JPH0817807A - Plasma treatment method - Google Patents

Plasma treatment method

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JPH0817807A
JPH0817807A JP7055407A JP5540795A JPH0817807A JP H0817807 A JPH0817807 A JP H0817807A JP 7055407 A JP7055407 A JP 7055407A JP 5540795 A JP5540795 A JP 5540795A JP H0817807 A JPH0817807 A JP H0817807A
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博宣 川原
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Yoshimichi Hirobe
嘉道 広部
Yutaka Kakehi
豊 掛樋
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    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process

Abstract

PURPOSE:To achieve etching with a fine pattern and a large aspect ratio by changing an acceleration voltage for accelerating ions in plasma toward a material to be etched over a critical potential and alternately repeating etching and film formation for the material to be etched. CONSTITUTION:A means for switching the value of an acceleration voltage generated at a sample stand 5a over a critical potential consists of an output voltage control device 16 and an output waveform control device 17. The output voltage control device 16 controls the DC voltage of a DC power supply 15. The output waveform control device 17 controls the timing for changing the DC voltage controlled by the output voltage control device 16. Then, gas is turned into plasma under the same plasma formation conditions (microwave power: 400W, gas flow rate: 70SCCM, pressure: 0.01Torr, high-frequency power: 100W) for etching gases SF6 and C2Cl3F3 and a DC bias voltage applied to a sample stand 5a is changed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法に係
り、特にエッチングと堆積とを交互に行なって処理を行
なうものに好適な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, and more particularly to a plasma processing method suitable for performing processing by alternately performing etching and deposition.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化が進むにつれて、回
路パターンの寸法加工制度や低ダメージ加工法がますま
す重要な技術課題となってきている。特にサブミクロン
領域の素子においては、チップ面積の制約から、素子構
造が立体化してきている。このため加工寸法幅に比べて
加工深さの比、即ち、アスペクト比の大きい膜種を寸法
精度良く加工することが要求されている。
2. Description of the Related Art As semiconductor devices become finer, circuit pattern dimension processing systems and low damage processing methods are becoming increasingly important technical issues. In particular, in the device in the submicron region, the device structure has been three-dimensional due to the limitation of the chip area. For this reason, it is required to process a film type having a larger processing depth ratio than the processing dimension width, that is, a film type having a large aspect ratio with high dimensional accuracy.

【0003】このような要求を解決する従来技術として
は、日本国公開特許公報昭60−50923号公報に記
載のようなものがある。これは、SiやPoly−Si
のエッチングの場合において、エッチングガスとしてエ
ッチング作用に寄与するSF6ガスと窒化硅素の保護膜
の形成作用に寄与するN2ガスとその他のガスを混合し
て用い、エッチング処理中に処理ガスの組成、濃度を周
期的に変化させる。これにより、エッチング工程と窒化
硅素の保護膜を形成する工程とを交互にくり返して、高
速でかつ寸法精度の良いエッチングを行なうようにして
いる。
[0003] As a conventional technique for solving such a demand, there is a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-50923. This is Si or Poly-Si
In the case of the etching, a mixture of SF 6 gas contributing to the etching action, N 2 gas contributing to the formation action of the silicon nitride protective film, and other gases is used as an etching gas. , The concentration is changed periodically. As a result, the etching step and the step of forming a silicon nitride protective film are alternately repeated to perform high-speed etching with high dimensional accuracy.

【0004】一方、電極に印加する電圧を変化させるも
のとしては、日本国公告特許公報昭61−41132
号、日本国公開特許公報昭61−13625号等が挙げ
られる。これら従来技術は試料に印加する電圧を変化さ
せて、プラズマ処理を行なうようにしている。
On the other hand, Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-41132 discloses a technique for changing the voltage applied to the electrodes.
And Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-13625. In these prior arts, plasma processing is performed by changing the voltage applied to the sample.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の前者は
プラズマのガス組成や濃度を変化させてエッチング処理
を行なうようにしているため、その都度プラズマの状態
が変化することになる。このため、ガス組成や濃度を変
化させた時、前回のプラズマ状態から新しいプラズマ状
態にする。即ち、残存するイオンやラジカルを速やかに
排気する必要がある。しかし、処理容器にはある程度の
内容積があるためプラズマ状態の切り替わり時間が掛か
り、全体の処理時間が長くなるという問題がある。ま
た、これを少しでも改善しようとすれば、排気時間を短
縮するために排気装置が大型化する。また同時に、処理
時と切り替え時の排気量をそれぞれに制御する必要が生
じ、そのための装置や制御技術が複雑になってしまう。
In the former of the prior art, the etching process is performed by changing the gas composition and concentration of the plasma, so that the state of the plasma changes each time. Therefore, when the gas composition or concentration is changed, the plasma state is changed from the previous plasma state to a new plasma state. That is, it is necessary to quickly exhaust the remaining ions and radicals. However, since the processing container has a certain internal volume, it takes a long time to switch the plasma state, and there is a problem that the entire processing time becomes long. If this is to be improved even a little, the size of the exhaust device is increased in order to shorten the exhaust time. At the same time, it is necessary to separately control the amount of exhaust during processing and during switching, and the apparatus and control technology for that purpose become complicated.

【0006】また、後者はプラズマ中のイオンの入射エ
ネルギを制御し、単にエッチングレートや選択比等のプ
ラズマ特性を向上させるものである。
The latter is intended to control the incident energy of ions in the plasma and to simply improve the plasma characteristics such as an etching rate and a selectivity.

【0007】本発明の目的は、微細パターンでかつアス
ペクト比の大きいエッチングを行うことのできるプラズ
マ処理方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a plasma processing method capable of performing etching with a fine pattern and a large aspect ratio.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々実験を
重ねることにより初めて本発明に関する見地を得た。そ
れは、次のような内容である。試料の被エッチング材と
反応する成分と堆積膜を形成する成分とを有する、ある
種の成分ガスを所定のプラズマ条件下でプラズマ化す
る。このプラズマ中のイオンに加速電圧を付与し、該イ
オンを試料に入射させるようにしたプラズマを用いて試
料を処理する。このとき、この加速電圧の値を変化させ
ると、被処理物との反応によりエッチング作用が優位に
生じる電位と堆積作用が優位に生じる電位とがあること
が分かった。また、この電位にはエッチング作用と堆積
作用とが釣り合う電位があることが分かった。以下、こ
の釣り合う電位を「臨界電位と呼ぶ。」すなわち、本発
明は、被エッチング材と反応する成分および堆積膜を形
成する成分を有するとともに臨界電位を有する混合ガス
をエッチング処理ガスとして用い、エッチング処理ガス
をマイクロ波のECRを用いて0.01Torr台の減
圧下でプラズマ化する工程と、被エッチング材に向けて
プラズマ中のイオンを加速させる加速電圧を臨界電位を
はさんで変化させ、被エッチング材に対しエッチングと
膜形成とを交互に繰り返す工程とを有し、微細パターン
でかつアスペクト比の大きいエッチングを行う方法とす
ることにより、達成される。
Means for Solving the Problems The present inventors have gained a viewpoint on the present invention only through various experiments. It has the following contents. A certain component gas, which has a component that reacts with the material to be etched of the sample and a component that forms a deposited film, is turned into plasma under predetermined plasma conditions. An acceleration voltage is applied to the ions in the plasma, and the sample is processed using the plasma in which the ions are incident on the sample. At this time, it was found that when the value of the acceleration voltage was changed, there were a potential at which the etching action predominantly occurred and a potential at which the deposition action predominantly occurred due to the reaction with the object. It was also found that this potential had a potential at which the etching action and the deposition action were balanced. Hereinafter, this balanced potential is referred to as “critical potential.” That is, the present invention uses a mixed gas having a component that reacts with the material to be etched and a component that forms a deposited film and also has a critical potential as an etching treatment gas, and performs etching. The process of converting the processing gas into plasma using a microwave ECR under a reduced pressure of about 0.01 Torr, and changing the accelerating voltage for accelerating the ions in the plasma toward the material to be etched across the critical potential, This is achieved by using a method of performing etching with a fine pattern and a large aspect ratio, which has a step of alternately repeating etching and film formation with respect to the etching material.

【0009】[0009]

【作用】臨界電位を有するガスを0.01Torr台の
低い圧力下で、ECR放電を利用したマイクロ波プラズ
マを生じさせ、試料に向けてプラズマ中のイオンを加速
させる加速電圧を臨界電位をはさんで変化させるように
しているので、プラズマ中のイオンを小さい加速電圧で
試料に引き込むことができるとともに、加速電圧が臨界
電位よりも大きいときには試料にエッチング作用が優位
に生じ、加速電圧が臨界電位よりも小さいときには試料
に堆積作用が優位に生じて、ダメージの少ない異方性エ
ッチングができ、微細パターンの被エッチング材を加工
できる。これにより、処理ガスの切り替えを行なうこと
なく、エッチング工程と成膜工程とを交互に行ない、微
細パターンでかつアスペクト比の大きい被エッチング材
を加工することができる。
[Function] A gas having a critical potential is generated at a low pressure of 0.01 Torr level to generate a microwave plasma using ECR discharge, and an acceleration voltage for accelerating the ions in the plasma toward the sample is set to the critical potential. Since the ions in the plasma can be drawn into the sample with a small acceleration voltage, the etching action predominantly occurs in the sample when the acceleration voltage is higher than the critical potential, and the acceleration voltage is higher than the critical potential. When the value is small, the deposition action occurs predominantly on the sample, anisotropic etching with little damage can be performed, and a material to be etched having a fine pattern can be processed. As a result, the etching process and the film forming process are alternately performed without switching the processing gas, and a material to be etched having a fine pattern and a large aspect ratio can be processed.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を第1図から第6図
により説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0011】第1図は、ECR放電を利用したマイクロ
波プラズマ処理装置を示し、この場合、エッチング装置
である。真空処理容器4の上開口部には石英からなる放
電管1が設けてある。真空処理容器4の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部3が設けてあ
る。真空処理容器4内には、上部に試料であるウエハ6
を載置する試料台5aを有する電極5が設けてある。放
電管1内の試料台5a上部には放電空間7が形成され
る。
FIG. 1 shows a microwave plasma processing apparatus utilizing an ECR discharge, in this case an etching apparatus. A discharge tube 1 made of quartz is provided at the upper opening of the vacuum processing container 4. The lower part of the vacuum processing container 4 is provided with an exhaust part 3 connected to a vacuum exhaust device (not shown). In the vacuum processing container 4, a wafer 6 as a sample
There is provided an electrode 5 having a sample table 5a on which is mounted. A discharge space 7 is formed above the sample table 5a in the discharge tube 1.

【0012】放電管1の上部には、放電管1を囲んで導
波管9が設けてある。導波管9の端部には、この場合、
2.45GHzのマイクロ波を発信するマグネトロン8
が設けてある。放電管1の外周部には導波管9を介して
電磁コイル10が設けてある。
A waveguide 9 is provided above the discharge tube 1 so as to surround the discharge tube 1. In this case, at the end of the waveguide 9,
Magnetron 8 for transmitting 2.45 GHz microwaves
Is provided. An electromagnetic coil 10 is provided on the outer peripheral portion of the discharge tube 1 via a waveguide 9.

【0013】真空処理容器4の側部には、放電空間7に
エッチングガスを供給するためのガス導入部2が設けて
ある。ガス導入部2にはマスフローコントローラ18を
介して図示しないガス源がつなげてある。
A gas inlet 2 for supplying an etching gas to the discharge space 7 is provided on a side of the vacuum processing container 4. A gas source (not shown) is connected to the gas introduction unit 2 via a mass flow controller 18.

【0014】電極5の外周には、電極5と絶縁され、一
端が試料台5aの周辺近傍に位置し、他端が接地された
アース電極11が設けてある。電極5には、マッチング
ボックス12を介して接続した。この場合、13.56
MHzの高周波を発振する高周波電源13と、ローパス
フィルタ14を介して接続した直流電源15とがつなげ
てある。高周波電源13および直流電源15の他端はそ
れぞれ接地してある。直流電源15には出力電圧制御装
置16が接続してあり、出力電圧制御装置16には出力
波形制御装置17が接続してある。なお、マッチングボ
ックス12は、この場合、コンデンサカップリングで構
成してある。ローパスフィルタ14は高周波電源13か
らの高周波電圧をしゃ断するものである。
On the outer circumference of the electrode 5, there is provided a ground electrode 11 which is insulated from the electrode 5, one end of which is located near the periphery of the sample table 5a and the other end of which is grounded. The electrode 5 was connected via a matching box 12. In this case, 13.56
A high frequency power supply 13 that oscillates a high frequency of MHz and a direct current power supply 15 connected via a low pass filter 14 are connected. The other ends of the high-frequency power supply 13 and the DC power supply 15 are grounded. An output voltage controller 16 is connected to the DC power supply 15, and an output waveform controller 17 is connected to the output voltage controller 16. In this case, the matching box 12 is configured by a capacitor coupling. The low-pass filter 14 cuts off the high-frequency voltage from the high-frequency power supply 13.

【0015】マスフローコントローラ18は、図示しな
いガス源からのエッチングガスを所定流量に制御し、エ
ッチングガスを放電空間7内に送り込む。放電空間7内
は、図示しない排気装置によって減圧排気され、所定圧
力に保持される。
The mass flow controller 18 controls the etching gas from a gas source (not shown) at a predetermined flow rate and sends the etching gas into the discharge space 7. The discharge space 7 is depressurized and exhausted by an exhaust device (not shown), and is maintained at a predetermined pressure.

【0016】この場合、放電空間7内に導入したエッチ
ングガスをプラズマ化する手段は、マグネトロン8と電
磁コイル10とから成る。放電空間7内のエッチングガ
スはマグネトロン8と電磁コイル10とによって与えら
れる電磁界の作用によるECR放電によってプラズマ化
される。
In this case, the means for converting the etching gas introduced into the discharge space 7 into plasma comprises a magnetron 8 and an electromagnetic coil 10. The etching gas in the discharge space 7 is turned into plasma by ECR discharge caused by the action of an electromagnetic field provided by the magnetron 8 and the electromagnetic coil 10.

【0017】また、この場合、プラズマ中のイオンにウ
エハ6への入射エネルギを付与する手段、すなわち、こ
の場合、試料台5aに加速電圧を生じさせる手段は、高
周波電源13と直流電源15とから成る。ウエハ6を載
置する試料台5aには、高周波電源13による高周波電
圧と、直流電源15による直流電圧とが印加される。試
料台5aにコンデンサカップリングで構成されたマッチ
ングボックス12を介して高周波電圧を印加することに
より、試料台5aには高周波電圧が直流的に浮遊して与
えられ、直流バイアス電圧が生じる。この直流バイアス
電圧によってプラズマ中のイオンが試料台5a側、すな
わち、ウエハ6側に引き込まれる。また、試料台5aに
直流電圧を印加することにより、試料台5aに生じた直
流バイアス電圧の値を調整される。この直流バイアス電
圧が、この場合、イオンを加速させる加速電圧となる。
In this case, the means for applying the incident energy to the wafer 6 to the ions in the plasma, that is, the means for generating the accelerating voltage on the sample stage 5a, is provided by the high frequency power supply 13 and the DC power supply 15. Become. A high-frequency voltage from a high-frequency power supply 13 and a DC voltage from a DC power supply 15 are applied to the sample table 5 a on which the wafer 6 is placed. By applying a high-frequency voltage to the sample stage 5a via the matching box 12 formed by a capacitor coupling, the high-frequency voltage is applied to the sample stage 5a in a DC floating manner, and a DC bias voltage is generated. The ions in the plasma are attracted to the sample stage 5a side, that is, the wafer 6 side by the DC bias voltage. Further, by applying a DC voltage to the sample stage 5a, the value of the DC bias voltage generated on the sample stage 5a is adjusted. This DC bias voltage is an acceleration voltage for accelerating ions in this case.

【0018】さらに、この場合、試料台5aに生じさせ
た加速電圧の値を臨界電位をはさんで切り替える手段
は、出力電圧制御装置16と出力波形制御装置17とか
ら成る。出力電圧制御装置16は直流電源15の直流電
圧値を制御する。出力波形制御装置17は出力電圧制御
装置16が制御する直流電圧値の変化させるタイミング
を制御する。このタイミングは、この場合、周期的に制
御される。
Further, in this case, the means for switching the value of the acceleration voltage generated on the sample stage 5a with the critical potential interposed therebetween includes an output voltage control device 16 and an output waveform control device 17. The output voltage control device 16 controls a DC voltage value of the DC power supply 15. The output waveform control device 17 controls the timing at which the DC voltage value controlled by the output voltage control device 16 changes. This timing is controlled periodically in this case.

【0019】また、ウエハ6は、この場合、Si基板上
に配線形成材料であるポリシリコン層を被着形成したも
のである。本エッチング装置は、エッチングガスとし
て、この場合、六フッ化イオウ(SF6)とトリクロロ
トリフロロエタン(C2Cl33:商品名フロン−11
3)との混合ガスを用い、ウエハ6のポリシリコン層を
エッチングするものである。
In this case, the wafer 6 is formed by depositing a polysilicon layer as a wiring forming material on a Si substrate. In this case, this etching apparatus uses sulfur hexafluoride (SF 6 ) and trichlorotrifluoroethane (C 2 Cl 3 F 3 as trade name CFC-11 as etching gas).
The polysilicon layer of the wafer 6 is etched by using the mixed gas of 3).

【0020】次に、上記のように構成されたエッチング
装置により、前記エッチングガスの両成分、すなわちS
6とC2Cl33とについてそれぞれ同一のプラズマ形
成条件下(マイクロ波電力:400W、ガス流量:70
SCCM、圧力:0.01Torr、高周波電力:10
0W)でガスをプラズマ化し、試料台5aに印加する直
流バイアス電圧を変化させた場合の実験について、第2
図により説明する。
Next, both components of the etching gas, that is, S, are etched by the etching apparatus configured as described above.
F 6 and C 2 Cl 3 F 3 under the same plasma forming conditions (microwave power: 400 W, gas flow rate: 70)
SCCM, pressure: 0.01 Torr, high frequency power: 10
0W), the gas was turned into plasma and the DC bias voltage applied to the sample stage 5a was changed.
It will be described with reference to the drawings.

【0021】第2図のグラフは、縦軸の上方にエッチン
グ速度をとり、下方に堆積速度をとって、横軸に直流バ
イアス電圧をとる。
In the graph of FIG. 2, the vertical axis represents the etching rate, the lower axis represents the deposition rate, and the horizontal axis represents the DC bias voltage.

【0022】第2図より明らかなように、SF6は直流
バイアス電圧の大きさにかかわらず常にエッチング現象
を生じ、直流バイアス電圧が大になるほどエッチング速
度も大きくなる。これは、SF6がプラズマ中ではSと
Fの成分に分かれ、反応性イオン種およびフリーラジカ
ル種であるFの成分中のFイオンおよびFラジカルがエ
ッチャントとなって、直流バイアス電圧の有無にかかわ
らず被エッチング材であるポリシリコンと接触して反応
し、SiF4なる揮発性の反応生成物が形成され試料か
ら除去されるためで、直流バイアス電圧を大きくすると
試料表面のFイオンのみならず、プラズマ中のFイオン
が試料に入射されて、Fイオンとの反応が増大するとと
もに、試料表面近傍に位置するFラジカルにFイオンが
衝突してFラジカルとポリシリコンとの接触が多くなっ
て、エッチング速度が大きくなるものである。
As is apparent from FIG. 2, SF 6 always causes an etching phenomenon regardless of the magnitude of the DC bias voltage, and the etching rate increases as the DC bias voltage increases. This is because SF 6 is separated into S and F components in the plasma, and F ions and F radicals in the reactive ion species and the F component, which is a free radical species, act as an etchant, regardless of the presence or absence of a DC bias voltage. However, it reacts in contact with polysilicon, which is the material to be etched, and a volatile reaction product of SiF 4 is formed and removed from the sample. When the DC bias voltage is increased, not only F ions on the sample surface, The F ions in the plasma are incident on the sample, and the reaction with the F ions increases, and the F ions collide with the F radicals located near the surface of the sample to increase the contact between the F radicals and the polysilicon. This increases the etching rate.

【0023】一方、C2Cl33は、直流バイアス電圧
が小さい範囲では堆積現象を生じ、直流バイアス電圧が
大きい範囲ではエッチング現象を生じている。これは、
2Cl33がプラズマ中ではC,ClおよびFの成分
に分かれ、これらの成分がCの重合物または(CFx)
n,CxFy,CClxFy,CxClyの反応生成物
なる堆積物を形成するとともに、残りのClおよびFの
成分がエッチャントとして存在するためで、エッチャン
トとしてのFの成分は前述したようにポリシリコンと反
応してSiF4なる揮発性の反応生成物を形成し、エッ
チャントとしてのClの成分は同様に反応性イオン種お
よびフリーラジカル種の形でポリシリコンと反応してS
iCl4なる揮発性の反応生成物を形成する。ここで、
直流バイアス電圧の有無にかかわらず、プラズマ中にお
いては膜形成種とエッチャントがそれぞれ存在し、直流
バイアス電圧のプラズマへの作用中はプラズマ中で形成
される堆積物が試料表面へ付着するとともに、試料への
プラズマ中のイオンの入射とが同時に起こる。直流バイ
アス電圧が小さい範囲では、試料へのプラズマ中のイオ
ンの入射が少なくなり、試料の被エッチング材表面への
堆積物の付着が生じて被エッチング材表面とプラズマ中
のエッチャントとの接触ができなくなり、堆積現象が生
じる。直流バイアス電圧が大きい範囲では、試料へのプ
ラズマ中のイオンの入射が多くなり、試料の被エッチン
グ材表面への堆積物の付着が生じても、被エッチング材
表面へエッチャントとしての反応性イオンが入射され、
被エッチング材表面をエッチング除去するとともに、堆
積物にも衝突して堆積物にエネルギを与え、堆積物を反
応前の状態に分解したりして、堆積物の付着を防ぎなが
らエッチングを進める、エッチング作用が生じる。な
お、この際、試料表面近傍のエッチャントであるフリー
ラジカルに対してエッチャントである反応性イオンおよ
び膜形成種のイオンの一部がフリーラジカルに衝突して
エネルギを与え被エッチング材との反応を促進させるよ
うに作用する。
On the other hand, C 2 Cl 3 F 3 causes a deposition phenomenon in a range where the DC bias voltage is small, and an etching phenomenon in a range where the DC bias voltage is large. this is,
C 2 Cl 3 F 3 is separated into C, Cl and F components in the plasma, and these components are a polymer of C or (CFx).
This is because a deposit as a reaction product of n, CxFy, CClxFy, and CxCly is formed, and the remaining components of Cl and F are present as an etchant. The F component as an etchant reacts with polysilicon as described above. To form a volatile reaction product, SiF 4 , and the Cl component as an etchant also reacts with the polysilicon in the form of reactive ionic and free radical species to form S
A volatile reaction product of iCl 4 is formed. here,
The film forming species and the etchant are present in the plasma regardless of the presence or absence of the DC bias voltage, and during the action of the DC bias voltage on the plasma, the deposits formed in the plasma adhere to the sample surface and The incidence of ions in the plasma on the plasma occurs simultaneously. In the range where the DC bias voltage is small, the incidence of ions in the plasma on the sample decreases, and the deposits adhere to the surface of the material to be etched on the sample, and the surface of the material to be etched can contact the etchant in the plasma. It disappears and a deposition phenomenon occurs. In the range where the DC bias voltage is large, the number of ions in the plasma entering the sample increases, and even if the deposits adhere to the surface of the material to be etched of the sample, the reactive ions as the etchant remain on the surface of the material to be etched. Is incident,
In addition to etching away the surface of the material to be etched, it also collides with the deposits to give energy to the deposits and decomposes the deposits into a state before the reaction. The action occurs. At this time, the reactive ions as the etchant and some of the ions of the film-forming species collide with the free radicals as the etchant near the surface of the sample to give energy to promote the reaction with the material to be etched. It acts to let you.

【0024】また、C2Cl33はその丁度境界に堆積
もエッチングも生じない臨界電位(V0)を有している
ことがわかる。なお、この臨界電位とは、所定のプラズ
マ条件下でガスをプラズマ化し、直流バイアス電位を変
化させた場合に、堆積現象とエッチング現象とが逆転す
る電位を意味し、本発明者による実験によって初めて見
い出されたものである。
Further, it can be seen that C 2 Cl 3 F 3 has a critical potential (V 0 ) at which no deposition or etching occurs just at the boundary. The critical potential means a potential at which the deposition phenomenon and the etching phenomenon are reversed when the gas is turned into plasma under a predetermined plasma condition and the DC bias potential is changed. It has been found.

【0025】このことは次のことを示している。C2
33をプラズマ化したときには堆積作用とエッチング
作用とが併発している。このとき、試料台5aに印加す
る直流バイアス電圧が臨界電位より小さい場合には堆積
作用が優位に作用する。また、試料台5aに印加する直
流バイアス電圧を臨界電位よりも小さい範囲内で増大さ
せた場合には、直流バイアス電圧の増大に伴ってプラズ
マ中のイオンが加速され、エッチング作用が徐々に強く
なり堆積作用の優位性が徐々に衰える。直流バイアス電
圧が臨界電位を越えて増大する場合には、さらにプラズ
マ中のイオンが加速され堆積作用よりもエッチング作用
が優位に作用し、そのエッチング作用は次第に強くな
る。また、直流バイアス電圧が臨界電位と等しい場合に
は堆積作用とエッチング作用とが釣り合った状態にあ
る。
This indicates the following. C 2 C
When l 3 F 3 is turned into plasma, a deposition action and an etching action occur simultaneously. At this time, when the DC bias voltage applied to the sample stage 5a is lower than the critical potential, the deposition effect is dominant. When the DC bias voltage applied to the sample stage 5a is increased within a range smaller than the critical potential, the ions in the plasma are accelerated with the increase in the DC bias voltage, and the etching action gradually increases. The dominance of sedimentation gradually diminishes. When the DC bias voltage increases beyond the critical potential, the ions in the plasma are further accelerated, and the etching action predominates over the deposition action, and the etching action gradually increases. When the DC bias voltage is equal to the critical potential, the deposition action and the etching action are in balance.

【0026】また、前記の臨界電位を有さないSF
6と、臨界電位を有したC2Cl33との混合ガス(1:
9)を用いて、同様の実験を行なった。この結果は、第
2図の破線で示すような曲線となった。この破線の曲線
から明らかなように、この混合ガスには臨界電位V0
が存在し、臨界電位V0’より小さい直流バイアス電圧
では堆積作用が優位に生じ、臨界電位V0’より大きい
直流バイアス電圧ではエッチング作用が優位に生じてい
る。しかも、この混合ガスを用いた場合には、前記C2
Cl33を単独で用いたときよりもエッチング速度が直
流バイアス電圧に大きく依存したことが分かる。これに
より、この混合ガスをエッチング速度のバイアス電圧依
存性の高いエッチャントとして利用可能なことが分かっ
た。
Further, SF not having the above-mentioned critical potential
6 and a mixed gas of C 2 Cl 3 F 3 having a critical potential (1:
A similar experiment was performed using 9). The result was a curve as shown by the broken line in FIG. As is apparent from the broken line curve, the mixed gas has a critical potential V 0 ′.
And the DC bias voltage lower than the critical potential V 0 'predominantly causes the deposition action, and the DC bias voltage higher than the critical potential V 0 ' predominantly causes the etching action. Moreover, when this mixed gas is used, the above C 2
It can be seen that the etching rate was much more dependent on the DC bias voltage than when Cl 3 F 3 was used alone. From this, it was found that this mixed gas can be used as an etchant having a high bias voltage dependence of the etching rate.

【0027】次に、このような特性を持った混合ガスを
用いてエッチング処理を行なう場合について、第2図か
ら第6図について説明する。
Next, the case where an etching process is performed using a mixed gas having such characteristics will be described with reference to FIGS.

【0028】まず、混合ガスを臨界電位V0’よりも大
きいバイアス電圧値V1’で、アスペクト比の高いポリ
シリコン膜をエッチングしたときには、第4図に示すよ
うに、アンダーカットCが大きくなり、寸法精度を確保
することができない。ここで、19はホトレジストで、
20はポリシリコンで、21はSi基板である。
First, when a polysilicon film having a high aspect ratio is etched with a mixed gas at a bias voltage V 1 ′ larger than the critical potential V 0 ′, the undercut C becomes large as shown in FIG. , Dimensional accuracy cannot be ensured. Where 19 is a photoresist,
Reference numeral 20 is polysilicon, and 21 is a Si substrate.

【0029】そこで、第3図に示すように、直流的に浮
遊した高周波電圧に重ねる直流電圧を出力電圧制御装置
16と出力波形制御装置17とによって制御し、直流バ
イアス電圧をt1秒間は混合ガスの臨界電位V0’より大
きいV1(負電位)とし、t2秒間は臨界電位V0’より
小さいV2(負電位)として、周期的に変化させるよう
にした。
Therefore, as shown in FIG. 3, the DC voltage superimposed on the DC-strayed high frequency voltage is controlled by the output voltage controller 16 and the output waveform controller 17, and the DC bias voltage is mixed for t 1 seconds. The gas is set to V 1 (negative potential) higher than the critical potential V 0 ′, and is set to V 2 (negative potential) lower than the critical potential V 0 ′ for t 2 seconds so as to be changed periodically.

【0030】時間t1秒間は直流バイアス電圧値が大き
いので、プラズマ中のイオンをウエハ6側に加速しなが
らエッチングを行なうことができる。これにより、比較
的異方性のエッチングを行なえる。しかし、フリーラジ
カルの影響もあり、第5図に示すように若干のアンダー
カットC0が生じる。このアンダーカットC0の大きさは
垂直方向のエッチング量dの略1/5〜1/10であっ
た。時間t1はアンダーカットC0が許容値を越えない範
囲内に設定する。
Since the DC bias voltage value is large for the time t 1 second, etching can be performed while accelerating ions in the plasma toward the wafer 6. Thereby, relatively anisotropic etching can be performed. However, due to the influence of free radicals, a slight undercut C 0 occurs as shown in FIG. The size of the undercut C 0 was about 1/5 to 1/10 of the etching amount d in the vertical direction. The time t 1 is set within the range in which the undercut C 0 does not exceed the allowable value.

【0031】時間t2秒間は直流バイアス電圧値が臨界
電位V0’より小さいので、堆積を生じさせることがで
きる。これにより、エッチングの進行は停止し、ウエハ
6全面にプラズマ重合物が堆積を始め、ポリシリコン2
0のパターン側壁面に保護膜が形成される。
Since the DC bias voltage value is smaller than the critical potential V 0 ′ during the time t 2 seconds, deposition can occur. As a result, the progress of the etching is stopped, the plasma polymer begins to be deposited on the entire surface of the wafer 6, and the polysilicon 2
A protective film is formed on the side wall surface of the pattern 0.

【0032】保護膜が形成された後は、再び大きな直流
バイアス電圧V1を試料台5aに与え、エッチングを行
なう。この大きな直流バイアス電圧V1によって加速さ
れたプラズマ中のイオンはウエハ6に対し垂直に入射す
る。これにより、ホトレンジスト19によって形成され
たポリシリコン20のパターン底部に堆積した保護膜
は、イオンのスパッタ作用によって速かに除去され、ポ
リシリコン20のパターン底部が露出してエッチングが
進行する。また、ポリシリコン20のパターン側壁面に
堆積した保護膜は、物理的エネルギの極めて小さいフリ
ーラジカルのアタックを受けて、フリーラジカルと保護
膜の組成成分との化学反応によって徐々に除去される。
そこで、保護膜を堆積させる時間t2は、時間t1間エッ
チング作用が行なわれても、ポリシリコン20のパター
ン側壁面に堆積した保護膜が残存するように設定する。
なお、このように設定した時間t1,t2はあらかじめ出
力波形制御装置17に記憶させておいて、自動的に切り
替えるようにしてある。
After the protective film is formed, a large DC bias voltage V 1 is again applied to the sample table 5a to perform etching. The ions in the plasma accelerated by the large DC bias voltage V 1 are perpendicularly incident on the wafer 6. As a result, the protective film deposited on the pattern bottom of the polysilicon 20 formed by the photo resist 19 is quickly removed by the ion sputtering action, and the pattern bottom of the polysilicon 20 is exposed and etching proceeds. Further, the protective film deposited on the pattern side wall surface of the polysilicon 20 is attacked by free radicals having extremely small physical energy, and is gradually removed by a chemical reaction between the free radicals and the components of the protective film.
Therefore, the time t 2 for depositing a protective film, even if performed etching action between time t 1, the protective film deposited on the pattern side wall of the polysilicon 20 is set so as to leave.
The times t 1 and t 2 set in this way are stored in the output waveform control device 17 in advance, and are automatically switched.

【0033】このようにして、エッチング工程と堆積工
程、すなわち、成膜工程とを交互に繰り返すことによっ
て、第6図に示すような高アスペクト比のポリシリコン
膜を寸法精度良く加工することが可能となった。
In this manner, by alternately repeating the etching step and the deposition step, that is, the film forming step, a polysilicon film having a high aspect ratio as shown in FIG. 6 can be processed with high dimensional accuracy. It became.

【0034】なお、第2図に示すように大きな直流バイ
アス電圧V1の値は、試料へのイオンのチャージアップ
を防止するために、高周波電圧の全振幅値Vppの1/
2より小さくしてある。これは、高いエッチング速度を
得て、なおかつ試料に形成された素子にダメージを与え
ないでエッチングを行なうには、高周波電圧に重ねる直
流電圧の大きさに制約があるからである。
As shown in FIG. 2, the large value of the DC bias voltage V 1 is 1 / (1) of the total amplitude value Vpp of the high frequency voltage in order to prevent the ions from charging up to the sample.
It is smaller than 2. This is because the magnitude of the DC voltage superimposed on the high frequency voltage is restricted in order to obtain a high etching rate and perform etching without damaging elements formed on the sample.

【0035】すなわち、直流バイアス電圧値(負の電
位)を高周波電圧の全振幅値Vppの1/2より大きく
すると、試料は常に負の電位になり、試料表面に正イオ
ンのみが引き寄せられて帯電する。これにより、ついに
はプラズマ中の正イオン(反応性イオン)が反撥して試
料に到達しなくなる。この結果、試料のエッチング速度
が著しく低下することとなる。また、この時の帯電電位
が大きいと、試料に形成された素子のゲート部の劣化や
破壊を起こす原因となるからである。
That is, when the DC bias voltage value (negative potential) is larger than 1/2 of the total amplitude value Vpp of the high frequency voltage, the sample always has a negative potential, and only positive ions are attracted to the sample surface to be charged. I do. As a result, the positive ions (reactive ions) in the plasma eventually repel and do not reach the sample. As a result, the etching rate of the sample is significantly reduced. Further, if the charging potential at this time is large, it may cause deterioration or destruction of the gate portion of the element formed on the sample.

【0036】このため、本実施例では高周波電圧の全振
幅値Vppの1/2より小さい負の直流電圧を試料台5
aに印加し、高周波電圧の波形の一部が正電位となって
残るようにし、この正電位部分でプラズマ中の電子を引
き込んで、試料に帯電した正イオンを中和するようにし
ている。
Therefore, in this embodiment, a negative DC voltage smaller than 1/2 of the total amplitude value Vpp of the high frequency voltage is applied to the sample table 5.
a of the high frequency voltage so that a part of the waveform of the high frequency voltage remains as a positive potential, and the electrons in the plasma are attracted by the positive potential part to neutralize the positive ions charged on the sample.

【0037】さらに、このチャージアップの問題を解決
するためには、日本国公告特許公報昭56−37311
号に詳述されているように、高周波電圧の発信周波数を
約100kHz以上にする必要がある。発信周波数の上
限については特に制約はないが、一般に市販されている
発振器を利用するとすれば、27MHz程度までの発振
周波数が適切である。
Further, in order to solve this charge-up problem, Japanese Patent Publication No. 56-37311 discloses
As described in detail, the transmission frequency of the high-frequency voltage needs to be about 100 kHz or more. There is no particular upper limit on the transmission frequency, but if a commercially available oscillator is used, an oscillation frequency up to about 27 MHz is appropriate.

【0038】以上、本一実施例によれば、高周波電源1
3によって電極5に高周波電圧を印加し、これによって
試料台5aに生じた直流バイアス電圧に直流電源15か
らの直流電圧を重ね、この直流電圧を重ねた直流バイア
ス電圧を出力電圧制御装置16および出力波形制御装置
17によって臨界電圧をはさんで変化させることで、放
電空間7部に発生させたプラズマを変化させることな
く、すなわち、ガスを切り替えて供給することなく、ウ
エハ6に対しエッチングと堆積、すなわち、成膜とを交
互に行なわせることができるので、ガス種を切り替えて
エッチングと堆積とを交互に行なわせて試料をエッチン
グする従来の技術に比べて、ガスの入れ替え時間が無く
なり、少なくともガスの入れ替え時間が無くなった分だ
け処理時間が短縮されるという効果がある。例えば、本
一実施例と同程度の容積(20,000cm3)の真空
処理容器で、排気容量500l/secの排気装置を用
い、真空処理容器内に70SCCMのガスを供給し、圧
力を0.01Torrに維持させた状態から、ガス種を
切り替えて前記のような状態にするまでに要する時間
は、およそ10秒必要となり、ガス種の切り替え回数が
多くなるに従い上記効果は大きくなる。また、言い換え
れば、従来のようにガスの切り替えを高速で行なう必要
がないので、排気装置を小型化できる。また、ガス種の
切り替えによる圧力制御や切り替え制御がなくなるので
装置や制御技術が簡単になる。
As described above, according to the present embodiment, the high frequency power source 1
3 applies a high-frequency voltage to the electrode 5, thereby superimposing a direct-current voltage from the direct-current power supply 15 on a direct-current bias voltage generated on the sample table 5 a, and applying the direct-current bias voltage obtained by superimposing the direct-current voltage to the output voltage controller 16 and the output The critical voltage is changed by the waveform controller 17 so that the plasma generated in the discharge space 7 is not changed, that is, etching and deposition are performed on the wafer 6 without switching and supplying gas. That is, since the film formation can be performed alternately, compared to the conventional technique in which the sample is etched by alternately performing the etching and the deposition by switching the gas type, the gas replacement time is eliminated, and at least the gas is replaced. There is an effect that the processing time is shortened by the amount of time required for the replacement. For example, in a vacuum processing container having the same volume (20,000 cm 3 ) as that of the present embodiment, a gas of 70 SCCM is supplied into the vacuum processing container by using an exhaust device having an exhaust capacity of 500 l / sec, and the pressure is reduced to 0. The time required to switch the gas type from the state where the pressure is maintained at 01 Torr to the state described above is about 10 seconds, and the above-described effect increases as the number of times the gas type is switched increases. In other words, since it is not necessary to switch the gas at a high speed as in the related art, the size of the exhaust device can be reduced. Further, since there is no pressure control or switching control by switching the gas type, the apparatus and control technology are simplified.

【0039】また、出力電圧制御装置16を制御して臨
界電位より大なる直流バイアス電圧を試料台5aに与え
ることによりウエハ6はエッチングされ、また、臨界電
位より小なる直流バイアス電圧を試料台5aに与えるこ
とによりウエハ6に保護膜を堆積させることができ、さ
らに、出力波形制御装置17を制御して臨界電位をはさ
んで直流バイアス電圧の値を変えるタイミングを交互に
切り替えるので、ウエハ6のエッチング側面を保護膜で
保護しながら段階的にエッチングでき、パターン寸法幅
に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング材を加工
することができる。
The wafer 6 is etched by controlling the output voltage control device 16 to apply a DC bias voltage higher than the critical potential to the sample stage 5a, and a DC bias voltage lower than the critical potential is applied to the sample stage 5a. A protective film can be deposited on the wafer 6, and the output waveform control device 17 is controlled to alternately switch the timing of changing the value of the DC bias voltage across the critical potential. It is possible to perform etching step by step while protecting the etching side surface with a protective film, and it is possible to process a material to be etched having a depth or height higher than the pattern dimension width.

【0040】また、ECR放電を利用したマイクロ波プ
ラズマによる処理としているので、0.01Torr台
の低い圧力下でプラズマを発生させることができ、プラ
ズマ中のイオンを小さい加速電圧でウエハ6に引き込む
ことができるので、ダメージの少ない異方性エッチング
ができ、微細パターンの被エッチング材を加工すること
ができる。これにより、上記効果と合わせて、微細パタ
ーンでかつアスペクト比の大きい被エッチング材を加工
することができる。
Further, since the processing is performed by microwave plasma utilizing ECR discharge, plasma can be generated under a low pressure of the order of 0.01 Torr, and ions in the plasma can be drawn into the wafer 6 with a small acceleration voltage. Therefore, anisotropic etching with less damage can be performed, and a material to be etched having a fine pattern can be processed. Thus, the material to be etched having a fine pattern and a large aspect ratio can be processed in addition to the above effects.

【0041】さらに、出力波形制御装置によりエッチン
グ作用と堆積作用と切り替え時期を、エッチング時は被
エッチング材のアンダーカットが許容値内に入るように
時間設定し、堆積時は次のエッチング処理を行なう間エ
ッチング側面の保護膜が残るだけの膜厚を成膜できる時
間としているので、寸法精度の良い加工を行なうことが
できる。
Further, the timing of switching between the etching operation and the deposition operation is set by the output waveform control device so that the undercut of the material to be etched falls within an allowable value during the etching, and the next etching process is performed during the deposition. Since the time is set such that the protective film on the side surface of the inter-etching remains, the processing can be performed with high dimensional accuracy.

【0042】また、電磁界の作用を利用したプラズマ発
生手段と、高周波電圧および直流電圧により与えられる
直流バイアス電圧付与手段、すなわち、加速電圧付与手
段とは独立しているので、直流バイアス電圧を変化させ
てもプラズマの発生状態、すなわち、プラズマ中の電
子、イオンおよびフリーラジカルの状態は変化せず、発
光強度が安定した状態でエッチングを行なうことがで
き、発光分光法によるエッチングの終点判定が容易に行
なえる。
Since the plasma generating means utilizing the action of the electromagnetic field and the DC bias voltage applying means provided by the high frequency voltage and the DC voltage, that is, the accelerating voltage applying means, are independent, the DC bias voltage is changed. Even if this is done, the state of plasma generation, that is, the state of electrons, ions, and free radicals in the plasma does not change, and etching can be performed in a state where the emission intensity is stable, and the end point of etching by emission spectroscopy can be easily determined. Can be done.

【0043】また、試料台5aに高周波電源13を接続
し高周波電圧を印加して、直流電源15の直流電圧を制
御し直流バイアス電圧を高周波電源13から発生する高
周波電圧の全振幅の1/2以下にしているので、絶縁材
または絶縁膜を有した試料であっても試料に電荷が蓄積
されず、エッチング速度の低下や素子のゲート部の劣化
または破壊のないエッチングを行なうことができる。ま
た、本一実施例のエッチング方法によって下層MOSゲ
ートを有する素子構造の試料をエッチングした場合に
も、ゲート部の耐圧劣化や破壊といったダメージは発生
しなかった。
A high-frequency power supply 13 is connected to the sample stage 5a, and a high-frequency voltage is applied to control the DC voltage of the DC power supply 15 so that the DC bias voltage is の of the total amplitude of the high-frequency voltage generated from the high-frequency power supply 13. Accordingly, even in the case of a sample having an insulating material or an insulating film, electric charge is not accumulated in the sample, and etching can be performed without lowering an etching rate or deterioration or destruction of a gate portion of an element. Also, when a sample having an element structure having a lower MOS gate was etched by the etching method of this embodiment, no damage such as deterioration in breakdown voltage or destruction of the gate portion occurred.

【0044】なお、本一実施例のようにマイクロ波を利
用したECR方式で放電させるマイクロ波プラズマ処理
装置においては、一般にイオンシース幅は0.1mm程
度である。このイオンシースをイオンが通過するに要す
る時間(ti)は、イオンの種類によって多少異なる
が、一般に1〜4×1/107秒程度である。これに対
し、工業用として通常用いられている13.56MHz
の高周波の電圧波形の半サイクル時間(tRF)は3.
7×1/108秒である。このため、13.56MHz
の高周波電圧においては、イオンはイオンシースを通過
して追従することができない。したがって、本一実施例
のように負の直流バイアス電圧を発生させることによっ
てイオンを加速させることができる。
In the microwave plasma processing apparatus for discharging by the ECR method using microwaves as in the present embodiment, the ion sheath width is generally about 0.1 mm. The time required to this ion sheath to pass ions (ti) is somewhat different depending on the type of ion, it is generally about 1~4 × 1/10 7 seconds. On the other hand, 13.56 MHz usually used for industrial use
The half cycle time (tRF) of the high-frequency voltage waveform of 3. is 3.
7 × 1108 seconds. Therefore, 13.56MHz
At a high frequency voltage of, the ions cannot follow the ion sheath. Therefore, ions can be accelerated by generating a negative DC bias voltage as in the present embodiment.

【0045】このような直流バイアス電圧を利用する方
法は、特に、Siや金属膜のように電極5と導通のとれ
る材料を処理する場合に有効である。また、このような
直流バイアス電圧を利用する方法が有効となるのは、高
周波の電圧波形の半サイクル時間tRFとイオンのイオ
ンシース通過時間tiとが tRF<ti の関係にある場合であるから、高周波電源13の周波数
の下限は2MHz(tRF=2.5×1/107秒)程
度であり、これにより周波数が低いと、交流電圧波形に
もイオンが追従して加速されるので、直流電源15によ
って電極5に直流電圧を重ねて印加する効果が薄れてし
まう。
The method using such a DC bias voltage is particularly effective when processing a material that can be electrically connected to the electrode 5 such as Si or a metal film. Further, the method using such a DC bias voltage is effective when the half cycle time tRF of the high frequency voltage waveform and the ion sheath passage time ti of the ions have a relationship of tRF <ti. The lower limit of the frequency of the high frequency power source 13 is about 2 MHz (tRF = 2.5 × 1/10 7 seconds), and when the frequency is low, ions follow the AC voltage waveform and are accelerated. 15 reduces the effect of applying a DC voltage to the electrode 5 in a superimposed manner.

【0046】なお、試料が導電性のものである場合に
は、本一実施例の高周波電源13を除いて、直流電源1
5だけで制御したプラズマ処理装置としても良い。
When the sample is electrically conductive, the DC power source 1 is used except for the high frequency power source 13 of this embodiment.
The plasma processing apparatus may be controlled only by 5.

【0047】次に、本発明の第2の実施例を第7図およ
び第8図により説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

【0048】第7図において第1図と同符号なものは同
一部材を示す。本図が第1図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数385KHzの高周波
電源23だけを用いている点である。高周波電源23は
マッチングボックス22を介して電極5に接続してあ
る。マッチングボックス22は、この場合、回路の一端
が接地してあり、電極5が直流的に接地電位となるよう
にしてある。高周波電源23には出力電圧制御手段24
が接続してある。
In FIG. 7, the same members as those in FIG. 1 indicate the same members. This figure differs from FIG. 1 in that, in this case, only the high-frequency power source 23 having a frequency of 385 KHz is used as the acceleration voltage applying means. The high frequency power supply 23 is connected to the electrode 5 via the matching box 22. In this case, one end of the circuit of the matching box 22 is grounded, and the electrode 5 is DC-grounded. The high frequency power supply 23 has an output voltage control means 24.
Is connected.

【0049】出力電圧制御手段24は、高周波電源23
から出力する高周波電圧の波形を第8図に示すように、
時間t3の間は高周波電圧の全振幅をV3となるように制
御し、次の時間t4の間は高周波電圧の全振幅をV4とな
るように制御する。
The output voltage control means 24 is a high frequency power source 23.
The waveform of the high frequency voltage output from the
During the time t 3 , the total amplitude of the high-frequency voltage is controlled to be V 3, and during the next time t 4 , the total amplitude of the high-frequency voltage is controlled to be V 4 .

【0050】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置によりSi基板上に50nm
程度の薄い酸化膜を介してポリシリコン、ホトレジスト
を順次積層した構成ウエハ6aについて、前記一実施例
と同様の条件でポリシリコンのエッチング速度と高周波
電源23の出力電圧、すなわち、加速電圧との関係を調
べたところ、前記第2図と同様の傾向が生じた。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, 50 nm on the Si substrate by the etching device
The relationship between the etching rate of polysilicon and the output voltage of the high-frequency power supply 23, that is, the acceleration voltage, under the same conditions as in the above-described embodiment, for a configuration wafer 6a in which polysilicon and photoresist are sequentially laminated via a thin oxide film. As a result, the same tendency as in FIG. 2 was found.

【0051】すなわち、高周波電源23による周波数2
MHz以下(この場合、385kHz)の高周波電圧を
試料台5aに印加し、交流電圧波形にイオンが充分に追
従するようにし、交流電圧の強さ、すなわち、交流電圧
の全振幅を変化させることによって、前記一実施例と同
様にエッチング作用が優位に作用したり、堆積作用が優
位に作用したり、またエッチングと堆積とのどちらかも
進行しない状態が表れた。
That is, the frequency 2 by the high frequency power source 23
By applying a high-frequency voltage of MHZ or less (385 kHz in this case) to the sample stage 5a so that the ions sufficiently follow the AC voltage waveform, and changing the strength of the AC voltage, that is, the total amplitude of the AC voltage, As in the case of the above-described embodiment, there was a state in which the etching action was dominant, the deposition action was dominant, and neither etching nor deposition proceeded.

【0052】したがって、出力電圧制御手段24によっ
て高周波電源23の出力電圧を第8図に示すように制御
し、時間t3の間は臨界電位よりも大きい高周波電圧V3
を電極5に印加し、ポリシリコンのエッチングを行な
う。次に、時間t4の間は臨界電位よりも小さい高周波
電圧V4を電極5に印加し、ウエハ6aの表面(エッチ
ング側面も含む。)に保護膜を形成する。この両工程を
順次繰り返すことによって、前記一実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。なお、エッチング時間t3および堆積時間
4は前記一実施例で述べたエッチング時間t1および堆
積時間t2と同様にして設定すれば良い。
[0052] Thus, the output voltage controlled by the means 24 controls the output voltage of the high frequency power source 23 as shown in FIG. 8, a large high-frequency voltage V 3 than the critical potential for a time t 3
Is applied to the electrode 5 to etch the polysilicon. Next, during a time t 4, a high-frequency voltage V 4 smaller than the critical potential is applied to the electrode 5 to form a protective film on the surface (including the etching side surface) of the wafer 6a. By sequentially repeating these two steps, a material to be etched having a high aspect ratio can be processed with high dimensional accuracy, as in the first embodiment. The etching time t 3 and the deposition time t 4 may be set in the same manner as the etching time t 1 and the deposition time t 2 described in the embodiment.

【0053】以下、本第2の実施例によれば、周波数2
MHz以下の高周波電圧の出力電圧を臨界電位をはさん
で変化させることで、ガスを切り替えて供給することな
く、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせるこ
とができるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮
することができるという効果がある。
Hereinafter, according to the second embodiment, the frequency 2
By changing the output voltage of the high-frequency voltage of MHz or less across the critical potential, it is possible to alternately perform the etching step and the deposition step without switching and supplying the gas. Similarly, there is an effect that the processing time can be reduced.

【0054】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御手段24によって
エッチング時と堆積時との時間を制御して、ウエハ6a
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングするので、微細パターンでかつパターン寸法幅に
比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を寸法精
度良く加工することができる。
The processing by microwave plasma is performed in the same manner as in the first embodiment, and the time between the etching time and the deposition time is controlled by the output voltage control means 24.
Since the etching side surface is etched stepwise while being protected by the protective film, a film to be etched having a fine pattern and a depth or height higher than the pattern dimension width can be processed with high dimensional accuracy.

【0055】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グが行なえるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。
Further, as in the case of the first embodiment, since the plasma generation state does not change and the etching can be performed in a state where the emission intensity is stable, the end point of the etching can be easily determined.

【0056】さらに、イオンを加速させる電圧を周波数
2MHz以下の高周波電圧の負電圧領域で与えているの
で、負の電圧領域で加速されてウエハ6aの表面に引き
寄せられてウエハ6aに帯電した正イオンは、次の正の
電圧領域においてウエハ6a表面に引き込まれた電子に
よって中和することができ、ウエハ6aに形成された絶
縁材の絶縁破壊等を防止することができる。したがっ
て、Sio2やSi34のような絶縁材を有する試料を
エッチング処理するのに好適である。なお、この場合、
電極5−ウエハ6a−プラズマ間で、一種のコンデンサ
が形成される訳であるから、高周波電圧の周波数が低す
ぎると、ウエハ6aに電荷が蓄積され過ぎてイオンの加
速が抑制され、エッチング速度が著しく低下するとい
う、いわゆるチャージアップ現象を生じる。このチャー
ジアップ現象を防止する限界の周波数は、絶縁膜の種類
と膜厚とによって左右されるが、半導体装置の場合の実
用値は、日本国公告特許公報昭56−37311号に詳
述されているように、100KHz程度である。
Further, since the voltage for accelerating the ions is applied in the negative voltage region of the high frequency voltage of 2 MHz or less, the positive ions accelerated in the negative voltage region and attracted to the surface of the wafer 6a and charged on the wafer 6a. Can be neutralized by the electrons drawn to the surface of the wafer 6a in the next positive voltage region, and dielectric breakdown of the insulating material formed on the wafer 6a can be prevented. Therefore, it is suitable for etching a sample having an insulating material such as Sio 2 or Si 3 N 4 . In this case,
Since a kind of capacitor is formed between the electrode 5 and the wafer 6a and the plasma, if the frequency of the high-frequency voltage is too low, the electric charge is excessively accumulated on the wafer 6a and the acceleration of ions is suppressed, and the etching rate is reduced. A so-called charge-up phenomenon, which is significantly reduced, occurs. The limit frequency for preventing this charge-up phenomenon depends on the type and thickness of the insulating film, but practical values for semiconductor devices are detailed in Japanese Patent Publication No. 56-37311. It is about 100 KHz.

【0057】次に、本発明の第3の実施例を第9図およ
び第10図により説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

【0058】第9図において第7図と同符号のものは同
一部材を示す。本図が第7図と異なる点は、加速電圧付
与手段として、この場合、周波数385KHzの高周波
電源23と交流波形発生器26とを用いている点であ
る。高周波電源23は合成器25を介して電極5に接続
してある。合成器25にはまた交流波形発生器26が接
続してある。交流波形発生器26には出力波形制御手段
27が接続してある。
In FIG. 9, the same members as those in FIG. 7 indicate the same members. 7 is different from FIG. 7 in that, in this case, a high frequency power source 23 having a frequency of 385 KHz and an AC waveform generator 26 are used as the acceleration voltage applying means. The high frequency power supply 23 is connected to the electrode 5 via the synthesizer 25. An AC waveform generator 26 is also connected to the synthesizer 25. Output waveform control means 27 is connected to the AC waveform generator 26.

【0059】合成器25は、高周波電源23から出力す
る高周波電圧の波形を第10図に示すように、交流波形
発生器26から出力した波形28に沿って変化させる。
出力波形制御手段27は交流波形発生器26から出力す
る波形28の周期および振幅を調整する。
The synthesizer 25 changes the waveform of the high-frequency voltage output from the high-frequency power supply 23 along the waveform 28 output from the AC waveform generator 26, as shown in FIG.
Output waveform control means 27 adjusts the cycle and amplitude of waveform 28 output from AC waveform generator 26.

【0060】上記のように構成したプラズマ処理処置、
この場合、エッチング装置により、前記第2の実施例と
同様の条件でエッチング処理を行なわせれば、前記第2
の実施例と同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に
繰り返しながら段階的にエッチング処理を行なうことが
できる。
A plasma treatment procedure constructed as above,
In this case, if the etching process is performed by the etching apparatus under the same conditions as in the second embodiment, the second
The etching process can be performed stepwise while alternately repeating the etching process and the deposition process as in the embodiment of FIG.

【0061】すなわち、第10図に示すように、臨界電
位V0’より大きい負の電圧波形のときの時間t5の間は
エッチング作用が優位に生じ、臨界電位V0’より小さ
い負の電圧波形のときの時間t6の間は堆積作用が優位
に生じる。
That is, as shown in FIG. 10, during the time t 5 when the negative voltage waveform is larger than the critical potential V 0 ′, the etching action predominates, and the negative voltage smaller than the critical potential V 0 ′ is obtained. During time t 6 of the waveform, the deposition effect predominates.

【0062】なお、エッチングの生じる時間t5および
堆積の生じる時間t6を調整する場合には、出力波形制
御手段27によって交流波形発生器26から出力する波
形28の周期を変えることで簡単に行なえる。また、エ
ッチング工程時のエッチング速度を速める場合には、出
力波形制御手段27によって交流波形発生器26から出
力する波形28の振幅を変えることで簡単に行なえる。
ただし、正確にエッチング速度、エッチング時間および
堆積時間を調整しようとすれば、出力波形制御手段27
によって波形28の振幅および周期を同時に調整する必
要がある。
The time t 5 at which etching takes place and the time t 6 at which deposition takes place can be adjusted easily by changing the period of the waveform 28 output from the AC waveform generator 26 by the output waveform control means 27. You. Further, when the etching rate in the etching step is increased, it can be easily achieved by changing the amplitude of the waveform 28 output from the AC waveform generator 26 by the output waveform control means 27.
However, if the etching rate, etching time and deposition time are to be adjusted accurately, the output waveform control means 27
It is necessary to adjust the amplitude and cycle of the waveform 28 at the same time.

【0063】以上、本第3の実施例によれば、前記第2
の実施例と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the second
It is possible to obtain the same effect as that of the embodiment.

【0064】なお、本第3の実施例の場合、エッチング
と堆積との切り替わりは徐々に進行する。
In the case of the third embodiment, switching between etching and deposition gradually progresses.

【0065】次に、本発明の第4の実施例を第11図お
よび第12図により説明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.

【0066】第11図において第1図と同符号のものは
同一部材を示す。本図が第1図と異なる点は、試料台5
bが接地されている点と、ウエハ6と放電空間7との間
にグリッド電極29を設けている点である。グリッド電
極29には直流電源15が接続してあり、直流電源15
には出力電圧制御装置16を接続し、出力電圧制御装置
16には出力波形制御装置17が接続してある。
In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members. The difference between this figure and FIG. 1 is that the sample table 5
b is grounded and a grid electrode 29 is provided between the wafer 6 and the discharge space 7. The DC power supply 15 is connected to the grid electrode 29.
An output voltage controller 16 is connected to the output voltage controller 16, and an output waveform controller 17 is connected to the output voltage controller 16.

【0067】この場合、イオンをウエハ6の方向に加速
させる手段は、グリッド電極29に負の直流電圧を印加
する直流電源15である。直流電源15から出力する負
の直流電圧、すなわち、加速電圧を臨界電位をはさんで
変化させる手段は、出力電圧制御装置16と出力波形制
御装置17とから成り、これらの制御は前記一実施例と
同様で第12図に示すように時間t1の間は電圧V1に制
御し、時間t2の間は電圧V2に制御する。
In this case, the means for accelerating the ions in the direction of the wafer 6 is the DC power supply 15 for applying a negative DC voltage to the grid electrode 29. The means for changing the negative DC voltage output from the DC power supply 15, that is, the acceleration voltage across the critical potential, includes an output voltage control device 16 and an output waveform control device 17, and these controls are performed in the above-described embodiment. during the time t 1 as shown in FIG. 12 the same as controls in the voltage V 1, during the time t 2 is controlled to a voltage V 2.

【0068】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
の条件で放電空間7内にプラズマを発生させ、直流電源
15によりグリッド電極29に負の直流電圧を印加す
る。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド電極2
9側に加速され、グリッド電極29を通過したイオンが
ウエハ6に達して、ウエハ6の被エッチング材をエッチ
ングする。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, a plasma is generated in the discharge space 7 by the etching apparatus under the same conditions as in the first embodiment, and a negative DC voltage is applied to the grid electrode 29 by the DC power supply 15. This causes the ions in the plasma to move to the grid electrode 2
The ions accelerated to the side 9 and passed through the grid electrode 29 reach the wafer 6 and etch the material to be etched on the wafer 6.

【0069】このとき、出力電圧制御装置16と出力波
形制御装置17とによって、臨界電位より大きい加速電
圧V1を直流電源15から時間t1秒間出力させる。これ
により、時間t1秒間はエッチング作用が優位に生じ、
ウエハ6がエッチングされる。次に、臨界電位より小さ
い加速電圧V2を直流電源15から時間t2秒間出力させ
る。これにより、時間t2秒間は堆積作用が優位に生
じ、ウエハ6の表面(エッチング側面も含む。)に保護
膜が形成される。これらの工程を順次繰り返すことによ
り、前記一実施例と同様にウエハ6の被エッチング材を
段階的にエッチングすることができる。
At this time, the output voltage control device 16 and the output waveform control device 17 cause the DC power supply 15 to output the acceleration voltage V 1 greater than the critical potential for a time t 1 second. As a result, the etching action predominates for the time t 1 second,
The wafer 6 is etched. Next, an acceleration voltage V 2 smaller than the critical potential is output from the DC power supply 15 for a time t 2 seconds. As a result, the deposition effect predominates for the time t 2 seconds, and a protective film is formed on the surface of the wafer 6 (including the etching side surface). By sequentially repeating these steps, the material to be etched on the wafer 6 can be etched stepwise as in the above-described embodiment.

【0070】以上、本第4の実施例によれば、グリッド
電極29に加速電圧を印加し、加速電圧を臨界電位をは
さんで変化させることで、ガスを切り替えて供給するこ
となく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせ
ることができるので、前記一実施例と同様に処理時間を
短縮することができるという効果がある。
As described above, according to the fourth embodiment, by applying the acceleration voltage to the grid electrode 29 and changing the acceleration voltage across the critical potential, the etching process can be performed without switching and supplying the gas. And the deposition step can be performed alternately, so that there is an effect that the processing time can be shortened in the same manner as in the first embodiment.

【0071】また、前記一実施例と同様にマイクロ波プ
ラズマによる処理とし、出力電圧制御装置16および出
力波形制御装置17とによってエッチング工程時と堆積
工程時との時間を制御して、ウエハ6のエッチング側面
を保護膜で保護しながら段階的にエッチングするので、
微細パターンでかつパターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。
The processing by microwave plasma is performed in the same manner as in the first embodiment, and the time between the etching process and the deposition process is controlled by the output voltage control device 16 and the output waveform control device 17 so that the wafer 6 is processed. Since the etching is performed stepwise while protecting the etching side surface with a protective film,
An etching target material having a fine pattern and a depth or a height higher than the pattern dimension width can be processed with high dimensional accuracy.

【0072】また、前記一実施例と同様にプラズマの発
生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッチン
グを行なうことができるので、エッチングの終点判定が
容易に行なえる。
Further, as in the case of the above-described embodiment, the etching can be performed in a state where the plasma generation state does not change and the emission intensity is stable, so that the end point of the etching can be easily determined.

【0073】なお、本第4の実施例ではグリッド電極2
9に直流電圧を印加しているので、試料としては導電性
のあるものでなければならないが、グリッド電極29に
前記第1,第2または第3の実施例のような電源の接続
をすれば絶縁性の試料も処理することができる。
The grid electrode 2 is used in the fourth embodiment.
Since a DC voltage is applied to the electrode 9, the sample must be conductive. However, if a power supply is connected to the grid electrode 29 as in the first, second, or third embodiment, Insulating samples can also be processed.

【0074】次に、本発明の第5の実施例を第13図に
より説明する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0075】第13図において第1図と同符号は同一部
材を示す。本図が第1図と異なる点は、本図の装置が真
空処理容器30の中に上部電極34と下部電極33とを
有する平行平板式のRIE装置であり、プラズマ発生手
段として平行平板型の電極33,34を用い、電極33
に高周波電圧(この場合、周波数13.56MHz)を
印加する高周波電源13aを接続している点である。
In FIG. 13, the same symbols as those in FIG. 1 denote the same members. The point that this figure differs from FIG. 1 is that the apparatus shown in this figure is a parallel plate type RIE device having an upper electrode 34 and a lower electrode 33 in a vacuum processing vessel 30, and a parallel plate type RIE device as a plasma generating means. Using the electrodes 33 and 34, the electrode 33
Is connected to a high-frequency power supply 13a for applying a high-frequency voltage (in this case, a frequency of 13.56 MHz).

【0076】真空処理容器30の側部にはガス導入部3
1が設けてあり、前記一実施例と同様に図示しないガス
源がつなげてある。真空処理容器30の下部には図示し
ない真空排気装置につなげられた排気部32が設けてあ
る。真空処理容器30内の下部には上面にウエハ6を載
置する下部電極33が設けてあり、真空処理容器30内
の上部には下部電極33に対向して配置した上部電極3
4が設けてある。上部電極34は接地してある。下部電
極33は絶縁材を介して真空処理容器30に取り付けて
あり、下部電極33には前記一実施例と同様にマッチン
グボックス12を介して接続した高周波電源13aと、
ローパスフィルタ14を介して接続した直流電源15と
がつなげてある。
On the side of the vacuum processing container 30, the gas introduction part 3 is provided.
1 is provided, and a gas source (not shown) is connected as in the case of the first embodiment. An evacuation unit 32 connected to a not-shown evacuation device is provided below the vacuum processing container 30. A lower electrode 33 on which the wafer 6 is mounted is provided on a lower surface in the vacuum processing vessel 30, and an upper electrode 3 disposed opposite to the lower electrode 33 is provided in an upper part in the vacuum processing vessel 30.
4 is provided. The upper electrode 34 is grounded. The lower electrode 33 is attached to the vacuum processing container 30 via an insulating material, and the lower electrode 33 is connected to the high-frequency power supply 13a connected via the matching box 12 as in the first embodiment.
A DC power supply 15 connected via a low-pass filter 14 is connected.

【0077】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記一実施例と同様
にガス導入部31を介して下部電極33と上部電極34
との間に形成した放電空間35にエッチングガスを供給
する。これとともに図示しない真空排気装置により真空
処理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態
において高周波電源13aによって、下部電極33に1
3.56MHzの高周波電圧を印加する。これにより、
放電空間35部にグロー放電が生じて、エッチングガス
がプラズマ化される。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, the lower electrode 33 and the upper electrode 34 are inserted by the etching apparatus through the gas introduction part 31 as in the case of the above-described embodiment.
An etching gas is supplied to the discharge space 35 formed between At the same time, the inside of the vacuum processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure by a vacuum evacuation device (not shown). In this state, the high frequency power supply 13a applies one
A high frequency voltage of 3.56 MHz is applied. This allows
Glow discharge occurs in the discharge space 35, and the etching gas is turned into plasma.

【0078】この状態で既に前記一実施例と同様にプラ
ズマ中のイオンをウエハ6側に加速する直流バイアス電
圧が下部電極33に発生している。この直流バイアス電
圧を直流電源15により前記一実施例と同様に、臨界電
位をはさんで変化させる。これにより、前記一実施例と
同様にエッチング工程と堆積工程とを交互に繰り返し
て、ウエハ6の被エッチング材を段階的にエッチングで
きる。
In this state, a DC bias voltage for accelerating ions in the plasma toward the wafer 6 has already been generated at the lower electrode 33 in the same manner as in the first embodiment. This DC bias voltage is changed by the DC power supply 15 across the critical potential in the same manner as in the first embodiment. Thus, the material to be etched of the wafer 6 can be etched stepwise by alternately repeating the etching step and the deposition step as in the case of the first embodiment.

【0079】以上、本第5の実施例によれば、直流電源
15によって直流バイアス電圧を臨界電位をはさんで変
化させることで、ガスを切り替えて供給することなく、
エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることが
できるので、前記一実施例と同様に処理時間を短縮する
ことができる。
As described above, according to the fifth embodiment, by changing the DC bias voltage by the DC power supply 15 across the critical potential, the gas is not switched and supplied.
Since the etching step and the deposition step can be performed alternately, the processing time can be shortened in the same manner as in the first embodiment.

【0080】また、高周波電源13aを用いて電極33
と34との間に放電空間35に安定したプラズマを発生
させることができ、直流電源15により直流バイアス電
圧を変化させてもプラズマの発生状態は変化することが
ないので、前記一実施例と同様にエッチングの終点判定
が容易に行なえる。
The high frequency power source 13a is used for the electrode 33.
And 34, a stable plasma can be generated in the discharge space 35, and even if the DC bias voltage is changed by the DC power supply 15, the plasma generation state does not change. In addition, the end point of the etching can be easily determined.

【0081】また、以下前記一実施例と同様に高アスペ
クト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき、また
導電性材、絶縁材を問わず加工できる。
In the same manner as in the first embodiment, a material to be etched having a high aspect ratio can be processed with high dimensional accuracy, and can be processed irrespective of a conductive material or an insulating material.

【0082】次に、本発明の第6の実施例を第14図に
より説明する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0083】第14図において第7図および第13図と
同符号は同一部材を示す。本図が第13図と異なる点
は、プラズマを発生させる手段として周波数2MHz以
下(この場合、385kHz)の高周波電源23aを用
いている点と、イオンを加速させる手段として、同じ
く、周波数2MHz以下の高周波電源23aを用いて共
用している点である。高周波電源23aは、第7図と同
様にマッチングボックス22を介して下部電極33に接
続してある。マッチングボックス22の回路の一端は接
地してあり、下部電極33が直流的に接地電位となるよ
うにしてある。高周波電源23aには出力電圧制御手段
24が接続してある。
In FIG. 14, the same symbols as those in FIGS. 7 and 13 indicate the same members. 13 is different from FIG. 13 in that a high-frequency power source 23a having a frequency of 2 MHz or less (385 kHz in this case) is used as a means for generating plasma, and a frequency of 2 MHz or less is similarly used as a means for accelerating ions. The point is that the high frequency power supply 23a is shared. The high-frequency power supply 23a is connected to the lower electrode 33 via the matching box 22 as in FIG. One end of the circuit of the matching box 22 is grounded, and the lower electrode 33 is set to a DC ground potential. Output voltage control means 24 is connected to the high frequency power supply 23a.

【0084】出力電圧制御手段24の制御内容は前記第
2の実施例と同様であり、説明は省略する。また、ウエ
ハ6aは前記第2の実施例と同じく絶縁材を有したもの
である。
The control contents of the output voltage control means 24 are the same as those in the second embodiment, and the explanation thereof is omitted. The wafer 6a has an insulating material as in the second embodiment.

【0085】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて高周波電源23aによって下部電極33に385
kHzの高周波電圧を印加し、放電空間35部にグロー
放電を生じさせて、エッチングガスをプラズマ化させ
る。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, an etching apparatus supplies an etching gas to the discharge space 35 as in the fifth embodiment, and the inside of the vacuum processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state, 385 is applied to the lower electrode 33 by the high frequency power supply 23a.
A high-frequency voltage of kHz is applied to generate a glow discharge in the discharge space 35 to convert the etching gas into plasma.

【0086】このとき、出力電圧制御手段24によっ
て、第2の実施例と同様に高周波電源23aから出力す
る高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる。これに
より、前記第2の実施例と同様にエッチング工程と堆積
工程とを交互に繰り返して、ウエハ6aの被エッチング
材を段階的にエッチングできる。
At this time, the high-frequency voltage output from the high-frequency power supply 23a is changed by the output voltage control means 24 across the critical potential, as in the second embodiment. Thus, the material to be etched of the wafer 6a can be etched stepwise by alternately repeating the etching step and the deposition step as in the second embodiment.

【0087】以上、本第6の実施例によれば、周波数2
MHz以上の高周波電圧を臨界電位をはさんで変化させ
ているので、エッチングガスを切り替えて供給すること
なく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせる
ことができ、前記第2の実施例と同様に処理時間を短縮
することができる。
As described above, according to the sixth embodiment, the frequency 2
Since the high-frequency voltage of MHz or more is changed across the critical potential, the etching process and the deposition process can be alternately performed without switching and supplying the etching gas. Similarly, the processing time can be shortened.

【0088】また、以下前記第2の実施例と同様に高ア
スペクト比の被エッチング材を寸法精度良く加工でき
る。また、試料としては、絶縁材を有するものに好適で
ある。なお、この場合は、プラズマ発生手段でもある周
波数2MHz以下の高周波電圧を変化させているので、
プラズマの発生状態がエッチング工程時と堆積工程時と
で異なる。このため、発光分光法を用いてエッチング終
点判定を行なうときは、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定を行なう必要がある。
In the same manner as in the second embodiment, a material to be etched having a high aspect ratio can be processed with high dimensional accuracy. The sample is suitable for a sample having an insulating material. In this case, since the high-frequency voltage having a frequency of 2 MHz or less, which is also a plasma generating means, is changed,
The state of plasma generation differs between the etching step and the deposition step. For this reason, when the etching end point is determined by using the emission spectroscopy, it is necessary to input only the emission intensity when the etching is occurring to make the determination.

【0089】次に、本発明の第7の実施例を第15図に
より説明する。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0090】第15図において第9図および第14図と
同符号は同一部材を示す。本図が第14図と異なる点
は、イオンを加速させる手段でもある周波数2MHz以
下(この場合、385KHz)の高周波電源23aの高
周波電圧を臨界電位をはさんで変化させる手段として交
流波形発生器26を用いている点である。高周波電源2
3aは、第9図と同様に合成器25を介して下部電極3
3に接続してある。合成器25にはまた交流波形発生器
26が接続してある。交流波形発生器26には出力波形
制御手段27が接続してある。
In FIG. 15, the same symbols as those in FIGS. 9 and 14 indicate the same members. 14 is different from FIG. 14 in that an AC waveform generator 26 is used as a means for changing a high-frequency voltage of a high-frequency power supply 23a having a frequency of 2 MHz or less (385 KHz in this case), which is also a means for accelerating ions, with a critical potential interposed therebetween. This is the point that is used. High frequency power supply 2
3a is the lower electrode 3 through the synthesizer 25 as in FIG.
3 is connected. An AC waveform generator 26 is also connected to the synthesizer 25. Output waveform control means 27 is connected to the AC waveform generator 26.

【0091】合成器25、交流波形発生器26および出
力波形制御手段27の制御内容は前記第3の実施例と同
様であり、説明は省略する。
The control contents of the synthesizer 25, the AC waveform generator 26, and the output waveform control means 27 are the same as in the third embodiment, and the description is omitted.

【0092】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第6の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、前記第3の実施例のように、すなわち、第10
図のように制御された高周波電圧を下部電極33に印加
し、放電空間35部にブロー放電を生じさせて、エッチ
ングガスをプラズマ化させる。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, an etching apparatus supplies an etching gas to the discharge space 35 as in the sixth embodiment, and the inside of the vacuum processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state, as in the third embodiment, that is, in the tenth embodiment,
A high-frequency voltage controlled as shown in the figure is applied to the lower electrode 33 to generate a blow discharge in the discharge space 35, thereby turning the etching gas into plasma.

【0093】これにより、高周波電圧が臨界電位よりも
大きい時はウエハ6aに対しエッチング作用が優位に生
じ、高周波電位よりも小さい時はウエハ6aの表面(エ
ッチング側面も含む)に保護膜の堆積作用が優位に生じ
る。このエッチング工程と堆積工程とが交互に行なわ
れ、ウエハ6aの被エッチング材が段階的にエッチング
される。
Thus, when the high-frequency voltage is higher than the critical potential, the etching action predominates on the wafer 6a, and when the high-frequency voltage is lower than the high-frequency potential, the protection action is deposited on the surface of the wafer 6a (including the etched side surfaces). Occurs dominantly. This etching step and the deposition step are performed alternately, and the material to be etched of the wafer 6a is etched stepwise.

【0094】以上、本第7の実施例によれば、前記第6
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。
As described above, according to the seventh embodiment, the sixth
Since the etching step and the deposition step can be performed alternately without switching and supplying the etching gas as in the embodiment, the processing time can be shortened.

【0095】なお、この場合は、プラズマ発生手段でも
ある高周波電圧が常に変化しているので、プラズマの発
生状態が一定しない。このため、エッチング処理の条件
設定が難しいという問題がある。
In this case, since the high-frequency voltage, which is also the plasma generating means, is constantly changing, the state of plasma generation is not constant. Therefore, there is a problem that it is difficult to set conditions for the etching process.

【0096】次に、本発明の第8の実施例を第16図お
よび第17図により説明する。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0097】第16図において第13図と同符号は同一
部材を示す。本図が第13図と異なる点は、プラズマ発
生手段である、この場合、周波数13.56MHzの高
周波電源13aの出力電圧を制御可能にして、イオンを
臨界電位をはさんで変化させる手段を兼用させている点
である。高周波電源13aはコンデンサ36およびマッ
チングボックス12を順次介して下部電極33に接続し
てある。高周波電源13aには出力電圧制御手段24が
接続してある。
In FIG. 16, the same symbols as those in FIG. 13 denote the same members. 13 is different from FIG. 13 in that it is a plasma generating means. In this case, the output voltage of a high frequency power supply 13a having a frequency of 13.56 MHz can be controlled, and the means for changing ions across a critical potential is also used. The point is The high frequency power supply 13a is connected to the lower electrode 33 through the capacitor 36 and the matching box 12 in order. Output voltage control means 24 is connected to the high frequency power supply 13a.

【0098】出力電圧制御手段24は高周波電源13a
から出力する高周波電圧の波形を第17図に示すよう
に、時間t7の間は直流成分のバイアス電圧V9となるよ
うに高周波電圧の全振幅をV7に制御し、次の時間t8
間は直流成分のバイアス電圧がV10となるように高周波
電圧の全振幅をV8に制御する。
The output voltage control means 24 is the high frequency power source 13a.
The waveform of the high frequency voltage output as shown in FIG. 17 from the controls total amplitude of the high frequency voltage so during the time t 7 the bias voltage V 9 of the DC component V 7, the next time t 8 during the bias voltage of the DC component to control the total amplitude of the high frequency voltage V 8 such that V 10.

【0099】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源13aによって下部電極33に高周
波電圧を印加する。これによって、放電空間35部でエ
ッチングガスがプラズマ化される。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, an etching apparatus supplies an etching gas to the discharge space 35 as in the fifth embodiment, and the inside of the vacuum processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state, a high frequency voltage is applied to the lower electrode 33 by the high frequency power supply 13a. Thus, the etching gas is turned into plasma in the discharge space 35.

【0100】このとき、第17図に示すように出力電圧
制御手段24によって時間t7の間は高周波電源13a
から出力する高周波電圧の全振幅をV7に制御する。こ
れにより、試料電極33には臨界電位よりも大きい直流
成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ6の被エッチング材
がエッチングされる。次の時間t8の間は高周波電源1
3aから出力する高周波電圧の全振幅をV8に制御す
る。これにより試料電極33には臨界電位よりも小さい
直流成分のバイアス電圧が生じ、ウエハ6の表面(エッ
チング側面も含む)に保護膜が堆積される。このエッチ
ング工程と堆積工程とを交互に行なうことにより、ウエ
ハ6の被エッチング材が段階的にエッチングされる。
[0100] At this time, during the first 17 hours by the output voltage control means 24 as shown in FIG. T 7 high-frequency power supply 13a
The total amplitude of the high-frequency voltage output from is controlled to V 7 . As a result, a bias voltage having a DC component higher than the critical potential is generated at the sample electrode 33, and the material to be etched of the wafer 6 is etched. During the next time t 8 the high-frequency power source 1
The total amplitude of the high frequency voltage outputted from 3a to control the V 8. As a result, a bias voltage of a DC component smaller than the critical potential is generated at the sample electrode 33, and a protective film is deposited on the surface (including the etching side surface) of the wafer 6. The material to be etched of the wafer 6 is etched stepwise by alternately performing the etching step and the deposition step.

【0101】以上、本第8の実施例によれば、前記第5
の実施例と同様にエッチングガスを切り替えて供給する
ことなく、エッチング工程と堆積工程とを交互に行なわ
せることができるので、処理時間を短縮することができ
る。
As described above, according to the eighth embodiment, the fifth
Since the etching step and the deposition step can be performed alternately without switching and supplying the etching gas as in the embodiment, the processing time can be shortened.

【0102】また、出力電圧制御手段24によって高周
波電源13aの出力電圧を制御して、試料電極33に生
じる直流バイアス電圧を臨界電圧をはさんで交互に変化
させることにより、エッチング工程と堆積工程とを交互
に行なえるので、前記第5の実施例と同様にパターン寸
法幅に比べて深さあるいは高さの高い被エッチング膜を
寸法精度良く加工することができる。
The output voltage of the high frequency power supply 13a is controlled by the output voltage control means 24, and the DC bias voltage generated at the sample electrode 33 is alternately changed with a critical voltage interposed therebetween. Can be alternately performed, so that a film to be etched having a depth or a height higher than the pattern dimension width can be processed with high dimensional accuracy, as in the fifth embodiment.

【0103】また、高周波電圧を制御しても高周波電圧
の一部は正の電圧域を有しているので、前記第5の実施
例と同様にウエハ6に電荷が蓄積されず、エッチング速
度の低下や素子のゲート部の劣化または破壊のないエッ
チングを行なうことができる。
Even if the high-frequency voltage is controlled, a part of the high-frequency voltage has a positive voltage range, so that no electric charge is accumulated on the wafer 6 as in the fifth embodiment, and the etching speed is reduced. Etching can be performed without deterioration or deterioration or destruction of the gate portion of the element.

【0104】なお、この場合は、前記第6の実施例と同
様にエッチング工程時と堆積工程時とでプラズマの発生
状態が変わるので、発光分光法を用いてエッチング終点
判定を行なうときには、エッチングが生じているときの
発光強度だけを入力して判定する必要がある。
In this case, as in the case of the sixth embodiment, the state of plasma generation changes between the etching step and the deposition step. Therefore, when the etching end point is determined using emission spectroscopy, the etching is stopped. It is necessary to input and determine only the light emission intensity when it occurs.

【0105】次に、本発明の第9の実施例を第18図に
より説明する。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0106】第18図において第11図および第13図
と同符号は同一部材を示す。第18図が第13図と異な
る点は、イオンを加速させる手段として、第11図と同
様にウエハ6と放電空間35との間にグリッド電極を設
けている点である。グリッド電極29には直流電源15
が接続してあり、直流電源15には出力電圧制御装置1
6を接続し、出力電圧制御装置16には出力波形制御装
置17が接続してある。
In FIG. 18, the same symbols as those in FIGS. 11 and 13 indicate the same members. FIG. 18 differs from FIG. 13 in that a grid electrode is provided between the wafer 6 and the discharge space 35 as in FIG. 11 as means for accelerating ions. DC power supply 15 is applied to the grid electrode 29.
Is connected, and the output voltage control device 1 is connected to the DC power supply 15.
6, and an output waveform controller 17 is connected to the output voltage controller 16.

【0107】直流電源15、出力電圧制御装置16およ
び出力波形制御装置17の制御内容は、前記第4の実施
例と同様であり、説明は省略する。
The control contents of the DC power supply 15, the output voltage control device 16 and the output waveform control device 17 are the same as those in the fourth embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0108】上記のように構成したプラズマ処理装置、
この場合、エッチング装置により、前記第5の実施例と
同様に放電空間35にエッチングガスを供給し、真空処
理容器30内を所定の圧力に減圧排気する。この状態に
おいて、高周波電源13aによって下部電極33に高周
波電圧を印加する。これにより、放電空間35にブロー
放電が生じてエッチングガスがプラズマ化される。
A plasma processing apparatus configured as described above,
In this case, an etching apparatus supplies an etching gas to the discharge space 35 as in the fifth embodiment, and the inside of the vacuum processing vessel 30 is evacuated to a predetermined pressure. In this state, a high frequency voltage is applied to the lower electrode 33 by the high frequency power supply 13a. As a result, blow discharge occurs in the discharge space 35, and the etching gas is turned into plasma.

【0109】この状態で、前記第4の実施例と同様に直
流電源35によってグリッド電極29に負の直流電圧を
印加する。これにより、プラズマ中のイオンがグリッド
電極側に加速され、グリッド電極29を通過したイオン
がウエハ6に達して、ウエハ6の被エッチング材をエッ
チングする。
In this state, a negative DC voltage is applied to the grid electrode 29 by the DC power supply 35 as in the fourth embodiment. Thus, ions in the plasma are accelerated toward the grid electrode, and the ions passing through the grid electrode 29 reach the wafer 6 and etch the material to be etched on the wafer 6.

【0110】このとき、前記第4の実施例と同様に出力
電圧制御装置16と出力波形制御装置17とによって、
グリッド電極29に印加する加速電圧を臨界電位をはさ
んで変化させる。これにより、加速電圧が臨界電位より
大きいときは、ウエハ6に対してエッチング作用が優位
に生じる。加速電圧が臨界電位より小さいときは、ウエ
ハ6の表面(エッチング側面も含む。)に保護膜を形成
する堆積作用が優位に生じる。このエッチング工程と堆
積工程とを交互に行なうことにより、ウエハ6の被エッ
チング材が段階的にエッチングされる。
At this time, similarly to the fourth embodiment, the output voltage control device 16 and the output waveform control device 17
The acceleration voltage applied to the grid electrode 29 is changed by sandwiching the critical potential. As a result, when the acceleration voltage is higher than the critical potential, the etching action predominates on the wafer 6. When the accelerating voltage is lower than the critical potential, the deposition effect of forming a protective film on the surface of the wafer 6 (including the etching side surface) is predominant. The material to be etched of the wafer 6 is etched stepwise by alternately performing the etching step and the deposition step.

【0111】以上、本第9の実施例によれば、グリッド
電極29に印加した加速電圧を臨界電位をはさんで変化
させることで、ガスを切り替えて供給することなく、エ
ッチング工程と堆積工程とを交互に行なわせることがで
きるので、前記第5の実施例と同様に処理時間を短縮す
ることができる。
As described above, according to the ninth embodiment, by changing the acceleration voltage applied to the grid electrode 29 across the critical potential, the etching process and the deposition process can be performed without switching and supplying gases. Can be performed alternately, so that the processing time can be reduced as in the fifth embodiment.

【0112】また、前記第5の実施例と同様にウエハ6
のエッチング側面を保護膜で保護しながら段階的にエッ
チングできるので、パターン寸法幅に比べて深さあるい
は高さの高い被エッチング材を寸法精度良く加工するこ
とができる。
Further, as in the fifth embodiment, the wafer 6
Since the etching side surface can be etched stepwise while being protected by the protective film, a material to be etched having a depth or height higher than the pattern dimension width can be processed with high dimensional accuracy.

【0113】また、前記第5の実施例と同様にプラズマ
の発生状態が変化せず、発光強度が安定した状態でエッ
チングできるので、エッチングの終点判定が容易に行な
える。
Further, as in the case of the fifth embodiment, since the plasma generation state does not change and the etching can be performed in a state where the emission intensity is stable, the end point of the etching can be easily determined.

【0114】次に、本発明の第10の実施例を第19図
により説明する。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0115】第19図において第13図と同符号は同一
部材を示す。本図が第13図と異なる点は、プラズマ発
生手段として、真空処理容器30外に放電管37を設
け、放電管37の外周にコイル38を巻き付けて、コイ
ル38に高周波電源39を接続した構成としている点で
ある。
In FIG. 19, the same symbols as in FIG. 13 indicate the same members. 13 is different from FIG. 13 in that a discharge tube 37 is provided outside the vacuum processing vessel 30 as a plasma generating means, a coil 38 is wound around the outer periphery of the discharge tube 37, and a high-frequency power supply 39 is connected to the coil 38. That is the point.

【0116】下部電極33には、第13図と同様に高周
波電源13aと直流電源15とによる直流バイアス付与
手段、すなわち、イオンの加速手段が設けてある。これ
らプラズマ発生手段と直流バイアス付与手段とは、それ
ぞれに独立してその出力を制御することができる。高周
波電源39は、例えば、周波数80kHz〜13.56
MHzの高周波電力を出力するものである。直流バイア
ス付与手段の制御内容は前記第5の実施例と同様であ
り、説明は省略する。
As in FIG. 13, the lower electrode 33 is provided with DC bias applying means by the high frequency power supply 13a and the DC power supply 15, that is, ion acceleration means. These plasma generating means and DC bias applying means can control their outputs independently of each other. The high frequency power supply 39 has a frequency of, for example, 80 kHz to 13.56.
It outputs high frequency power of MHz. The control contents of the DC bias applying means are the same as those in the fifth embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0117】上記のように構成したプラズマ処置装置、
この場合、エッチング装置により、図示しないガス源か
らガス導入部31aを介して放電管37内にエッチング
ガスを供給し、図示しない排気装置により真空処理容器
30内および放電管37内を所定圧力に減圧排気する。
この状態で、高周波電源39によってコイル38に高周
波電圧を印加する。これにより、放電管37内のエッチ
ングガスがプラズマ化され、プラズマは真空処理容器の
30の空間35a部に導入される。
A plasma treatment apparatus configured as described above,
In this case, an etching device supplies an etching gas from a gas source (not shown) into the discharge tube 37 via the gas introduction part 31a, and the inside of the vacuum processing vessel 30 and the inside of the discharge tube 37 are reduced to a predetermined pressure by an exhaust device (not shown). Exhaust.
In this state, the high frequency power supply 39 applies a high frequency voltage to the coil 38. Thus, the etching gas in the discharge tube 37 is turned into plasma, and the plasma is introduced into the space 35a of the vacuum processing container 30.

【0118】このとき、マッチングボックス12を介し
て高周波電源13aによって下部電極33に高周波電圧
を印加する。これにより、下部電極33に印加された高
周波電圧は、前記第5の実施例のように直流的に浮遊
し、直流バイアス電圧を有する。この高周波電圧ととも
に、直流電源15によって下部電極33に直流電圧を重
ね、直流バイアス電圧を制御する。
At this time, a high frequency voltage is applied to the lower electrode 33 by the high frequency power supply 13a via the matching box 12. As a result, the high frequency voltage applied to the lower electrode 33 floats like a DC current as in the fifth embodiment and has a DC bias voltage. A DC voltage is superimposed on the lower electrode 33 by the DC power supply 15 together with the high-frequency voltage to control the DC bias voltage.

【0119】直流バイアス電圧を出力電圧制御装置16
と出力波形制御装置17とによって、前記第5の実施例
のように制御する。これにより、エッチング工程と堆積
工程とが交互に行なわれ、ウエハ6の被エッチング材が
段階的にエッチングされる。
The output voltage control device 16 controls the DC bias voltage.
And the output waveform control device 17 performs control as in the fifth embodiment. Thus, the etching process and the deposition process are performed alternately, and the material to be etched of the wafer 6 is etched stepwise.

【0120】以上、本第10の実施例によれば、前記第
5の実施例と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to the tenth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment can be obtained.

【0121】また、本第10の実施例によれば、高周波
電源13aの高周波電圧を高めることなく、放電管37
内で高密度のプラズマを発生できるので、前記第5の実
施例に比べ、低ダメージで高速のエッチングを行なうこ
とができる。
According to the tenth embodiment, the discharge tube 37 can be operated without increasing the high frequency voltage of the high frequency power source 13a.
Since high-density plasma can be generated in the inside, high-speed etching can be performed with less damage than in the fifth embodiment.

【0122】以上、これら第1から第10の実施例に基
づいて本発明を説明したが、本発明の構成はこれら実施
例に限定されるものではなく、プラズマ発生手段と加速
電圧付与手段、および加速電圧付与手段同士は種々組み
合わせ可能であることはいうまでもない。
The present invention has been described based on the first to tenth embodiments. However, the structure of the present invention is not limited to these embodiments, but includes a plasma generating means, an accelerating voltage applying means, It goes without saying that the acceleration voltage applying means can be variously combined.

【0123】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングガスとして、臨界電位を有しないSF6と、限界電
位を有するC2Cl33との混合ガスを使用した例を示
したが、臨界電位を有する性質のガスであれば、他の組
み合わせでも良いことはいうまでもない。例えば、臨界
電位を有しないSF6と、臨界電位を有するC2Cl33
(商品名:フロン114)、CCl4、またはC48
との組み合わせや、SF6の代わりにNF3を使用した組
み合わせでも同様に行なえる。
In this embodiment, an example is shown in which a mixed gas of SF 6 having no critical potential and C 2 Cl 3 F 3 having a critical potential is used as the etching gas for polysilicon. It goes without saying that other combinations may be used as long as the gas has the property of: For example, SF 6 having no critical potential and C 2 Cl 3 F 3 having a critical potential
(Commercial name: Freon 114), a combination with CCl 4 , C 4 F 8 or the like, or a combination using NF 3 instead of SF 6 can be similarly performed.

【0124】また、エッチングガスの混合成分を二つに
限るものではなく、少なくとも一成分が臨界電位を有す
るものであれば、三成分以上からなるものであっても良
い。また全成分が臨界電位を有するガスの組み合わせ、
もしくは単独ガスであっても良い。
Further, the mixed components of the etching gas are not limited to two, and may be composed of three or more components as long as at least one component has a critical potential. Also, a combination of gases in which all components have a critical potential,
Alternatively, it may be a single gas.

【0125】また、本実施例ではポリシリコンのエッチ
ングの例を示したが、Al配線膜のエッチングにも適用
可能である。この場合、エッチングガスとしては、臨界
電位を有しない純粋なエッチャントとしての塩素ガス
(Cl2)と、エッチャントとしてのCl成分および膜
形成種の一部として作用するC成分から成り臨界電位を
有するCCl4との混合ガス、さらに被エッチング材の
表面の酸化膜を高速エッチングするためのBCl3を加
えた混合ガスを用いれば良い。この場合、AlCl3
る揮発性の反応生成物が生成されて被エッチング材のエ
ッチングが行なわれ、Cの重合物またはCxClyの反
応生成物が堆積物として生成され、保護膜を形成する。
また、臨界電位を有するCCl4の代わりにCF4,C2
6,C48またはSiCl4等を用いても良い。
In this embodiment, the example of etching of polysilicon is shown, but the present invention can be applied to the etching of Al wiring film. In this case, as the etching gas, a chlorine gas (Cl 2 ) as a pure etchant having no critical potential, a Cl component as an etchant and a CCl having a critical potential, which is a C component acting as a part of a film-forming species, are used. A mixed gas of 4 and a mixed gas of BCl 3 for etching the oxide film on the surface of the material to be etched at high speed may be used. In this case, a volatile reaction product of AlCl 3 is generated to etch the material to be etched, and a polymer of C or a reaction product of CxCly is generated as a deposit to form a protective film.
Further, instead of CCl 4 having a critical potential, CF 4 , C 2
F 6 , C 4 F 8 or SiCl 4 may be used.

【0126】なお、第2図において、具体的数値を示さ
なかったが、エッチング速度または堆積速度、および臨
界電位は、エッチングガスの種類、ガス圧およびプラズ
マ発生手段の出力等によって相対的に定まるものであ
る。
Although specific numerical values are not shown in FIG. 2, the etching rate or deposition rate and the critical potential are relatively determined by the type of etching gas, gas pressure, output of plasma generating means, and the like. It is.

【0127】また、本実施例ではエッチング処理中の加
速電圧の印加パターンは同じであったが、最終的なエッ
チングの終了時には臨界電位よりも大きい範囲内で加速
電圧を小さくする制御を行なわせることにより、エッチ
ングダメージをさらに減少できる。
In the present embodiment, the pattern of application of the acceleration voltage during the etching process is the same, but at the end of the final etching, control is performed to reduce the acceleration voltage within a range larger than the critical potential. Thereby, etching damage can be further reduced.

【0128】また、本実施例では加速電圧を臨界電位を
はさんで変化させる時期を、あらかじめ設定した時間で
自動的に切り替えるようにしているが、各段階でのエッ
チング状態および堆積状態を検出し、該それぞれの検出
値が所定の設定値になった時点で自動的に切り替えるよ
うにしても良い。また、切り替え回数が少ない処理の場
合には手動で切り替えるようにしても良い。なお、これ
ら加速電圧を設定する場合には、加速電圧を検出し、該
検出した値を表示させて、調整する値を見ながら所定の
値に設定すれば良い。
In this embodiment, the timing at which the acceleration voltage is changed across the critical potential is automatically switched at a preset time. However, the etching state and the deposition state at each stage are detected. Alternatively, the switching may be automatically performed when the respective detected values reach a predetermined set value. In the case of a process in which the number of times of switching is small, the switching may be manually performed. When these acceleration voltages are set, the acceleration voltage may be detected, the detected value may be displayed, and the predetermined value may be set while observing the value to be adjusted.

【0129】さらに、本実施例ではエッチングを行なう
場合について述べたが、エッチング工程と堆積工程すな
わち、成膜工程との時間の割合を逆転させ、全体として
成膜を行なわせる場合にも適用可能である。この場合
は、成膜とエッチングとを交互に行なうことにより、平
滑な膜を成膜することができる。
Further, in this embodiment, the case where etching is performed has been described. However, the present invention is also applicable to a case where the ratio of time between the etching step and the deposition step, that is, the film forming step is reversed, and the film is formed as a whole. is there. In this case, a smooth film can be formed by alternately performing film formation and etching.

【0130】[0130]

【発明の効果】本発明によれば、プラズマ中のイオンを
小さい加速電圧で試料に引き込むことができるととも
に、加速電圧が臨界電位よりも大きいときには試料にエ
ッチング作用が優位に生じ、加速電圧が臨界電位よりも
小さいときには試料に堆積作用が優位に生じて、ダメー
ジの少ない異方性エッチングができ、微細パターンの被
エッチング材を加工できるので、処理ガスの切り替えを
行なうことなく、エッチング工程と成膜工程とが交互に
行なえ、微細パターンでかつアスペクト比の大きい被エ
ッチング材を加工することができるという効果がある。
According to the present invention, the ions in the plasma can be attracted to the sample with a small acceleration voltage, and when the acceleration voltage is higher than the critical potential, the sample is predominantly etched and the acceleration voltage becomes critical. When the potential is smaller than the potential, the sample is predominantly deposited, and anisotropic etching with less damage can be performed, and the material to be etched having a fine pattern can be processed. Therefore, the etching process and film formation can be performed without switching the processing gas. The steps can be performed alternately, and there is an effect that a material to be etched having a fine pattern and a large aspect ratio can be processed.

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

【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】処理ガスにおけるバイアス電圧とエッチング速
度または堆積速度との関係を示す線図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a bias voltage in a processing gas and an etching rate or a deposition rate.

【図3】第1図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。
FIG. 3 is an acceleration voltage application pattern diagram by the apparatus of FIG.

【図4】バイアス電圧を変えない場合のエッチング状態
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an etching state when the bias voltage is not changed.

【図5】本発明によるエッチング状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an etching state according to the present invention.

【図6】本発明によるエッチング状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an etching state according to the present invention.

【図7】本発明の第2の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a second embodiment of the present invention.

【図8】第7図の装置による加速電圧の印加パターン図
である。
FIG. 8 is an acceleration voltage application pattern diagram by the apparatus of FIG.

【図9】本発明の第3の実施例であるプラズマ処理装置
を示す構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a third embodiment of the present invention.

【図10】第9図の装置による加速電圧の印加パターン
図である。
10 is an acceleration voltage application pattern diagram by the apparatus of FIG. 9. FIG.

【図11】本発明の第4の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a fourth embodiment of the present invention.

【図12】第11図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。
FIG. 12 is an application pattern diagram of an acceleration voltage by the apparatus of FIG.

【図13】本発明の第5の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 14 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第7の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 15 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a seventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第8の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 16 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is an eighth embodiment of the present invention.

【図17】第16図の装置による加速電圧の印加パター
ン図である。
FIG. 17 is an acceleration voltage application pattern diagram of the apparatus of FIG.

【図18】本発明の第9の実施例であるプラズマ処理装
置を示す構成図である。
FIG. 18 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a ninth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第10の実施例であるプラズマ処理
装置を示す構成図である。
FIG. 19 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus that is a tenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…放電管、5…電極、6,6a…ウエハ、8…マグネ
トロン、10…電磁コイル、12…マッチングボック
ス、13,13a…高周波電源、15…直流電源、16
…出力電圧制御装置、17…出力波形制御装置、22…
マッチングボックス、23,23a…高周波電源、24
…出力電圧制御手段、25…合成器、26…交流波形発
生器、27…出力波形制御手段、29…グリッド電極、
30…真空処理容器、33,34…電極、36…コンデ
ンサ、37…放電管、38…コイル、39…高周波電
源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge tube, 5 ... Electrode, 6, 6a ... Wafer, 8 ... Magnetron, 10 ... Electromagnetic coil, 12 ... Matching box, 13, 13a ... High frequency power supply, 15 ... DC power supply, 16
... output voltage control device, 17 ... output waveform control device, 22 ...
Matching box, 23, 23a ... High frequency power source, 24
... output voltage control means, 25 ... synthesizer, 26 ... AC waveform generator, 27 ... output waveform control means, 29 ... grid electrode,
30 ... Vacuum processing container, 33, 34 ... Electrode, 36 ... Capacitor, 37 ... Discharge tube, 38 ... Coil, 39 ... High frequency power supply.

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/302 B (72)発明者 広部 嘉道 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 掛樋 豊 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─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/302 B (72) Inventor Kaido Hirobe 1 Horiyamashita, Hadano, Kanagawa, Japan (72) Inventor Yutaka Kakehi 502 No. 502 Kazutachi-cho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被エッチング材と反応する成分および堆積
膜を形成する成分を有するとともに臨界電位を有する混
合ガスをエッチング処理ガスとして用い、前記エッチン
グ処理ガスをマイクロ波のECRを用いて0.01To
rr台の減圧下でプラズマ化する工程と、 前記被エッチング材に向けて前記プラズマ中のイオンを
加速させる加速電圧を前記臨界電位をはさんで変化さ
せ、前記被エッチング材に対しエッチングと膜形成とを
交互に繰り返す工程とを有し、 微細パターンでかつアスペクト比の大きいエッチングを
行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A mixed gas having a component that reacts with a material to be etched and a component that forms a deposited film and has a critical potential is used as an etching treatment gas, and the etching treatment gas is 0.01 To using ECR of microwave.
a step of converting the material into plasma under a reduced pressure of rr level, and changing the acceleration voltage for accelerating the ions in the plasma toward the material to be etched across the critical potential to perform etching and film formation on the material to be etched. And a step of alternately repeating and are performed, and etching is performed with a fine pattern and a large aspect ratio.
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