JPH0936086A - Plasma treating method and device - Google Patents

Plasma treating method and device

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JPH0936086A
JPH0936086A JP7179792A JP17979295A JPH0936086A JP H0936086 A JPH0936086 A JP H0936086A JP 7179792 A JP7179792 A JP 7179792A JP 17979295 A JP17979295 A JP 17979295A JP H0936086 A JPH0936086 A JP H0936086A
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Tetsunori Kaji
哲徳 加治
Naoyuki Koto
直行 小藤
Takeshi Yoshioka
健 吉岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the shape controllability of a fine pattern and to improve the reduction in an etching rate in a deep groove/deep hole. SOLUTION: In a plasma treatment method for changing gas into plasma under reduced pressure and for treating a sample 1 arranged in a treatment room 5 using the plasma, a bias voltage with a part where a potential in positive direction rapidly increases for each specific period is applied to a sample stand 2, a potential difference exceeding, at least, 5V is set when the voltage rapidly increases and electrons in plasma are accelerated and applied to the sample 1, and at least one portion of the surface electric charge of the sample 1 is neutralized, thus efficiently neutralizing the electric charge at the groove bottom/hole bottom according to an accelerated electron, improving the shape controllability of a fine pattern, and improving, for example, the reduction in the etching rate in a deep groove/deep hole.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ処理方法および
装置に係り、特に試料へのバイアス印加を用いた処理に
好適なプラズマ処理方法および装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method and apparatus, and more particularly to a plasma processing method and apparatus suitable for processing using a bias applied to a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】RFバイアスの従来例を図11に示す。
試料1は試料台2上に載置されており、バイアス用高周
波電源3からは図12に示す高周波が出力され、コンデ
ンサ4を経由して正弦波状の電圧が印加される。処理室
5内には、処理ガスを流入しながら排気すると共に、プ
ラズマ発生用高周波電源6からコイル7並びに絶縁体8
を経由して加えられる高周波電力によりプラズマが生成
される。プラズマから試料に供給される電子の量が、正
イオンの量に比べて数十倍〜数百倍と多いため、コンデ
ンサ4の試料1側には負の電荷が蓄積される。この電荷
のため、図13に示す様に負にシフトした電圧が基板上
に表れる。この負電圧によってエッチング種である正イ
オンが加速され、試料1に垂直に入射することにより垂
直形状のエッチングが可能となる。しかし、試料パター
ンが微細化するにつれ、溝や穴の底面における正電荷の
チャージアップのため、次に述べる色々な問題点が出て
きた。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows a conventional example of RF bias.
The sample 1 is placed on the sample table 2, the high frequency power for bias 3 outputs the high frequency shown in FIG. 12, and a sinusoidal voltage is applied via the capacitor 4. The processing gas is exhausted while flowing into the processing chamber 5, and the plasma generation high-frequency power source 6 to the coil 7 and the insulator 8 are supplied.
Plasma is generated by the high frequency power applied via the. Since the amount of electrons supplied from the plasma to the sample is as large as several tens to several hundreds times the amount of positive ions, negative charges are accumulated on the sample 1 side of the capacitor 4. Due to this charge, a negatively shifted voltage appears on the substrate as shown in FIG. This negative voltage accelerates the positive ions, which are the etching species, and makes them vertically incident on the sample 1 to enable vertical etching. However, as the sample pattern becomes finer, various problems described below arise due to the charge-up of positive charges on the bottoms of the grooves and holes.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】図13の試料表面電位
波形では、ピ−ク電位がほぼプラズマポテンシャル(V
p)程度となり、電子が試料に入射する正のサイクルで
電子を加速するための正電圧のピ−クがほとんど0にな
るため、電子はほとんど加速されず基板に入射する。な
お、試料表面の容量成分は、ゼロもしくは大きな値であ
るため、試料表面電位は、一般に試料電位にほぼ等しく
なる。
In the sample surface potential waveform of FIG. 13, the peak potential is almost the plasma potential (V
Since the peak of the positive voltage for accelerating the electrons in the positive cycle in which the electrons are incident on the sample is almost 0, the electrons are hardly accelerated and are incident on the substrate. Since the capacitance component of the sample surface is zero or a large value, the sample surface potential is generally almost equal to the sample potential.

【0004】このようなバイアス印加法を用いて微細パ
ターンの加工を行った場合、試料に局所的チャージアッ
プが生じる。イオンは加速されて試料に垂直入射するた
め微細パターンの底面まで達するのに対して、電子は加
速されず試料に等方的に入射するため微細パターンでは
マスクに遮られて底面まで到達することができない(電
子シェーディング現象)。このため微細パターンの側面
が負にチャージアップし底面が正にチャージアップす
る。
When a fine pattern is processed using such a bias application method, local charge-up occurs in the sample. Ions are accelerated and vertically enter the sample to reach the bottom surface of the fine pattern, whereas electrons are not accelerated and areotropically incident on the sample, so that the fine pattern is blocked by the mask and reaches the bottom surface. Not possible (electronic shading phenomenon). Therefore, the side surface of the fine pattern is charged up negatively and the bottom surface is charged up positively.

【0005】この電子シェーディングによるチャージア
ップは、プラズマエッチングにおいて様々な弊害をもた
らしている。その最も重大な問題の一つがゲート用ポリ
シリコン加工における局所異状サイドエッチ(ノッチ)
の発生である。
The charge-up caused by the electron shading causes various problems in plasma etching. One of the most serious problems is local abnormal side etch (notch) in polysilicon processing for gate.
Is the occurrence of.

【0006】また、電子シェーディング現象によるチャ
ージアツプはメタル配線の加工においても発生し、ゲー
ト酸化膜にダメージを生じさせる。電子シェーディング
によって微細パターンの底面に生じた正電荷はメタル配
線につながっているフローティングゲートに集められ、
フローティングゲートと基板シリコンの間のゲート絶縁
膜に絶縁破壊等のダメージを発生させる。
Further, charge-up due to the electron shading phenomenon occurs also in the processing of metal wiring, and causes damage to the gate oxide film. Positive charges generated on the bottom surface of the fine pattern by electron shading are collected in the floating gate connected to the metal wiring,
Damage such as dielectric breakdown occurs in the gate insulating film between the floating gate and the substrate silicon.

【0007】この他にも、電子シェーディング現象によ
るチャージアップはトレンチやコンタクトホール等の微
細孔エッチングにおいても問題となっており、サブトレ
ンチやボーイング等の異状形状を発生される原因になっ
ている。ポリシリコンのエッチング場合と同様、孔の側
面が負に、孔の底面が正に、それぞれチャージアップす
る。このチャージアップによってエッチング種であるイ
オンの軌道が曲げられ、イオンは孔の側面や孔底の端部
に入射するようになる。このため、孔側面や孔底面端部
がエッチングされ、ボーイングやサブトレンチ等の異状
形状が発生する。
In addition to this, the charge-up due to the electron shading phenomenon is a problem in etching fine holes such as trenches and contact holes, which causes irregular shapes such as sub-trench and bowing. As in the case of etching polysilicon, the side surface of the hole is negatively charged and the bottom surface of the hole is positively charged. Due to this charge-up, the orbits of ions, which are etching species, are bent, and the ions are incident on the side surface of the hole and the end of the hole bottom. For this reason, the side surface of the hole and the end of the bottom surface of the hole are etched, and irregular shapes such as bowing and sub-trench are generated.

【0008】本件を解決する1つの方法として、特開平
6−61182号公報には、プラズマポテンシャル(V
p)とフロ−ティングポテンシャル(Vf)との差の振
幅(約20ボルト)を有するパルス電圧を印加し、試料
表面電位(Vs)がプラズマポテンシャル(Vp)に等
しくなる期間を長く設ける事により、試料へ電子を入射
し、試料表面の電荷の中和を行なう事が記載されてい
る。しかし試料に入射する電子の加速エネルギ−がゼロ
であるため、深い溝/穴や微細パタ−ンの底部では、電
子による中和が十分行なわれない欠点があった。
As one method for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 6-61182 discloses a plasma potential (V
By applying a pulse voltage having an amplitude (about 20 volts) of the difference between p) and the floating potential (Vf) and providing a long period during which the sample surface potential (Vs) is equal to the plasma potential (Vp), It is described that electrons are injected into the sample to neutralize the charge on the sample surface. However, since the accelerating energy of the electrons incident on the sample is zero, there is a drawback that the electrons are not sufficiently neutralized at the deep grooves / holes or the bottom of the fine pattern.

【0009】本発明は、電子シェーディング現象を解消
し、電子シェーディング現象に起因するノッチ、チャー
ジアップダメージ、ボーイング、サブトレンチ、マイク
ロローディング、穴深さ方向のエッチングレート低下等
の諸問題を解決する。
The present invention eliminates the electron shading phenomenon and solves various problems caused by the electron shading phenomenon such as notch, charge-up damage, bowing, sub-trench, micro-loading, and reduction of etching rate in the hole depth direction.

【0010】本発明の目的は、微細パターンの形状制御
性の改善や深溝/深穴におけるエッチレート低下の改善
を行い、所望のエッチング形状を得ることのできるプラ
ズマ処理方法および装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of obtaining a desired etching shape by improving the shape controllability of a fine pattern and improving the etching rate decrease in deep grooves / deep holes. is there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】減圧下でガスをプラズマ
化し、該プラズマを用いて処理室内に配置した試料を処
理するプラズマ処理において、試料を載置する載置手段
に、正方向電位が所定周期毎に急増する部分を有するバ
イアス電圧を印加し、該電圧が急増した付近にてプラズ
マ中の電子を少なくとも5ボルトを越える電位差にて加
速して試料に入射し、試料表面電荷の少なくともその一
部を中和させることにより達成される。
Means for Solving the Problems In plasma processing for converting a gas into plasma under reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber using the plasma, a positive potential is set to a predetermined value on a mounting means for mounting the sample. A bias voltage having a portion that rapidly increases in each cycle is applied, and in the vicinity of the sudden increase in the voltage, electrons in the plasma are accelerated with a potential difference of at least 5 V and are incident on the sample, and at least one of the sample surface charges is charged. This is achieved by neutralizing the parts.

【0012】[0012]

【作用】本発明において、試料にパルスバイアス電圧が
印加され、試料表面電位(Vs)がプラズマポテンシャ
ル(Vp)より少なくとも5ボルト以上大きい値に設定
し電子を加速して試料に入射させる期間が存在するた
め、試料表面の微細パターンの底面にまで加速された電
子が到達でき、底面における正電荷のチャージアップを
防止してノッチ等の発生を防止すると共に、深い溝/穴
中での処理速度の低下等を防止することができる。
In the present invention, there is a period in which the pulse bias voltage is applied to the sample, the sample surface potential (Vs) is set to a value larger than the plasma potential (Vp) by at least 5 V or more, and electrons are accelerated to be incident on the sample. Therefore, accelerated electrons can reach the bottom surface of the fine pattern on the sample surface, prevent the positive charge from being charged up on the bottom surface to prevent notches and the like, and increase the processing speed in the deep groove / hole. It is possible to prevent the deterioration.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図4に
より説明する。図1は、本発明のプラズマ処理装置のバ
イアス電圧が印加される電極部分を示す構成図である。
本図の電極部分は、例えば、図11に示した従来装置の
試料台部分に代えて設けられる。本図において図11と
同符号は同一部材を示す。本実施例は、図11の従来構
成のプラズマ処理装置のバイアス用高周波電源3に代え
て、図1に示すバイアス用パルス電源3′を用いる。バ
イアス用パルス電源3′は図2(a)に示す様に正方向の
パルスを周期的に出力する。このパルスを容量成分4を
経由して試料1に加えた場合、試料1には図2(b)に示
す様な試料表面電位(Vs)が印加される。この図に示
すように、Vsの電位が急増するパルス幅(τw)の部
分で、Vsの値がプラズマポテンシャル(Vp)+5ボ
ルトより高い電位となり、電子が加速して試料に入射す
る。ここでτwはパルス幅、Tはパルス周期、Vplsはパ
ルス振幅、Vpはプラズマポテンシャル、VDCは試料1
に加わる電圧の直流成分である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram showing an electrode portion to which a bias voltage is applied in the plasma processing apparatus of the present invention.
The electrode portion of this figure is provided, for example, in place of the sample stage portion of the conventional apparatus shown in FIG. In this figure, the same symbols as in FIG. 11 indicate the same members. This embodiment uses a bias pulse power source 3'shown in FIG. 1 in place of the bias high frequency power source 3 of the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. The bias pulse power supply 3'periodically outputs a pulse in the positive direction as shown in FIG. When this pulse is applied to the sample 1 via the capacitance component 4, the sample surface potential (Vs) as shown in FIG. 2B is applied to the sample 1. As shown in this figure, in the portion of the pulse width (τw) where the potential of Vs rapidly increases, the value of Vs becomes higher than the plasma potential (Vp) +5 volts, and the electrons are accelerated and enter the sample. Here, τw is the pulse width, T is the pulse period, Vpls is the pulse amplitude, Vp is the plasma potential, and V DC is the sample 1
Is the DC component of the voltage applied to.

【0014】τw及びVplsを所定の値の下、パルス周期
Tを変化した時のVDC/電子加速電圧/加速電子比率の
それぞれ変化を図3の(a)/(b)/(c)に示す。な
お、図3には、パルス振幅(Vpls)がほぼVp(2
0ボルト)に等しく、電子加速電圧がほぼゼロの時の
(τw/T)依存性も破線のグラフで併示している。
The changes of VDC / electron acceleration voltage / acceleration electron ratio when the pulse period T is changed under the predetermined values of τw and Vpls are shown in (a) / (b) / (c) of FIG. Show. In FIG. 3, the pulse amplitude (Vpls) is approximately Vp (2
(Τw / T) dependence when the electron accelerating voltage is almost zero, which is equal to 0 volt), and is also shown in the graph of the broken line.

【0015】(τw/T)<0.001の時、VDCはほ
ぼ0ボルト、加速電子比率は0.1程度ないしはそれよ
り小さい。加速電子比率が1.0に近く、電子加速電圧
の高いほうが電荷の中和効果は大きい。図3(c)よ
り、(τw/T)が0.001程度以下では、加速電子
比率が少なくなって電子加速の効果が出にくくなる。ま
た、VDC>−5ボルトの領域はイオンの加速が不足する
ため、垂直形状が得られにくく、またエッチングレート
も低くなるため実用的にはあまり好ましくない領域であ
る。但し、高選択比や低ダメ−ジを最優先する場合に
は、VDCの上限は考慮しなくても良い。
When (τw / T) <0.001, V DC is approximately 0 V and the acceleration electron ratio is about 0.1 or less. The accelerating electron ratio is close to 1.0, and the higher the electron accelerating voltage, the greater the charge neutralization effect. From FIG. 3C, when (τw / T) is about 0.001 or less, the ratio of accelerating electrons is small and the effect of electron acceleration is difficult to be obtained. Further, in the region of VDC > -5V, the acceleration of ions is insufficient, so that it is difficult to obtain a vertical shape, and the etching rate is also low, which is not a practically preferable region. However, when the high selection ratio and the low damage are given the highest priority, the upper limit of VDC may not be taken into consideration.

【0016】また、VDC<Vp−Vpls+5なる領域は電
子加速電圧が5V以下のため、深溝や深穴の底面迄電子
が届きにくい。このため、電子加速による形状の改善や
深溝/穴でのエッチングレート低下を改善しにくい領域
である。(τw/T)が大きくなると、図3(b)に示
すように電子加速電圧は、急速に低下する。加速電圧が
5ボルト以上になる領域は、プラズマの種類(電子温
度、電子密度やイオンの種類等)によっても変化する
が、概ね(τw/T)<0.1、好ましくは (τw/
T)<0.05 である。したがって、好ましい特性が
得られる部分は、 −5volt>VDC>Vp−Vpls+5ボルト 0.05>(τw/T)>0.001 の部分である。これは、図3(a)中に太線で示した部
分に対応している。図3(a)に破線で併記したケ−ス
では、望ましい領域は存在しない。
Further, in the region of VDC <Vp-Vpls + 5, the electron acceleration voltage is 5 V or less, so that it is difficult for electrons to reach the bottom surface of the deep groove or deep hole. Therefore, it is a region in which it is difficult to improve the shape due to electron acceleration and the reduction in the etching rate in the deep groove / hole. When (τw / T) becomes large, the electron acceleration voltage rapidly decreases as shown in FIG. 3 (b). The region where the accelerating voltage is 5 V or higher varies depending on the type of plasma (electron temperature, electron density, type of ions, etc.), but is generally (τw / T) <0.1, preferably (τw /
T) <0.05. Therefore, the part where the preferable characteristics are obtained is the part where -5volt> VDC > Vp-Vpls + 5 volts 0.05> ([tau] w / T)> 0.001. This corresponds to the portion shown by the thick line in FIG. In the case shown by the broken line in FIG. 3A, there is no desired region.

【0017】試料1に電子電流が流入する期間の平均電
子加速エネルギーはVpls−Vp+VDCにほぼ比例してお
り、この値が5ボルト以上で深穴や溝底面での電荷中和
効果がでてきて、この値が10ボルト以上で上記効果が
顕著になる。
The average electron acceleration energy during the period in which the electron current flows into the sample 1 is almost proportional to Vpls-Vp + VDC , and when this value is 5 V or more, the effect of neutralizing charge at the bottom of the deep hole or groove appears. Then, when this value is 10 volts or more, the above effect becomes remarkable.

【0018】尚、Vpls−Vp+VDCの値が200ボルト
程度以上では、レジスト膜の削れやダメ−ジが大きくな
る等の逆効果が顕著になる。
When the value of Vpls-Vp + VDC is about 200 V or more, the adverse effects such as the abrasion of the resist film and the increase of damage are remarkable.

【0019】また、Vp−VDCの絶対値はイオン加速の
平均エネルギーにほぼ比例している。Vpls−Vp+VDC
の値は前途の値の範囲内で試料の材質、パターン、穴の
アスペクト比等に合わせて最適化する。
The absolute value of Vp-V DC is almost proportional to the average energy of ion acceleration. Vpls-Vp + V DC
The value of is optimized within the range of the above values according to the material of the sample, the pattern, the aspect ratio of the hole, and the like.

【0020】図2(a)に示した基本パルスでは、Vp
ls,(τw/T)等を最適化することにより、電子加
速電圧やイオン加速電圧を、所望の値にすることが出来
るが、図3(a)に示す様に(τw/T)の望ましい範
囲が狭い。(τw/T)の小さい範囲は、VDCの絶対値
が小さくなることにより制限されている。これを改善す
るためには、パルス周期に比べて短い周期のの交流や、
短周期で(τw/T)が大きいパルス列を重畳してや
り、その重畳波によりVDCの絶対値の最小値を設定する
ようにすればよい。
In the basic pulse shown in FIG. 2A, Vp
By optimizing Is, (τw / T), etc., the electron acceleration voltage and the ion acceleration voltage can be set to desired values, but (τw / T) is desirable as shown in FIG. 3 (a). The range is narrow. The small range of (τw / T) is limited by the small absolute value of V DC . To improve this, alternating current with a shorter period than the pulse period,
It is only necessary to superimpose a pulse train having a large (τw / T) in a short cycle and set the minimum value of the absolute value of V DC by the superposed wave.

【0021】振幅Vrfの交流と、振幅Vplsなるパ
ルスとを重畳させた例を、図4に示す。このときのVDC
−(τw/T)特性は、図4(b)に示すようになり、
Vrf >5+Vpボルトと設定することにより、(τ
w/T)の小さい領域でも VDC<−5ボルト となり
所望の特性が得られる様になる。なお、図4(b)の太
線で示した好ましい領域の(τw/T)の最小値は、加
速電子比率が0.1程度以上(図3(c)参照)に対応
している。
FIG. 4 shows an example in which an alternating current having an amplitude Vrf and a pulse having an amplitude Vpls are superposed. V DC at this time
The − (τw / T) characteristic is as shown in FIG.
By setting Vrf> 5 + Vp volts, (τ
Even in a small range of w / T, VDC <−5 V and desired characteristics can be obtained. The minimum value of (τw / T) in the preferable region shown by the thick line in FIG. 4B corresponds to an accelerating electron ratio of about 0.1 or more (see FIG. 3C).

【0022】VDCの絶対値の最小値を設定する他の方法
を図5(a)(b)に示す。図5(a)は、振幅Vrf
の交流(100kHz−100MHz)の最大ピ−ク付
近に、交流のn周期毎にパルスを重畳した例である。
Another method of setting the minimum absolute value of V DC is shown in FIGS. FIG. 5A shows the amplitude Vrf.
Is an example in which a pulse is superimposed every n cycles of the alternating current in the vicinity of the maximum peak of the alternating current (100 kHz-100 MHz).

【0023】図5(b)は、交流(100kHz−10
0MHz)の振幅を一定周期毎に変化させている例であ
る。振幅が急増した付近における詳細を図6に示す。図
6(a)はパルスバイアス電源3’の出力電圧、(b)
は試料1の表面電位圧(Vs),(c)は各時刻におけ
る電子電流とイオン電流の概要、(d)は電子加速電圧
の概要を示す。
FIG. 5B shows an alternating current (100 kHz-10
This is an example in which the amplitude of 0 MHz) is changed at regular intervals. FIG. 6 shows details in the vicinity of the sharp increase in the amplitude. FIG. 6A shows the output voltage of the pulse bias power supply 3 ′, and FIG.
Shows the surface potential pressure (Vs) of the sample 1, (c) shows the outline of the electron current and ion current at each time, and (d) shows the outline of the electron acceleration voltage.

【0024】振幅が急増した所の最大電圧の部分で、試
料表面電位(Vs)がVp+5ボルト以上となり、電子
は、加速されて試料に入射する。このため、試料表面の
微細パターンの底面にまで加速された電子が到達でき、
底面における正電荷のチャージアップを防止してノッチ
等の発生を防止すると共に、深い溝/穴中での処理速度
の低下等を防止することができる。なお、交流やパルス
列等を重畳させて、VDCの絶対値が小さくなるのを制限
した場合には、図6(b)(d)に一例を示すように、
Vsの値として、Vp+5ボルト以上の期間とともに、
Vp+5ボルト以下でVp付近の期間が併存する。
At the maximum voltage portion where the amplitude sharply increases, the sample surface potential (Vs) becomes Vp + 5 volts or more, and the electrons are accelerated and enter the sample. Therefore, accelerated electrons can reach the bottom of the fine pattern on the sample surface,
It is possible to prevent the positive charges from being charged up on the bottom surface to prevent the occurrence of notches and the like, and also to prevent the processing speed from decreasing in the deep groove / hole. In the case where the absolute value of V DC is limited to be small by superimposing an alternating current or a pulse train, as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (d),
As the value of Vs, with the period of Vp + 5 volts or more,
Below Vp + 5 volts, there is a period near Vp.

【0025】ところで、これまで述べたパルスバイアス
の方法では、図6(b)や図7(b)に示す様に、イオ
ン加速電圧の平均が一周期中で変動する欠点がある。こ
れを改善するために、試料台の電圧をクランプして改善
した例を図8に示す。
By the way, the pulse bias method described above has a drawback that the average of the ion accelerating voltage fluctuates in one cycle, as shown in FIGS. 6 (b) and 7 (b). In order to improve this, an example in which the voltage of the sample stage is clamped and improved is shown in FIG.

【0026】高速ダイオ−ド10と設定電圧保持用コン
デンサ11を用い、更にフィルタ用インダクタンスLc
lを介してクランプ電源に接続し、イオン加速電圧の平
均値の低下を、所定電圧にクランプする。図2(a)に
示した基本パルスを印加した場合には、クランプ電圧
Vclampは、Vclamp=VDC−v (vは、0
〜10ボルト程度)とする。この場合、図8(b)に示
す様に、パルスバイアス電源と試料台間の容量成分(C
0)に比べて試料表面の容量成分(Cs)が大幅に大き
いため、試料台の電圧をクランプすることにより、イオ
ン入射に伴う試料表面電位(Vs)の変化を大幅に低減
する事が出来る。図5(b)に示した振幅が周期的に変
化する波形を用いる場合には、クランプ電圧 Vcla
mpを、Vclamp=VDC−Vrf−v (vは、0
〜10ボルト程度)とすれば図8(c)に示す様に図8
(b)と同様の効果が得られる。
A high speed diode 10 and a set voltage holding capacitor 11 are used, and a filter inductance Lc is used.
It is connected to the clamp power supply via 1 to clamp the decrease in the average value of the ion acceleration voltage to a predetermined voltage. When the basic pulse shown in Fig. 2 (a) is applied, the clamp voltage
Vclamp is Vclamp = V DC −v (v is 0
10 volt). In this case, as shown in FIG. 8B, the capacitance component (C
Since the capacitance component (Cs) on the sample surface is significantly larger than that in 0), the change in the sample surface potential (Vs) due to the ion incidence can be significantly reduced by clamping the voltage of the sample stage. When the waveform shown in FIG. 5B whose amplitude changes periodically is used, the clamp voltage Vcla
mp, Vclamp = V DC −Vrf−v (v is 0
If about 10 volt), as shown in FIG.
The same effect as in (b) can be obtained.

【0027】なお、試料1と試料台2との間に容量成分
(Ce:例えば静電吸着膜の容量)が存在し、その値が
Csに比べて大幅に小さい場合には、図8で示した、試
料台をクランプする方法では、効果が少なくなる。この
場合には、図9に示す様に試料1に直接接触する電極を
設け、その電極に高速ダイオ−ド10を経由して設定電
圧保持用コンデンサ12を接続し、更にフィルタ用イン
ダクタンスLclを介してクランプ電源に接続すれば図
8と同様な効果が得られる。
If there is a capacitance component (Ce: capacitance of the electrostatic adsorption film, for example) between the sample 1 and the sample table 2 and the value thereof is much smaller than Cs, the result is shown in FIG. Also, the method of clamping the sample table is less effective. In this case, as shown in FIG. 9, an electrode which comes into direct contact with the sample 1 is provided, a set voltage holding capacitor 12 is connected to the electrode via a high speed diode 10, and a filter inductance Lcl is further provided. If it is connected to the clamp power source, the same effect as in FIG. 8 can be obtained.

【0028】尚、通常のプラズマでは、 0.01μs<τw<10μs 好ましくは、0.01μs<τw<0.5μs 0.001<(τw/T)<0.1 好ましくは0.001<(τw/T)<0.05 Vp+10volt<Vpls −5volt<VDC<Vp−Vpls+5volt Vpは10〜20ボルト程度 尚、本実施例では誘導結合した高周波によりプラズマを
発生させる場合について述べたが、本発明はプラズマの
発生方法によらず、例えばマイクロ波プラズマ、高周波
+直流磁場によるプラズマ、ECRプラズマ等にも共通
に適用できる。
In a normal plasma, 0.01 μs <τw <10 μs, preferably 0.01 μs <τw <0.5 μs 0.001 <(τw / T) <0.1, preferably 0.001 <(τw /T)<0.05 Vp + 10 volt <Vpls -5 volt <V DC <Vp-Vpls + 5 volt Vp is about 10 to 20 V. In this embodiment, the case where plasma is generated by inductively coupled high frequency is described. It can be commonly applied to, for example, microwave plasma, plasma by a high frequency + DC magnetic field, ECR plasma, etc., regardless of the plasma generation method.

【0029】また、バイアス用パルス電源3′の出力波
形は図4−a)に示した波形に限定するものではない。
図4および図5で示した、交流を重畳したもの、交流の
振幅を変化させたもの、あるいは、図10に示す複数パ
ルスを用いたもの等においても、試料の表面電位(V
s)がプラズマポテンシャル(Vp)より5V以上高い
電位になる電子加速期間の一周期中の総和(τw)及び
その周期(T)等が前述の条件を満たせば同様に本発明
を適用できる。
The output waveform of the bias pulse power source 3'is not limited to the waveform shown in FIG. 4-a).
The surface potential (V) of the sample is also shown in FIGS. 4 and 5 in which alternating current is superposed, in which alternating current amplitude is changed, or in which plural pulses shown in FIG. 10 are used.
The present invention can be similarly applied if the sum (τw) in one cycle of the electron acceleration period and the cycle (T) of which the s) becomes 5 V or more higher than the plasma potential (Vp) satisfy the above-mentioned conditions.

【0030】以上本実施例によれば、試料に5V以上の
電子加速を行うパルスバイアス電源を設け、かつ試料に
加わる電圧の直流分VDC並びに(τw/T)を、 −5ボルト<VDC<Vp−Vpls+5ボルト 0.001<(τw/T)<0.1 の範囲に設定するので、5ボルト以上の電位で電子が加
速されて微細パターン底面における正電荷のチャージア
ップを中和し、ノッチの発生、マイクロローディング、
深溝/穴でのエッチレートの低下等を防止でき、かつイ
オン加速電圧が所定値以上に設定され、エッチレ−トの
低下やイオンの方向性の低下もふせぐことが出来る。こ
れにより、加速電子による溝底/穴底での電荷の中和が
効率的に行なわれ、微細パターンの形状制御性や深溝/
深穴におけるエッチレート低下等が改善される。
As described above, according to the present embodiment, the sample is provided with the pulse bias power source for accelerating the electron of 5 V or more, and the DC component V DC and (τw / T) of the voltage applied to the sample are −5 V <V DC. Since <Vp-Vpls + 5 volts 0.001 <(τw / T) <0.1 is set, the electrons are accelerated at a potential of 5 volts or more to neutralize positive charge-up on the bottom surface of the fine pattern, Notch generation, micro loading,
It is possible to prevent a decrease in the etching rate in the deep groove / hole, and the ion acceleration voltage is set to a predetermined value or higher to prevent a decrease in the etch rate and a decrease in the directionality of the ions. As a result, charge is effectively neutralized at the groove bottom / hole bottom by accelerated electrons, and the shape controllability of the fine pattern and the deep groove /
The etch rate decrease in deep holes is improved.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、試料の載置手段に、正
方向電位が所定周期毎に急増する部分を有するバイアス
電圧を印加し、該電圧が急増した付近で少なくとも5ボ
ルトを越える電位差にしてプラズマ中の電子を加速して
試料に入射し、試料の表面電荷の少なくともその一部を
中和させることにより、加速電子による溝底/穴底での
電荷の中和が効率的に行なわれ、微細パターンの形状制
御性や深溝/深穴におけるエッチレート低下等が改善さ
れるので、微細パターンの形状制御性の改善や深溝/深
穴におけるエッチレート低下の改善等を行うことができ
るという効果がある。
According to the present invention, a bias voltage having a portion in which the positive direction potential sharply increases every predetermined period is applied to the sample mounting means, and a potential difference exceeding at least 5 V is applied in the vicinity of the sharp increase in the voltage. Then, the electrons in the plasma are accelerated to enter the sample, and at least a part of the surface charge of the sample is neutralized, so that the charge at the groove bottom / hole bottom is efficiently neutralized by the accelerated electrons. As a result, the shape controllability of the fine pattern and the etching rate decrease in the deep groove / deep hole are improved, so that the shape controllability of the fine pattern and the etch rate decrease in the deep groove / deep hole can be improved. effective.

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

【図1】本発明のプラズマ処理装置に用いられる電極部
の一実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an electrode unit used in a plasma processing apparatus of the present invention.

【図2】図1の装置のバイアス用パルス電源の出力波形
および試料に加わるバイアス電圧波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an output waveform of a bias pulse power source of the apparatus of FIG. 1 and a bias voltage waveform applied to a sample.

【図3】VDC/電子加速電圧/加速電子比率の(τw/
T)依存性を示す図である。
[FIG. 3] V DC / electron acceleration voltage / acceleration electron ratio (τw /
It is a figure which shows T) dependence.

【図4】図1の装置のバイアス用パルス電源の他の実施
例の出力波形を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing output waveforms of another embodiment of the bias pulse power supply of the apparatus of FIG.

【図5】図1の装置のバイアス用パルス電源の他の実施
例の出力波形を示す図である。
5 is a diagram showing output waveforms of another embodiment of the bias pulse power supply of the apparatus of FIG.

【図6】図5(b)のバイアス用パルス電源の出力波形を
用いたときの動作説明図である。
FIG. 6 is an operation explanatory diagram when the output waveform of the bias pulse power supply of FIG. 5B is used.

【図7】図5(b)のバイアス用パルス電源の出力波形を
用いたときの動作説明図である。
FIG. 7 is an operation explanatory diagram when the output waveform of the bias pulse power supply of FIG. 5B is used.

【図8】図1の装置のクランプ回路を示す回路構成図で
ある。
8 is a circuit configuration diagram showing a clamp circuit of the device of FIG.

【図9】図1の装置のクランプ回路を示す回路構成図で
ある。
9 is a circuit configuration diagram showing a clamp circuit of the apparatus of FIG.

【図10】図1の装置のクランプ回路を示す回路構成図
である。
10 is a circuit configuration diagram showing a clamp circuit of the device of FIG.

【図11】従来のプラズマ処理装置を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a conventional plasma processing apparatus.

【図12】図11におけるバイアス用高周波電源の出力
は径を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the diameter of the output of the high frequency bias power supply in FIG.

【図13】図11における試料に加わるバイアス電圧波
形を示す図である。
13 is a diagram showing a waveform of a bias voltage applied to the sample in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、2…試料台、3…バイアス用高周波電源、
3′…バイアス用パルス電源、4…容量素子、5…処理
室、6…プラズマ発生用高周波電源、7…コイル、8…
絶縁体、10…高速ダイオ−ド、11…設定電圧保持用
コンデンサ。
1 ... sample, 2 ... sample stage, 3 ... high frequency power supply for bias,
3 '... Bias pulse power supply, 4 ... Capacitance element, 5 ... Processing chamber, 6 ... Plasma generating high frequency power supply, 7 ... Coil, 8 ...
Insulator, 10 ... High speed diode, 11 ... Capacitor for holding set voltage.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】減圧下でガスをプラズマ化し、該プラズマ
を用いて処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処
理方法において、 前記試料を載置する載置手段に、正方向電位が所定周期
毎に急増する部分を有するバイアス電圧を印加し、該電
圧が急増した付近で少なくとも5ボルトを越える電位差
にして前記プラズマ中の電子を加速して前記試料に入射
させ、前記試料の表面電荷の少なくともその一部を中和
させることを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A plasma processing method for converting a gas into plasma under a reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber using the plasma, wherein a positive potential is applied to a mounting means for mounting the sample at predetermined intervals. A bias voltage having a sharply increasing portion is applied, and a potential difference exceeding at least 5 volts is applied in the vicinity of the sharp increase in the voltage to accelerate electrons in the plasma to make them enter the sample, and at least the surface charge of the sample A plasma treatment method, which comprises partially neutralizing.
【請求項2】減圧下でガスをプラズマ化し、該プラズマ
を用いて処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処
理方法において、 前記試料を載置する載置手段に交流電圧と所定周期のパ
ルス性電圧との混成により成る電圧を印加し、該混成電
圧の正方向電位が急増した付近で少なくとも5ボルトを
越える電位差にして前記プラズマ中の電子を加速して前
記試料に入射させ、前記試料の表面電荷の少なくともそ
の一部を中和させることを特徴とするプラズマ処理方
法。
2. A plasma processing method for converting a gas into plasma under a reduced pressure and using the plasma to process a sample placed in a processing chamber, wherein a placing means for placing the sample has an AC voltage and a pulse property of a predetermined cycle. A voltage composed of a mixed voltage is applied, and in the vicinity of a sudden increase in the positive potential of the mixed voltage, a potential difference exceeding at least 5 V is applied to accelerate electrons in the plasma to make them enter the sample, and the surface of the sample A plasma processing method characterized by neutralizing at least a part of electric charges.
【請求項3】減圧下でガスをプラズマ化し、該プラズマ
を用いて処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処
理方法において、 前記試料を載置する載置手段に所定周期毎に振幅の変化
する交流電圧もしくはパルス性電圧を印加し、該電圧の
振幅が急増した付近で少なくとも5ボルトを越える電位
差にして前記プラズマ中の電子を加速して前記試料に入
射させ、前記試料の表面電荷の少なくともその一部を中
和させることを特徴とするプラズマ処理方法。
3. A plasma processing method for converting a gas into plasma under a reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber by using the plasma, the amplitude of which changes on a mounting means for mounting the sample at predetermined intervals. An AC voltage or a pulsed voltage is applied, and in the vicinity of a sharp increase in the amplitude of the voltage, a potential difference exceeding at least 5 V is applied to accelerate electrons in the plasma to make them enter the sample, and at least the surface charge of the sample A plasma treatment method, which comprises partially neutralizing.
【請求項4】減圧下でガスをプラズマ化し、該プラズマ
を用いて処理室内に配置した試料を処理するプラズマ処
理方法において、 前記試料を載置する載置手段に所定周期毎に変化する交
流電圧またはパルス性電圧もしくはこれらの混成より成
る電圧を印加し、その際の前記試料の表面電位が前記試
料近傍のプラズマ電位付近もしくはそれ以上となる期間
を有し、かつその期間の前記試料の表面電位が、(プラ
ズマ電位+5ボルト)に対して以上と以下との両側にあ
る期間を有することを特徴とするプラズマ処理方法。
4. A plasma processing method for converting a gas into plasma under a reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber by using the plasma, wherein an alternating voltage which changes every predetermined period on a mounting means for mounting the sample. Alternatively, a pulsed voltage or a voltage composed of a mixture of these is applied, and the surface potential of the sample at that time has a period of being near the plasma potential in the vicinity of the sample or higher, and the surface potential of the sample during that period. Has a period on both sides of above and below with respect to (plasma potential +5 V).
【請求項5】試料の載置手段と、前記試料の載置手段を
内蔵する処理室と、前記処理室内にガスを供給する手段
と、前記処理室内を排気する手段と、前記処理室内にプ
ラズマを発生する手段とを具備したプラズマ処理装置に
おいて、 正方向電位が所定周期毎に急増する部分を有する電子加
速機能付加用電源の出力を、容量成分を介して前記試料
台に印加し、少なくとも5ボルトを越える電位差にて電
子を加速して前記試料に入射する期間を有することを特
徴とするプラズマ処理装置。
5. A sample placing means, a processing chamber containing the sample placing means, a means for supplying gas into the processing chamber, a means for exhausting the processing chamber, and a plasma in the processing chamber. In the plasma processing apparatus, the output of the power supply for adding an electron acceleration function, which has a portion in which the positive direction potential sharply increases every predetermined period, is applied to the sample stage via a capacitive component, and at least 5 A plasma processing apparatus having a period in which electrons are accelerated by a potential difference exceeding a volt and are incident on the sample.
【請求項6】請求項1記載において、前記正方向電位が
所定周期毎に急増する部分が、該周期中の5%未満であ
るプラズマ処理装置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a portion of the positive-direction electric potential that sharply increases in a predetermined cycle is less than 5% of the cycle.
【請求項7】請求項1記載において、前記正方向電位が
所定周期毎に急増する部分が、該周期中の0.1%以上
5%未満であるプラズマ処理装置。
7. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the portion in which the positive-direction potential sharply increases every predetermined period is 0.1% or more and less than 5% in the period.
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