discharge is stable. The stabilization of the discharge is judged by%. The reflected power is usually measured using a reflected power meter attached to the high frequency power supply. And, the smaller the% of the reflected power is, the more stable the discharge is.
The more you switch with, the better the reproducibility of plasma processing, but
Since the working time is reduced, it is only necessary to set the percentage that makes reproducibility and working efficiency compatible.

【0036】本実施例では、反射電力が投入電力の1%
になる時点を、再現性と作業能率とを両立させる目安と
しているが、勿論、1%に限ることはなく、実態に合わ
せて設定すれば良い。
In this embodiment, the reflected power is 1% of the input power.
Although the time point is defined as a standard for achieving both reproducibility and work efficiency, it is of course not limited to 1% and may be set according to the actual situation.

【0037】以下に、図1に基づいて本実施例を、シリ
コン酸化膜のエッチングを例にして、具体的に説明す
る。
The present embodiment will be specifically described below with reference to FIG. 1 by taking the etching of the silicon oxide film as an example.

【0038】図1に示す平行平板型プラズマ処理装置に
おいて、不活性ガスとして、アルゴンガスを、流量30
SCCM(標準状態のガスの1分間の流量)、圧力50
mTorrで使用し、上部電極用高周波電源8と下部電
極用高周波電源5の周波数は共に13.56MHz、投
入電力を夫々1000W、300Wとして、放電させ、
プラズマを発生させる。
In the parallel plate type plasma processing apparatus shown in FIG. 1, argon gas was used as the inert gas and the flow rate was 30.
SCCM (standard state gas flow rate per minute), pressure 50
Used in mTorr, the high frequency power source 8 for the upper electrode and the high frequency power source 5 for the lower electrode both have a frequency of 13.56 MHz, and the input power is 1000 W and 300 W, respectively, to discharge.
Generate plasma.

【0039】本実施例では、上部電極4側の反射電力
が、投入電力1000Wの1%以下、即ち、10W以下
になるのは、常に、電力投入後、1秒以内であったが、
下部電極3側では、反射電力が1%以下になるまでに、
早い場合で2秒、遅い場合では5秒を要した。
In this embodiment, the reflected power on the upper electrode 4 side was 1% or less of the applied power of 1000 W, that is, 10 W or less, always within 1 second after the power was applied.
On the lower electrode 3 side, until the reflected power becomes 1% or less,
It took 2 seconds in the early case and 5 seconds in the late case.

【0040】上部、下部の両電極において、供給する高
周波電力の反射電力の投入電力に対する比が1%以下に
なった直後に、不活性ガスのアルゴンガスを、反応ガス
のCHF3 ガスに切り換えて、シリコン酸化膜のエッチ
ングを行い、ガスをアルゴンガスからCHF3 ガスに切
り換えた時点から放電停止までの時間でエッチング処理
の時間管理を行った。CHF3 ガスの流量は、30SC
CMとした。尚、ガスを切り換える際の真空度の変動
は、±20%程度におさまれば良い。
Immediately after the ratio of the high frequency power supplied to the reflected power to the input power at both upper and lower electrodes became 1% or less, the inert gas argon gas was switched to the reaction gas CHF 3 gas. The silicon oxide film was etched, and the time of the etching treatment was controlled by the time from the time when the gas was switched from the argon gas to the CHF 3 gas until the discharge was stopped. CHF 3 gas flow rate is 30 SC
It was CM. It should be noted that the variation in the degree of vacuum when switching the gas may be limited to about ± 20%.

【0041】100枚の基板を処理した結果、エッチン
グレートの平均は3050Å/minで、基板間のバラ
ツキは、±2.2%であり、良好な結果が得られた。
As a result of processing 100 substrates, the average etching rate was 3050 Å / min, and the variation between the substrates was ± 2.2%, and good results were obtained.

【0042】比較のために、不活性ガスであるアルゴン
ガスによってプラズマ発生させる処理を省略して、同様
に、100枚の基板をエッチングした結果、エッチング
レートの平均は2930Å/minで、基板間のバラツ
キは、±6.5%となった。
For comparison, the process of generating plasma with an argon gas which is an inert gas was omitted, and 100 substrates were similarly etched. As a result, the average etching rate was 2930 Å / min. The variation was ± 6.5%.

【0043】尚、この場合、放電が安定してから放電停
止までの時間で、エッチング処理の時間管理を行った。
In this case, the etching treatment time was controlled by the time from when the discharge was stabilized until the discharge was stopped.

【0044】以上のことから、本実施例は、プラズマ処
理結果の再現性が優れていることを確認できる。
From the above, it can be confirmed that the present embodiment is excellent in reproducibility of the plasma processing result.

【0045】次に、本発明のプラズマ処理方法の第2実
施例を図2に基づいて説明する。
Next, a second embodiment of the plasma processing method of the present invention will be described with reference to FIG.

【0046】図2において、図示しない真空系で排気さ
れ、図示しないガス供給系から所定のガスを供給され、
所定の真空度に維持される真空容器1内に、基板2を載
置する下部電極3と、多重渦型放電コイル11とが配置
されている。下部電極3には、下部電極用高周波電源5
からの高周波電力が、下部電極マッチング回路6を介し
て供給される。下部電極用マッチング回路6は、負荷イ
ンピーダンスを接続ケーブル7の特性インピーダンスに
マッチングさせるための回路である。多重渦型放電コイ
ル11には、放電コイル用高周波電源12からの高周波
電力が、放電コイル用マッチング回路13を介して供給
される。放電コイル用マッチング回路13は、負荷イン
ピーダンスを接続ケーブル14の特性インピーダンスに
マッチングさせるための回路である。
In FIG. 2, the gas is exhausted by a vacuum system (not shown) and a predetermined gas is supplied from a gas supply system (not shown).
A lower electrode 3 on which a substrate 2 is placed and a multiple vortex discharge coil 11 are arranged in a vacuum container 1 which is maintained at a predetermined degree of vacuum. The lower electrode 3 has a high frequency power source 5 for the lower electrode.
The high frequency power from is supplied via the lower electrode matching circuit 6. The lower electrode matching circuit 6 is a circuit for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 7. The multi-vortex discharge coil 11 is supplied with high frequency power from a high frequency power supply 12 for discharge coil through a matching circuit 13 for discharge coil. The discharge coil matching circuit 13 is a circuit for matching the load impedance with the characteristic impedance of the connection cable 14.

【0047】不活性ガス、反応ガス、反射電力による放
電安定化の判断については、第1実施例と同様なので説
明を省略する。
The judgment of the discharge stabilization by the inert gas, the reaction gas, and the reflected power is the same as that of the first embodiment, and the explanation thereof will be omitted.

【0048】以下に、図2に基づいて本実施例を、シリ
コン酸化膜のエッチングを例にして、具体的に説明す
る。
The present embodiment will be specifically described below with reference to FIG. 2 by taking the etching of the silicon oxide film as an example.

【0049】図2に示す高周波誘導方式のプラズマ処理
装置において、不活性ガスとして、アルゴンガスを、流
量30SCCM(標準状態のガスの1分間の流量)、圧
力10mTorrで使用し、放電コイル用高周波電源1
2と下部電極用高周波電源5の周波数は共に13.56
MHz、投入電力を夫々1000W、300Wとして、
放電させ、プラズマを発生させる。
In the high frequency induction type plasma processing apparatus shown in FIG. 2, an argon gas was used as an inert gas at a flow rate of 30 SCCM (a standard state gas flow rate for 1 minute) and a pressure of 10 mTorr. 1
2 and the frequency of the high frequency power source 5 for the lower electrode are both 13.56
MHz, input power 1000W, 300W respectively,
Discharge and generate plasma.

【0050】本実施例では、多重渦型放電コイル11側
の反射電力が、投入電力1000Wの1%以下、即ち、
10W以下になるのは、常に、電力投入後、1秒以内で
あったが、下部電極3側では、反射電力が1%以下にな
るまでに、早い場合で3秒、遅い場合では10秒を要し
た。
In this embodiment, the reflected power on the side of the multi-vortex discharge coil 11 is 1% or less of the input power of 1000 W, that is,
It was always less than 10 W within 1 second after the power was turned on, but on the lower electrode 3 side, it took 3 seconds at an early time and 10 seconds at a slow time until the reflected power became 1% or less. Needed

【0051】多重渦型放電コイル11と下部電極3とに
おいて、供給する高周波電力の反射電力の投入電力に対
する比が1%以下になった直後に、不活性ガスのアルゴ
ンガスを、反応ガスのCHF3 ガスに切り換えて、シリ
コン酸化膜のエッチングを行い、ガスをアルゴンガスか
らCHF3 ガスに切り換えた時点から放電停止までの時
間でエッチング処理の時間管理を行った。CHF3 ガス
の流量は、30SCCMとした。尚、ガスを切り換える
際の真空度の変動は、±20%程度におさまれば良い。
In the multi-vortex discharge coil 11 and the lower electrode 3, immediately after the ratio of the high frequency power supplied to the reflected power to the input power is 1% or less, the inert gas argon gas is added to the reaction gas CHF. The silicon oxide film was etched by switching to the 3 gas, and the time of the etching process was controlled from the time when the gas was switched from the argon gas to the CHF 3 gas until the discharge was stopped. The flow rate of CHF 3 gas was 30 SCCM. It should be noted that the variation in the degree of vacuum when switching the gas may be limited to about ± 20%.

【0052】100枚の基板を処理した結果、エッチン
グレートの平均は5200Å/minで、基板間のバラ
ツキは、±1.8%であり、良好な結果が得られた。
As a result of processing 100 substrates, the average etching rate was 5200 Å / min, and the variation between the substrates was ± 1.8%, and good results were obtained.

【0053】比較のために、不活性ガスであるアルゴン
ガスによってプラズマ発生させる処理を省略して、同様
に、100枚の基板をエッチングした結果、エッチング
レートの平均は4950Å/minで、基板間のバラツ
キは、±5.1%となった。
For comparison, the process of plasma generation by an inert gas of argon gas was omitted, and 100 substrates were similarly etched. As a result, the average etching rate was 4950 Å / min. The variation was ± 5.1%.

【0054】尚、この場合、放電が安定してから放電停
止までの時間で、エッチング処理の時間管理を行った。
In this case, the etching time was controlled by the time from when the discharge was stabilized until the discharge was stopped.

【0055】以上のことから、本実施例は、プラズマ処
理結果の再現性が優れていることを確認できる。
From the above, it can be confirmed that the present embodiment is excellent in the reproducibility of the plasma processing result.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明のプラズマ処理方法は、不活性ガ
スで放電を安定させてから、所定の反応ガスに切り換え
ることによって、放電が安定するまでには、不安定で不
要で有害な堆積やエッチングが起こらないようにし、不
活性ガスから反応ガスに置換し、所要の堆積やエッチン
グが起こり始める時点から放電停止までの時間で、処理
時間の管理を行うことにより、プラズマ処理結果の再現
性を良くすることができるという効果を奏する。
According to the plasma processing method of the present invention, by stabilizing the discharge with an inert gas and then switching to a predetermined reaction gas, unstable, unnecessary and harmful deposition or deposition is possible until the discharge is stabilized. Reproducibility of plasma processing results is controlled by preventing etching from occurring, replacing the inert gas with a reactive gas, and managing the processing time from the time when the required deposition or etching begins to the time the discharge stops. There is an effect that it can be improved.

【0057】又、高周波電力の投入電力に対する反射電
力の%で放電の安定化を判断し、不活性ガスから反応ガ
スへの切り換え時期を設定することによって、プラズマ
処理の制御が容易になり、再現性と作業能率とを両立さ
せることができるという効果を奏する。
Further, by determining the stabilization of the discharge by% of the reflected power with respect to the input power of the high frequency power, and setting the timing of switching from the inert gas to the reactive gas, the control of the plasma processing is facilitated and reproduced. There is an effect that both productivity and work efficiency can be achieved at the same time.

【0058】又、不活性ガスには、所定のプラズマ処理
では、イオン化しても、イオンによる堆積やエッチング
等の作用が起こらないヘリウム、アルゴン又は窒素を含
むガスを使用すれば、プラズマ処理結果の再現性を良く
することができるという効果を奏する。
If a gas containing helium, argon or nitrogen, which does not cause deposition or etching by ions even when ionized in a predetermined plasma treatment, is used as the inert gas, the result of the plasma treatment can be improved. This has the effect of improving reproducibility.

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

【図1】高周波電力が印加される電極を複数有する平行
平板型のプラズマ処理装置の一例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a parallel plate type plasma processing apparatus having a plurality of electrodes to which high frequency power is applied.

【図2】複数の高周波電力が印加される高周波誘導方式
のプラズマ処理装置の一例を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a high frequency induction type plasma processing apparatus to which a plurality of high frequency powers are applied.

【図3】高周波電力が印加される電極が1つの平行平板
型のプラズマ処理装置の一例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a parallel plate type plasma processing apparatus having one electrode to which high frequency power is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 基板 3 下部電極 4 上部電極 5 下部電極用高周波電源 6 下部電極用マッチング回路 7 接続ケーブル 8 上部電極用高周波電源 9 上部電極用マッチング回路 10 接続ケーブル 11 多重渦型放電コイル 12 放電コイル用高周波電源 13 放電コイル用マッチング回路 14 接続ケーブル 1 Vacuum Container 2 Substrate 3 Lower Electrode 4 Upper Electrode 5 Lower Electrode High Frequency Power Supply 6 Lower Electrode Matching Circuit 7 Connection Cable 8 Upper Electrode High Frequency Power Supply 9 Upper Electrode Matching Circuit 10 Connection Cable 11 Multi-vortex Discharge Coil 12 Discharge Coil High frequency power supply 13 Matching circuit for discharge coil 14 Connection cable

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/3065

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波電力が供給される複数の電極を備
えたプラズマ処理装置を使用するプラズマ処理方法にお
いて、先ず、所定のプラズマ処理に対する不活性ガスを
真空容器内に導入し、所定の真空度に維持し、前記複数
の電極に高周波電力を供給し、前記真空容器内に発生す
るプラズマが安定した後に、前記真空容器内に導入する
ガスを、前記不活性ガスから、所定の反応ガスに切り換
えることを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A plasma processing method using a plasma processing apparatus provided with a plurality of electrodes to which high-frequency power is supplied. First, an inert gas for a predetermined plasma processing is introduced into a vacuum container to obtain a predetermined vacuum degree. And the high frequency power is supplied to the plurality of electrodes, and after the plasma generated in the vacuum container is stabilized, the gas introduced into the vacuum container is switched from the inert gas to a predetermined reaction gas. A plasma processing method characterized by the above.
【請求項2】 高周波電力が供給される電極と放電コイ
ルとを備えたプラズマ処理装置を使用するプラズマ処理
方法において、先ず、所定のプラズマ処理に対する不活
性ガスを真空容器内に導入し、所定の真空度に維持し、
前記電極と放電コイルとに高周波電力を供給し、前記真
空容器内に発生するプラズマが安定した後に、前記真空
容器内に導入するガスを、前記不活性ガスから、所定の
反応ガスに切り換えることを特徴とするプラズマ処理方
法。
2. A plasma processing method using a plasma processing apparatus provided with an electrode to which high-frequency power is supplied and a discharge coil, wherein first, an inert gas for a predetermined plasma processing is introduced into a vacuum container and a predetermined gas is supplied. Maintain a vacuum,
High-frequency power is supplied to the electrodes and the discharge coil, and after the plasma generated in the vacuum container is stabilized, the gas introduced into the vacuum container is switched from the inert gas to a predetermined reaction gas. A characteristic plasma processing method.
【請求項3】 請求項1、又は2に記載のプラズマ処理
方法において、高周波電力の投入電力に対する反射電力
の比が減少して所定比に達した時点で、不活性ガスか
ら、所定の反応ガスに切り換えるプラズマ処理方法。
3. The plasma processing method according to claim 1, wherein when the ratio of the reflected power to the input power of the high frequency power decreases and reaches a predetermined ratio, the inert gas is changed to a predetermined reaction gas. Plasma processing method to switch to.
【請求項4】 請求項3に記載のプラズマ処理方法にお
いて、所定比は、1%であるプラズマ処理方法。
4. The plasma processing method according to claim 3, wherein the predetermined ratio is 1%.
【請求項5】 請求項1、2、3、又は4に記載のプラ
ズマ処理方法において、不活性ガスは、所定のプラズマ
処理では、イオン化しても、イオンによる堆積やエッチ
ング等の作用が起こらない、ヘリウム、アルゴン又は窒
素を含むガスであるプラズマ処理方法。
5. The plasma processing method according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the inert gas does not cause an action such as ion deposition or etching even if ionized in a predetermined plasma processing. A method of plasma treatment which is a gas containing helium, argon or nitrogen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6624582B2 (en) 2000-03-16 2003-09-23 Nec Electronics Corporation Method of an apparatus for performing circuit-processing, method of and apparatus for controlling the motion of the circuit-processing performance apparatus, and information storage medium
US6797189B2 (en) 1999-03-25 2004-09-28 Hoiman (Raymond) Hung Enhancement of silicon oxide etch rate and nitride selectivity using hexafluorobutadiene or other heavy perfluorocarbon
US7037843B2 (en) 2000-05-17 2006-05-02 Seiko Epson Corporation Plasma etching method

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