JPH08250479A - Method and device for surface treatment - Google Patents

Method and device for surface treatment

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JPH08250479A
JPH08250479A JP5541995A JP5541995A JPH08250479A JP H08250479 A JPH08250479 A JP H08250479A JP 5541995 A JP5541995 A JP 5541995A JP 5541995 A JP5541995 A JP 5541995A JP H08250479 A JPH08250479 A JP H08250479A
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JP
Japan
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surface treatment
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sec
period
msec
Prior art date
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Application number
JP5541995A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Arai
眞 新井
Naoyuki Koto
直行 小藤
Kazunori Tsujimoto
和典 辻本
Tatsumi Mizutani
巽 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To improve the etching yield of a sample and perform high-selectivity etching on the sample by periodically providing a first period in which a reactive species is adsorbed to the surface of the sample, second period in which accelerated particles are projected upon the surface of the sample, and third period in which resulting products of reaction are separated from the surface of the sample and discharged to the outside. CONSTITUTION: The processing course of a surface-treating method using plasma is mainly composed of a first period A in which a reactive species is adsorbed to the surface of a sample, second period B in which accelerated particles are projected upon the surface of the sample, and third period C in which resulting products of reaction are separated from the surface of the sample and discharged to the outside and the processing course composed of the periods A, B, and C is periodically performed in a period of 1 msec to 1sec. When ions are projected upon the surface of the sample as the accelerated particles, plasma discharge is performed with an arbitrary modulated power in the periods A and B and a bias is applied across a sample stage by using the arbitrary modulated power in the period B. In addition, the material is treated by stopping the plasma discharge and application of the bias power in the period C.

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、半導体集積回路の製造
工程において、材料の表面処理を行なう表面処理方法お
よび表面処理装置に関わり、とくに微細加工を行なうド
ライエッチング方法およびドライエッチング装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method and a surface treatment apparatus for surface-treating a material in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a dry etching method and a dry etching apparatus for fine processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のドライエッチングの方法と装置に
ついて説明する。
2. Description of the Related Art A conventional dry etching method and apparatus will be described.

【0003】ドライエッチングは、処理室内の試料台に
ウェハを載置し、この処理室を所望の真空度に排気した
後材料処理用のガスを導入し、放電発生手段によってこ
のガスを反応性ガスプラズマと化してウェハ上に形成し
た材料表面に照射して行なわれる。
In dry etching, a wafer is placed on a sample table in a processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired degree of vacuum, and then a gas for material processing is introduced. It is performed by irradiating the material surface formed into a plasma on the wafer.

【0004】このドライエッチングを行なう従来の装置
には次のようなものがある。
The conventional apparatus for performing this dry etching includes the following.

【0005】先ず、一組の対向電極の一方にウェハを載
置し、この電極もしくは他の一方の電極に高周波を印加
してプラズマを生成しウェハを処理する、所謂高周波放
電平行平板型反応性ドライエッチング(RIE;Reactiv
e Ion Etching)装置がある。これにさらに磁場を組み合
わせた、所謂マグネトロンRIE方式もある。
First, a wafer is placed on one of a pair of opposing electrodes, and a high frequency is applied to this electrode or the other electrode to generate plasma to process the wafer, so-called high frequency discharge parallel plate type reactivity. Dry etching (RIE; Reactiv)
e Ion Etching) equipment. There is also a so-called magnetron RIE method in which a magnetic field is further combined.

【0006】近年ドライエッチング装置は、低圧力高密
度プラズマ化の方向に進んでおり、以下のような新しい
方式の装置がある。先ず、マグネトロンによって生成し
たマイクロ波(周波数は主として2.45[GHz])を処理室に
導入してガスをプラズマ化するマイクロ波プラズマ(E
CR;Electron Cyclotron Resonance プラズマとも呼
ばれている)エッチング装置がある。この装置では、プ
ラズマ放電と独立に試料台にバイアスを印加することが
できる。また、電子材料 1992年別冊 121頁に掲載さ
れているような、ヘリコン波方式や、高周波誘導方式に
よるドライエッチング装置がある。高周波誘導方式には
高周波を印加するコイルの巻型により、ヘリカル共鳴型
とTCP(トランスフォ−マ・カップルド・プラズマ)型
の2種類がある。この装置でも、プラズマ放電と独立に
試料台にバイアスを印加することができる。
In recent years, dry etching apparatuses have been moving toward low pressure and high density plasma, and there are the following new type apparatuses. First, a microwave plasma (E) that introduces microwaves (frequency is mainly 2.45 [GHz]) generated by a magnetron into the processing chamber to turn the gas into plasma
CR: Electron Cyclotron Resonance plasma (also called plasma). In this device, a bias can be applied to the sample table independently of the plasma discharge. In addition, there is a dry etching device using a helicon wave method or a high frequency induction method, as described in Electronic Materials, 1992, Supplement, page 121. There are two types of high-frequency induction methods, a helical resonance type and a TCP (transformer coupled plasma) type, depending on the winding type of a coil for applying a high frequency. Also in this device, a bias can be applied to the sample table independently of the plasma discharge.

【0007】以上のような装置を用いて行なわれるドラ
イエッチングにおいて、プラズマ放電、およびバイアス
の印加を時間変調して行なう方法がある。その例を以下
に挙げる。
In dry etching performed using the above-mentioned apparatus, there is a method of performing time modulation of plasma discharge and bias application. Examples are given below.

【0008】特開昭58-186937には、放電を生成する高
周波電力の周波数を時間的に変化させることにより、ウ
ェハに入射するイオンの種間の比率とエネルギーを制御
する方法が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 58-186937 describes a method of controlling the ratio and energy between species of ions incident on a wafer by temporally changing the frequency of high-frequency power for generating a discharge. .

【0009】特開昭59-47733には、マイクロ波放電プラ
ズマにおいて、マイクロ波のエネルギーを時間的に変化
させることにより、プラズマ中に生成するイオンとラジ
カルの比率と組成を制御する方法が記載されている。こ
れは放電の変調によりプラズマ中の電子温度と電子密度
を制御することに基づいている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 59-47733 describes a method for controlling the ratio and composition of ions and radicals generated in plasma by changing the energy of microwaves in microwave discharge plasma with time. ing. This is based on controlling the electron temperature and electron density in plasma by modulating the discharge.

【0010】特開昭60-62125には、高周波電力を間歇的
に供給することにより、活性種の空間的不均一を解消
し、反応生成物再分解による処理室の汚染を防止する方
法が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-62125 discloses a method of intermittently supplying high-frequency power to eliminate spatial nonuniformity of active species and prevent contamination of a processing chamber due to re-decomposition of reaction products. Has been done.

【0011】特開昭60-86831には、高周波電圧を周期的
に変調して放電を発生させる方法が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-86831 discloses a method of periodically modulating a high frequency voltage to generate a discharge.

【0012】特開昭56-13480には、マイクロ波プラズマ
エッチング装置において試料台に100kHz〜10MHzの交流
電圧を印加してウェハのチャージアップを防止する方法
が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-13480 describes a method of preventing charge-up of a wafer by applying an AC voltage of 100 kHz to 10 MHz to a sample stage in a microwave plasma etching apparatus.

【0013】特開昭62-111429には、放電用電極にパル
ス上の直流電圧を重畳してプラズマと試料間のイオン加
速電圧を変調可能とし、エッチングによる試料のダメー
ジを防止し、エッチング速度や選択比を向上させる方法
が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 62-111429, a DC voltage on a pulse is superposed on a discharge electrode to make it possible to modulate an ion acceleration voltage between a plasma and a sample, thereby preventing damage to the sample due to etching, etching rate and A method for improving the selectivity is described.

【0014】特開昭61-13625には、マイクロ波プラズマ
処理装置において、マイクロ波電力を周期的に変調させ
る方法、およびイオンの加速電圧を周期的に変化させる
方法が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-13625 describes a method of periodically modulating microwave power and a method of periodically changing the accelerating voltage of ions in a microwave plasma processing apparatus.

【0015】特開平1-236629には、パルス状マイクロ波
の発生と高周波バイアスの発生時期を同期させ、放電オ
フ時の高周波不整合を回避し、基板での高電圧発生によ
る高周波放電を防止する方法が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 1-236629, the generation of pulsed microwaves and the generation timing of high frequency bias are synchronized to avoid high frequency mismatch when discharge is turned off and to prevent high frequency discharge due to generation of high voltage on the substrate. The method is described.

【0016】特開平3-155620には、マイクロ波を断続的
に供給するタイミングと同期して、試料台に交流バイア
ス電圧を供給することにより、プラズマ発生時のみバイ
アスを印加してインピーダンス整合をとって交流バイア
スの効果を向上させる方法が記載されている。
According to Japanese Patent Laid-Open No. 3-155620, an AC bias voltage is supplied to the sample stage in synchronism with the timing at which microwaves are intermittently supplied, so that a bias is applied only when plasma is generated to achieve impedance matching. A method for improving the effect of AC bias is described.

【0017】特開平4-174514には、パルス状マイクロ波
の発生と高周波バイアスの発生時期を同期させ、高周波
バイアス電圧の立上り時刻をパルス状マイクロ波の発生
時刻よりも遅らせたり、高周波バイアス電圧の立下がり
時刻をパルス状マイクロ波の停止時刻よりも早めること
によって、高周波バイアス電圧をマイクロ波パルスと同
期して印加する際に、基板に装置内接地部位に対して異
常電圧が発生することを防止する方法が記載されてい
る。
In Japanese Patent Laid-Open No. 4-174514, the generation of the pulsed microwave and the generation time of the high frequency bias are synchronized, the rising time of the high frequency bias voltage is delayed from the generation time of the pulsed microwave, or the high frequency bias voltage is changed. By making the fall time earlier than the stop time of the pulsed microwave, when applying a high frequency bias voltage in synchronization with the microwave pulse, it is possible to prevent an abnormal voltage from being generated on the substrate grounding part in the substrate. How to do is described.

【0018】特開昭60-50923には、ガスの導入量を変化
させる方法、ガスの導入量に応じて試料への外部電圧の
印加を変化させる方法、およびガスの導入量に応じて試
料へのプラズマの照射を間歇的に変化させる方法が記載
されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 60-50923 discloses a method of changing the amount of gas introduced, a method of changing the application of an external voltage to the sample depending on the amount of gas introduced, and a method of changing the amount of gas introduced to the sample depending on the amount of gas introduced. The method of intermittently changing the irradiation of the plasma is described.

【0019】特開平2-105413には、エッチングガスと側
壁保護膜形成用の堆積性ガスを交互に十数秒の周期で周
期的に導入し、ガス切り替え周期に連動してプラズマ発
生電力を周期的にオン−オフ動作させ、エッチングガス
周期に連動させて高周波バイアス電力を周期的に投入す
ることにより、マイクロ−ディング効果を解消する方法
が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2-105413, an etching gas and a deposition gas for forming a side wall protective film are alternately introduced periodically at a cycle of a few tens of seconds, and a plasma generation power is periodically supplied in association with a gas switching cycle. It is described that the micro-ding effect is eliminated by periodically turning on and off and periodically applying high frequency bias power in conjunction with the etching gas cycle.

【0020】特開平3-12921には、試料への反応性ガス
の付着工程と粒子ビーム照射工程のうち少なくとも一方
を間歇的に行なう方法が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-12921 describes a method of intermittently performing at least one of the step of attaching a reactive gas to a sample and the step of irradiating a particle beam.

【0021】特開平3-263827には、エッチャントを生成
するプラズマと、イオンを基板に照射するプラズマと
を、交互に制御された時間間隔でパルス状に放電する装
置が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-263827 describes an apparatus for discharging a plasma for generating an etchant and a plasma for irradiating a substrate with ions in a pulse shape at alternately controlled time intervals.

【0022】特開平5-267226には、処理室の実効総排気
速度を1300[liter/sec]以上、処理室内のガスの滞在時
間を100[msec]以下、ガス流量調整手段が一定流量を保
持できる最短時間を50[msec]以下とし、ガス流量調整手
段と排気速度を変える手段と放電手段の動作を制御し、
ガスを所定の時間間隔で周期的かつ間歇的に流し、エッ
チングステップと膜形成のステップを繰り返す方法が記
載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 5-267226, the effective total pumping speed of the processing chamber is 1300 [liter / sec] or more, the residence time of the gas in the processing chamber is 100 [msec] or less, and the gas flow rate adjusting means maintains a constant flow rate. The shortest possible time is set to 50 [msec] or less, and the operations of the gas flow rate adjusting means, the means for changing the exhaust speed, and the discharging means are controlled,
A method is described in which a gas is caused to flow periodically and intermittently at predetermined time intervals, and an etching step and a film forming step are repeated.

【0023】以上述べたドライエッチングにおける表面
反応について説明する。ドライエッチングは所望の真空
度に排気された処理室内で、反応性ガスプラズマをウェ
ハに照射して行なわれるが、このときウェハを載置した
試料台には通常高周波バイアスが印加されており負の電
位となっている。プラズマ中には、ガス分子から解離生
成したラジカルと、正および負のイオンが存在してい
る。この反応種(ラジカルもしくは分子)が材料表面に
吸着し、そこに正のイオンが入射するとイオン衝撃エネ
ルギーにより反応が活性化する所謂イオンアシスト反応
により吸着反応種と材料原子の間で結合の組み替えが起
こり、生じた揮発性の反応生成物が脱離してエッチング
が進行する。このイオンの並進運動エネルギーにより表
面が励起されイオンアシスト反応が起きる領域を以後リ
アクティヴ・スポットと呼ぶ。このようにドライエッチ
ングは反応種の被エッチング材料表面への吸着過程、入
射イオンにより反応が活性化するイオンアシスト反応過
程、反応生成物の脱離排気過程の三つの素過程からなっ
ている。ところが従来のドライエッチングではこれら三
つの素過程が混在して起きている。
The surface reaction in the dry etching described above will be described. Dry etching is performed by irradiating the wafer with reactive gas plasma in a processing chamber evacuated to a desired degree of vacuum. At this time, a high-frequency bias is usually applied to the sample stage on which the wafer is placed, and thus negative etching is performed. It is at electric potential. In the plasma, radicals dissociated from gas molecules and positive and negative ions are present. This reactive species (radical or molecule) is adsorbed on the material surface, and when positive ions are incident on it, the reaction is activated by ion bombardment energy, so-called ion-assisted reaction, whereby the combination of bonds between the adsorbed reactive species and the material atom is changed. Occurrence occurs, the generated volatile reaction product is desorbed, and etching proceeds. The region where the surface is excited by the translational kinetic energy of the ions and the ion-assisted reaction occurs is hereinafter referred to as a reactive spot. As described above, the dry etching is composed of three elementary processes, that is, a process of adsorbing reactive species on the surface of the material to be etched, an ion assisted reaction process in which the reaction is activated by incident ions, and a process of desorbing and exhausting reaction products. However, in conventional dry etching, these three elementary processes coexist.

【0024】[0024]

【発明が解決しようとする課題】エッチング素過程が混
在していることはエッチングの選択性低下をもたらす。
これをマイクロ波プラズマエッチング装置を用いた、塩
素ガス(Cl2)によるシリコン(Si)のエッチングを例にし
て説明する。
The mixture of etching elementary processes causes a decrease in etching selectivity.
This will be described by taking an example of etching silicon (Si) with chlorine gas (Cl 2 ) using a microwave plasma etching apparatus.

【0025】先ず、ある1つのリアクティヴ・スポット
においてイオンアシスト反応が起きる時間間隔について
考えてみる。リアクティヴ・スポットの大きさは材料と
エッチングガスが決まれば、放電手段によらずイオンの
入射エネルギーに依存すると考えられる。ジャーナル・
オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノロジ
ー、シリーズB、第4巻、459頁(1986年)(Journal of
Vacuum Science AndTechnology, B volume 4, p459
(1986))にRIEにおけるイオンアシスト反応につい
て詳細に記載されており、リアクティヴ・スポットの大
きさは約50[Å2]程度であるとしている。そこで、ここ
でもリアクティヴ・スポットの大きさは50[Å2]とす
る。
First, let us consider a time interval in which an ion assist reaction occurs at a certain reactive spot. It is considered that the size of the reactive spot depends on the incident energy of the ions regardless of the discharge means, if the material and etching gas are determined. journal·
Of Vacuum Science and Technology, Series B, Volume 4, 459 (1986) (Journal of
Vacuum Science And Technology, B volume 4, p459
(1986)), the ion assist reaction in RIE is described in detail, and the size of the reactive spot is about 50 [Å 2 ]. Therefore, again, the size of the reactive spot is set to 50 [Å 2 ].

【0026】リアクティヴ・スポットへのClイオンの平
均入射時間の見積りを行なう。本発明に関わるマイクロ
波プラズマエッチング装置においてイオン電流密度をCl
2ガスプラズマについて測定した結果、イオン電流密度
はマイクロ波電力とガス圧力により変化するが、例えば
ガス圧力が0.5[mTorr]、マイクロ波電力が2000[W]の場
合、イオン電流密度;I(ion)は6[mA/cm2]であった。こ
の条件の場合を例にして見積りを行なう。単位面積(1
[cm2])当たりのイオンフラックス;Γ(ion)は電荷素
量が1.6×10-19[C]であるから次の(1)式; Γ(ion)=I(ion)/1.6×10-19[C] (1) から、Γ(ion)=3.8×1016[ions/sec・cm2]である。こ
の時、面積50[Å2](=50×10-16[cm2])のリアクティ
ヴ・スポットに入射するイオン数;Γspot(ion)は次の
(2)式; Γspot(ion)=Γ(ion)×50×10-16[cm2] (2) から、Γspot(ion)=1.9×102[ions/sec]であり、リ
アクティヴ・スポットへのイオンの平均入射間隔;T
spot(ion)は次の(3)式; Tspot(ion)=1/Γspot(ion) (3) から、Tspot(ion)=5.3[msec]となる。従ってある面
積50[Å2]の部分では約5.3[msec]毎にイオンアシスト
反応が起きていることになる。
The average incident time of Cl ions to the reactive spot is estimated. In the microwave plasma etching apparatus according to the present invention, the ion current density is set to Cl.
As a result of measurement with two gas plasmas, the ion current density changes depending on the microwave power and the gas pressure. For example, when the gas pressure is 0.5 [mTorr] and the microwave power is 2000 [W], the ion current density; I (ion ) Was 6 [mA / cm 2 ]. The estimation will be performed using this condition as an example. Unit area (1
[Cm 2 ]) ion flux; Γ (ion) has a charge elementary amount of 1.6 × 10 -19 [C], so the following equation (1); Γ (ion) = I (ion) /1.6×10 From -19 [C] (1), Γ (ion) = 3.8 × 10 16 [ions / sec · cm 2 ]. At this time, the number of ions incident on the reactive spot with an area of 50 [Å 2 ] (= 50 × 10 -16 [cm 2 ]); Γ spot (ion) is
Equation (2); Γ spot (ion) = Γ (ion) × 50 × 10 -16 [cm 2 ] (2) From Γ spot (ion) = 1.9 × 10 2 [ions / sec], Average interval of incidence of ions on the spot; T
spot (ion) is expressed by the following expression (3); T spot (ion) = 1 / Γ spot (ion) (3), and T spot (ion) = 5.3 [msec]. Therefore, in a part of a certain area 50 [Å 2 ], the ion-assisted reaction occurs about every 5.3 [msec].

【0027】次に、リアクティヴ・スポットがCl原子に
よって被覆される時間の見積りを行なう。温度T[K]、
圧力P[mTorr]、質量m[g]の気体の単位表面積当たり
の入射フラックス;Γは次式で表される。
Next, the time for which the reactive spot is covered with Cl atoms is estimated. Temperature T [K],
Incident flux per unit surface area of gas having pressure P [mTorr] and mass m [g]; Γ is expressed by the following equation.

【0028】 Γ=1.333・P/√(2・kB・π・m・T) (4) ここで、kBはボルツマン定数(1.38×10-16[erg/K])、
πは円周率である。プラズマ中でのCl2の解離率は放電
条件によって異なるので、近似計算としてCl2の単位面
積(1[cm2])当たりの入射フラックス;Γ(Cl2)を見積も
る。Cl2の質量は、Clの原子量35.45、およびアボガドロ
数6.02×1023から、1.18×10-22[g]である。気体の温
度を室温(298[K])と近似するとガス圧力0.5[mTorr]のと
きΓ(Cl2)は(4)式から、 Γ(Cl2)=1.2×1017[molec/sec・cm2] である。この時リアクティヴ・スポットに入射するCl2
分子数;Γspot(Cl2)は次の(5)式; Γspot(Cl2)=Γ(Cl2)×50×10-16[cm2] (5) から、Γspot(Cl2)=6.0×102[molec/sec]であり、リ
アクティヴ・スポットへのCl2の平均入射間隔;T
spot(Cl2)は次の(6)式; Tspot(Cl2)=1/Γspot(Cl2) (6) から、Tspot(Cl2)=1.7[msec]となる。Cl原子のファ
ン・デル・ワールス半径が1.8[Å](理科年表から)で
あることから、リアクティヴ・スポットは5個程度のCl
原子によって被覆される。従って、Cl原子の吸着確率が
1であるとしても、リアクティヴ・スポット全面がCl原
子により被覆されるまでの時間;Tspot(Cl)は次の(7)
式; Tspot(Cl)=Tspot(Cl2)×5 (7) から、Tspot(Cl)=約4.2[msec]の時間を要し、イオン
の平均入射間隔5.3[msec]と同程度であることがわか
る。
Γ = 1.333 · P / √ (2 · k B · π · m · T) (4) where k B is the Boltzmann constant (1.38 × 10 −16 [erg / K]),
π is the pi. Since the dissociation rate of Cl 2 in the plasma depends discharge conditions, unit area of the Cl 2 (1 [cm 2] ) incident flux per the approximate calculation; estimate gamma (Cl 2). The mass of Cl 2 is 1.18 × 10 −22 [g] from the atomic weight of Cl of 35.45 and the Avogadro number of 6.02 × 10 23 . When gas temperature is approximated to room temperature (298 [K]), Γ (Cl 2 ) is Γ (Cl 2 ) = 1.2 × 10 17 [molec / sec ・ cm when the gas pressure is 0.5 [mTorr] according to Eq. (4). 2 ] At this time, Cl 2 is incident on the reactive spot.
Number of molecules; Γ spot (Cl 2 ) is the following equation (5); Γ spot (Cl 2 ) = Γ (Cl 2 ) × 50 × 10 -16 [cm 2 ] (5) From Γ spot (Cl 2 ) = 6.0 × 10 2 [molec / sec], the average interval of Cl 2 incidence on the reactive spot; T
spot (Cl 2 ) is expressed by the following equation (6); T spot (Cl 2 ) = 1 / Γ spot (Cl 2 ) (6), and T spot (Cl 2 ) = 1.7 [msec]. Since the van der Waals radius of Cl atoms is 1.8 [Å] (from the science chronology), there are about 5 reactive spots of Cl.
Covered by atoms. Therefore, even if the adsorption probability of Cl atoms is 1, the time until the entire surface of the reactive spot is covered with Cl atoms; T spot (Cl) is the following (7)
Formula; T spot (Cl) = T spot (Cl 2 ) × 5 (7), so T spot (Cl) = 4.2 [msec] is required, which is about the same as the average ion injection interval of 5.3 [msec]. It can be seen that it is.

【0029】以上はCl2の表面入射フラックスから考え
た議論であるが、プラズマ中でのCl2の解離効率は通常
1以下であるから、リアクティヴ・スポット全面がCl原
子により被覆されるまでの時間は4.2[msec]以上になる
と考えられる。
The above is a discussion based on the Cl 2 surface incident flux, but since the dissociation efficiency of Cl 2 in plasma is usually 1 or less, the time until the entire surface of the reactive spot is covered with Cl atoms. Is considered to be 4.2 [msec] or more.

【0030】以上の議論における、リアクティヴ・スポ
ットへのイオンの平均入射間隔とかリアクティヴ・スポ
ット全面が吸着粒子により被覆される時間といったもの
は、統計的な平均値である。素過程が混在していると、
あるイオンが表面に入射してリアクティヴ・スポットが
生成したときに、その領域にほとんど反応種が吸着して
いない場合や、また、反応生成物が脱離しきれていない
場合がある。あるいは、表面に反応種が多層吸着してい
る場合も考えられる。即ち、イオンが入射して一つのリ
アクティヴ・スポットが生じたときに、そのスポット領
域に吸着している反応種の数にバラツキがあるのであ
る。
In the above discussion, the average incidence interval of ions on the reactive spot and the time during which the entire surface of the reactive spot is covered with adsorbed particles are statistical average values. If there are mixed elementary processes,
When a certain ion is incident on the surface and a reactive spot is generated, there are cases where almost no reactive species are adsorbed to the area, or the reaction product is not completely desorbed. Alternatively, it is possible that reactive species are adsorbed on the surface in multiple layers. That is, when an ion is incident and one reactive spot is generated, there is a variation in the number of reactive species adsorbed in the spot area.

【0031】イオンが入射して一つのリアクティヴ・ス
ポットが生じたときに、リアクティヴ・スポットの吸着
反応種数にバラツキがあるとエッチング収率(入射イオ
ン1個当たりエッチングされる材料原子の数)の低下を
もたらす。このことを図1を用いて説明する。エッチン
グ収率(Yとする)は吸着反応種数(Nとする)の増加と共
に増大するが、あるエネルギーのイオン入射により活性
化するエッチングの収率には上限があり、反応種が多く
吸着していればそれだけエッチング収率が高くなるわけ
ではない。従って、エッチング収率Yと吸着反応種数N
の関係は図1のようになると考えられる。図1における
横軸のNの増加は、あるリアクティヴ・スポットにイオ
ンが入射してイオンアシスト反応が起きた後の時間の経
過に対応していると考えてよい。すなわち、この時間の
経過によってNは増加しYも増加するが、ある吸着反応
種数N0以上でエッチング収率は最大値Ymaxとなること
を示している。ところで、あるリアクティヴ・スポット
へのイオンの入射間隔は統計的には前述のように計算で
きるが、これはあくまで平均値であり、実際にはイオン
の入射時間間隔にはバラツキがある。また、先の時間経
過による吸着反応種数の増加にもバラツキがあると考え
られる。そのため、あるイオンが入射したときに、リア
クティヴ・スポットにほとんど反応種が吸着していない
状況も考えられ(図1−)、エッチング収率が低くな
る。また、表面に反応種が多層吸着している状況も考え
られるが、ある上限(Ymax)以上のエッチング収率は得
られない(図1−)。すなわち、のような状況でエッ
チングが起きることが収率の低下をもたらすのである。
When an ion is incident and one reactive spot is generated, if the number of adsorption reaction species of the reactive spot varies, the etching yield (the number of material atoms etched per incident ion) will be decreased. Bring about a decline. This will be described with reference to FIG. The etching yield (Y) increases as the number of adsorbed reaction species (N) increases, but there is an upper limit to the etching yield that is activated by ion incidence of a certain energy, and many reaction species are adsorbed. If so, the etching yield does not increase that much. Therefore, the etching yield Y and the number of adsorption reaction species N
It is considered that the relationship of is as shown in FIG. It can be considered that the increase in N on the horizontal axis in FIG. 1 corresponds to the passage of time after the ions are incident on a certain reactive spot and the ion assist reaction occurs. That is, it is shown that N and Y increase with the elapse of this time, but the etching yield reaches the maximum value Y max when the number of adsorption reaction species N 0 or more. By the way, although the ion incidence interval on a certain reactive spot can be statistically calculated as described above, this is only an average value, and the ion incidence time interval actually varies. In addition, it is considered that the increase in the number of adsorbed reaction species due to the passage of time also varies. Therefore, when a certain ion is incident, there may be a situation where almost no reactive species are adsorbed on the reactive spot (FIG. 1-), and the etching yield becomes low. It is also possible that reactive species are adsorbed in multiple layers on the surface, but an etching yield above a certain upper limit (Y max ) cannot be obtained (Fig. 1-). That is, the occurrence of etching in such a situation causes a decrease in yield.

【0032】さらに、エッチング収率の低下をもたらす
第2の原因として、反応生成物の影響がある。すなわち
反応生成物が脱離しきれていない表面にイオンが入射し
ても高収率のエッチングは行なわれない。さらに反応生
成物の被エッチング材料表面への再付着もある。イオン
アシスト反応により材料表面に生成した揮発性の反応生
成物は、表面から脱離した後、プラズマ中で解離して表
面に入射すると再付着してしまう。材料表面に反応生成
物の再付着が起こると、その分反応種が吸着できなくな
り、エッチング収率の低下を引き起こすのである。
Further, as a second cause for lowering the etching yield, there is an influence of reaction products. That is, even if ions are incident on the surface where the reaction products have not been desorbed, high-yield etching is not performed. Further, the reaction products may be redeposited on the surface of the material to be etched. The volatile reaction product generated on the surface of the material by the ion assist reaction is desorbed from the surface, then dissociated in the plasma and reattached when incident on the surface. When the reaction product is redeposited on the surface of the material, the reactive species cannot be adsorbed to that extent, which causes a decrease in etching yield.

【0033】以上のように、従来はエッチング収率が低
下した状態でエッチングを遂行していたため、所定のエ
ッチング量を得るためにエッチング時間の延長が必要で
あった。すなわち、過剰のイオン入射が必要とされてた
のである。この過剰のイオン入射は、マスク材料および
オーバーエッチング時に下地材料のエッチングを促進し
てしまう。被エッチング材料とマスク材料および下地材
料とのエッチング速度の選択性の問題は、LSIの高集
積化と共にエッチングの微細化が進むにつれ極めて難し
くなっており、選択性の向上は重要な技術課題となって
いるのである。
As described above, since the etching is conventionally performed in a state where the etching yield is lowered, it is necessary to extend the etching time in order to obtain a predetermined etching amount. That is, excessive ion injection was required. This excessive incidence of ions accelerates the etching of the mask material and the underlying material during overetching. The problem of the etching rate selectivity between the material to be etched, the mask material, and the underlying material becomes extremely difficult as the integration of LSI becomes higher and the miniaturization of etching progresses, and the improvement of selectivity becomes an important technical issue. -ing

【0034】本発明の目的は以上のような状況を鑑み、
加速粒子の入射によるエッチング収率を高め、選択性の
高いエッチングを行なう方法と装置を提供することであ
る。
In view of the above situation, the object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for increasing etching yield due to incidence of accelerated particles and performing highly selective etching.

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】選択性を高めるための本
発明の手段について以下に述べる。
The means of the present invention for increasing the selectivity will be described below.

【0036】第1の手段は、処理室内の試料台にウェハ
を載置し、前記処理室を排気手段によって所望の真空度
に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材料処理
ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導入され
たガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ上に形
成された材料を処理する表面処理方法において、処理過
程が、主として反応種が表面に吸着する素過程を含む第
1の期間A、次いで吸着反応種と材料の反応を促進する
べく加速された粒子が表面に照射される素過程を含む第
2の期間B、次いで反応生成物が表面から脱離し排気さ
れる素過程を含む第3の期間Cとからなり、かつこの
A、B、Cの期間からなる処理過程を1[msec]以上1[se
c]以下の周期で周期的に行なうことを特徴とする表面処
理方法である。
The first means is to place a wafer on a sample table in the processing chamber, evacuate the processing chamber to a desired degree of vacuum by an evacuation means, and introduce a material processing gas into the processing chamber by a gas introduction means. A surface treatment method of converting the introduced gas into plasma by a plasma discharge means and treating a material formed on a wafer by the plasma, wherein the treatment step mainly includes an elementary step in which reactive species are adsorbed on the surface; Period A, and then a second period B including the elementary process in which the surface is irradiated with accelerated particles to promote the reaction between the adsorbed reaction species and the material, and then the elementary process in which the reaction product is desorbed from the surface and exhausted. And a third period C including, and a processing process including the periods A, B, and C is 1 [msec] or more and 1 [se
c] The surface treatment method is characterized in that it is carried out periodically in the following cycles.

【0037】第2の手段は、処理室内の試料台にウェハ
を載置し、前記処理室を排気手段によって所望の真空度
に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材料処理
ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導入され
たガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ上に形
成された材料を処理する表面処理方法において、処理過
程が、反応種が表面に吸着する過程および吸着反応種と
材料の反応を促進するべく加速された粒子が表面に照射
される過程を含む第1の期間D、次いで反応生成物が表
面から脱離し排気される過程を含む第2の期間Eとから
なり、かつこのD、Eの期間からなる処理過程を1[mse
c]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なうことを特徴と
する表面処理方法である。
The second means is to place a wafer on a sample table in the processing chamber, evacuate the processing chamber to a desired degree of vacuum by an evacuation means, and introduce a material processing gas into the processing chamber by a gas introduction means. A surface treatment method in which the introduced gas is made into plasma by a plasma discharge means and a material formed on a wafer is treated by the plasma, in the treatment process, a process in which a reactive species is adsorbed on a surface and an adsorbed reactive species and a material A first period D including the step of irradiating the surface with accelerated particles to accelerate the reaction of the second step E, and then a second period E including the step of desorbing the reaction product from the surface and evacuating, and The processing process consisting of the periods D and E is 1 [mse
The surface treatment method is characterized in that it is carried out periodically with a period of c] or more and 1 [sec] or less.

【0038】第3の手段は、処理室内の試料台にウェハ
を載置し、前記処理室を排気手段によって所望の真空度
に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材料処理
ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導入され
たガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ上に形
成された材料を処理する表面処理方法において、処理過
程が、反応種が表面に吸着する過程および表面に生成し
た反応生成物が表面から脱離し排気される過程を含む第
1の期間F、次いで吸着反応種と材料の反応を促進する
べく加速された粒子が表面に照射される過程を含む第2
の期間Gとからなり、かつこのF、Gの期間からなる処
理過程を1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行な
うことを特徴とする表面処理方法である。
A third means places a wafer on a sample table in the processing chamber, evacuates the processing chamber to a desired degree of vacuum by an exhausting means, and introduces a material processing gas into the processing chamber by a gas introducing means. A surface treatment method of converting the introduced gas into plasma by a plasma discharge means and treating a material formed on a wafer with the plasma, the treatment process includes a process of adsorbing a reactive species on the surface and a reaction generated on the surface. A first period F, which includes the process of desorbing the product from the surface and evacuating, and then a second process, which includes the process of irradiating the surface with accelerated particles to promote the reaction of the adsorbed species with the material.
The surface treatment method is characterized in that the treatment process consisting of the period G and the period F and G is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less.

【0039】第4の手段は、第1、第2、第3の手段の
いずれかに記載の吸着反応種と材料の反応を促進するべ
く加速されて表面に照射される粒子が、試料台に印加さ
れたバイアス電力により加速されたイオンであることを
特徴とする第1、第2、第3の手段に記載の表面処理方
法である。
In the fourth means, particles which are accelerated and irradiated on the surface to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material described in any of the first, second and third means are radiated to the sample stage. The surface treatment method according to the first, second, or third means is characterized in that the ions are accelerated by the applied bias power.

【0040】第5の手段は、第1の手段において、前記
排気手段の実効総排気速度を500[liter/sec]以上とし、
期間Aおよび期間Bにおいて任意の変調電力でプラズマ
放電が行なわれ、期間Bにおいて試料台に任意の変調電
力でバイアス電力が印加され、期間Cにおいてはプラズ
マ放電とバイアス電力の印加が停止されるという期間
A、B、Cからなる処理1[msec]以上1[sec]以下の周期
で周期的に行ない、ウェハ上に形成された材料を処理す
ることを特徴とする第1の手段に記載の表面処理方法で
ある。
A fifth means is the same as the first means, wherein the effective total exhaust speed of the exhaust means is 500 [liter / sec] or more,
It is said that plasma discharge is performed with arbitrary modulation power in the periods A and B, bias power is applied to the sample stage with arbitrary modulation power in the period B, and plasma discharge and application of bias power are stopped in the period C. The surface according to the first means, characterized in that the material formed on the wafer is processed by periodically performing the processing consisting of the periods A, B, and C at a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less. It is a processing method.

【0041】第6の手段は、処理室内に、ウェハを保持
するための試料台、前記処理室を排気するための排気手
段、前記処理室に材料処理ガスを導入するガス導入手
段、該供給されたガスをプラズマ化するためのプラズマ
放電手段、前記試料台にバイアス電力を印加するバイア
ス電力印加手段を有する表面処理装置において、前記排
気手段は実効総排気速度500[liter/sec]以上を有し、前
記プラズマ放電手段はプラズマ放電を任意の変調電力で
かつ1[sec]以下の周期で周期的に発生させる機能を有
し、前記バイアス電力印加手段は試料台にバイアス電力
を任意の変調電力で、かつ1[sec]以下の周期で周期的に
印加する機能を有し、かつ該プラズマ放電と該バイアス
電力の印加を任意の位相で同期をとって周期的に行なう
機能を有することを特徴とする表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
A sixth means is a sample stage for holding a wafer in the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, a gas introducing means for introducing a material processing gas into the processing chamber, and the supply means. In a surface treatment apparatus having plasma discharge means for converting the gas into plasma and bias power application means for applying bias power to the sample stage, the exhaust means has an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more. The plasma discharge means has a function of generating a plasma discharge periodically with an arbitrary modulation power and at a period of 1 [sec] or less, and the bias power applying means applies a bias power to the sample stage with an arbitrary modulation power. And having a function of periodically applying a cycle of 1 [sec] or less, and a function of periodically applying the plasma discharge and the application of the bias power in an arbitrary phase. Do A surface treatment apparatus is to process the material using the same.

【0042】第7の手段は、第2、第3の手段のいずれ
かにおいて、排気手段の実効総排気速度を500[liter/se
c]以上とし、プラズマ放電と試料台へのバイアス電力の
印加のうち少なくとも一方を任意の変調電力で、かつ1
[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行ない、試料台
に載置したウェハ上に形成された材料を処理することを
特徴とする第2、第3の手段に記載の表面処理方法であ
る。
In a seventh means, in any one of the second and third means, the effective total exhaust speed of the exhaust means is 500 [liter / se.
c] or more, at least one of plasma discharge and application of bias power to the sample table is an arbitrary modulation power, and 1
The surface treatment described in the second and third means, characterized in that the material formed on the wafer placed on the sample stage is processed periodically by a cycle of [msec] or more and 1 [sec] or less. Is the way.

【0043】第8の手段は、処理室内に、ウェハを保持
するための試料台、前記処理室を排気するための排気手
段、前記処理室にウェハ処理ガスを導入するガス導入手
段、該供給されたガスをプラズマ化するためのプラズマ
放電手段、前記試料台にバイアス電力を印加するバイア
ス電力印加手段を有する表面処理装置において、前記排
気手段は実効総排気速度500[liter/sec]以上を有し、前
記プラズマ放電手段もしくは前記バイアス電力印加手段
のいずれか一方が任意の変調電力で、かつ1[sec]以下の
周期で周期的に動作する機能を有することを特徴とする
表面処理装置であり、これを用いて材料を処理すること
である。
The eighth means is a sample stage for holding a wafer in the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, a gas introducing means for introducing a wafer processing gas into the processing chamber, and the gas supply means. In a surface treatment apparatus having plasma discharge means for converting the gas into plasma and bias power application means for applying bias power to the sample stage, the exhaust means has an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more. A surface treatment apparatus characterized in that any one of the plasma discharge means or the bias power application means has an arbitrary modulation power, and has a function of operating periodically at a cycle of 1 [sec] or less, It is used to process the material.

【0044】第9の手段は、第1、第2、第3の手段の
いずれかに記載の吸着反応種と材料の反応を促進するべ
く加速されて試料台に載置されたウェハ表面に照射され
る粒子が、プラズマ内で生成したイオンを加速し、これ
に電荷を与えて中性化することにより生じた中性粒子ビ
ームであることを特徴とする第1、第2、第3の手段に
記載の表面処理方法である。
The ninth means irradiates the surface of the wafer mounted on the sample table with acceleration so as to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material according to any one of the first, second and third means. The first, second, and third means characterized in that the particles to be generated are neutral particle beams generated by accelerating ions generated in plasma and imparting charges to the ions to neutralize them. The surface treatment method described in 1.

【0045】第10の手段は、処理室内に、ウェハを保持
するための試料台、前記処理室を排気するための排気手
段、前記処理室にウェハ処理ガスを導入する少なくとも
一つ以上のガス導入手段、該供給されたガスをプラズマ
化するためのプラズマ放電手段、該プラズマ中で発生し
たイオンを前記試料台に載置されたウェハ表面方向に加
速するためのイオン加速手段、前記試料台に載置された
ウェハ前面に設けられ、ウェハ表面に向けて入射するイ
オンを電気的に排除し、中性粒子のみをウェハ表面に入
射させるためのイオン入射阻止手段を有する表面処理装
置において、前記排気手段は実効総排気速度500[liter/
sec]以上を有し、前記プラズマ放電手段はプラズマ放電
を任意の変調電圧でかつ1[sec]以下の周期で周期的に発
生させる機能を有し、前記イオン加速手段にはイオン加
速電圧が任意の変調電力かつ1[sec]以下の周期で周期的
に印加される機能を有し、かつ該プラズマ放電とイオン
加速電圧の印加を任意の位相で同期をとって周期的に行
なう機能を有することを特徴とする表面処理装置であ
り、これを用いて材料を処理することである。
A tenth means is a sample stage for holding a wafer in the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, and at least one gas introduction for introducing a wafer processing gas into the processing chamber. Means, plasma discharge means for converting the supplied gas into plasma, ion accelerating means for accelerating ions generated in the plasma toward a wafer surface mounted on the sample stage, and mounted on the sample stage In the surface treatment apparatus provided on the front surface of the wafer, which has an ion incidence blocking means for electrically eliminating ions incident toward the wafer surface and allowing only neutral particles to enter the wafer surface, the exhaust means Is the effective total pumping speed 500 [liter /
sec] or more, the plasma discharge means has a function of periodically generating a plasma discharge with an arbitrary modulation voltage and a cycle of 1 [sec] or less, and the ion acceleration means has an arbitrary ion acceleration voltage. Modulation power and a function of being periodically applied at a period of 1 [sec] or less, and a function of periodically applying the plasma discharge and the application of the ion acceleration voltage in an arbitrary phase. The surface treatment apparatus is characterized in that it is used to treat a material.

【0046】第11の手段は第1、第2、第3の手段のい
ずれかに記載の排気手段が実効総排気速度500[liter/se
c]以上を有することを特徴とする第1、第2、第3の手
段に記載の表面処理方法である。
The eleventh means is the exhaust means according to any one of the first, second and third means, and the effective total exhaust speed is 500 [liter / se.
c] The surface treatment method according to any one of the first, second and third means, characterized by having the above.

【0047】第12の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の排気
手段が実効総排気速度800[liter/sec]以上を有すること
を特徴とする第1、第2、第3、第5、第7の手段に記
載の表面処理方法であり、また第6、第8、第10の手段
に記載の表面処理装置であり、これを用いて材料を処理
することである。
The twelfth means is the first, second, third, fifth,
1st, 2nd, 3rd, 3rd, characterized in that the exhaust means according to any one of the 6th, 7th, 8th, and 10th means has an effective total exhaust speed of 800 [liter / sec] or more. The surface treatment method described in the fifth and seventh means, and the surface treatment apparatus described in the sixth, eighth, and tenth means, and the material is treated by using the surface treatment apparatus.

【0048】第13の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の排気
手段が実効総排気速度1300[liter/sec]以上を有するこ
とを特徴とする第1、第2、第3、第5、第7の手段に
記載の表面処理方法であり、また第6、第8、第10の手
段に記載の表面処理装置であり、これを用いて材料を処
理することである。
The thirteenth means is the first, second, third, fifth,
The first, the second, the third, the second, the third, the second, the sixth, the seventh, the eighth, and the tenth means, wherein the exhaust means has an effective total exhaust speed of 1300 [liter / sec] or more. The surface treatment method described in the fifth and seventh means, and the surface treatment apparatus described in the sixth, eighth, and tenth means, and the material is treated by using the surface treatment apparatus.

【0049】第14の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の周期
が1[msec]以上500[msec]以下であることを特徴とする第
1、第2、第3、第5、第7の手段に記載の表面処理方
法であり、また第6、第8、第10の手段に記載の表面処
理装置であり、これを用いて材料を処理することであ
る。
The fourteenth means is the first, second, third, fifth,
1st, 2nd, 3rd, 5th characterized in that the cycle described in any of the 6th, 7th, 8th, and 10th means is 1 [msec] or more and 500 [msec] or less. The surface treatment method according to the seventh means, and the surface treatment apparatus according to the sixth, eighth, and tenth means, wherein the material is treated.

【0050】第15の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の周期
が1[msec]以上350[msec]以下であることを特徴とする第
1、第2、第3、第5、第7の手段に記載の表面処理方
法であり、また第6、第8、第10の手段に記載の表面処
理装置であり、これを用いて材料を処理することであ
る。
The fifteenth means is the first, second, third, fifth,
1st, 2nd, 3rd, 5th characterized in that the cycle described in any of the 6th, 7th, 8th, and 10th means is 1 [msec] or more and 350 [msec] or less. The surface treatment method according to the seventh means, and the surface treatment apparatus according to the sixth, eighth, and tenth means, wherein the material is treated.

【0051】第16の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の周期
が1[msec]以上250[msec]以下であることを特徴とする第
1、第2、第3、第5、第7の手段に記載の表面処理方
法であり、また第6、第8、第10の手段に記載の表面処
理装置であり、これを用いて材料を処理することであ
る。
The sixteenth means is the first, second, third, fifth,
1st, 2nd, 3rd, 5th characterized in that the cycle described in any of the 6th, 7th, 8th, and 10th means is 1 [msec] or more and 250 [msec] or less. The surface treatment method according to the seventh means, and the surface treatment apparatus according to the sixth, eighth, and tenth means, wherein the material is treated.

【0052】第17の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の排気
手段および周期が、実効総排気速度500[liter/sec]以上
を有する排気手段であり、かつ周期1[msec]以上500[mse
c]以下であることを特徴とする第1、第2、第3、第
5、第7の手段に記載の表面処理方法であり、また第
6、第8、第10の手段に記載の表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
The seventeenth means is the first, second, third, fifth,
The exhaust means and the cycle according to any of the sixth, seventh, eighth, and tenth means are exhaust means having an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more, and a cycle of 1 [msec] or more. 500 [mse
c] The surface treatment method according to any one of the first, second, third, fifth and seventh means characterized by being the following, and the surface according to the sixth, eighth and tenth means: A processing device, which is used to process a material.

【0053】第18の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の排気
手段および周期が、実効総排気速度800[liter/sec]以上
を有する排気手段であり、かつ周期1[msec]以上350[mse
c]以下であることを特徴とする第1、第2、第3、第
5、第7の手段に記載の表面処理方法であり、また第
6、第8、第10の手段に記載の表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
The eighteenth means is the first, second, third, fifth,
The exhaust means and the cycle according to any of the sixth, seventh, eighth, and tenth means are exhaust means having an effective total exhaust speed of 800 [liter / sec] or more, and a cycle of 1 [msec] or more. 350 [mse
c] The surface treatment method according to any one of the first, second, third, fifth and seventh means characterized by being the following, and the surface according to the sixth, eighth and tenth means: A processing device, which is used to process a material.

【0054】第19の手段は、第1、第2、第3、第5、
第6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載の排気
手段および周期が、実効総排気速度1300[liter/sec]以
上を有する排気手段であり、かつ周期1[msec]以上250[m
sec]以下であることを特徴とする第1、第2、第3、第
5、第7の手段に記載の表面処理方法であり、また第
6、第8、第10の手段に記載の表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
The nineteenth means is the first, second, third, fifth,
The exhaust means and the cycle according to any one of the sixth, seventh, eighth, and tenth means are exhaust means having an effective total exhaust speed of 1300 [liter / sec] or more, and a cycle of 1 [msec] or more. 250 [m
sec] or less, the surface treatment method according to the first, second, third, fifth and seventh means, and the surface according to the sixth, eighth and tenth means A processing device, which is used to process a material.

【0055】第20の手段は、第5、第6の手段のいずれ
かに記載の周期的に行なわれるプラズマ放電とバイアス
電力の印加が、複数の出力チャンネルを有する時間変調
制御器の出力信号を前記プラズマ放電手段およびバイア
ス電力印加手段に入力し、該プラズマ放電手段の電源お
よび該バイアス電力印加手段の電源の出力電力を周期的
に変調することによって行なわれ、かつ該時間変調制御
器の各出力チャンネルの信号は各チャンネル毎に独立に
任意の波形、かつ任意の位相で同期をとって設定可能で
あり、これにより任意の電力で放電変調を行ない、かつ
任意の電力でバイアス変調を行ない、かつ放電変調とバ
イアス変調を任意の位相で同期をとって行なうことを特
徴とする第5の手段に記載の表面処理方法であり、また
第6の手段に記載の表面処理装置であり、これを用いて
材料を処理することである。
In a twentieth means, the periodic plasma discharge and bias power application according to any one of the fifth and sixth means causes an output signal of a time modulation controller having a plurality of output channels to be output. It is carried out by inputting to the plasma discharge means and the bias power application means, periodically modulating the output power of the power supply of the plasma discharge means and the power supply of the bias power application means, and each output of the time modulation controller. The signal of a channel can be set independently for each channel by setting an arbitrary waveform and synchronizing with an arbitrary phase, which allows discharge modulation with arbitrary power, and bias modulation with arbitrary power, and The surface treatment method according to the fifth means is characterized in that the discharge modulation and the bias modulation are performed in synchronization with each other at arbitrary phases, and the sixth means is also described. A surface treatment apparatus is to process the material using the same.

【0056】第21の手段は、第7、第8の手段のいずれ
かに記載の周期的に行なわれるプラズマ放電が、時間変
調制御器の出力信号を前記プラズマ放電手段に入力し、
該プラズマ放電手段の電源の出力電力を周期的に変調す
ることによって行なわれ、かつ該時間変調制御器の出力
チャンネルの信号は任意の波形で設定可能であり、これ
により任意の電力で放電変調を行なうことを特徴とする
第7の手段に記載の表面処理方法であり、また第8の手
段に記載の表面処理装置であり、これを用いて材料を処
理することである。
In a twenty-first means, the periodic plasma discharge described in any one of the seventh and eighth means inputs the output signal of the time modulation controller to the plasma discharge means,
This is performed by periodically modulating the output power of the power source of the plasma discharge means, and the signal of the output channel of the time modulation controller can be set with an arbitrary waveform, which allows discharge modulation with an arbitrary power. The method is the surface treatment method described in the seventh means, and the surface treatment apparatus described in the eighth means, which is to treat the material.

【0057】第22の手段は、第7、第8の手段のいずれ
かに記載の周期的に行なわれるバイアス電力の印加が、
時間変調制御器の出力信号を前記バイアス電力印加手段
に入力し、該バイアス電力印加手段の電源の出力電力を
周期的に変調することによって行なわれ、かつ該時間変
調制御器の出力チャンネルの信号は任意の波形で設定可
能であり、これにより任意の電力でバイアス変調を行な
うことを特徴とする第7の手段に記載の表面処理方法で
あり、また第8の手段に記載の表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
The twenty-second means is characterized in that the application of the bias power which is periodically performed according to the seventh or eighth means,
The output signal of the time modulation controller is input to the bias power applying means, and the output power of the power source of the bias power applying means is periodically modulated, and the signal of the output channel of the time modulation controller is The surface treatment method according to the seventh means is characterized in that it can be set with an arbitrary waveform, and thereby bias modulation is performed with arbitrary power, and the surface treatment apparatus according to the eighth means. , To process the material with it.

【0058】第23の手段は、第10の手段に記載の周期的
に行なわれるプラズマ放電とイオン加速電圧の印加が、
複数の出力チャンネルを有する時間変調制御器の出力信
号を前記プラズマ放電手段およびイオン加速電圧印加手
段に入力し、該プラズマ放電手段の電源の出力電力およ
び該イオン加速電圧印加手段の電源の出力電圧を周期的
に変調することによって行なわれ、かつ該時間変調制御
器の各出力チャンネルの信号は各チャンネル毎に独立に
任意の波形、かつ任意の位相で同期をとって設定可能で
あり、これにより任意の電力で放電変調を行ない、かつ
任意の電力でイオン加速電圧の変調を行ない、かつ放電
変調とイオン加速電圧の変調を任意の位相で同期をとっ
て行なうことを特徴とする第10の手段に記載の表面処理
装置であり、これを用いて材料を処理することである。
The twenty-third means is characterized in that the periodical plasma discharge and the application of the ion acceleration voltage described in the tenth means are performed.
The output signal of the time modulation controller having a plurality of output channels is input to the plasma discharge means and the ion acceleration voltage application means, and the output power of the power supply of the plasma discharge means and the output voltage of the power supply of the ion acceleration voltage application means are set. The signal of each output channel of the time modulation controller can be set by synchronizing with an arbitrary waveform and an arbitrary phase independently for each channel. In the tenth means characterized in that the discharge modulation is performed with the electric power of, and the ion acceleration voltage is modulated with the arbitrary power, and the discharge modulation and the ion acceleration voltage are synchronized with the arbitrary phase. The surface treatment apparatus described is to treat a material using the surface treatment apparatus.

【0059】第24の手段は、第20、第21、第22、第23の
手段のいずれかに記載の時間変調制御器の出力チャンネ
ルからの信号波形が矩形波であることを特徴とする第2
0、第21、第22、第23の手段に記載の表面処理方法およ
び表面処理装置であり、これを用いて材料を処理するこ
とである。
A twenty-fourth means is characterized in that the signal waveform from the output channel of the time modulation controller according to any one of the twentieth, twenty-first, twenty-second and twenty-third means is a rectangular wave. 2
The surface treatment method and the surface treatment apparatus according to the 0th, 21st, 22nd, and 23rd means are used to treat a material.

【0060】第25の手段は、第1、第2、第3、第4、
第5、第6、第7、第8、第9、第10の手段のいずれか
に記載の試料台がウェハ温度を所望の温度に保持するた
めの温度調節手段を有することを特徴とする第1、第
2、第3、第4、第5、第7、第9の手段に記載の表面
処理方法であり、また第6、第8、第10の手段に記載の
表面処理装置であり、これを用いて材料を処理すること
である。
The twenty-fifth means is for the first, second, third, fourth,
The sample stage according to any one of the fifth, sixth, seventh, eighth, ninth and tenth means has a temperature adjusting means for holding the wafer temperature at a desired temperature. The surface treatment method according to any one of the first, second, third, fourth, fifth, seventh and ninth means, and the surface treatment apparatus according to the sixth, eighth and tenth means, It is used to process the material.

【0061】第26の手段は、第1、第2、第3、第4、
第5、第6、第7、第8の手段のいずれかに記載のバイ
アスが、高周波バイアスであることを特徴とする第1、
第2、第3、第4、第5、第7の手段に記載の表面処理
方法であり、また第6、第8の手段に記載の表面処理装
置であり、これを用いて材料を処理することである。
The twenty-sixth means is for the first, second, third, fourth,
The bias according to any one of the fifth, sixth, seventh, and eighth means is a high-frequency bias,
The surface treatment method described in the second, third, fourth, fifth, and seventh means, and the surface treatment apparatus described in the sixth and eighth means, are used to treat the material. That is.

【0062】第27の手段は、第1、第2、第3、第4、
第5、第6、第7、第8の手段のいずれかに記載のバイ
アスが、直流電源の出力を変調したものであることを特
徴とする第1、第2、第3、第4、第5、第7の手段に
記載の表面処理方法であり、また第6、第8の手段に記
載の表面処理装置であり、これを用いて材料を処理する
ことである。
The twenty-seventh means is the first, second, third, fourth,
The bias according to any one of the fifth, sixth, seventh, and eighth means is obtained by modulating the output of a DC power supply, and the first, second, third, fourth, and fourth are provided. The surface treatment method described in 5th and 7th means, and the surface treatment apparatus described in 6th and 8th means, in which the material is treated.

【0063】第28の手段は第1、第2、第3、第5、第
6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載のプラズ
マ放電手段が、マイクロ波によるプラズマ放電を生成さ
せるものであることを特徴とする第1、第2、第3、第
5、第7の手段に記載の表面処理方法であり、また第
6、第8、第10の手段に記載の表面処理装置であり、こ
れを用いて材料を処理することである。
In the twenty-eighth means, the plasma discharge means according to any one of the first, second, third, fifth, sixth, seventh, eighth, and tenth means discharges plasma by microwaves. The surface treatment method according to the first, second, third, fifth, and seventh means characterized in that the surface is generated, and the surface according to the sixth, eighth, and tenth means. A processing device, which is used to process a material.

【0064】第29の手段は第1、第2、第3、第5、第
6、第7、第8、第10の手段のいずれかに記載のプラズ
マ放電手段が、ヘリコン波方式、もしくは高周波誘導方
式によるプラズマ放電を生成させるものであることを特
徴とする第1、第2、第3、第5、第7に手段記載の表
面処理方法であり、また第6、第8、第10の手段に記載
の表面処理装置であり、これを用いて材料を処理するこ
とである。
In a twenty-ninth means, the plasma discharge means according to any one of the first, second, third, fifth, sixth, seventh, eighth and tenth means is a helicon wave type or a high frequency wave. A surface treatment method according to any one of the first, second, third, fifth and seventh aspects, characterized in that plasma discharge is generated by an induction method, and the sixth, eighth and tenth aspects are also provided. It is the surface treatment apparatus described in the means, which is to treat the material.

【0065】[0065]

【作用】以下に本発明の作用を説明する。The function of the present invention will be described below.

【0066】まず第1の手段、即ち処理室内の試料台に
ウェハを載置し、前記処理室を排気手段によって所望の
真空度に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材
料処理ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導
入されたガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ
上に形成された材料を処理する表面処理方法において、
処理過程が、主として反応種が表面に吸着する第1の期
間A、次いで吸着反応種と材料の反応を促進するべく加
速された粒子が表面に照射される第2の期間B、次いで
反応生成物が表面から脱離し排気される第3の期間Cと
からなり、かつこのA、B、Cの期間からなる処理過程
を1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なうこと
を特徴とする表面処理方法の作用を説明する。
First, the first means, that is, the wafer is placed on the sample stage in the processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired vacuum degree by the evacuation means, and the material processing gas is introduced into the processing chamber by the gas introduction means. In the surface treatment method, the introduced gas is turned into plasma by the plasma discharge means, and the material formed on the wafer by the plasma is treated,
The treatment process comprises a first period A during which the reactive species are adsorbed on the surface, followed by a second period B during which particles are accelerated to accelerate the reaction of the adsorbed reactive species with the material, and then the reaction product. And a third period C during which the gas is desorbed from the surface and exhausted, and the processing process consisting of the periods A, B, and C is periodically performed at a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less. The operation of the characteristic surface treatment method will be described.

【0067】ここで、吸着反応種と材料の反応を促進す
るべく加速され表面に照射する粒子をイオンとした場
合、本方法は、図2に示すように期間Aおよび期間Bに
おいて任意の変調電力でプラズマ放電を行ない、期間B
において試料台に任意の変調電力でバイアスを印加し、
期間Cにおいてはプラズマ放電とバイアス電力の印加を
停止して材料を処理することである。
Here, when the particles that are accelerated to irradiate the surface to promote the reaction between the adsorbing reaction species and the material are ions, the present method is such that, as shown in FIG. Plasma discharge in period B
At, applying a bias to the sample table with arbitrary modulation power,
In period C, the plasma discharge and the application of bias power are stopped to process the material.

【0068】先ず、反応種が表面に吸着する第1の期間
Aについて説明する。放電によりガスを反応性プラズマ
化して反応種を表面に吸着させるのであるが、「発明が
解決しようとする課題」において述べたように、イオン
衝撃により形成されるリアクティヴ・スポットにおいて
一個のイオンにより反応が活性化する吸着反応種の数
(図1参照)には上限(N0)がある。イオンエネルギーが
大きいほどそのエネルギーにより反応活性となるリアク
ティヴ・スポット領域は広くなり、活性化する反応種の
数も多くなるため、N0はイオンエネルギー(即ちバイア
ス電力)に依存する量である。このリアクティヴ・スポ
ットにN0の反応種が吸着するに要する時間をaとする
と、aは反応種の表面への入射フラックスに依存する量
になる。期間Aの時間をaに設定すれば、図3-(1)に示
すように、あるリアクティヴ・スポットにN0個の反応
種が吸着するはずである。このとき、統計的には材料表
面に一様にN0個の反応種が吸着することになる。
First, the first period A in which the reactive species are adsorbed on the surface will be described. The gas is made into reactive plasma by electric discharge and the reactive species are adsorbed on the surface.However, as described in "Problems to be solved by the invention", the reaction is performed by one ion at the reactive spot formed by ion bombardment. Number of adsorbed reactive species that activate
(See FIG. 1) there is an upper limit (N 0 ). The larger the ion energy, the wider the reactive spot region that becomes reactive due to the energy, and the larger the number of reactive species to be activated. Therefore, N 0 is an amount that depends on the ion energy (ie, bias power). Letting a be the time required for the N 0 reactive species to be adsorbed to the reactive spot, a is an amount that depends on the incident flux of the reactive species on the surface. If the time of the period A is set to a, N 0 reactive species should be adsorbed to a certain reactive spot as shown in FIG. 3- (1). At this time, statistically, N 0 reactive species are uniformly adsorbed on the material surface.

【0069】この期間Aの後、図3-(2)に示すように期
間Bにおいて、吸着反応種と被エッチング材料の反応を
促進するべくバイアス電力を印加して加速したイオンを
表面に入射させれば、イオン一個当たり最大の収率でイ
オンアシスト反応を起こすことができる(図1参照)。従
って、余分なイオン入射を抑制できるため、マスク材料
や下地材料との選択性を向上させることができる。期間
Bに最適な時間bはリアクティヴ・スポットに一個のイ
オンが入射した後、再びイオンが入射するまでの時間に
相当し、イオン電流密度とリアクティヴ・スポット領域
の面積によって決まる。この期間Bの時間をbに設定す
ることにより、材料表面をリアクティヴ・スポットの面
積で分割したときに、統計的には全分割領域にイオンが
入射することになり、材料表面で一様にイオンアシスト
反応が起きることになる。
After this period A, as shown in FIG. 3- (2), in period B, bias power is applied to accelerate the reaction between the adsorbed reaction species and the material to be etched, and accelerated ions are incident on the surface. If so, the ion-assisted reaction can occur at the maximum yield per ion (see FIG. 1). Therefore, it is possible to suppress excessive ion incidence, and it is possible to improve the selectivity with respect to the mask material and the base material. The optimum time b for the period B corresponds to the time from the injection of one ion to the reactive spot until the ion is incident again, and is determined by the ion current density and the area of the reactive spot region. By setting the time of the period B to b, when the material surface is divided by the area of the reactive spot, the ions are statistically incident on all the divided regions, and the ions are uniformly distributed on the material surface. An assist reaction will occur.

【0070】次いで図3-(3)に示すように反応生成物が
表面から脱離し排気される第3の期間Cを設ける。この
時図2に示したように、放電は停止しているため反応生
成物がプラズマ中で解離して材料表面に再付着すること
を抑制できる。これにより、次ぎの周期の期間Aのとき
に反応種の吸着効率が向上する。その結果、さらにエッ
チング収率を高めることができ、余分なイオン入射を抑
制できるため、マスク材料や下地材料との選択性をさら
に向上させることができる。この期間Cに最適な時間c
について説明する。
Next, as shown in FIG. 3- (3), a third period C in which the reaction product is desorbed from the surface and exhausted is provided. At this time, as shown in FIG. 2, since the discharge is stopped, it is possible to suppress the reaction products from being dissociated in the plasma and redeposited on the material surface. This improves the adsorption efficiency of the reactive species during the period A of the next cycle. As a result, the etching yield can be further increased, and excess ion incidence can be suppressed, so that the selectivity with respect to the mask material and the base material can be further improved. Optimal time c for this period C
Will be described.

【0071】ガスの供給停止からガスが排出されるまで
の処理室の圧力;Pの時間変化は(8)式で表される。
The time change of the pressure P in the processing chamber from the stop of the gas supply to the discharge of the gas is expressed by equation (8).

【0072】 dP/dt=−S・P/V (8) ここで、tは排気時間、Sは実効排気速度、Vは処理室
の容積である。(8)式の積分から、排出前の圧力;P1
ら圧力P2に排気されるまでに要する時間tは次式で表
される。
DP / dt = −S · P / V (8) Here, t is the exhaust time, S is the effective exhaust speed, and V is the volume of the processing chamber. From the integration of the equation (8), the pressure before discharge; the time t required to exhaust from P 1 to the pressure P 2 is expressed by the following equation.

【0073】 t=(V/S)ln(P1/P2) (9) ここで、ガス流量をQ、処理室内での滞在時間をτとす
ると、 τ=P・V/Q (10) =V/S (11) であることから、(9)式は次のように書き替えられる。
T = (V / S) ln (P 1 / P 2 ) (9) Here, when the gas flow rate is Q and the staying time in the processing chamber is τ, τ = P · V / Q (10) = V / S (11), equation (9) can be rewritten as follows.

【0074】 t=τln(P1/P2) (12) さらに(12)式から、 P2=P1・exp(-t/τ) (13) を得る。ここでガス流量Qをウェハ表面からの反応生成
物の湧き出し量、τを反応生成物の処理室内での滞在時
間とすると、期間Cでは反応生成物は生成されず、ただ
脱離、排気のみされているため、期間Cの始まりをガス
供給停止時と考えると、(13)式から期間Cにおける反応
生成物の分圧;PCの時間cによる変化は、期間Bにお
ける反応生成物の分圧;PBを用いて(14)式のように表
される。
T = τln (P 1 / P 2 ) (12) Further, from the equation (12), P 2 = P 1 · exp (-t / τ) (13) is obtained. Here, assuming that the gas flow rate Q is the amount of the reaction product flowing out from the wafer surface and τ is the staying time of the reaction product in the processing chamber, no reaction product is generated in the period C, only desorption and exhaust. because it is, given the beginning of the period C the time of stopping the gas supply, the partial pressure of the reaction product in the period C from (13); change due P C of the time c, the partial reaction product in the period B The pressure is represented by the equation (14) using P B.

【0075】 PC=PB・exp(-c/τ) (14) 即ち、反応生成物の分圧は図4に示すように変化する。
従って、例えば期間Cの開始から滞在時間分経過する
と、(14)式においてc=τであるからPCはPBの37%に
減少する。cをさらに2τ、3τとした場合、PCはPB
それぞれ14%、5%に減少する。従って、cが長いほど
次ぎの周期における期間Aでのエッチングに寄与する反
応種の吸着効率が増加して、エッチング収率が増加す
る。このように適当なPCを与えるcは処理室中のガス
の滞在時間、即ち処理室の容積と排気速度に関係する。
従って、処理室の容積が小さいほど滞在時間は短くな
り、必要なcも短くなる。また、排気速度が大きいほど
滞在時間は短くなり、必要なcも短くなるのである。時
間cを滞在時間の3倍以上にしても、反応生成物の分圧
の減少はわずかであり、時間cの増加によるエッチング
速度の減少を考慮すると、時間cは滞在時間の3倍以下
に設定することが適切である。
P C = P B · exp (−c / τ) (14) That is, the partial pressure of the reaction product changes as shown in FIG.
Therefore, for example, when the staying time elapses from the start of the period C, since C = τ in the equation (14), P C decreases to 37% of P B. When c is further set to 2τ and 3τ, P C is reduced to 14% and 5% of P B , respectively. Therefore, the longer c is, the more the adsorption efficiency of the reactive species that contribute to the etching in the period A in the next cycle is increased, and the etching yield is increased. Thus, c that gives an appropriate P C is related to the residence time of the gas in the processing chamber, that is, the volume of the processing chamber and the exhaust speed.
Therefore, the smaller the volume of the processing chamber, the shorter the staying time and the shorter the required c. Further, the higher the exhaust speed, the shorter the staying time and the shorter the required c. Even if the time c is 3 times or more of the residence time, the partial pressure of the reaction product is slightly decreased. Considering the decrease of the etching rate due to the increase of the time c, the time c is set to 3 times or less of the residence time. Is appropriate.

【0076】次ぎに、期間A、B、Cの時間a、b、c
と周期(a+b+c)について説明する。ここでも、Cl2
ガスによるシリコンのエッチングを例にし、リアクティ
ヴ・スポットの面積を50Åとして、現状のエッチング装
置を用いたエッチング条件の範囲で考える。
Next, the times a, b, and c in the periods A, B, and C
And the cycle (a + b + c) will be described. Again, Cl 2
Taking silicon etching by gas as an example, let us consider the area of the reactive spot as 50 Å and consider the range of etching conditions using the current etching equipment.

【0077】表面に入射する反応種はCl2分子でこれが
すべて解離吸着すると仮定し、期間Aの時間aを見積も
る。aは表面入射Cl2ガスフラックスすなわちCl2ガス圧
力によって決まると近似し、(4)−(7)式を用いると、低
ガス圧の下限と考えられる0.1[mTorr]ではaは約21[mse
c]であり、また、マイクロ波プラズマエッチング装置に
おけるガス圧力のほぼ上限と考えられる50[mTorr]では
aは約0.04[msec]である。吸着効率が1以下であればこ
の見積りよりaは長くなる。
The reaction species incident on the surface are Cl 2 molecules, and it is assumed that they are all dissociatively adsorbed, and the time a of the period A is estimated. It is approximated that a is determined by the surface incident Cl 2 gas flux, that is, Cl 2 gas pressure. Using equations (4)-(7), a is about 21 [mse at 0.1 [mTorr], which is considered to be the lower limit of low gas pressure.
c], and a is about 0.04 [msec] at 50 [mTorr], which is considered to be the upper limit of the gas pressure in the microwave plasma etching apparatus. If the adsorption efficiency is 1 or less, a will be longer than this estimate.

【0078】次に期間Bの時間bを見積もる。bはイオ
ンエネルギー即ちバイアス電力にも依存するが、ほぼイ
オン電流密度によって決まると仮定すると、(1)−(3)式
から、比較的低密度の0.5[mA/cm2]ではbは約64[msec]
であり、大電力で放電を行なった場合のかなり高密度で
ある40[mA/cm2]ではbは約0.8[msec]である。
Next, the time b of the period B is estimated. Although b also depends on the ion energy, that is, the bias power, assuming that it is almost determined by the ion current density, from equations (1)-(3), b is about 64 at a relatively low density of 0.5 [mA / cm 2 ]. [msec]
And b is about 0.8 [msec] at 40 [mA / cm 2 ] which is a fairly high density when discharged with a large amount of electric power.

【0079】期間Cの時間cは処理室中の反応生成物の
滞在時間に関係する。例えば、低い実効総排気速度100
[liter/sec]で比較的大きい容量100[liter]の処理室を
排気した場合、(11)式から滞在時間は約285[msec]であ
り、実効総排気速度1300[liter/sec]で比較的小さい容
量50[liter]の処理室を排気した場合、滞在時間は約39
[msec]である。
The time c of the period C is related to the residence time of the reaction product in the processing chamber. For example, a low effective total pumping speed of 100
If a processing chamber with a relatively large capacity of 100 [liter] is exhausted at [liter / sec], the residence time is about 285 [msec] from Eq. (11), and the effective total exhaust speed is 1300 [liter / sec] for comparison. If a processing chamber with a relatively small capacity of 50 [liter] is evacuated, the stay time is approximately 39
It is [msec].

【0080】以上の見積から周期の最大値を考える。以
上の見積では、aは最大21[msec]程度、bは最大64[mse
c]程度、cは3τ分排気したとして、最大855[msec]程度
である。合計から一周期は最大1[sec]以下である。これ
は後で実施例においても述べる現状のエッチング装置の
条件から得られた実際的エッチングのための最大周期と
考えられる。なぜなら、cをさらに長くすれば反応生成
物の影響は減少して選択性は向上するが、反応生成物量
の減少は図4に示したように、cに対して指数関数的減
少であるため、cを長くしても反応生成物量の減少率は
小さくなり、即ち選択比の増加率は飽和し、逆に脱離排
気時間の極端な増大によるエッチング速度の低下が問題
になると考えられるからである。
Consider the maximum value of the cycle from the above estimation. In the above estimation, a is up to 21 [msec] and b is up to 64 [mse].
c], c is about 855 [msec] at maximum, assuming that 3τ is exhausted. One cycle from the total is less than 1 [sec] at maximum. This is considered to be the maximum period for practical etching obtained from the conditions of the current etching apparatus, which will be described later in Examples. The reason is that if c is further lengthened, the effect of the reaction product decreases and the selectivity improves, but the decrease in the amount of the reaction product is an exponential decrease with respect to c, as shown in FIG. This is because, even if c is increased, the rate of decrease in the amount of reaction products becomes small, that is, the rate of increase in the selection ratio saturates, and conversely, the decrease in etching rate due to the extreme increase in desorption / exhaust time is considered to be a problem. .

【0081】次に周期の最小値を考える。先の見積りで
はaは最小0.04[msec]程度、bは最小0.8[msec]程度で
ある。ここで、c=3τとすると、仮に容積50[liter]の
処理室を10000[liter/sec]もの実効総排気速度を有する
排気手段で排気したとしてもcは15[msec]であり、aと
bに対し脱離排気時間cの比率が大き過ぎてエッチング
速度の極端な低下を招いてしまう。このような場合は、
実際的なエッチング速度を得るために、c≪3τとして
選択比の向上をある程度犠牲にする必要がある。従っ
て、周期は最小値1[msec]程度となる。
Next, consider the minimum value of the period. According to the above estimation, a is about 0.04 [msec] minimum and b is about 0.8 [msec] minimum. Here, assuming that c = 3τ, even if the processing chamber having a volume of 50 [liter] is exhausted by an exhaust means having an effective total exhaust speed of 10,000 [liter / sec], c is 15 [msec], and a The ratio of the desorption / exhaust time c to b is too large, resulting in an extremely low etching rate. In this case,
In order to obtain a practical etching rate, it is necessary to sacrifice the improvement of the selection ratio to some extent by setting c << 3τ. Therefore, the minimum period is about 1 [msec].

【0082】次に、実効総排気速度を変えて、標準的な
容量70[liter]の処理室を排気した場合の周期について
説明する。実効総排気速度を500[liter/sec]とした場
合、(11)式からτ=140[msec]、3τ=420[msec]であ
る。a+bの最大値は85[msec]程度であるから、a+b
+cは505[msec]となる。先に述べたように、c≦3τが
適当であると考えられるので、この場合周期は1[msec]
以上500[msec]以下が適当である。実効総排気速度を800
[liter/sec]とした場合は、(11)式からτ=87.5[mse
c]、3τ=263[msec]である。a+bの最大値は85[msec]
程度であるから、a+b+c=348[msec]となる。従っ
て、この場合周期は1[msec]以上350[msec]以下が適当で
ある。実効排気速度を1300[liter/sec]とした場合は、
(11)式からτ=53.8[msec]、3τ=162[msec]である。a
+bの最大値は85[msec]程度であるから、a+b+c=
247[msec]となる。従って、この場合周期は1[msec]以上
250[msec]以下が適当である。
Next, the cycle when the effective total evacuation speed is changed and the processing chamber having a standard capacity of 70 [liter] is evacuated will be described. When the effective total pumping speed is set to 500 [liter / sec], τ = 140 [msec] and 3τ = 420 [msec] from Eq. (11). The maximum value of a + b is about 85 [msec], so a + b
+ C is 505 [msec]. As mentioned above, it is considered that c ≦ 3τ is appropriate, so in this case the cycle is 1 [msec].
Above 500 [msec] is appropriate. 800 effective total pumping speed
When [liter / sec] is set, τ = 87.5 [mse from Eq. (11)
c], 3τ = 263 [msec]. The maximum value of a + b is 85 [msec]
Since it is approximately, a + b + c = 348 [msec]. Therefore, in this case, the cycle is appropriately 1 [msec] or more and 350 [msec] or less. When the effective pumping speed is 1300 [liter / sec],
From equation (11), τ = 53.8 [msec] and 3τ = 162 [msec]. a
The maximum value of + b is about 85 [msec], so a + b + c =
It becomes 247 [msec]. Therefore, in this case, the cycle is 1 [msec] or more.
250 [msec] or less is suitable.

【0083】以上の説明では、吸着反応種と材料の反応
を促進するために加速されて材料表面に照射される粒子
をイオンとしたが、これが加速されたイオンに電荷を与
えることにより得られる中性粒子ビームであっても上記
の本発明の作用は本質的には同じである。
In the above description, the particles that are accelerated to irradiate the surface of the material to accelerate the reaction between the adsorbing reactive species and the material are referred to as ions. However, this can be obtained by giving a charge to the accelerated ions. The above-described operation of the present invention is essentially the same even for a sexual particle beam.

【0084】以上述べた作用により、反応種の吸着過
程、加速された粒子により促進される吸着反応種と材料
の反応過程、反応生成物の脱離排気過程というエッチン
グ素過程を1[msec]以上1[sec]以下の周期で高速分離
し、この処理過程を周期的に行なう本発明の方法でエッ
チング収率が増加し、イオン入射量を必要最低限にでき
るため、マスク材料や下地材料のエッチングを抑制して
選択性を高めることができる。
By the above-mentioned action, the etching process including the adsorption process of the reactive species, the reaction process of the adsorbed reactive species and the material promoted by the accelerated particles, and the desorption and exhaust process of the reaction products is performed for 1 [msec] or more. The method of the present invention in which high-speed separation is performed at a cycle of 1 [sec] or less and this processing process is performed cyclically increases the etching yield and minimizes the amount of incident ions. Can be suppressed and the selectivity can be increased.

【0085】次に第2の手段、即ち処理室内の試料台に
ウェハを載置し、前記処理室を排気手段によって所望の
真空度に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材
料処理ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導
入されたガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ
上に形成された材料を処理する表面処理方法において、
処理過程が、反応種が表面に吸着する過程および吸着反
応種と材料の反応を促進するべく加速された粒子が表面
に照射される過程を含む第1の期間D、次いで反応生成
物が表面から脱離し排気される第2の期間Eとからな
り、かつこのD、Eの期間からなる処理過程を1[msec]
以上1[sec]以下の周期で周期的に行なうことを特徴とす
る表面処理方法の作用を説明する。
Next, the second means, that is, the wafer is placed on the sample stage in the processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired vacuum degree by the evacuation means, and the material processing gas is introduced into the processing chamber by the gas introduction means. Introducing, plasmaizing the introduced gas by plasma discharge means, in the surface treatment method of treating the material formed on the wafer by the plasma,
The treatment step includes a step of adsorbing the reactive species on the surface and a step of irradiating the surface with particles accelerated to promote the reaction between the adsorbed reactive species and the material, and then the reaction product is removed from the surface during the first period D. It is composed of the second period E which is desorbed and exhausted, and the processing process consisting of the periods D and E is 1 [msec].
The operation of the surface treatment method, which is characterized by being performed periodically at a period of 1 [sec] or less, will be described.

【0086】本方法は、吸着反応種と材料の反応を促進
するべく加速され表面に照射する粒子をイオンとした場
合、図5に示すようにバイアス印加電力は一定とし、期
間Dにおいてプラズマ放電電力を投入し、期間Eにおい
て放電を停止する方法である。本方法はまた、吸着反応
種と材料の反応を促進するべく加速され表面に照射する
粒子を中性粒子ビームとした場合、電荷を与えて中性化
すべく引出すイオンの加速電圧を一定とし、放電を図5
に示したように周期的に行なう方法である。
In the present method, when the particles that are accelerated to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material and are irradiated on the surface are ions, the bias application power is constant as shown in FIG. Is turned on and the discharge is stopped in the period E. This method also uses a neutral particle beam as the particles that are accelerated to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material and irradiate the surface with a neutral particle beam. Figure 5
This is a method that is performed periodically as shown in.

【0087】本方法は、図3に示したエッチング素過程
のうち期間Dにおいて反応種吸着過程(1)と加速粒子入
射過程(2)が混在している方法である。従って、常に反
応種が十分に吸着している領域にイオンあるいは中性粒
子ビームを入射させるわけではないので、その分第1の
手段に比べてエッチング収率は低下し、マスク材料や下
地材料との選択性は小さくなる。しかし、期間Eにおい
て放電を停止して反応生成物の脱離排気を行なっている
ため、反応生成物の再付着を低減することができる。従
って、期間Dにおけるラジカルの吸着効率は増加し、時
間変調せずに連続的にエッチングを行なう場合に比べて
マスク材料や下地材料との選択性を向上させることがで
きる。
The present method is a method in which the reactive species adsorption process (1) and the accelerated particle injection process (2) coexist in the period D of the etching element process shown in FIG. Therefore, since the ion or neutral particle beam is not always incident on the region where the reactive species are sufficiently adsorbed, the etching yield is lower than that of the first means and the mask material and the base material are not removed. Is less selective. However, since the discharge is stopped and the reaction products are desorbed and exhausted in the period E, reattachment of the reaction products can be reduced. Therefore, the radical adsorption efficiency in the period D increases, and the selectivity with respect to the mask material or the base material can be improved as compared with the case where etching is continuously performed without time modulation.

【0088】次に第3の手段、即ち処理室内の試料台に
ウェハを載置し、前記処理室を排気手段によって所望の
真空度に排気し、前記処理室にガス導入手段によって材
料処理ガスを導入し、プラズマ放電手段によって前記導
入されたガスをプラズマ化し、該プラズマによりウェハ
上に形成された材料を処理する表面処理方法において、
処理過程が、反応種が表面に吸着する過程および表面に
生成した反応生成物が表面から脱離し排気される過程を
含む第1の期間F、次いで吸着反応種と材料の反応を促
進するべく加速された粒子が表面に照射される第2の期
間Gとからなり、かつこのF、Gの期間からなる処理過
程を1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なうこ
とを特徴とする表面処理方法の作用を説明する。
Next, the third means, that is, the wafer is placed on the sample table in the processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired vacuum degree by the evacuation means, and the material processing gas is introduced into the processing chamber by the gas introduction means. Introducing, plasmaizing the introduced gas by plasma discharge means, in the surface treatment method of treating the material formed on the wafer by the plasma,
The treatment process includes a process of adsorbing the reactive species on the surface and a process of desorbing and exhausting the reaction product generated on the surface from the surface for the first period F, and then accelerating to promote the reaction between the adsorbed reactive species and the material. Characterized in that the treatment process consisting of the second period G in which the irradiated particles are irradiated to the surface and the period of F and G is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less. The operation of the surface treatment method will be described.

【0089】本方法は、吸着反応種と材料の反応を促進
するべく加速され表面に照射する粒子をイオンとした場
合、図6に示すように放電電力は一定とし、期間Fにお
いてはバイアス電力は印加せず、期間Gにおいてバイア
ス電力を印加する方法である。本方法はまた、吸着反応
種と材料の反応を促進するべく加速され表面に照射する
粒子を中性粒子ビームとした場合、放電電力は一定と
し、電荷を与えて中性化すべく引出すイオンの加速電圧
を期間Gにおいてのみ印加して、プラズマからイオンを
引出して加速することを周期的に行なう方法である。
In this method, when the particles that are accelerated to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material and are irradiated on the surface are ions, the discharge power is constant as shown in FIG. In this method, the bias power is applied in the period G without applying the bias power. This method also accelerates the ions that are extracted to neutralize by giving an electric charge when the particles that are accelerated to accelerate the reaction between the adsorbed reactive species and the material and irradiate the surface are neutral particle beams. In this method, a voltage is applied only in the period G, and ions are extracted from the plasma to be accelerated periodically.

【0090】本方法は、図3に示したエッチング素過程
のうち期間Fにおいて反応種吸着過程(1)と前の周期の
期間Gにおいて生成した反応生成物の脱離排気過程(3)
が混在している方法である。従って、期間Fにおいて反
応生成物がプラズマ中で解離して材料表面に再付着する
ため、期間Fにおけるラジカルの吸着効率は減少する。
その分第1の手段に比べてエッチング収率は低下し、マ
スク材料や下地材料との選択性は小さくなる。しかし、
図3に示した反応種吸着過程(1)と加速粒子入射過程(2)
は分離しているため時間変調せずに連続的にエッチング
を行なう場合に比べてエッチング収率は向上し、マスク
材料や下地材料との選択性を向上させることができる。
In this method, the reaction species adsorption process (1) in the period F of the etching element process shown in FIG. 3 and the desorption and exhaust process (3) of the reaction product generated in the period G of the previous cycle.
Is a mixed method. Therefore, in the period F, the reaction products are dissociated in the plasma and redeposited on the material surface, so that the radical adsorption efficiency in the period F decreases.
As a result, the etching yield is lower than that of the first means, and the selectivity with respect to the mask material and the base material is reduced. But,
Reactive species adsorption process (1) and accelerated particle injection process (2) shown in Fig. 3
Are separated, the etching yield is improved as compared with the case where etching is continuously performed without time modulation, and the selectivity with respect to the mask material and the base material can be improved.

【0091】以上述べてきた本発明は、エッチング処理
過程を、主として反応種が表面に吸着する過程、次いで
吸着反応種と材料の反応を促進するべく加速された粒子
が表面に照射される過程、反応生成物が表面から脱離し
排気される過程とに時間分離するか、もしくはこれら3
っつの過程のうち少なくとも一つを時間分離して、これ
らの過程からなる処理過程を1[msec]以上1[sec]以下の
周期で周期的に行なうことによりエッチングの選択性を
向上させる方法である。この方法は、同一のガスプラズ
マにおいて、イオンアシスト反応の起きるリアクティヴ
・スポットへのイオンの入射間隔、表面入射反応種が吸
着してリアクティヴ・スポットが被覆される時間、およ
び反応生成物が排気される時間等の気相の原子分子ある
いはイオンの運動に関わるような時間スケールに追従す
るべく周期を合わせ、かつ余分な時間的消費がなく、ス
ムーズに繰返しエッチング処理を行なうため、イオンア
シスト反応の効率を最大限に上げることができ、かつエ
ッチング速度の極端な低下を防止することができるので
ある。さらに、処理室内のガス滞在時間と組み合わせて
時間変調を行なう点において、従来技術の項に記述した
ような、プラズマ放電、バイアス印加、およびガス導入
をそれぞれ単独で時間変調したり、また組み合わせて単
に同期をとって時間変調した方法と本発明の方法は異な
っている。
In the present invention described above, the etching treatment process is mainly a process in which the reactive species are adsorbed on the surface, and then a process in which the surface is irradiated with particles accelerated to promote the reaction between the adsorbed reactive species and the material. Either the reaction product is separated from the surface and is exhausted, or the time is separated.
At least one of the two processes is time-separated, and the process consisting of these processes is periodically performed at a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less to improve etching selectivity. is there. In this method, in the same gas plasma, the incidence interval of ions to a reactive spot where an ion-assisted reaction occurs, the time for which the surface incident reactive species are adsorbed and the reactive spot is covered, and the reaction product is exhausted. The cycle is adjusted to follow the time scale related to the movement of atomic molecules or ions in the gas phase such as time, and the etching process is smoothly repeated without extra time consumption, thus improving the efficiency of the ion assist reaction. It is possible to increase the maximum value and prevent the etching rate from being extremely lowered. Further, in terms of performing time modulation in combination with the gas residence time in the processing chamber, plasma discharge, bias application, and gas introduction, as described in the section of the prior art, may be time-modulated individually, or simply combined. The method of the present invention is different from the synchronously time-modulated method.

【0092】[0092]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0093】実施例1 図7は本発明の表面処理装置をマイクロ波プラズマエッ
チング装置において実施した例である。
Example 1 FIG. 7 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention was implemented in a microwave plasma etching apparatus.

【0094】この表面処理装置はロードロック機構を備
えており、処理室18とウェハ交換室22はゲートバルブ28
によって分離されており、それぞれが独立に真空排気さ
れる。ウェハ処理室18はターボ分子ポンプ4、メカニカ
ルブースターポンプ5およびロータリーポンプ27の組み
合わせによって排気される。排気速度はバルブ17のコン
ダクタンスを変えることにより、最大3000[liter/sec]
までの実効総排気速度が得られる。この排気手段の実効
総排気速度は必要に応じて500[liter/sec]以上、もしく
は800[liter/sec]以上、もしくは1300[liter/sec]以上
のものを用いればよい。被処理ウェハ6はウェハ交換室2
2から搬送系21によって処理室18に搬送される。被処理
ウェハ6を試料台8に載置する際には試料台上下機構14に
よって試料台8が上下される。被処理ウェハ6はウェハ固
定用のピン(図示せず)および静電チャックにより試料台
8に固定される。
This surface processing apparatus is equipped with a load lock mechanism, and the processing chamber 18 and the wafer exchange chamber 22 are provided with a gate valve 28.
Are separated by, and each is evacuated independently. The wafer processing chamber 18 is evacuated by a combination of the turbo molecular pump 4, the mechanical booster pump 5, and the rotary pump 27. Pumping speed is 3000 [liter / sec] at maximum by changing the conductance of valve 17.
The effective total pumping speed up to is obtained. The effective total exhaust speed of this exhaust means may be 500 [liter / sec] or more, or 800 [liter / sec] or more, or 1300 [liter / sec] or more, if necessary. Wafer 6 to be processed is wafer exchange chamber 2
It is transferred from 2 to the processing chamber 18 by the transfer system 21. When mounting the wafer 6 to be processed on the sample table 8, the sample table up-and-down mechanism 14 moves the sample table 8 up and down. The wafer 6 to be processed is mounted on a sample table by a wafer fixing pin (not shown) and an electrostatic chuck.
Fixed at 8.

【0095】プラズマ放電手段について説明する。放電
発生用電源30は時間変調制御器1により制御され、時間
変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下の周期で時
間変調された出力電力を間歇的かつ周期的にマグネトロ
ンに印加する。放電発生用電源30から供給された時間変
調した電力によりマグネトロン20で励起されたマイクロ
波は導波管19に導かれて処理室18内の放電管23に時間変
調したプラズマ7を発生させる。ソレノイドコイル29は
電子サイクロトロン共鳴によって励起効率を高める働き
をする。
The plasma discharge means will be described. The discharge generating power supply 30 is controlled by the time modulation controller 1, and in accordance with the output signal of the time modulation controller 1, time-modulated output power is applied to the magnetron intermittently and periodically at a period of 1 [sec] or less. . The microwaves excited by the magnetron 20 by the time-modulated power supplied from the discharge-generating power supply 30 are guided to the waveguide 19 to generate the time-modulated plasma 7 in the discharge tube 23 in the processing chamber 18. The solenoid coil 29 functions to increase the excitation efficiency by electron cyclotron resonance.

【0096】バイアス印加手段について説明する。バイ
アス電源16は時間変調制御器1により制御され、時間変
調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下の周期で時間
変調された出力バイアス電力を整合器35を通して間歇的
かつ周期的に試料台8に印加する。バイアス電源16は交
流電源で、本実施例では周波数400kHzのものを用いてい
る。しかし、周波数は特に400kHzに限定されたものでは
なく、例えば13.56MHzや2MHzあるいは他の周波数のもの
でもよい。また、バイアス電源16は外部入力により出力
電圧変調のできる直流電源でもよい。エッチングの仕様
に合わせて最適な周波数の電源を選択すればよい。
The bias applying means will be described. The bias power supply 16 is controlled by the time modulation controller 1, and according to the output signal of the time modulation controller 1, the output bias power time-modulated at a period of 1 [sec] or less is intermittently and periodically sampled through the matching device 35. Apply to platform 8. The bias power supply 16 is an AC power supply, and in this embodiment, a bias power supply having a frequency of 400 kHz is used. However, the frequency is not particularly limited to 400 kHz, and may be, for example, 13.56 MHz, 2 MHz, or another frequency. Further, the bias power supply 16 may be a DC power supply capable of output voltage modulation by an external input. It suffices to select a power supply having an optimum frequency according to the etching specifications.

【0097】時間変調制御器1は複数の出力チャンネル
を有し、各出力チャンネルの信号は各チャンネル毎に独
立に任意の波形、かつ任意の位相で同期をとって設定可
能である。この時間変調制御器1により任意の電力で放
電変調を行ない、かつ任意の電力でバイアス変調を行な
い、かつ放電変調とバイアス変調を任意の位相で同期を
とって行なうことができる。時間変調制御器1として
は、任意波形発生器、もしくはパルスジェネレーターの
如きものを用いるか、これらとコンピューターを組み合
わせたものでもよい。
The time modulation controller 1 has a plurality of output channels, and the signal of each output channel can be set independently for each channel in synchronization with an arbitrary waveform and an arbitrary phase. The time modulation controller 1 can perform discharge modulation with arbitrary power, bias modulation with arbitrary power, and discharge modulation and bias modulation can be performed in synchronization with arbitrary phases. As the time modulation controller 1, an arbitrary waveform generator, a pulse generator, or the like may be used, or a combination of these and a computer may be used.

【0098】ガス導入手段について説明する。ガスボン
ベ2内の放電用ガスはレギュレータ−12を通りガス流量
調整手段3により所望の流量に調整され、ガス導入バル
ブ11を通して処理室18内に導入される。ガス導入手段は
その系統数を必要に応じて変えればよい。
The gas introduction means will be described. The discharge gas in the gas cylinder 2 passes through the regulator-12, is adjusted to a desired flow rate by the gas flow rate adjusting means 3, and is introduced into the processing chamber 18 through the gas introduction valve 11. The gas introducing means may be changed in the number of systems as necessary.

【0099】試料台8はその下部に冷媒10のタンクを備
えており、絶縁物15を介してウェハ処理室18と接続して
いる。試料台8に載置された被処理ウェハ6は試料台8に
内蔵されたヒーター9および試料台8下部に導入された冷
媒10によって温度調節される。冷媒は冷媒供給器24によ
って試料台8下部に供給される。被処理ウェハ6の温度は
温度センサー13によって裏面温度が測定され、温度調節
器25によってモニターされる。温度調節器25は温度モニ
ターをしながら冷媒供給器24の冷媒供給量およびヒータ
ー電源26の供給電力を制御して被処理ウェハ6の温度調
節を行なう。冷媒としてはフロンガス系の冷媒、液体窒
素、もしくは冷却水が用いられる。被処理ウェハ6の裏
面と試料台8の間には熱交換の効率を上げるために微量
のヘリウムガスが流されている。
The sample stage 8 is provided with a tank for the coolant 10 in the lower part thereof, and is connected to the wafer processing chamber 18 via an insulator 15. The temperature of the wafer 6 to be processed placed on the sample table 8 is adjusted by a heater 9 built in the sample table 8 and a coolant 10 introduced below the sample table 8. The refrigerant is supplied to the lower part of the sample table 8 by the refrigerant supplier 24. The temperature of the wafer 6 to be processed is measured by the temperature sensor 13 to measure the back surface temperature and monitored by the temperature controller 25. The temperature controller 25 controls the amount of the coolant supplied from the coolant supplier 24 and the power supplied from the heater power source 26 while monitoring the temperature to adjust the temperature of the wafer 6 to be processed. Freon gas-based refrigerant, liquid nitrogen, or cooling water is used as the refrigerant. A small amount of helium gas is flown between the back surface of the wafer 6 to be processed and the sample stage 8 in order to increase the efficiency of heat exchange.

【0100】以上説明した表面処理装置を用いて、表面
処理を実施した例を以下に述べる。本実施例は、Cl2
スを用いて多結晶シリコンをエッチングした例である。
試料には、シリコン基板上に熱酸化膜を形成し、その上
に多結晶シリコン層を形成して、ホトレジストマスクを
パターンニングしたものを用いた。処理条件は、Cl2
スの流量を100[sccm]、圧力を0.5[mTorr]に設定した。
この時の実効総排気速度は2530[liter/sec]である。放
電電力は400[W]、バイアス電力は20[W]とし、処理時間
中の試料温度を20℃に調節した。
An example in which the surface treatment is performed by using the above-described surface treatment apparatus will be described below. The present embodiment is an example of etching polycrystalline silicon using Cl 2 gas.
As a sample, a thermal oxide film was formed on a silicon substrate, a polycrystalline silicon layer was formed thereon, and a photoresist mask was patterned. The processing conditions were set such that the flow rate of Cl 2 gas was 100 [sccm] and the pressure was 0.5 [mTorr].
The effective total pumping speed at this time is 2530 [liter / sec]. The discharge power was 400 [W], the bias power was 20 [W], and the sample temperature during the treatment time was adjusted to 20 ° C.

【0101】放電電力とバイアス電力は図2に示したよ
うに同期をとって変調を行なった。この変調方法におけ
る期間A、B、Cの各時間a、b、cの設定方法につい
て説明する。先ず、設定ガス圧力から、従来技術の項に
記述したような見積り方法によりリアクティヴ・スポッ
トへのガスの平均入射間隔を計算して近似的なaの値を
決める。前述の見積りでは、Cl2が0.5[mTorr]のときリ
アクティヴ・スポット全面がCl原子により被覆されるま
での時間は4.2[msec]以上であった。次に、イオン電流
密度を測定し、従来技術の項に記述したような見積り方
法によりリアクティヴ・スポットへのイオンの平均入射
間隔を計算して近似的なbの値を決める。本実施例の条
件で測定したイオン電流密度は3.2[mA/cm2]であった。
このときリアクティヴ・スポットへのイオンの平均入射
間隔は10.8[msec]である。このような方法でえられたa
とbの値を参考にし、またエッチング速度と選択性を考
慮してaとbの最適値を実験によって決めればよい。期
間Cについては、cが長いほど排気される反応生成物量
は多くなるが、あまり長くすると1周期が長くなりエッ
チング時間が長くなってエッチング速度の低下をもたら
す。そこで、cもエッチング速度と選択性を考慮して最
適値を実験によって決めればよい。本実施例では処理室
の容積は70[liter]で、流量100[sccm]、圧力0.5[mTorr]
の場合、滞在時間τは28[msec]である。
The discharge power and the bias power were modulated in synchronization as shown in FIG. A method of setting the times a, b, and c of the periods A, B, and C in this modulation method will be described. First, from the set gas pressure, the average incidence interval of gas to the reactive spot is calculated by the estimation method as described in the section of the prior art to determine an approximate value of a. According to the above estimation, when Cl 2 is 0.5 [mTorr], the time until the entire surface of the reactive spot is covered with Cl atoms is 4.2 [msec] or more. Next, the ion current density is measured, and the average interval of incidence of ions on the reactive spot is calculated by the estimation method as described in the section of the prior art to determine an approximate value of b. The ion current density measured under the conditions of this example was 3.2 [mA / cm 2 ].
At this time, the average incidence interval of the ions on the reactive spot is 10.8 [msec]. A obtained in this way
The values of a and b may be referred to, and the optimum values of a and b may be experimentally determined in consideration of the etching rate and selectivity. Regarding the period C, the longer c is, the larger the amount of reaction products exhausted is. However, if the period is too long, one cycle becomes longer, the etching time becomes longer, and the etching rate is lowered. Therefore, the optimum value of c may be determined by an experiment in consideration of the etching rate and the selectivity. In this embodiment, the processing chamber has a volume of 70 [liter], a flow rate of 100 [sccm], and a pressure of 0.5 [mTorr].
In case of, the stay time τ is 28 [msec].

【0102】期間Bの時間bを12[msec]、期間Cの時間
cを28[msec]に固定し、期間Aの時間aを変えて多結晶
シリコンのエッチングを行なったときのレジストマスク
と下地酸化膜に対する選択性を図8に示す。aの増加と
共に対レジストと対酸化膜の選択比は増加し、a=16[m
sec]以上で飽和した。aを必要以上に長くしても反応種
の吸着ばかりで、イオンアシスト反応は起こらず、エッ
チング速度が低下してしまう。そこで、次に時間aは16
[msec]、時間cを28[msec]に固定し、期間Bの時間bを
変えて、多結晶シリコンのエッチングを行なった。この
ときのレジストマスクと下地酸化膜に対する選択性を図
9に示す。bの増加と共に対レジストと対酸化膜の選択
比は増加し、b=20[msec]で極大となり、それ以上では
減少した。時間bを長くすることは、放電とバイアス電
力の印加を時間変調せずに連続的に行なう場合に近づく
ことであり、必要以上にbを長くすることは再び選択性
の低下をもたらす。放電電力は400[W]、バイアス電力は
20[W]で他の条件は同じにして、放電とバイアス印加を
連続的に行なったときの選択比は、対レジストが4、対
酸化膜が20であった。
The time b of the period B is fixed at 12 [msec], the time c of the period C is fixed at 28 [msec], and the time a of the period A is changed to etch the polycrystalline silicon. The selectivity for the oxide film is shown in FIG. The selection ratio between resist and oxide film increases with the increase of a, and a = 16 [m
It became saturated for more than sec]. Even if a is made longer than necessary, only reactive species are adsorbed, the ion assist reaction does not occur, and the etching rate decreases. So next time a is 16
[msec], the time c was fixed at 28 [msec], the time b of the period B was changed, and the polycrystalline silicon was etched. FIG. 9 shows the selectivity with respect to the resist mask and the underlying oxide film at this time. The selection ratio between the resist and the oxide film increased with the increase of b, reached the maximum at b = 20 [msec], and decreased above that. Increasing the time b is closer to the case where the discharge and the application of the bias power are continuously performed without time modulation, and making the b longer than necessary again causes a decrease in selectivity. Discharge power is 400 [W], bias power is
At 20 [W], the other conditions were the same, and the selection ratio when discharge and bias application were continuously performed was 4 for resist and 20 for oxide film.

【0103】次に、期間Aの時間aを16[msec]、期間B
の時間bを20[msec]に固定し、期間Cの時間cを変え
て、多結晶シリコンのエッチングを行なった。このとき
のレジストマスクと下地酸化膜に対する選択性を図10に
示す。cの増加と共に選択比は増加していくが、徐々に
飽和していく。ここでは、時間cを滞在時間の3倍まで
変化させた。先に「作用」の項で延べたように、時間c
を滞在時間の3倍とすると、反応生成物は5%にまで減
少する。その後の減少の仕方は指数関数的でありcを長
くとっても反応生成物の減少の仕方は緩やかになってし
まう。その結果が、図10においてcの増加による選択比
の飽和に現れている。このように、時間cを滞在時間の
3倍以上にしても、選択比の増加はわずかであり、時間
cの増加によるエッチング速度の減少を考慮すると、時
間cは滞在時間の3倍以下に設定することが適切であ
る。
Next, the time a of the period A is 16 [msec], and the period B is
The time b was fixed at 20 [msec], and the time c during the period C was changed to etch the polycrystalline silicon. FIG. 10 shows the selectivity with respect to the resist mask and the underlying oxide film at this time. Although the selection ratio increases with the increase of c, it gradually saturates. Here, the time c was changed to three times the staying time. As stated in the "Action" section above, time c
Is 3 times the residence time, the reaction product is reduced to 5%. After that, the way of decreasing is exponential, and even if the value of c is long, the way of decreasing the reaction product becomes gradual. The result appears in the saturation of the selection ratio due to the increase of c in FIG. As described above, even if the time c is set to be three times as long as the residence time or more, the increase in the selection ratio is slight, and considering the decrease in the etching rate due to the increase in the time c, the time c is set to be three times or less than the residence time. Is appropriate.

【0104】実効総排気速度を500[liter/sec]とした場
合について説明する。処理室の容積は70[liter]である
から、ガスの滞在時間は(11)式から140[msec]であり、
その3倍は420[msec]である。Cl2ガスの圧力を0.1[mTor
r]に設定し、放電電力は100[W]、バイアス電力は50[W]
として多結晶シリコンのエッチングを行なった。試料は
前述のものと同様のものを用いた。その結果、aを30[m
sec]、bを70[msec]、cを400[msec]に設定したとき
に、エッチング速度が極端に低下することなく。レジス
トマスクおよび下地酸化膜との選択比は最大となった。
この時の周期は500[msec]である。
The case where the effective total pumping speed is 500 [liter / sec] will be described. Since the volume of the processing chamber is 70 [liter], the gas residence time is 140 [msec] according to the equation (11),
Three times that is 420 [msec]. The pressure of Cl 2 gas is 0.1 [mTor
r], discharge power is 100 [W], bias power is 50 [W]
As a result, polycrystalline silicon was etched. The sample used was the same as that described above. As a result, a is 30 [m
sec], b is set to 70 [msec], and c is set to 400 [msec], the etching rate does not extremely decrease. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized.
The cycle at this time is 500 [msec].

【0105】実効総排気速度を800[liter/sec]とした場
合について説明する。処理室の容積は70[liter]である
から、ガスの滞在時間は(11)式から87.5[msec]であり、
その3倍は263[msec]である。Cl2ガスの圧力を0.1[mTor
r]に設定し、放電電力は100[W]、バイアス電力は50[W]
として多結晶シリコンのエッチングを行なった。試料は
前述のものと同様のものを用いた。その結果、aを26[m
sec]、bを70[msec]、cを254[msec]に設定したとき
に、エッチング速度が極端に低下することなく。レジス
トマスクおよび下地酸化膜との選択比は最大となった。
この時の周期は350[msec]である。
A case where the effective total pumping speed is 800 [liter / sec] will be described. Since the volume of the processing chamber is 70 [liter], the gas residence time is 87.5 [msec] according to the equation (11),
Three times that is 263 [msec]. The pressure of Cl 2 gas is 0.1 [mTor
r], discharge power is 100 [W], bias power is 50 [W]
As a result, polycrystalline silicon was etched. The sample used was the same as that described above. As a result, a is 26 [m
sec], b is 70 [msec], and c is 254 [msec], the etching rate does not drop extremely. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized.
The cycle at this time is 350 [msec].

【0106】実効総排気速度が1300[liter/sec]とした
場合について説明する。処理室の容積は70[liter]であ
るから、ガスの滞在時間は(11)式から54[msec]であり、
その3倍は162[msec]である。Cl2ガスの圧力を0.1[mTor
r]に設定し、放電電力は100[W]、印加バイアス電力は50
[W]として多結晶シリコンのエッチングを行なった。試
料は前述のものと同様のものを用いた。その結果、aを
22[msec]、bを70[msec]、cを158[msec]に設定したと
きに、エッチング速度が極端に低下することなく。レジ
ストマスクおよび下地酸化膜との選択比は最大となっ
た。この時の周期は250[msec]である。
The case where the effective total pumping speed is 1300 [liter / sec] will be described. Since the volume of the processing chamber is 70 [liter], the gas residence time is 54 [msec] according to equation (11),
Three times that is 162 [msec]. The pressure of Cl 2 gas is 0.1 [mTor
r], discharge power is 100 [W], applied bias power is 50
Polycrystalline silicon was etched as [W]. The sample used was the same as that described above. As a result,
When the etching rate is set to 22 [msec], b is 70 [msec], and c is 158 [msec], the etching rate does not drop extremely. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized. The cycle at this time is 250 [msec].

【0107】以上の例で、aはガス圧力に関係し、ガス
圧力が大きくなるほど短くなる。また、bは放電電力に
依存し、放電電力が大きくなるほど入射イオンフラック
スが大きくなるため時間bは短くなる。
In the above example, a is related to the gas pressure, and becomes shorter as the gas pressure increases. In addition, b depends on the discharge power, and as the discharge power increases, the incident ion flux increases, so the time b decreases.

【0108】次に、本発明に関する装置で、図7に示し
た装置と同じ構成で処理室の容積が100[liter]のものを
用いて本発明の方法を実施した例について説明する。排
気手段として実効総排気速度が350[liter/sec]のものを
用いた。ガスの滞在時間は(11)式から286[msec]であ
り、その3倍は857[msec]である。Cl2ガスの圧力を0.1
[mTorr]に設定し、放電電力は100[W]、印加バイアス電
力は50[W]として多結晶シリコンのエッチングを行なっ
た。試料は前述のものと同様のものを用いた。その結
果、aを70[msec]、bを80[msec]、cを850[msec]に設
定したときに、エッチング速度が極端に低下することな
く。レジストマスクおよび下地酸化膜との選択比は最大
となった。この時の周期は1[sec]である。aはガス圧力
に関係し、ガス圧力が大きくなるほど短くなる。また、
bは放電電力に依存し、放電電力が大きくなるほど入射
イオンフラックスが大きくなるため時間bは短くなる。
Next, an example in which the method of the present invention is carried out by using the apparatus according to the present invention having the same configuration as the apparatus shown in FIG. 7 and having a processing chamber volume of 100 [liter] will be described. As the exhaust means, one having an effective total exhaust speed of 350 [liter / sec] was used. The residence time of the gas is 286 [msec] from Eq. (11), and three times that is 857 [msec]. Cl 2 gas pressure 0.1
Etching of polycrystalline silicon was performed by setting the discharge power to 100 [W] and the applied bias power to 50 [W] by setting to [mTorr]. The sample used was the same as that described above. As a result, when a is set to 70 [msec], b is set to 80 [msec], and c is set to 850 [msec], the etching rate does not extremely decrease. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized. The cycle at this time is 1 [sec]. a is related to the gas pressure, and becomes shorter as the gas pressure increases. Also,
b depends on the discharge power, and as the discharge power increases, the incident ion flux increases, so the time b decreases.

【0109】次に図7に示した装置を用いて、大電力の
放電を行なった場合の本発明の実施例を説明する。放電
電力を5[kW]、バイアス電力を50[W]として、Cl2ガスの
流量を200[sccm]、圧力を50[mTorr]として多結晶シリコ
ンのエッチングを行なった。このとき、(10)式と(11)式
から実効総排気速度は約127[liter/sec]、ガスの滞在時
間は約553[msec]である。試料は前述のものと同様なも
のを用いた。その結果、aは0.1[msec]、bは0.8[msec]
でcが長いほどレジストマスクおよび下地酸化膜との選
択比が大きくなった。しかし、この場合滞在時間がaと
bに比べて極端に長いため、前述した例のように時間c
を3τにしたりするとエッチング時間に対する排気時間
の比率が大きくなりすぎてエッチング速度が極端に低下
してしまう。この例の場合ではa+bで0.9[msec]であ
るからc=τとしてもa+b≪cとなってしまう。実際
的なエッチング速度を得るためには0.1[msec]から5[mse
c]の間にcを設定する必要があった。この例のようなこ
とはガス圧力と放電電力が大きい場合に起きる。処理室
の容積が70[liter]の場合、滞在時間を5[msec]にするた
めには14000[liter/sec]もの実効総排気速度が必要であ
る。このため、この例のような場合には、実際的なエッ
チング速度を得るために期間Cを設けたことによる選択
比の増加を犠牲にする必要が生じる。従って、実効総排
気速度500[liter/sec]、800[liter/sec]、1300[liter/s
ec]の各場合について周期は1[msec]以上となる。
Next, an embodiment of the present invention when discharging a large amount of electric power by using the apparatus shown in FIG. 7 will be described. Polycrystalline silicon was etched at a discharge power of 5 [kW], a bias power of 50 [W], a Cl 2 gas flow rate of 200 [sccm], and a pressure of 50 [mTorr]. At this time, the effective total pumping speed is about 127 [liter / sec] and the gas residence time is about 553 [msec] from the equations (10) and (11). The sample used was the same as that described above. As a result, a is 0.1 [msec] and b is 0.8 [msec]
The longer c is, the larger the selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film is. However, in this case, since the stay time is extremely longer than a and b, the time c
If τ is set to 3τ, the ratio of the exhaust time to the etching time becomes too large, and the etching rate is extremely reduced. In the case of this example, since a + b is 0.9 [msec], even if c = τ, a + b << c. To obtain a practical etching rate, 0.1 [msec] to 5 [mse
It was necessary to set c between [c]. Things like this example occur when the gas pressure and the discharge power are high. When the volume of the processing chamber is 70 [liter], an effective total pumping speed of 14000 [liter / sec] is required to make the residence time 5 [msec]. Therefore, in the case of this example, it is necessary to sacrifice the increase in the selection ratio due to the provision of the period C in order to obtain a practical etching rate. Therefore, the effective total pumping speed is 500 [liter / sec], 800 [liter / sec], 1300 [liter / s
In each case of [ec], the cycle is 1 [msec] or more.

【0110】以上のように、時間aと時間bは主として
ガス圧力、放電電力等のエッチング条件によって変化す
るが、実効総排気速度を500[liter/sec]以上、800[lite
r/sec]以上、1300[liter/sec]以上とした場合、時間変
調の周期はそれぞれ1[msec]以上500[msec]以下、1[mse
c]以上350[msec]以下、1[msec]以上250[msec]以下が適
当であった。
As described above, the time a and the time b mainly change depending on the etching conditions such as gas pressure and discharge power, but the effective total pumping speed is 500 [liter / sec] or more and 800 [lite].
When r / sec] or more and 1300 [liter / sec] or more, the time modulation cycle is 1 [msec] or more and 500 [msec] or less, 1 [mse
c] or more and 350 [msec] or less, 1 [msec] or more and 250 [msec] or less were appropriate.

【0111】本実施例では、Cl2ガスを用いた多結晶シ
リコンのエッチングを行なう例で説明したが、本実施例
の方法は他のガスにより多結晶シリコンのエッチングを
行なう場合や、また他の材料のエッチングを行なう場合
にも有効である。
In the present embodiment, an example of performing etching of polycrystalline silicon using Cl 2 gas has been described, but the method of this embodiment is used when etching of polycrystalline silicon is performed using another gas, or when another method is used. It is also effective when etching the material.

【0112】例えば、Cl2ガスを用いた単結晶シリコン
のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジス
トマスクとの選択性が向上した。
For example, even in the etching of single crystal silicon using Cl 2 gas, the selectivity with the resist mask is improved by the method of this embodiment.

【0113】また、C4F8ガスを用いたシリコン酸化膜(S
iO2、あるいはBPSG)のエッチングにおいても、本実施例
の方法によりレジストマスク、および下地の多結晶シリ
コン、あるいはシリコン窒化膜(Si3N4)との選択性が向
上した。
[0113] Also, the silicon oxide film using C 4 F 8 gas (S
Also in the etching of iO 2 or BPSG, the selectivity of the resist mask and the underlying polycrystalline silicon or the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) was improved by the method of this example.

【0114】また、CH3Fガスを用いたシリコン窒化膜(S
i3N4)のエッチングにおいても、本実施例の方法により
レジストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上し
た。
[0114] Further, a silicon nitride film using CH 3 F gas (S
Also in the etching of i 3 N 4 ), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0115】さらに、BCl3ガスを用いたアルミニウム(A
l)のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジ
ストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上した。
[0115] Furthermore, the aluminum using BCl 3 gas (A
Also in the etching of l), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0116】これら各種材料のエッチングに際して、時
間a、b、cの最適な設定値は、エッチングガスと材料
の組合せ、またエッチング条件によって異なるため、本
実施例において既に述べたように実験により目的に応じ
て最適値を見出せばよい。
In etching these various materials, the optimum set values of the times a, b, and c are different depending on the combination of the etching gas and the material and the etching conditions. The optimum value should be found accordingly.

【0117】図7に示した本実施例の装置の試料台には
試料の温調機構がついている。これを用いて試料温度を
調節することにより、反応種が表面に吸着する時間aを
調節することができる。すなわち、物理吸着は低温ほど
促進されるため、試料温度を低温にするほど時間aを短
くすることができる。
The sample stage of the apparatus of this embodiment shown in FIG. 7 is provided with a sample temperature control mechanism. By using this to adjust the sample temperature, the time a during which the reactive species adsorb onto the surface can be adjusted. That is, since the physical adsorption is promoted at a lower temperature, the time a can be shortened as the sample temperature is lowered.

【0118】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0119】実施例2 図11は本発明の表面処理装置をマイクロ波プラズマエッ
チング装置において実施した他の例である。本装置は放
電手段とバイアス印加手段の時間変調制御方法以外は実
施例1において説明し図7に示した装置と同じである。
Embodiment 2 FIG. 11 shows another example in which the surface treatment apparatus of the present invention is implemented in a microwave plasma etching apparatus. This apparatus is the same as the apparatus described in Embodiment 1 and shown in FIG. 7 except for the time modulation control method of the discharging means and the bias applying means.

【0120】本装置のプラズマ放電手段について説明す
る。放電発生用電源30は時間変調制御器1により制御さ
れ、時間変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下の
周期で時間変調された出力電力を間歇的かつ周期的にマ
グネトロンに印加する。放電発生用電源30から供給され
た時間変調した電力によりマグネトロン20で励起された
マイクロ波は導波管19に導かれて表面処理室18内の放電
管部23に時間変調したプラズマ7を発生させる。その他
の部分は実施例1で説明した図7に示す装置と同様であ
るため説明を省略する。ただし、バイアス印加用電源16
は時間変調制御器によって制御されず、バイアスは常に
一定の電力で連続的に印加される。
The plasma discharge means of this apparatus will be described. The discharge generating power supply 30 is controlled by the time modulation controller 1, and in accordance with the output signal of the time modulation controller 1, time-modulated output power is applied to the magnetron intermittently and periodically at a period of 1 [sec] or less. . The microwaves excited by the magnetron 20 by the time-modulated power supplied from the discharge-generating power supply 30 are guided to the waveguide 19 to generate the time-modulated plasma 7 in the discharge tube portion 23 in the surface treatment chamber 18. . The other parts are the same as those of the device shown in FIG. 7 described in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. However, the bias power supply 16
Is not controlled by the time modulation controller and the bias is always applied continuously with constant power.

【0121】以上説明した表面処理装置を用いて、Cl2
ガスを用いて多結晶シリコンをエッチングした例を以下
に述べる。試料には、シリコン基板上に熱酸化膜を形成
し、その上に多結晶シリコン層を形成して、ホトレジス
トマスクをパターンニングしたものを用いた。試料温度
は処理時間中20℃に温度調節した。放電の時間変調の方
法は、図5に示したように時間d有する期間Dで放電
し、その後の時間e有する期間Eで放電を停止する。こ
の場合は、矩形波的に電力を時間変調した例である。時
間dと時間eの設定方法について説明する。反応生成物
の排気を行なう時間eについては、実施例1で説明した
ように滞在時間の3倍以下が適当である。エッチングを
行なう時間dは必要以上に長くすると、期間Eを設けて
頻繁に反応生成物を排気するという本方法の効果が小さ
くなる。被処理表面で一様にイオンアシスト反応が起き
るに必要な時間をdに設定すればよいと考えられる。こ
れは、実施例1で説明した図2に記載の期間Bに時間b
に相当するが、本方法では、実施例1のように期間Aと
期間Bに分けることによって反応種を十分に吸着させて
からイオンアシスト反応を起こすという方法をとってい
ないため、エッチングの収率が実施例1の方法に比べて
小さい。そこで時間dは時間bよりも長くとることが適
当であり、次の条件でエッチング処理を行なった。
Using the surface treatment apparatus described above, Cl 2
An example in which polycrystalline silicon is etched using gas will be described below. As a sample, a thermal oxide film was formed on a silicon substrate, a polycrystalline silicon layer was formed thereon, and a photoresist mask was patterned. The sample temperature was adjusted to 20 ° C during the processing time. In the method of time modulation of discharge, as shown in FIG. 5, discharge is performed in the period D having the time d and then stopped in the period E having the time e. In this case, the power is time-modulated in a rectangular wave. A method of setting the time d and the time e will be described. As for the time e for exhausting the reaction product, as described in Example 1, it is appropriate to be 3 times or less than the residence time. When the etching time d is set longer than necessary, the effect of the present method of providing the period E and frequently exhausting the reaction products becomes small. It is considered that the time required for the ion-assisted reaction to occur uniformly on the surface to be treated should be set to d. This is the time b in the period B described in FIG. 2 described in the first embodiment.
However, this method does not adopt the method of causing the ion-assisted reaction after the reactive species are sufficiently adsorbed by dividing into the period A and the period B as in Example 1, so that the etching yield Is smaller than the method of the first embodiment. Therefore, it is appropriate that the time d is longer than the time b, and the etching process was performed under the following conditions.

【0122】実効総排気速度が500[liter/sec]の排気手
段を用い、ガス圧を0.1[mTorr]に設定し、放電電力は10
0[W]、印加バイアス電力は50[W]とした。その結果、時
間dを100[msec]、時間eを400[msec]に設定し多結晶シ
リコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端
に低下することなく。レジストマスクおよび下地酸化膜
との選択比は最大となった。この時の周期は500[msec]
である。
An exhaust means having an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] was used, the gas pressure was set to 0.1 [mTorr], and the discharge power was 10
The applied bias power was 0 [W] and 50 [W]. As a result, when the time d is set to 100 [msec] and the time e is set to 400 [msec] and the polycrystalline silicon is etched, the etching rate does not extremely decrease. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized. The cycle at this time is 500 [msec]
Is.

【0123】次に、実効総排気速度が800[liter/sec]の
排気手段を用い、ガス圧を0.1[mTorr]に設定し、放電電
力は100[W]、印加バイアス電力は50[W]とした。その結
果、時間dを95[msec]、時間eを255[msec]に設定し多
結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度
が極端に低下することなく。レジストマスクおよび下地
酸化膜との選択比は最大となった。この時の周期は350
[msec]である。
Next, using an exhaust means having an effective total exhaust speed of 800 [liter / sec], the gas pressure was set to 0.1 [mTorr], the discharge power was 100 [W], and the applied bias power was 50 [W]. And As a result, when the time d is set to 95 [msec] and the time e is set to 255 [msec] and the polycrystalline silicon is etched, the etching rate does not extremely decrease. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized. The cycle at this time is 350
It is [msec].

【0124】また、実効総排気速度が1300[liter/sec]
の排気手段を用い、ガス圧を0.1[mTorr]に設定し、放電
電力は100[W]、印加バイアス電力は50[W]とした。その
結果、時間dを90[msec]、時間eを160[msec]に設定し
多結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速
度が極端に低下することなく。レジストマスクおよび下
地酸化膜との選択比は最大となった。この時の周期は25
0[msec]である。
Also, the effective total pumping speed is 1300 [liter / sec]
The gas pressure was set to 0.1 [mTorr], the discharge power was 100 [W], and the applied bias power was 50 [W]. As a result, when the time d is set to 90 [msec] and the time e is set to 160 [msec] and the polycrystalline silicon is etched, the etching rate does not extremely decrease. The selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film was maximized. The cycle at this time is 25
It is 0 [msec].

【0125】ここで、期間Dに要する時間dは、ガス圧
力が高いほど、また放電電力が大きくイオンの入射フラ
ックスが大きいほど短くなる。このとき時間eがdに比
べ極端に長いと、実施例1において述べたようにエッチ
ング速度の低下をもたらす。その場合は、eをdと同程
度の時間領域に設定すればよい。放電電力が大きい場
合、期間Eの役割は反応生成物の排気だけではなく、大
電力プラズマによる処理室および試料の加熱を防止す
る。即ち、間歇的放電により、試料が加熱して選択性が
低下することを防止できる。実際に、Cl2ガスの圧力を2
0[mTorr]し、放電電力は3000[W]、印加バイアス電力は1
00[W]、dを0.5[msec]、eを0.5[msec]に設定して多結
晶シリコンをエッチングした結果、連続放電の場合に比
べ、レジストマスクおよび下地酸化膜との選択比は増大
した。
Here, the time d required for the period D becomes shorter as the gas pressure is higher, the discharge power is larger, and the incident flux of ions is larger. At this time, if the time e is extremely longer than the time d, the etching rate is lowered as described in the first embodiment. In that case, e may be set in the same time region as d. When the discharge power is high, the role of the period E is not only the exhaust of the reaction products but also the heating of the processing chamber and the sample by the high power plasma. That is, it is possible to prevent the sample from being heated and the selectivity from being lowered by the intermittent discharge. Actually, the pressure of Cl 2 gas is set to 2
0 [mTorr], discharge power 3000 [W], applied bias power 1
As a result of etching polycrystalline silicon with 00 [W], d set to 0.5 [msec] and e set to 0.5 [msec], the selection ratio between the resist mask and the underlying oxide film increased as compared with the case of continuous discharge. .

【0126】以上のように、時間dと時間eはガス圧
力、放電電力、排気速度等のエッチング条件によって変
化するが、実効総排気速度を500[liter/sec]以上、800
[liter/sec]以上、1300[liter/sec]以上とした場合、時
間変調の周期(d+e)はそれぞれ1[msec]以上500[msec]
以下、1[msec]以上350[msec]以下、1[msec]以上250[mse
c]以下が適当である。
As described above, the time d and the time e vary depending on the etching conditions such as gas pressure, discharge power, exhaust speed, etc., but the effective total exhaust speed is 500 [liter / sec] or more, 800 [liter / sec] or more.
When [liter / sec] or more and 1300 [liter / sec] or more, the time modulation cycle (d + e) is 1 [msec] or more and 500 [msec] or more, respectively.
Below 1 [msec] and above 350 [msec], 1 [msec] and above 250 [mse
c] The following is appropriate.

【0127】本実施例では、Cl2ガスを用いた多結晶シ
リコンのエッチングを行なう例で説明したが、本実施例
の方法は他のガスにより多結晶シリコンのエッチングを
行なう場合や、また他の材料のエッチングを行なう場合
にも有効である。
In the present embodiment, an example of performing etching of polycrystalline silicon using Cl 2 gas has been described, but the method of this embodiment is applied to the case of performing etching of polycrystalline silicon with another gas, or another method. It is also effective when etching the material.

【0128】例えば、Cl2ガスを用いた単結晶シリコン
のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジス
トマスクとの選択性が向上した。
For example, even in the etching of single crystal silicon using Cl 2 gas, the selectivity of the resist mask is improved by the method of this embodiment.

【0129】また、C4F8ガスを用いたシリコン酸化膜(S
iO2、あるいはBPSG)のエッチングにおいても、本実施例
の方法によりレジストマスク、および下地の多結晶シリ
コン、あるいはシリコン窒化膜(Si3N4)との選択性が向
上した。
[0129] Also, the silicon oxide film using C 4 F 8 gas (S
Also in the etching of iO 2 or BPSG, the selectivity of the resist mask and the underlying polycrystalline silicon or the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) was improved by the method of this example.

【0130】また、CH3Fガスを用いたシリコン窒化膜(S
i3N4)のエッチングにおいても、本実施例の方法により
レジストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上し
た。
[0130] Further, a silicon nitride film using CH 3 F gas (S
Also in the etching of i 3 N 4 ), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0131】さらに、BCl3ガスを用いたアルミニウム(A
l)のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジ
ストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上した。
[0131] Furthermore, the aluminum using BCl 3 gas (A
Also in the etching of l), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0132】これら各種材料のエッチングに際して、時
間d、eの最適な設定値は、エッチングガスと材料の組
合せ、またエッチング条件によって異なるため、本実施
例において既に述べたように実験により目的に応じて最
適値を見出せばよい。
In the etching of these various materials, the optimum set values of the times d and e differ depending on the combination of the etching gas and the material and the etching conditions. Just find the optimum value.

【0133】図11に示した本実施例の装置の試料台には
試料の温調機構がついている。これを用いて試料温度を
調節することにより、反応種が表面に吸着する時間を調
節することができる。すなわち、物理吸着は低温ほど促
進されるため、試料温度を低温にするほど時間dを短く
することができる。
The sample stage of the apparatus of this embodiment shown in FIG. 11 is provided with a sample temperature control mechanism. By using this, by adjusting the sample temperature, the time for which the reactive species are adsorbed on the surface can be adjusted. That is, since the physical adsorption is promoted at a lower temperature, the time d can be shortened as the sample temperature is lowered.

【0134】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0135】実施例3 図12は本発明の表面処理装置をマイクロ波プラズマエッ
チング装置において実施した例である。
Example 3 FIG. 12 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention was implemented in a microwave plasma etching apparatus.

【0136】本装置のバイアス印加手段について説明す
る。バイアス印加用用電源16は時間変調制御器1により
制御され、時間変調制御器1の出力信号に従い、1[msec]
以上1[sec]以下の周期で時間変調された出力電力を整合
器35を通して間歇的かつ周期的に試料台8に印加する。
この方法により、試料表面には1[msec]以上1[sec]以下
の周期でエネルギーが時間変調されたイオンが入射す
る。その他の部分は実施例1で説明した図7に示す装置
と同様であるため説明を省略する。ただし、放電発生用
電源30は時間変調制御器によって制御されず、放電は常
に一定の電力で連続的に行なわれる。また、処理室の容
積は70[liter]である。
The bias applying means of this device will be described. The power supply 16 for bias application is controlled by the time modulation controller 1, and according to the output signal of the time modulation controller 1, 1 [msec]
The output power, which is time-modulated with a period of 1 [sec] or less, is applied to the sample stage 8 through the matching device 35 intermittently and periodically.
By this method, ions whose energy is time-modulated with a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less are incident on the sample surface. The other parts are the same as those of the device shown in FIG. 7 described in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. However, the discharge generating power supply 30 is not controlled by the time modulation controller, and the discharge is always continuously performed with a constant power. The volume of the processing chamber is 70 [liter].

【0137】以上説明した表面処理装置を用いて、Cl2
ガスを用いて多結晶シリコンをエッチングした例を以下
に述べる。試料には、シリコン基板上に熱酸化膜を形成
し、その上に多結晶シリコン層を形成して、ホトレジス
トマスクをパターンニングしたものを用いた。試料温度
は処理時間中20℃に温度調節した。バイアス電力の時間
変調の方法は、図6に示すように時間fを有する期間F
でバイアス印加を停止し、その後の時間g有する期間G
で放電を停止する。この場合は、矩形波的に電力を時間
変調した例である。すなわち、期間Fで前の周期におけ
る期間G出生成した反応生成物を排気しながら、反応種
を十分に吸着させた後、期間Gでイオンアシスト反応を
起こし、エッチングの収率を高めるのである。時間fと
時間gの最適値の設定方法は、それぞれのエッチング条
件に応じて実験により求めてやればよい。
Using the surface treatment apparatus described above, Cl 2
An example in which polycrystalline silicon is etched using gas will be described below. As a sample, a thermal oxide film was formed on a silicon substrate, a polycrystalline silicon layer was formed thereon, and a photoresist mask was patterned. The sample temperature was adjusted to 20 ° C during the processing time. The method of time modulation of the bias power is as shown in FIG.
The bias application is stopped at and the period G after that has time g
Stop the discharge with. In this case, the power is time-modulated in a rectangular wave. That is, while exhausting the reaction product generated in the period G in the previous cycle in the period F, the reaction species are sufficiently adsorbed, and then the ion assist reaction occurs in the period G to increase the etching yield. The optimum method of setting the time f and the time g may be determined experimentally according to each etching condition.

【0138】実効総排気速度を500[liter/sec]とし、Cl
2ガスの圧力を0.1[mTorr]、放電電力を100[W]、印加バ
イアス電力は50[W]として多結晶シリコンのエッチング
を行なった結果、fが420[msec]、gが80[msec]のとき
にエッチング速度が極端に低下することなく、レジスト
マスクおよび下地酸化膜との選択比は向上した。この時
の周期は500[msec]である。
The effective total pumping speed is set to 500 [liter / sec], and Cl
2 Gas pressure was 0.1 [mTorr], discharge power was 100 [W], and applied bias power was 50 [W]. As a result, f was 420 [msec] and g was 80 [msec]. At that time, the etching rate did not extremely decrease, and the selectivity with respect to the resist mask and the underlying oxide film was improved. The cycle at this time is 500 [msec].

【0139】次に実効総排気速度を800[liter/sec]と
し、Cl2ガスの圧力を0.1[mTorr]、放電電力を100[W]、
印加バイアス電力は50[W]として多結晶シリコンのエッ
チングを行なった結果、fが270[msec]、gが80[msec]
のときにエッチング速度が極端に低下することなく、レ
ジストマスクおよび下地酸化膜との選択比は向上した。
この時の周期は350[msec]である。
Next, the effective total pumping speed is set to 800 [liter / sec], the pressure of Cl 2 gas is 0.1 [mTorr], the discharge power is 100 [W],
The applied bias power was 50 [W], and the polycrystalline silicon was etched. As a result, f was 270 [msec] and g was 80 [msec].
At that time, the etching rate did not extremely decrease, and the selectivity with respect to the resist mask and the underlying oxide film was improved.
The cycle at this time is 350 [msec].

【0140】次に実効総排気速度を1300[liter/sec]と
し、Cl2ガスの圧力を0.1[mTorr]、放電電力を100[W]、
印加バイアス電力は50[W]として多結晶シリコンのエッ
チングを行なった結果、fが170[msec]、gが80[msec]
のときにエッチング速度が極端に低下することなく、レ
ジストマスクおよび下地酸化膜との選択比は向上した。
この時の周期は250[msec]である。
Next, the effective total pumping speed is set to 1300 [liter / sec], the pressure of Cl 2 gas is 0.1 [mTorr], and the discharge power is 100 [W],
The applied bias power was 50 [W], and the polycrystalline silicon was etched. As a result, f was 170 [msec] and g was 80 [msec].
At that time, the etching rate did not extremely decrease, and the selectivity with respect to the resist mask and the underlying oxide film was improved.
The cycle at this time is 250 [msec].

【0141】fはガス圧力が高く反応種の入射フラック
スが大きいほど短くなり、また反応生成物の滞在時間が
短いほどfは短くなる。またgは放電電力が大きく入射
イオンの電流密度が大きいほど短くなる。
F becomes shorter as the gas pressure is higher and the incident flux of the reactive species is larger, and f becomes shorter as the residence time of the reaction product is shorter. Further, g becomes shorter as the discharge power is larger and the current density of incident ions is larger.

【0142】本実施例では、実施例1のように放電を間
歇的に停止して反応生成物の排気を行なうことをしてい
ない。そのため、反応生成物が解離して試料表面に吸着
し、反応種の吸着を妨げることを防止できない。従っ
て、実施例1の方法よりもエッチング収率は低い。しか
し、反応生成物の存在量は排気速度が大きくなるほど小
さくため、排気速度を大きくすることによってこの反応
生成物の吸着の効果を抑制できる。
In this embodiment, unlike the first embodiment, the discharge is intermittently stopped and the reaction product is not exhausted. Therefore, it is not possible to prevent the reaction product from dissociating and adsorbing on the sample surface, which hinders the adsorption of the reactive species. Therefore, the etching yield is lower than that of the method of Example 1. However, since the amount of reaction products present decreases as the exhaust speed increases, the effect of adsorption of the reaction products can be suppressed by increasing the exhaust speed.

【0143】本実施例では、Cl2ガスを用いた多結晶シ
リコンのエッチングを行なう例で説明したが、本実施例
の方法は他のガスにより多結晶シリコンのエッチングを
行なう場合や、また他の材料のエッチングを行なう場合
にも有効である。
In the present embodiment, an example of performing etching of polycrystalline silicon using Cl 2 gas has been described, but the method of the present embodiment is used when etching of polycrystalline silicon is performed using another gas, or when another method is used. It is also effective when etching the material.

【0144】例えば、Cl2ガスを用いた単結晶シリコン
のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジス
トマスクとの選択性が向上した。
For example, also in the etching of single crystal silicon using Cl 2 gas, the selectivity with the resist mask is improved by the method of this embodiment.

【0145】また、C4F8ガスを用いたシリコン酸化膜(S
iO2、あるいはBPSG)のエッチングにおいても、本実施例
の方法によりレジストマスク、および下地の多結晶シリ
コン、あるいはシリコン窒化膜(Si3N4)との選択性が向
上した。
[0145] Also, the silicon oxide film using C 4 F 8 gas (S
Also in the etching of iO 2 or BPSG, the selectivity of the resist mask and the underlying polycrystalline silicon or the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) was improved by the method of this example.

【0146】また、CH3Fガスを用いたシリコン窒化膜(S
i3N4)のエッチングにおいても、本実施例の方法により
レジストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上し
た。
[0146] Further, a silicon nitride film using CH 3 F gas (S
Also in the etching of i 3 N 4 ), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0147】さらに、BCl3ガスを用いたアルミニウム(A
l)のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジ
ストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上した。
[0147] Furthermore, the aluminum using BCl 3 gas (A
Also in the etching of l), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0148】これら各種材料のエッチングに際して、時
間f、gの最適な設定値は、エッチングガスと材料の組
合せ、またエッチング条件によって異なるため、本実施
例において既に述べたように実験により目的に応じて最
適値を見出せばよい。
In the etching of these various materials, the optimum set values of the times f and g differ depending on the combination of the etching gas and the material and the etching conditions. Therefore, as already described in the present embodiment, depending on the purpose by experiments. Just find the optimum value.

【0149】図12に示した本実施例の装置の試料台には
試料の温調機構がついている。これを用いて試料温度を
調節することにより、反応種が表面に吸着する時間を調
節することができる。すなわち、物理吸着は低温ほど促
進されるため、試料温度を低温にするほど時間fを短く
することができる。
The sample stage of the apparatus of this embodiment shown in FIG. 12 is equipped with a sample temperature control mechanism. By using this, by adjusting the sample temperature, the time for which the reactive species are adsorbed on the surface can be adjusted. That is, since the physical adsorption is promoted at a lower temperature, the time f can be shortened as the sample temperature is lowered.

【0150】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0151】実施例4 本実施例では、放電電力の投入を間歇的かつ周期的に行
ない、かつその間歇的電力投入期間においてさらに電力
変調を行なう方法について説明する。
Embodiment 4 In this embodiment, a method will be described in which discharge power is applied intermittently and periodically, and power modulation is further performed during the intermittent power application period.

【0152】これは図13に示したように、期間AとBに
おいて放電を行ない、期間Bにおいてバイアス印加を行
なう本実施例の方法は、基本的には実施例1において説
明した方法と同じであるが、本実施例ではさらに、期間
AとBにおける放電時に図13に示した如く放電電力を変
調するものである。あるいは実施例2において説明した
図5に示した放電の時間変調において、期間D内におい
てさらに放電電力を変調するものである。この更なる変
調の周期をhとする。hはaあるいはdよりも短い。周
期hを1[msec]以下、例えば、数10[μsec]程度にする
と、プラズマ中で生成するイオン、およびラジカルの種
類や生成種間の生成量の比を変えることができる。周期
hにおける電力の変調方法は任意の変調である。
As shown in FIG. 13, the method of this embodiment in which discharge is performed in periods A and B and bias is applied in period B is basically the same as the method described in the first embodiment. However, in the present embodiment, the discharge power is further modulated as shown in FIG. 13 during the discharge in the periods A and B. Alternatively, in the time modulation of the discharge shown in FIG. 5 described in the second embodiment, the discharge power is further modulated within the period D. The period of this further modulation is h. h is shorter than a or d. When the period h is set to 1 [msec] or less, for example, about several tens [μsec], it is possible to change the types of ions and radicals generated in the plasma and the ratio of the generated amount between the generated species. The power modulation method in the period h is arbitrary modulation.

【0153】本実施例の方法を例えばマイクロ波プラズ
マエッチング装置で実施する場合、マイクロ波発生源と
してはマグネトロンよりもサイクロトロンを用いた方が
時間変調の分解能が高い。
When the method of this embodiment is carried out by, for example, a microwave plasma etching apparatus, the time modulation resolution is higher when a cyclotron is used as the microwave source than a magnetron.

【0154】本実施例の方法を、例えばCHF3ガスによる
シリコン酸化膜のエッチングに適用する場合について説
明する。CHF3からプラズマ中で生成するラジカルにはエ
ッチングと重合膜の堆積の両方に寄与するCF2の如きも
のや、エッチングのみに寄与するFのようなものがあ
る。そこで、本実施例の方法を適用すれば、マスク材料
や下地材料との選択性を向上できるとともに、生成する
イオン、およびラジカルの種類や生成種間の生成量の比
を変えることにより、エッチングと堆積の強さを制御す
ることができる。周期hの長さや、周期h内での放電電
力の変調方法、さらに時間a、b、cは所望のエッチン
グ特性が得られるように処理条件によって決定すればよ
い。
A case where the method of the present embodiment is applied to etching of a silicon oxide film with CHF 3 gas will be described. Radicals generated in plasma from CHF 3 include CF 2 which contributes to both etching and deposition of a polymer film, and F which contributes only to etching. Therefore, by applying the method of the present embodiment, it is possible to improve the selectivity with respect to the mask material and the base material, and to change the type of ions and radicals to be generated and the ratio of the amount of generation between the generated species to achieve etching. The strength of the deposition can be controlled. The length of the cycle h, the method of modulating the discharge power within the cycle h, and the times a, b, and c may be determined according to processing conditions so that desired etching characteristics can be obtained.

【0155】本実施例の方法は、プラズマ中で生成する
イオン、およびラジカルの種類や生成種間の生成量の比
を変える効果と、マスク材料および下地材料との選択比
を向上させて異方性も向上させる効果がある。
The method of this embodiment is anisotropic by improving the effect of changing the kind of ions and radicals generated in plasma and the ratio of the amount of generated radicals, and the selectivity between the mask material and the base material. It also has the effect of improving the sex.

【0156】実施例6 本実施例では、バイアス電力の印加を間歇的かつ周期的
に行ない、かつその間歇的バイアス電力印加期間におい
てさらに電力変調を行なう方法について説明する。
Sixth Embodiment In this embodiment, a method will be described in which bias power is applied intermittently and periodically, and power modulation is further performed during the intermittent bias power application period.

【0157】これは図14に示したように、期間AとBに
おいて放電を行ない、期間Bにおいてバイアス印加を行
なう本実施例の方法は、基本的には実施例1において説
明した方法と同じであるが、本実施例ではさらに、期間
Bにおけるバイアス電力印加時に図14に示した如くバイ
アス電力を変調するものである。あるいは実施例3にお
いて説明した図6に示したバイアス印加の時間変調にお
いて、期間G内においてさらにバイアス電力を変調する
ものである。この更なる変調の周期をiとする。iはb
あるいはgよりも短い。周期iを1[msec]以下にする
と、試料表面に電荷が蓄積されることを防止できる。
As shown in FIG. 14, the method of this embodiment in which discharge is performed in periods A and B and bias is applied in period B is basically the same as the method described in the first embodiment. However, in the present embodiment, the bias power is further modulated when the bias power is applied in the period B as shown in FIG. Alternatively, in the time modulation of bias application shown in FIG. 6 described in the third embodiment, the bias power is further modulated within the period G. The period of this further modulation is i. i is b
Alternatively, it is shorter than g. When the cycle i is set to 1 [msec] or less, it is possible to prevent the charge from being accumulated on the sample surface.

【0158】本実施例の方法において、バイアス電源は
高周波電源でも、あるいは直流電源の出力電力を変調し
たものでもよい。
In the method of the present embodiment, the bias power source may be a high frequency power source or a direct current power source whose output power is modulated.

【0159】本実施例の方法を、Cl2ガスによる多結晶
シリコンのエッチングに適用した場合について説明す
る。試料には、シリコン基板上に熱酸化膜を形成し、そ
の上に多結晶シリコン層を形成して、ホトレジストマス
クをパターンニングしたものを用いた。Cl2ガスによる
多結晶シリコンのエッチングでは、下地の酸化膜層が露
出するとオーバーエッチング時に酸化膜との界面近傍に
通称ノッチングと呼ばれる異常加工形状のサイドエッチ
ングが生じることが知られている。これは表面に電荷が
蓄積されたことにより、入射イオンの軌道が酸化膜界面
近傍で横に曲がる結果であると考えられている。本実施
例の方法により、マスク材料や下地材料との選択性が向
上するとともに、連続的にバイアスを印加している場合
に生じていたノッチングを防止することができた。ここ
で、周期iの長さや、周期i内でのバイアス電力の変調
方法、さらに時間a、b、cは所望のエッチング特性が
得られるように処理条件によって決定すればよい。
A case where the method of this embodiment is applied to etching of polycrystalline silicon with Cl 2 gas will be described. As a sample, a thermal oxide film was formed on a silicon substrate, a polycrystalline silicon layer was formed thereon, and a photoresist mask was patterned. In the etching of polycrystalline silicon with Cl 2 gas, it is known that when the underlying oxide film layer is exposed, abnormal etching shape side etching commonly called notching occurs near the interface with the oxide film during overetching. It is considered that this is a result of the trajectories of incident ions being laterally bent near the oxide film interface due to the accumulation of charges on the surface. By the method of this example, the selectivity with respect to the mask material and the underlying material was improved, and notching that occurred when the bias was continuously applied could be prevented. Here, the length of the cycle i, the method of modulating the bias power within the cycle i, and the times a, b, and c may be determined according to the processing conditions so that desired etching characteristics can be obtained.

【0160】本実施例の方法は、材料表面に電荷が蓄積
されることを防止する効果と、マスク材料および下地材
料との選択比を向上させて異方性も向上させる効果があ
る。
The method of this embodiment has the effect of preventing the accumulation of charges on the material surface and the effect of improving the anisotropy by improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0161】実施例7 図15は本発明の表面処理装置を中性粒子ビームアシスト
エッチング装置において実施した例である。
Example 7 FIG. 15 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention was carried out in a neutral particle beam assisted etching apparatus.

【0162】この表面処理装置はロードロック機構を備
えており、処理室18とウェハ交換室22はゲートバルブ28
によって分離されており、それぞれが独立に真空排気さ
れる。排気手段および試料台は実施例1において説明し
た図7に示した装置と同等であるためここで説明を省力
する。
This surface processing apparatus is equipped with a load lock mechanism, and the processing chamber 18 and the wafer exchange chamber 22 are provided with a gate valve 28.
Are separated by, and each is evacuated independently. The evacuation means and the sample table are the same as those of the apparatus shown in FIG. 7 described in the first embodiment, and therefore the description thereof will be omitted here.

【0163】プラズマ放電手段について説明する。放電
発生用電源30は時間変調制御器1により制御され、時間
変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下の周期で時
間変調された出力電力を間歇的かつ周期的にマグネトロ
ンに印加する。放電発生用電源30から供給された時間変
調した電力によりマグネトロン20で励起されたマイクロ
波は導波管19に導かれて処理室18内の放電管23に時間変
調したプラズマ7を発生させる。ソレノイドコイル29は
電子サイクロトロン共鳴によって励起効率を高める働き
をする。
The plasma discharge means will be described. The discharge generating power supply 30 is controlled by the time modulation controller 1, and in accordance with the output signal of the time modulation controller 1, time-modulated output power is applied to the magnetron intermittently and periodically at a period of 1 [sec] or less. . The microwaves excited by the magnetron 20 by the time-modulated power supplied from the discharge-generating power supply 30 are guided to the waveguide 19 to generate the time-modulated plasma 7 in the discharge tube 23 in the processing chamber 18. The solenoid coil 29 functions to increase the excitation efficiency by electron cyclotron resonance.

【0164】ガス導入手段について説明する。ガスボン
ベ2内の反応種供給用ガスはレギュレーター12を通りガ
ス流量調整手段3により所望の流量に調整され、ガス導
入バルブ11を通して表面処理室18内に導入される。ま
た、ガスボンベ2'内の中性粒子ビーム供給用ガス(Ar等
の希ガス)はレギュレーター12'を通りガス流量調整手段
3'により所望の流量に調整され、ガス導入バルブ11'を
通して放電管23内に導入される。
The gas introduction means will be described. The reactive species supply gas in the gas cylinder 2 passes through the regulator 12 and is adjusted to a desired flow rate by the gas flow rate adjusting means 3, and is introduced into the surface treatment chamber 18 through the gas introduction valve 11. Also, the gas for supplying the neutral particle beam (rare gas such as Ar) in the gas cylinder 2'passes through the regulator 12 'and a gas flow rate adjusting means.
The flow rate is adjusted to a desired value by 3'and introduced into the discharge tube 23 through the gas introduction valve 11 '.

【0165】中性粒子ビーム供給用ガスとしてArガスを
用いた場合を例に、中性粒子ビームの生成方法について
説明する。放電管23内で生成したArイオンはメッシュ状
のイオン加速電極33により引出された後、処理室内のガ
スとの電荷交換反応により中性化して被処理ウェハ6に
入射する。試料台8にはイオン入射阻止電極34が設けら
れており、イオン入射阻止電圧供給電源32から供給され
た電圧により、プラズマ内のイオンが被処理ウェハ6に
入射することを防止する。イオン加速電極33に電圧を供
給するイオン加速電圧供給電源31は時間変調制御器1に
より制御され、時間変調制御器1の出力信号に従い、1[s
ec]以下の周期で時間変調された加速電圧を間歇的かつ
周期的にイオン加速電極33に電圧を供給する。
A method of generating a neutral particle beam will be described by taking as an example the case where Ar gas is used as the gas for supplying the neutral particle beam. The Ar ions generated in the discharge tube 23 are extracted by the mesh-shaped ion accelerating electrode 33, then neutralized by the charge exchange reaction with the gas in the processing chamber, and enter the wafer 6 to be processed. The sample stage 8 is provided with an ion incidence blocking electrode 34, which prevents ions in the plasma from entering the wafer 6 to be processed by the voltage supplied from the ion incidence blocking voltage supply power source 32. The ion acceleration voltage supply power supply 31 for supplying a voltage to the ion acceleration electrode 33 is controlled by the time modulation controller 1, and according to the output signal of the time modulation controller 1, 1 [s
ec] The voltage is supplied to the ion accelerating electrode 33 intermittently and periodically with an accelerating voltage that is time-modulated with a cycle of the following.

【0166】時間変調制御器1は実施例1において説明
した図7に示したものと同等のものであるのでここでは
説明を省力する。図15に示した装置ではこのこの時間変
調制御器1により放電即ちイオンの生成とイオンの加速
即ち中性ビームの生成を同期して時間変調したり、二つ
のうちのうち少なくとも一方を時間変調して行なうこと
ができる。
Since the time modulation controller 1 is the same as that shown in FIG. 7 described in the first embodiment, the description thereof will be omitted here. In the device shown in FIG. 15, this time modulation controller 1 performs time modulation in synchronization with the discharge, that is, the generation of ions and the acceleration of ions, that is, the generation of a neutral beam, or at least one of the two is time modulated. Can be done.

【0167】以上説明した表面処理装置において、表面
処理を実施した例を以下に述べる。反応種供給ガスとし
てCHF3ガス、中性粒子ビーム供給ガスとしてArを用いシ
リコン酸化膜のエッチングを行なった。即ち、図2に示
した期間Aと期間Bにおいて放電を行ない、期間Bにお
いてここではバイアス印加電力の供給の代わりにイオン
加速電極への加速電圧の供給を行ない、期間Cにおいて
放電とイオン加速電極への加速電圧の供給を停止すると
いう処理を1[msec]以上1[sec]以下の周期で行なった。
時間a、b、cの最適値はエッチング条件によりことな
るため、それぞれの条件により実験で最適値を求めた。
その結果、連続的に放電とイオン加速電圧の供給を行な
う場合に比べて、レジストマスク、および下地の多結晶
シリコン、あるいはシリコン窒化膜(Si3N4)との選択性
が向上した。ここで、本実施例の方式では、期間Bだけ
ではなく期間Cにおいてもイオン加速電極への加速電圧
の供給が行なわれていても同様に選択比向上の効果があ
った。また、図5に示した方式において、バイアス印加
電力の供給の代わりにイオン加速電極への加速電圧の供
給は連続的に行ない、放電のみを間歇的かつ周期的に行
なう方法もマスク材料と下地材料に対する選択比を向上
させる効果があった。さらに、図6に示した方式におい
て、放電は連続的に行ない、バイアス印加電力の供給の
代わりにイオン加速電極への加速電圧の供給を間歇的か
つ周期的に行なう方法もマスク材料と下地材料に対する
選択比を向上させる効果があった。
An example in which the surface treatment is performed by the surface treatment apparatus described above will be described below. The silicon oxide film was etched using CHF 3 gas as a reactant supply gas and Ar as a neutral particle beam supply gas. That is, the discharge is performed in the period A and the period B shown in FIG. 2, the accelerating voltage is supplied to the ion accelerating electrode instead of the bias application power in the period B, and the discharge and the ion accelerating electrode are performed in the period C. The process of stopping the supply of the accelerating voltage to was performed at a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less.
Since the optimum values of the times a, b, and c are different depending on the etching conditions, the optimum values were determined experimentally under the respective conditions.
As a result, the selectivity with respect to the resist mask and the underlying polycrystalline silicon or the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) was improved as compared with the case where the discharge and the ion acceleration voltage were continuously supplied. Here, in the method of the present embodiment, even when the accelerating voltage is supplied to the ion accelerating electrode not only in the period B but also in the period C, the selection ratio is similarly improved. Further, in the method shown in FIG. 5, instead of supplying the bias application power, the accelerating voltage is continuously supplied to the ion accelerating electrode, and only the discharge is intermittently and cyclically performed. There was an effect of improving the selection ratio for. Further, in the method shown in FIG. 6, a method of performing discharge continuously and intermittently and periodically supplying an accelerating voltage to the ion accelerating electrode instead of supplying bias application power is also used for the mask material and the base material. It had the effect of improving the selection ratio.

【0168】本実施例の方法は他のガスによりシリコン
酸化膜のエッチングを行なう場合や、また他の材料のエ
ッチングを行なう場合にも有効である。
The method of this embodiment is also effective when etching a silicon oxide film with another gas or when etching another material.

【0169】例えば、Cl2ガスを用いた単結晶あるいは
他結晶シリコンのエッチングにおいても、本実施例の方
法によりレジストマスクとの選択性が向上した。
For example, even in the etching of single crystal or other crystal silicon using Cl 2 gas, the selectivity with the resist mask is improved by the method of this embodiment.

【0170】また、CH3Fガスを用いたシリコン窒化膜(S
i3N4)のエッチングにおいても、本実施例の方法により
レジストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上し
た。
[0170] Further, a silicon nitride film using CH 3 F gas (S
Also in the etching of i 3 N 4 ), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0171】さらに、BCl3ガスを用いたアルミニウム(A
l)のエッチングにおいても、本実施例の方法によりレジ
ストマスク、および下地のSiO2との選択性が向上した。
[0171] Furthermore, the aluminum using BCl 3 gas (A
Also in the etching of l), the selectivity with respect to the resist mask and the underlying SiO 2 was improved by the method of this example.

【0172】これら各種材料のエッチングに際して、時
間a、b、c、d、e、f、gの最適な設定値は、エッ
チングガスと材料の組合せ、またエッチング条件によっ
て異なるため、本実施例において既に述べたように実験
により目的に応じて最適値を見出せばよい。
In etching these various materials, the optimum set values of the times a, b, c, d, e, f, and g differ depending on the combination of the etching gas and the material and the etching conditions. As described above, the optimum value may be found according to the purpose by experiments.

【0173】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0174】実施例8 図16は本発明の表面処理装置をヘリコン波方式のプラズ
マエッチング装置で実施した例である。
Embodiment 8 FIG. 16 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention is implemented by a helicon wave type plasma etching apparatus.

【0175】放電管23の周囲に設けたソレノイドコイル
により軸方向に垂直に形成した磁界を有する放電管23の
回りに、径方向に2回り分のループ状アンテナ37を設け
高周波電源36から整合器35'を通して高周波を印加する
ことにより、ヘリコン波プラズマを励起させる。高周波
電源36は時間変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以
下の周期で時間変調された高周波電力をアンテナ37に印
加できる。さらにバイアス電源16も時間変調制御器1の
出力信号に従い、1[sec]以下の周期で時間変調されたバ
イアス電力を印加できるようになっている。これによ
り、ヘリコン波プラズマ放電とバイアス電力に印加を同
期をとって時間変調したり、あるいはこれら二つのうち
一方を時間変調することができる。放電手段以外は図7
に示した装置と同等であるためここでは説明を省略す
る。
A loop antenna 37 for two turns in the radial direction is provided around the discharge tube 23 having a magnetic field formed perpendicularly to the axial direction by a solenoid coil provided around the discharge tube 23, and a matching device is provided from the high frequency power supply 36. The helicon wave plasma is excited by applying a high frequency wave through 35 '. The high frequency power supply 36 can apply to the antenna 37 high frequency power time-modulated in a cycle of 1 [sec] or less according to the output signal of the time modulation controller 1. Further, the bias power source 16 can also apply time-modulated bias power in a cycle of 1 [sec] or less in accordance with the output signal of the time modulation controller 1. As a result, the helicon wave plasma discharge and the bias power can be time-modulated in synchronization with each other, or one of the two can be time-modulated. Figure 7 except for the discharging means
Since it is equivalent to the device shown in FIG.

【0176】以上説明した表面処理装置を用い、図2に
示したように放電とバイアス電力の印加を同期をとって
1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なう方法、
また、図5に示したように放電を1[msec]以上1[sec]以
下の周期で周期的に行なう方法、さらに、図6に示した
ようにバイアス電力の印加を1[msec]以上1[sec]以下の
周期で周期的に行なう方法で単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、およびアル
ミニウムのエッチングを行なった。その結果、いずれの
材料でも、本実施例の方法により、マスク材料および下
地材料との選択比が向上した。
Using the surface treatment apparatus described above, discharge and bias power application are synchronized as shown in FIG.
Method to perform periodically with a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less,
In addition, as shown in FIG. 5, the discharge is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less, and as shown in FIG. 6, the application of bias power is 1 [msec] or more 1 Etching of single crystal silicon, polycrystalline silicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and aluminum was performed by a method periodically performed for a period of [sec] or less. As a result, the selection ratio between the mask material and the base material was improved by the method of this example for any of the materials.

【0177】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0178】実施例9 図17は本発明の表面処理装置をヘリカル共鳴型高周波誘
導方式のプラズマエッチング装置で実施した例である。
Embodiment 9 FIG. 17 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention is implemented by a helical resonance type high frequency induction type plasma etching apparatus.

【0179】放電管23の周囲に、螺旋状コイル39を巻
き、高周波電源36から整合器35'を通して高周波を印加
することによりプラズマを励起させる。高周波電源36は
時間変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下の周期
で時間変調された高周波電力を螺旋状コイル39に印加で
きる。さらにバイアス電源16も時間変調制御器1の出力
信号に従い、1[sec]以下の周期で時間変調されたバイア
ス電力を印加できるようになっている。これにより、放
電とバイアス電力に印加を同期をとって時間変調した
り、あるいはこれら二つのうち一方を時間変調すること
ができる。放電手段以外は図7に示した装置と同等であ
るためここでは説明を省略する。
A spiral coil 39 is wound around the discharge tube 23, and a high frequency is applied from a high frequency power source 36 through a matching unit 35 'to excite plasma. The high frequency power supply 36 can apply to the spiral coil 39 high frequency power time-modulated in a cycle of 1 [sec] or less in accordance with the output signal of the time modulation controller 1. Further, the bias power source 16 can also apply time-modulated bias power in a cycle of 1 [sec] or less in accordance with the output signal of the time modulation controller 1. As a result, the discharge and the bias power can be time-modulated in synchronization with each other, or one of the two can be time-modulated. Except for the discharging means, it is the same as the device shown in FIG. 7, and therefore its explanation is omitted here.

【0180】以上説明した表面処理装置を用い、図2に
示したように放電とバイアス電力の印加を同期をとって
1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なう方法、
また、図5に示したように放電を1[msec]以上1[sec]以
下の周期で周期的に行なう方法、さらに、図6に示した
ようにバイアス電力の印加を1[msec]以上1[sec]以下の
周期で周期的に行なう方法で単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、およびアル
ミニウムのエッチングを行なった。その結果、いずれの
材料でも、本実施例の方法により、マスク材料および下
地材料との選択比が向上した。
Using the surface treatment apparatus described above, the discharge and the application of bias power are synchronized as shown in FIG.
Method to perform periodically with a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less,
In addition, as shown in FIG. 5, the discharge is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less, and as shown in FIG. 6, the application of bias power is 1 [msec] or more 1 Etching of single crystal silicon, polycrystalline silicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and aluminum was performed by a method periodically performed for a period of [sec] or less. As a result, the selection ratio between the mask material and the base material was improved by the method of this example for any of the materials.

【0181】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0182】実施例10 図18は本発明の表面処理装置をトランスフォーマ・カッ
プルド・プラズマ(TCP)型高周波誘導方式のプラズマ
エッチング装置で実施した例である。
Embodiment 10 FIG. 18 shows an example in which the surface treatment apparatus of the present invention is implemented by a transformer coupled plasma (TCP) type high frequency induction type plasma etching apparatus.

【0183】装置の試料台に対向して渦巻状に設置した
コイル38に高周波電源36から整合器35'を通して高周波
を印加することによりプラズマを励起させる。高周波電
源36は時間変調制御器1の出力信号に従い、1[sec]以下
の周期で時間変調された高周波電力を渦巻状コイル38に
印加できる。さらにバイアス電源16も時間変調制御器1
の出力信号に従い、1[sec]以下の周期で時間変調された
バイアス電力を印加できるようになっている。これによ
り、放電とバイアス電力に印加を同期をとって時間変調
したり、あるいはこれら二つのうち一方を時間変調する
ことができる。放電手段以外は図7に示した装置と同等
であるためここでは説明を省略する。
Plasma is excited by applying a high frequency from a high frequency power source 36 to a coil 38, which is installed in a spiral shape facing the sample stage of the apparatus, through a matching device 35 '. The high frequency power supply 36 can apply high frequency power, which is time-modulated in a cycle of 1 [sec] or less, to the spiral coil 38 in accordance with the output signal of the time modulation controller 1. Further, the bias power supply 16 is also a time modulation controller 1
According to the output signal of, the bias power time-modulated with a period of 1 [sec] or less can be applied. As a result, the discharge and the bias power can be time-modulated in synchronization with each other, or one of the two can be time-modulated. Except for the discharging means, it is the same as the device shown in FIG. 7, and therefore its explanation is omitted here.

【0184】以上説明した表面処理装置を用い、図2に
示したように放電とバイアス電力の印加を同期をとって
1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なう方法、
また、図5に示したように放電を1[msec]以上1[sec]以
下の周期で周期的に行なう方法、さらに、図6に示した
ようにバイアス電力の印加を1[msec]以上1[sec]以下の
周期で周期的に行なう方法で単結晶シリコン、多結晶シ
リコン、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、およびアル
ミニウムのエッチングを行なった。その結果、いずれの
材料でも、本実施例の方法により、マスク材料および下
地材料との選択比が向上した。
Using the surface treatment apparatus described above, discharge and bias power application are synchronized as shown in FIG.
Method to perform periodically with a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less,
In addition, as shown in FIG. 5, the discharge is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less, and as shown in FIG. 6, the application of bias power is 1 [msec] or more 1 Etching of single crystal silicon, polycrystalline silicon, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and aluminum was performed by a method periodically performed for a period of [sec] or less. As a result, the selection ratio between the mask material and the base material was improved by the method of this example for any of the materials.

【0185】本実施例は、マスク材料および下地材料と
の選択比を向上させる効果がある。
This embodiment has the effect of improving the selection ratio between the mask material and the base material.

【0186】[0186]

【発明の効果】本発明によりエッチングの収率が高ま
り、マスク材料と下地材料とのエッチングの選択比を向
上させる効果がある。
The present invention has the effect of increasing the etching yield and improving the etching selection ratio between the mask material and the base material.

【0187】[0187]

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

【図1】リアクティヴ・スポット当たりの吸着反応種数
による、入射イオン1個当たりのエッチング収率の変化
を表す図。
FIG. 1 is a diagram showing a change in etching yield per incident ion depending on the number of adsorption reaction species per reactive spot.

【図2】本発明の方法に関わり、エッチング収率を向上
させるため、放電電力とバイアス印加電力の時間変調の
仕方を表す図。
FIG. 2 is a diagram showing a method of time-modulating the discharge power and the bias application power in order to improve the etching yield in relation to the method of the present invention.

【図3】本発明の方法によって、加速された粒子の入射
によって材料表面に生成するリアクティヴ・スポットに
反応種が吸着する過程と、そこに加速された粒子が入射
して反応が起きる過程と、生成した反応生成物がリアク
ティヴ・スポットから脱離排気される過程が分離される
ことを表す概念図。
FIG. 3 shows a process in which a reactive species is adsorbed to a reactive spot formed on a material surface by the injection of accelerated particles by the method of the present invention, and a process in which the accelerated particles are incident on the reaction spot to cause a reaction. The conceptual diagram showing that the process in which the generated reaction product is desorbed from the reactive spot and exhausted is separated.

【図4】本発明の方法に関わり、排気時間の経過による
反応生成物の分圧の変化を表す図。
FIG. 4 is a graph showing a change in partial pressure of a reaction product with the elapse of evacuation time, which is related to the method of the present invention.

【図5】本発明の方法に関わり、エッチング収率を向上
させるため、放電電力の時間変調の仕方を表す図。
FIG. 5 is a diagram showing how discharge power is time-modulated in order to improve the etching yield in relation to the method of the present invention.

【図6】本発明の方法に関わり、エッチング収率を向上
させるため、バイアス印加電力の時間変調の仕方を表す
図。
FIG. 6 is a diagram showing a method of time-modulating the bias applied power in order to improve the etching yield in relation to the method of the present invention.

【図7】本発明に関わる表面処理装置をマイクロ波プラ
ズマエッチング装置において実施した例を表す図。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a microwave plasma etching apparatus.

【図8】本発明に関わる一実施例を示し、マスク材料と
下地材料とのエッチングの選択比が放電時間の変調によ
り変化することを表す図。
FIG. 8 is a diagram showing an example relating to the present invention and showing that the etching selection ratio between a mask material and a base material changes due to the modulation of the discharge time.

【図9】本発明に関わる一実施例を示し、マスク材料と
下地材料とのエッチングの選択比がバイアス印加時間の
変調により変化することを表す図。
FIG. 9 is a diagram showing an example relating to the present invention, showing that the etching selection ratio between a mask material and a base material changes due to the modulation of the bias application time.

【図10】本発明に関わる一実施例を示し、マスク材料
と下地材料とのエッチングの選択比が放電とバイアス印
加停止している時間の変調により変化することを表す
図。
FIG. 10 is a diagram showing an example relating to the present invention and showing that the etching selection ratio between a mask material and a base material changes due to the modulation of the discharge and the time during which the bias application is stopped.

【図11】本発明に関わる表面処理装置をマイクロ波プ
ラズマエッチング装置において実施した例を表す図。
FIG. 11 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a microwave plasma etching apparatus.

【図12】本発明に関わる表面処理装置をマイクロ波プ
ラズマエッチング装置において実施した例を表す図。
FIG. 12 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a microwave plasma etching apparatus.

【図13】本発明に関わる一実施例を示し、放電電力と
バイアス印加電力の時間変調の一周期の中でさらに放電
電力の変調を行なう方法を表す図。
FIG. 13 is a diagram showing an embodiment according to the present invention and is a diagram showing a method of further modulating discharge power in one cycle of time modulation of discharge power and bias applied power.

【図14】本発明に関わる一実施例を示し、放電電力と
バイアス印加電力の時間変調の一周期の中でさらにバイ
アス電力の変調を行なう方法を表す図。
FIG. 14 is a diagram showing an embodiment according to the present invention and is a diagram showing a method of further modulating bias power in one cycle of time modulation of discharge power and bias applied power.

【図15】本発明に関わる表面処理装置を中性粒子ビー
ムアシストエッチング装置において実施した例を表す
図。
FIG. 15 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a neutral particle beam assisted etching apparatus.

【図16】本発明に関わる表面処理装置をヘリコン波方
式プラズマエッチング装置において実施した例を表す
図。
FIG. 16 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a helicon wave type plasma etching apparatus.

【図17】本発明に関わる表面処理装置をヘリカル共鳴
型高周波誘導方式プラズマエッチング装置において実施
した例を表す図。
FIG. 17 is a view showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a helical resonance type high frequency induction type plasma etching apparatus.

【図18】本発明に関わる表面処理装置をトランスフォ
ーマ・カップルド・プラズマ(TCP)型高周波誘導方式
プラズマエッチング装置において実施した例を表す図。
FIG. 18 is a diagram showing an example in which the surface treatment apparatus according to the present invention is implemented in a transformer coupled plasma (TCP) type high frequency induction type plasma etching apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.時間変調制御器 2.ガスボンベ 3.ガス流量調整手段 4.ターボ分子ポンプ 5.メカニカルブースターポンプ 6.被処理ウェハ 7.プラズマ 8.試料台 9.ヒーター 10.冷媒 11.ガス導入バルブ 12.レギュレーター 13.温度センサー 14.試料台上下機構 15.絶縁物 16.バイアス電源 17.バルブ 18.処理室 19.導波管 20.マグネトロン 21.搬送系 22.ウェハ交換室 23.放電管 24.冷媒供給器 25.温度調節器 26.ヒーター用電源 27.ロータリーポンプ 28.ゲートバルブ 29.ソレノイドコイル 30.放電発生用電源 31.イオン加速電圧供給電源 32.イオン入射阻止電圧供給電源 33.イオン加速電極 34.イオン入射阻止電極 35.整合器 36.高周波電源 37.アンテナ 38.渦巻状コイル 39.螺旋状アンテナ 1. Time modulation controller 2. Gas cylinder 3. Gas flow rate adjusting means 4. Turbo molecular pump 5. Mechanical booster pump 6. Wafer to be processed 7. Plasma 8. Sample stand 9. Heater 10. Refrigerant 11. Gas introduction valve 12. Regulator 13. Temperature sensor 14. Sample table up / down mechanism 15. Insulator 16. Bias power supply 17. Valve 18. Processing room 19. Waveguide 20. Magnetron 21. Transport system 22. Wafer exchange room 23. Discharge tube 24. Refrigerant supply device 25. Temperature controller 26. Power supply for heater 27. Rotary pump 28. Gate valve 29. Solenoid coil 30. Discharge generation power supply 31. Ion acceleration voltage power supply 32. Ion injection blocking voltage power supply 33. Ion acceleration electrode 34. Ion incidence blocking electrode 35. Matching device 36. High frequency power supply 37. Antenna 38. Spiral coil 39. Spiral antenna

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 巽 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tatsumi Mizutani 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】処理室内の試料台にウェハを載置し、前記
処理室を排気手段によって所望の真空度に排気し、前記
処理室にガス導入手段によって材料処理ガスを導入し、
プラズマ放電手段によって前記導入されたガスをプラズ
マ化し、該プラズマによりウェハ上に形成された材料を
処理する表面処理方法において、処理過程が、主として
反応種が表面に吸着する素過程を含む第1の期間A、次
いで吸着反応種と材料の反応を促進するべく加速された
粒子が表面に照射される素過程を含む第2の期間B、次
いで反応生成物が表面から脱離し排気される素過程を含
む第3の期間Cとからなり、かつこのA、B、Cの期間
からなる処理過程を1[msec]以上1[sec]以下の周期で周
期的に行なうことを特徴とする表面処理方法。
1. A wafer is placed on a sample stage in a processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired degree of vacuum by an evacuation unit, and a material processing gas is introduced into the processing chamber by a gas introduction unit,
In the surface treatment method of converting the introduced gas into plasma by the plasma discharge means and treating the material formed on the wafer by the plasma, the treatment process mainly includes the elementary process in which the reactive species are adsorbed on the surface. A period A, and then a second period B including an elementary process in which accelerated particles are irradiated on the surface to promote the reaction between the adsorbed reaction species and the material, and then an elementary process in which reaction products are desorbed from the surface and exhausted A surface treatment method comprising: a third period C, which includes the process, and a process including the periods A, B, and C, periodically at a cycle of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less.
【請求項2】処理室内の試料台にウェハを載置し、前記
処理室を排気手段によって所望の真空度に排気し、前記
処理室にガス導入手段によって材料処理ガスを導入し、
プラズマ放電手段によって前記導入されたガスをプラズ
マ化し、該プラズマによりウェハ上に形成された材料を
処理する表面処理方法において、処理過程が、反応種が
表面に吸着する過程および吸着反応種と材料の反応を促
進するべく加速された粒子が表面に照射される過程を含
む第1の期間D、次いで反応生成物が表面から脱離し排
気される過程を含む第2の期間Eとからなり、かつこの
D、Eの期間からなる処理過程を1[msec]以上1[sec]以
下の周期で周期的に行なうことを特徴とする表面処理方
法。
2. A wafer is placed on a sample stage in a processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired vacuum degree by an exhausting means, and a material processing gas is introduced into the processing chamber by a gas introducing means.
In the surface treatment method of converting the introduced gas into plasma by the plasma discharge means and treating the material formed on the wafer with the plasma, the treatment step includes a step of adsorbing the reactive species on the surface and an adsorption of the reactive species and the material. A first period D including the step of irradiating the surface with accelerated particles to promote the reaction, and then a second period E including the step of desorbing the reaction products from the surface and evacuating; and A surface treatment method characterized in that a treatment process consisting of periods D and E is periodically performed at a period of 1 [msec] or more and 1 [sec] or less.
【請求項3】処理室内の試料台にウェハを載置し、前記
処理室を排気手段によって所望の真空度に排気し、前記
処理室にガス導入手段によって材料処理ガスを導入し、
プラズマ放電手段によって前記導入されたガスをプラズ
マ化し、該プラズマによりウェハ上に形成された材料を
処理する表面処理方法において、処理過程が、反応種が
表面に吸着する過程および表面に生成した反応生成物が
表面から脱離し排気される過程を含む第1の期間F、次
いで吸着反応種と材料の反応を促進するべく加速された
粒子が表面に照射される過程を含む第2の期間Gとから
なり、かつこのF、Gの期間からなる処理過程を1[mse
c]以上1[sec]以下の周期で周期的に行なうことを特徴と
する表面処理方法。
3. A wafer is placed on a sample stage in the processing chamber, the processing chamber is evacuated to a desired vacuum degree by an exhaust means, and a material processing gas is introduced into the processing chamber by a gas introduction means,
In the surface treatment method of converting the introduced gas into plasma by the plasma discharge means and treating the material formed on the wafer with the plasma, the treatment process includes a process of adsorbing reactive species on the surface and a reaction product generated on the surface. From a first period F including a process of desorbing substances from the surface and exhausting, and then a second period G including a process of irradiating the surface with particles accelerated to promote a reaction between the adsorbing reaction species and the material. And the processing process consisting of these F and G periods is 1 [mse
A surface treatment method characterized in that it is carried out periodically at a period of c] or more and 1 [sec] or less.
【請求項4】請求項1、2、3のいずれかに記載の吸着
反応種と材料の反応を促進するべく加速されて表面に照
射される粒子は、試料台に印加されたバイアス電力によ
り加速されたイオンであることを特徴とする請求項1、
2、3に記載の表面処理方法。
4. The particles, which are accelerated to accelerate the reaction between the adsorbing reaction species and the material according to claim 1, and are irradiated onto the surface, are accelerated by a bias power applied to the sample stage. 2. The ion as defined in claim 1,
The surface treatment method described in 2 or 3.
【請求項5】請求項1において、前記排気手段の実効総
排気速度を500[liter/sec]以上とし、期間Aおよび期間
Bにおいて任意の変調電力でプラズマ放電が行なわれ、
期間Bにおいて試料台に任意の変調電力でバイアス電力
が印加され、期間Cにおいてはプラズマ放電とバイアス
電力の印加が停止されるという期間A、B、Cからなる
処理を1[msec]以上1[sec]以下の周期で周期的に行な
い、ウェハ上に形成された材料を処理することを特徴と
する請求項1に記載の表面処理方法。
5. The plasma discharge according to claim 1, wherein the effective exhaust speed of the exhaust means is 500 [liter / sec] or more, and plasma discharge is performed with arbitrary modulation power in the period A and the period B.
In the period B, bias power is applied to the sample table with arbitrary modulation power, and in the period C, plasma discharge and the application of bias power are stopped. The surface treatment method according to claim 1, wherein the material formed on the wafer is treated by performing the treatment periodically at a period of [sec] or less.
【請求項6】処理室内に、ウェハを保持するための試料
台、前記処理室を排気するための排気手段、前記処理室
に材料処理ガスを導入するガス導入手段、該供給された
ガスをプラズマ化するためのプラズマ放電手段、前記試
料台にバイアス電力を印加するバイアス電力印加手段を
有する表面処理装置において、前記排気手段は実効総排
気速度500[liter/sec]以上を有し、前記プラズマ放電手
段はプラズマ放電を任意の変調電力でかつ1[sec]以下の
周期で周期的に発生させる機能を有し、前記バイアス電
力印加手段は試料台にバイアス電力を任意の変調電力
で、かつ1[sec]以下の周期で周期的に印加する機能を有
し、かつ該プラズマ放電と該バイアス電力の印加を任意
の位相で同期をとって周期的に行なう機能を有すること
を特徴とする表面処理装置。
6. A sample stage for holding a wafer, an exhaust means for exhausting the processing chamber, a gas introducing means for introducing a material processing gas into the processing chamber, and a plasma for the supplied gas. In the surface treatment apparatus having a plasma discharge means for changing the temperature of the sample and a bias power applying means for applying a bias power to the sample stage, the exhaust means has an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more, and the plasma discharge The means has a function of periodically generating a plasma discharge with an arbitrary modulation power and a cycle of 1 [sec] or less, and the bias power applying means applies a bias power to the sample stage with an arbitrary modulation power and 1 [sec]. sec] or less, and a function of periodically applying the plasma discharge and the application of the bias power in a synchronized manner at an arbitrary phase and periodically. .
【請求項7】請求項2、3のいずれかに記載の表面処理
方法は、排気手段の実効総排気速度を500[liter/sec]以
上とし、プラズマ放電と試料台へのバイアス電力の印加
のうち少なくとも一方を任意の変調電力で、かつ1[mse
c]以上1[sec]以下の周期で周期的に行ない、試料台に載
置したウェハ上に形成された材料を処理することを特徴
とする請求項2、3に記載の表面処理方法。
7. The surface treatment method according to claim 2, wherein the effective total exhaust speed of the exhaust means is 500 [liter / sec] or more, and the plasma discharge and the application of bias power to the sample stage are performed. At least one of them has an arbitrary modulation power and 1 [mse
4. The surface treatment method according to claim 2, wherein the material formed on the wafer placed on the sample stage is processed by periodically performing the cycle of c] or more and 1 [sec] or less.
【請求項8】処理室内に、ウェハを保持するための試料
台、前記処理室を排気するための排気手段、前記処理室
にウェハ処理ガスを導入するガス導入手段、該供給され
たガスをプラズマ化するためのプラズマ放電手段、前記
試料台にバイアス電力を印加するバイアス電力印加手段
を有する表面処理装置において、前記排気手段は実効総
排気速度500[liter/sec]以上を有し、前記プラズマ放電
手段もしくは前記バイアス電力印加手段のいずれか一方
が任意の変調電力で、かつ1[sec]以下の周期で周期的に
動作する機能を有することを特徴とする表面処理装置。
8. A sample stage for holding a wafer in the processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, a gas introducing means for introducing a wafer processing gas into the processing chamber, and a plasma for supplying the supplied gas. In the surface treatment apparatus having a plasma discharge means for changing the temperature of the sample and a bias power applying means for applying a bias power to the sample stage, the exhaust means has an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more, and the plasma discharge One of the means and the bias power applying means has a function of operating periodically with an arbitrary modulation power and at a cycle of 1 [sec] or less.
【請求項9】請求項1、2、3のいずれかに記載の吸着
反応種と材料の反応を促進するべく加速されて試料台に
載置されたウェハ表面に照射される粒子は、プラズマ内
で生成したイオンを加速し、これに電荷を与えて中性化
することにより生じた中性粒子ビ−ムであることを特徴
とする請求項1、2、3に記載の表面処理方法。
9. Particles irradiated to the surface of a wafer placed on a sample stage, which are accelerated to promote the reaction between the adsorbing reactive species and the material according to claim 1, are in plasma. 4. The surface treatment method according to claim 1, wherein the ion beam is a neutral particle beam produced by accelerating the ions generated in step 1 and imparting a charge to the ions to neutralize them.
【請求項10】処理室内に、ウェハを保持するための試
料台、前記処理室を排気するための排気手段、前記処理
室にウェハ処理ガスを導入する少なくとも一つ以上のガ
ス導入手段、該供給されたガスをプラズマ化するための
プラズマ放電手段、該プラズマ中で発生したイオンを前
記試料台に載置されたウェハ表面方向に加速するための
イオン加速手段、前記試料台に載置されたウェハ前面に
設けられ、ウェハ表面に向けて入射するイオンを電気的
に排除し、中性粒子のみをウェハ表面に入射させるため
のイオン入射阻止手段を有する表面処理装置において、
前記排気手段は実効総排気速度500[liter/sec]以上を有
し、前記プラズマ放電手段はプラズマ放電を任意の変調
電力でかつ1[sec]以下の周期で周期的に発生させる機能
を有し、前記イオン加速手段にはイオン加速電圧が任意
の変調電圧かつ1[sec]以下の周期で周期的に印加される
機能を有し、かつ該プラズマ放電とイオン加速電圧の印
加を任意の位相で同期をとって周期的に行なう機能を有
することを特徴とする表面処理装置。
10. A sample stage for holding a wafer in a processing chamber, an exhaust means for exhausting the processing chamber, at least one gas introducing means for introducing a wafer processing gas into the processing chamber, and the supply. Plasma discharge means for converting the generated gas into plasma, ion accelerating means for accelerating ions generated in the plasma toward the surface of the wafer mounted on the sample stage, wafer mounted on the sample stage In a surface treatment apparatus provided on the front surface, which electrically excludes ions that are incident toward the wafer surface, and has an ion incidence blocking means for allowing only neutral particles to enter the wafer surface,
The evacuation means has an effective total evacuation speed of 500 [liter / sec] or more, and the plasma discharge means has a function of periodically generating plasma discharge with arbitrary modulation power and at a period of 1 [sec] or less. The ion accelerating means has a function in which an ion accelerating voltage is periodically applied at an arbitrary modulation voltage and a period of 1 [sec] or less, and the plasma discharge and the application of the ion accelerating voltage are performed at an arbitrary phase. A surface treatment apparatus having a function of performing synchronization in a periodic manner.
【請求項11】請求項1、2、3のいずれかに記載の排
気手段は実効総排気速度500[liter/sec]以上を有するこ
とを特徴とする請求項1、2、3に記載の表面処理方
法。
11. The surface according to claim 1, 2 or 3, wherein the exhaust means according to any one of claims 1, 2 and 3 has an effective total pumping speed of 500 [liter / sec] or more. Processing method.
【請求項12】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の排気手段は実効総排気速度800[lite
r/sec]以上を有することを特徴とする請求項1、2、
3、5、7に記載の表面処理方法および請求項6、8、
10に記載の表面処理装置。
12. A method according to claim 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10.
The exhaust means described in any one of the above is an effective total exhaust speed of 800 [lite
r / sec] or more.
The surface treatment method according to claim 3, 5 or 7, and claims 6 and 8,
10. The surface treatment device as described in 10.
【請求項13】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の排気手段は実効総排気速度1300[lit
er/sec]以上を有することを特徴とする請求項1、2、
3、5、7に記載の表面処理方法および請求項6、8、
10に記載の表面処理装置。
13. A method according to claim 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10.
The exhaust means described in any one of
er / sec] or more.
The surface treatment method according to claim 3, 5 or 7, and claims 6 and 8,
10. The surface treatment device as described in 10.
【請求項14】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の周期は1[msec]以上500[msec]以下で
あることを特徴とする請求項1、2、3、5、7に記載
の表面処理方法および請求項6、8、10に記載の表面処
理装置。
14. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
The surface treatment method according to any one of claims 1, 2, 3, 5 and 7, and the cycle according to any one of claims 6, 8 and 10, characterized in that the cycle described in any one of 1 to 4 is not less than 1 [msec] and not more than 500 [msec]. The surface treatment apparatus according to.
【請求項15】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の周期は1[msec]以上350[msec]以下で
あることを特徴とする請求項1、2、3、5、7に記載
の表面処理方法および請求項6、8、10に記載の表面処
理装置。
15. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
The surface treatment method according to any one of claims 1, 2, 3, 5 and 7, and the cycle according to any one of claims 6, 8 and 10, characterized in that the cycle according to any one of claims 1 to 3 is 350 [msec] or more. The surface treatment apparatus according to.
【請求項16】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の周期は1[msec]以上250[msec]以下で
あることを特徴とする請求項1、2、3、5、7に記載
の表面処理方法および請求項6、8、10に記載の表面処
理装置。
16. The method according to claim 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10.
The surface treatment method according to any one of claims 1, 2, 3, 5 and 7, and the cycle according to any one of claims 6, 8 and 10 are characterized in that the cycle according to any one of 1 to 4 is not less than 1 [msec] and not more than 250 [msec]. The surface treatment apparatus according to.
【請求項17】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の排気手段および周期は、実効総排気
速度500[liter/sec]以上を有する排気手段であり、かつ
周期1[msec]以上500[msec]以下であることを特徴とする
請求項1、2、3、5、7に記載の表面処理方法および
請求項6、8、10に記載の表面処理装置。
17. The method according to claim 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10.
The exhaust means and cycle described in any one of 1 to 3 are exhaust means having an effective total exhaust speed of 500 [liter / sec] or more, and a cycle of 1 [msec] or more and 500 [msec] or less. The surface treatment method according to items 1, 2, 3, 5, and 7, and the surface treatment apparatus according to claims 6, 8, and 10.
【請求項18】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の排気手段および周期は、実効総排気
速度800[liter/sec]以上を有する排気手段であり、かつ
周期1[msec]以上350[msec]以下であることを特徴とする
請求項1、2、3、5、7に記載の表面処理方法および
請求項6、8、10に記載の表面処理装置。
18. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
The exhaust means and cycle described in any one of the above are exhaust means having an effective total exhaust speed of 800 [liter / sec] or more and a cycle of 1 [msec] or more and 350 [msec] or less. The surface treatment method according to items 1, 2, 3, 5, and 7, and the surface treatment apparatus according to claims 6, 8, and 10.
【請求項19】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載の排気手段および周期は、実効総排気
速度1300[liter/sec]以上を有する排気手段であり、か
つ周期1[msec]以上250[msec]以下であることを特徴とす
る請求項1、2、3、5、7に記載の表面処理方法およ
び請求項6、8、10に記載の表面処理装置。
19. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
The exhaust means and cycle described in any one of the above are exhaust means having an effective total exhaust speed of 1300 [liter / sec] or more and a cycle of 1 [msec] or more and 250 [msec] or less. The surface treatment method according to items 1, 2, 3, 5, and 7, and the surface treatment apparatus according to claims 6, 8, and 10.
【請求項20】請求項5、6のいずれかに記載の周期的
に行なわれるプラズマ放電とバイアス電力の印加は、複
数の出力チャンネルを有する時間変調制御器の出力信号
を前記プラズマ放電手段およびバイアス電力印加手段に
入力し、該プラズマ放電手段の電源および該バイアス電
力印加手段の電源の出力電力を周期的に変調することに
よって行なわれ、かつ該時間変調制御器の各出力チャン
ネルの信号は各チャンネル毎に独立に任意の波形、かつ
任意の位相で同期をとって設定可能であり、これにより
任意の電力で放電変調を行ない、かつ任意の電力でバイ
アス変調を行ない、かつ放電変調とバイアス変調を任意
の位相で同期をとって行なうことを特徴とする請求項5
に記載の表面処理方法および請求項6に記載の表面処理
装置。
20. The periodic plasma discharge and bias power application according to claim 5, wherein the output signal of the time modulation controller having a plurality of output channels is supplied to the plasma discharge means and the bias. This is performed by periodically modulating the output power of the power supply of the plasma discharge means and the power supply of the bias power application means, and the signal of each output channel of the time modulation controller is input to each channel. Each waveform can be set independently and in synchronization with any waveform and any phase.This allows discharge modulation with arbitrary power, bias modulation with arbitrary power, and discharge modulation and bias modulation. 6. The method according to claim 5, wherein the steps are performed in synchronization with an arbitrary phase.
The surface treatment method according to claim 6 and the surface treatment device according to claim 6.
【請求項21】請求項7、8のいずれかに記載の周期的
に行なわれるプラズマ放電は、時間変調制御器の出力信
号を前記プラズマ放電手段に入力し、該プラズマ放電手
段の電源の出力電力を周期的に変調することによって行
なわれ、かつ該時間変調制御器の出力チャンネルの信号
は任意の波形で設定可能であり、これにより任意の電力
で放電変調を行なうことを特徴とする請求項7に記載の
表面処理方法および請求項8に記載の表面処理装置。
21. The periodic plasma discharge according to claim 7, wherein the output signal of the time modulation controller is input to the plasma discharge means, and the output power of the power source of the plasma discharge means is supplied. 7. The signal of the output channel of the time modulation controller can be set with an arbitrary waveform, whereby discharge modulation is performed with an arbitrary power. The surface treatment method according to claim 8 and the surface treatment device according to claim 8.
【請求項22】請求項7、8のいずれかに記載の周期的
に行なわれるバイアス電力の印加は、時間変調制御器の
出力信号を前記バイアス電力印加手段に入力し、該バイ
アス電力印加手段の電源の出力電力を周期的に変調する
ことによって行なわれ、かつ該時間変調制御器の出力チ
ャンネルの信号は任意の波形で設定可能であり、これに
より任意の電力でバイアス変調を行なうことを特徴とす
る請求項7に記載の表面処理方法および請求項8に記載
の表面処理装置。
22. Periodically applied bias power according to any one of claims 7 and 8, wherein an output signal of a time modulation controller is inputted to the bias power application means, and the bias power application means outputs the bias power application means. It is performed by periodically modulating the output power of the power supply, and the signal of the output channel of the time modulation controller can be set with an arbitrary waveform, whereby bias modulation is performed with an arbitrary power. The surface treatment method according to claim 7 and the surface treatment device according to claim 8.
【請求項23】請求項10に記載の周期的に行なわれるプ
ラズマ放電とイオン加速電圧の印加は、複数の出力チャ
ンネルを有する時間変調制御器の出力信号を前記プラズ
マ放電手段およびイオン加速電圧印加手段に入力し、該
プラズマ放電手段の電源の出力電力および該イオン加速
電圧印加手段の電源の出力電圧を周期的に変調すること
によって行なわれ、かつ該時間変調制御器の各出力チャ
ンネルの信号は各チャンネル毎に独立に任意の波形、か
つ任意の位相で同期をとって設定可能であり、これによ
り任意の電力で放電変調を行ない、かつ任意の電力でイ
オン加速電圧の変調を行ない、かつ放電変調とイオン加
速電圧の変調を任意の位相で同期をとって行なうことを
特徴とする請求項10に記載の表面処理装置。
23. The periodic plasma discharge and the application of the ion acceleration voltage according to claim 10, wherein the output signal of the time modulation controller having a plurality of output channels is supplied to the plasma discharge means and the ion acceleration voltage applying means. By periodically modulating the output power of the power supply of the plasma discharge means and the output voltage of the power supply of the ion acceleration voltage applying means, and the signal of each output channel of the time modulation controller is It can be set independently for each channel in synchronization with any waveform and any phase, which allows discharge modulation with arbitrary power, ion acceleration voltage modulation with arbitrary power, and discharge modulation. 11. The surface treatment apparatus according to claim 10, wherein the modulation of the ion acceleration voltage is performed in synchronization with an arbitrary phase.
【請求項24】請求項20、21、22、23のいずれかに記載
の時間変調制御器の出力チャンネルからの信号波形は矩
形波であることを特徴とする請求項20、21、22、23に記
載の表面処理方法および表面処理装置。
24. The signal waveform from the output channel of the time modulation controller according to any one of claims 20, 21, 22, and 23 is a rectangular wave. The surface treatment method and surface treatment apparatus described in 1.
【請求項25】請求項1、2、3、4、5、6、7、
8、9、10のいずれかに記載の試料台はウェハ温度を所
望の温度に保持するための温度調節手段を有することを
特徴とする請求項1、2、3、4、5、7、9に記載の
表面処理方法および請求項6、8、10に記載の表面処理
装置。
25. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
The sample stage according to any one of claims 8, 9, and 10 has a temperature adjusting means for maintaining the wafer temperature at a desired temperature. The surface treatment method according to claim 6 and the surface treatment device according to claim 6, 8, or 10.
【請求項26】請求項1、2、3、4、5、6、7、8
のいずれかに記載のバイアスは、高周波バイアスである
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、7に記載
の表面処理方法および請求項6、8に記載の表面処理装
置。
26. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
9. The surface treatment method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 7, and the surface treatment apparatus according to claim 6, wherein the bias according to any one of claims 1 to 3 is a high frequency bias.
【請求項27】請求項1、2、3、4、5、6、7、8
のいずれかに記載のバイアスは、直流電源の出力を変調
したものであることを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、7に記載の表面処理方法および請求項6、8に
記載の表面処理装置。
27. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
The bias according to any one of claims 1 to 3, wherein the output of the DC power supply is modulated.
The surface treatment method according to any one of claims 4, 5, and 7, and the surface treatment apparatus according to claims 6 and 8.
【請求項28】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載のプラズマ放電手段は、マイクロ波に
よるプラズマ放電を生成させるものであることを特徴と
する請求項1、2、3、5、7に記載の表面処理方法お
よび請求項6、8、10に記載の表面処理装置。
28. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
8. The surface treatment method according to claim 1, 2, 3, 5, and 7, and the plasma discharge means according to claim 6, wherein the plasma discharge means generates plasma discharge by microwaves. 10. The surface treatment apparatus according to item 10.
【請求項29】請求項1、2、3、5、6、7、8、10
のいずれかに記載のプラズマ放電手段は、ヘリコン波方
式、もしくは高周波誘導方式によるプラズマ放電を生成
させるものであることを特徴とする請求項1、2、3、
5、7に記載の表面処理方法および請求項6、8、10に
記載の表面処理装置。
29. Claims 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10
The plasma discharge means according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasma discharge is generated by a helicon wave method or a high frequency induction method.
The surface treatment method according to claim 5 or 7, and the surface treatment apparatus according to claim 6, 8, or 10.
【請求項30】請求項1、2、3、4、5、7、9いず
れかに記載の材料は単結晶シリコン、もしくは多結晶シ
リコンであることを特徴とする請求項1、2、3、4、
5、7、9に記載の表面処理方法。
30. The material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9 is single crystal silicon or polycrystalline silicon. 4,
The surface treatment method according to 5, 7, or 9.
【請求項31】請求項1、2、3、4、5、7、9いず
れかに記載の材料はシリコンの酸化膜、もしくはシリコ
ンの窒化膜であることを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、7、9に記載の表面処理方法。
31. The material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9 is a silicon oxide film or a silicon nitride film. 3,
The surface treatment method according to 4, 5, 7, or 9.
【請求項32】請求項1、2、3、4、5、7、9いず
れかに記載の材料はアルミニウムであることを特徴とす
る請求項1、2、3、4、5、7、9に記載の表面処理
方法。
32. The material according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9 is aluminum. The surface treatment method described in.
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