JPH10154699A - Remote plasma type plasma treating device - Google Patents

Remote plasma type plasma treating device

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JPH10154699A
JPH10154699A JP8329167A JP32916796A JPH10154699A JP H10154699 A JPH10154699 A JP H10154699A JP 8329167 A JP8329167 A JP 8329167A JP 32916796 A JP32916796 A JP 32916796A JP H10154699 A JPH10154699 A JP H10154699A
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JP
Japan
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plasma
frequency
holder
frequency power
bias
Prior art date
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Pending
Application number
JP8329167A
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Japanese (ja)
Inventor
Supika Mashiro
すぴか 真白
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Publication of JPH10154699A publication Critical patent/JPH10154699A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a remote plasma type plasma treating device which can perform the etching of a fine pattern and the deposition of a film at a high speed without causing dielectric breakdown in an object to be treated nor giving any ion-impact damage to the object. SOLUTION: A remote plasma type plasma treating device is provided with plasma generators 11, 12, 13, 17, and 21 which generate plasma in a plasma generating space, a holder 16 which is arranged in a process chamber 15 continuously formed from the generators 11, 12, 13, 17, and 17 and on which an object 14 to be treated is placed, and a high-frequency power source 18 which impresses high-frequency power that is different from that for generating plasma upon the holder 16 and the frequency of the high-frequency power supplied to the holder 16 is set between 0.8MHz and 2.0MHz.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はリモートプラズマ型
プラズマ処理装置に関し、特に、プラズマを持続発生さ
せて生ずる励起種を利用し試料の加工あるいは堆積を行
う工程に利用されるものであり、例えば半導体デバイス
の製造プロセスにおけるエッチングや各種薄膜の堆積な
どの工程で利用されるリモートプラズマ型プラズマ処理
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a remote plasma type plasma processing apparatus, and more particularly, to a remote plasma type plasma processing apparatus which is used in a process of processing or depositing a sample using excited species generated by continuously generating plasma. The present invention relates to a remote plasma type plasma processing apparatus used in processes such as etching and deposition of various thin films in a device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラズマを発生させその励起種を
利用して試料の加工あるいは堆積を行う工程では、平行
平板電極型のプラズマ処理装置が一般的である。平行平
板電極型プラズマ処理装置では、真空容器内に互いに平
行して置かれた一対の電極間に高周波電力を印加し、真
空容器内に導入されたガスをプラズマ化して、いずれか
一方の電極に載置された被処理物の加工を行う。平行平
板電極型プラズマ処理装置では、プラズマ電位と電極の
電位差によりプラズマ中のイオンは加速され、電極表面
に入射する。つまり本装置では、イオンの入射エネルギ
は電極間に印加される高周波電力により制御されるの
で、イオンの数とエネルギとは独立に制御できない。さ
らに本装置では、イオンエネルギと印加する高周波電力
との間に必ずしも比例関係は成立しない。
2. Description of the Related Art Conventionally, a parallel plate electrode type plasma processing apparatus is generally used in a process of generating a plasma and processing or depositing a sample using excited species thereof. In a parallel plate electrode type plasma processing apparatus, high-frequency power is applied between a pair of electrodes placed parallel to each other in a vacuum vessel, and the gas introduced into the vacuum vessel is turned into plasma and applied to one of the electrodes. The mounted workpiece is processed. In the parallel plate electrode type plasma processing apparatus, ions in the plasma are accelerated by the difference between the plasma potential and the potential of the electrode, and are incident on the electrode surface. That is, in the present apparatus, the incident energy of ions is controlled by the high-frequency power applied between the electrodes, so that the number and energy of ions cannot be controlled independently. Further, in this device, a proportional relationship is not always established between the ion energy and the applied high frequency power.

【0003】上記の平行平板電極型プラズマ処理装置の
欠点を克服し、所望のイオンエネルギとイオン密度、活
性種密度を被処理物に入射せしめる方法として、近年、
リモートプラズマを利用したプラズマ処理装置(以下
「リモートプラズマ型プラズマ処理装置」という)が提
案されている。この「リモートプラズマ型プラズマ処理
装置」は、被処理物を載置する電極とは独立にプラズマ
を持続発生する機構を備え、被処理物の載置された電極
に印加した高周波電力により被処理物に入射するイオン
のエネルギを任意の値に制御することが可能な機構を備
えたプラズマ処理装置である。
As a method of overcoming the above-mentioned drawbacks of the parallel plate electrode type plasma processing apparatus and allowing desired ion energy, ion density, and active species density to be incident on an object to be processed, in recent years,
2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus using remote plasma (hereinafter, referred to as “remote plasma type plasma processing apparatus”) has been proposed. This "remote plasma type plasma processing apparatus" has a mechanism for continuously generating plasma independently of the electrode on which the object is placed, and uses a high-frequency power applied to the electrode on which the object is placed to process the object. This is a plasma processing apparatus provided with a mechanism capable of controlling the energy of ions incident on the substrate to an arbitrary value.

【0004】図4は、プラズマの持続発生機構として外
部電極型高周波励起の一種であるヘリコン波励起を利用
したリモートプラズマ型プラズマ処理装置の一例とし
て、米国特許第4,990,229号記載のプラズマ処
理装置を示す。図4では、ガス導入部50によってガス
をプラズマ発生チャンバ51内に導入し、このガスを、
第1の高周波電源52よりマッチング回路53を介して
プラズマ発生チャンバ51を取り囲むアンテナ54に高
周波電力を供給することにより形成した高周波電場と、
磁場コイル55により形成した軸方向の磁場との相互作
用により、プラズマに変換する。次いで、当該プラズマ
を上記磁場に沿って別のプロセスチャンバ56内へ輸送
し、プラズマでホルダ57上の被処理物58を加工して
いる。
FIG. 4 shows an example of a remote plasma type plasma processing apparatus utilizing helicon wave excitation, which is a kind of external electrode type high frequency excitation, as a continuous generation mechanism of plasma, as disclosed in US Pat. No. 4,990,229. 1 shows a processing device. In FIG. 4, a gas is introduced into the plasma generation chamber 51 by the gas introduction unit 50, and this gas is
A high-frequency electric field formed by supplying high-frequency power from a first high-frequency power supply 52 to an antenna 54 surrounding the plasma generation chamber 51 via a matching circuit 53;
It is converted into plasma by interaction with an axial magnetic field formed by the magnetic field coil 55. Next, the plasma is transported into another process chamber 56 along the magnetic field, and the workpiece 58 on the holder 57 is processed by the plasma.

【0005】また図4に示した装置では、被処理物58
の載置されたホルダ57に対して、第2の高周波電源5
9から第2のマッチング回路60を介して高周波電力を
印加されるように構成される。これにより、被処理物5
8に入射するイオンのエネルギを所望の大きさに制御で
きる。
[0005] In the apparatus shown in FIG.
The second high-frequency power supply 5
9 through the second matching circuit 60. Thereby, the workpiece 5
The energy of ions incident on 8 can be controlled to a desired magnitude.

【0006】上記装置の発明者等は第1と第2の高周波
電源の周波数について特に言及していないが、第1と第
2の高周波電源は共に商用周波数13.56MHzを適
用することが一般的である。
Although the inventors of the above-mentioned apparatus do not particularly mention the frequencies of the first and second high-frequency power supplies, it is general that both the first and second high-frequency power supplies use a commercial frequency of 13.56 MHz. It is.

【0007】図5は、プラズマの持続発生機構として電
子サイクロトロン共鳴を利用したリモートプラズマ型プ
ラズマ処理装置の一例を示す。図5に示した装置では、
プラズマ発生チャンバ61の外部に設置された電磁石6
2によりプラズマ発生チャンバ61内に875Gの磁場
を形成し、石英窓63から導入される2.45GHzの
マイクロ波電力との間で電子サイクロトロン共鳴を生じ
る。このときプラズマ発生チャンバ61内に適切なガス
を流しておくことにより、効率良くプラズマを発生させ
ることができる。発生したプラズマを拡散により被処理
物64を載置するホルダ65に到達させ、所望の加工を
行う。ホルダ65は、プラズマ発生チャンバ61の下方
の処理チャンバ66に配置される。この際、プラズマ中
のイオンを適正なエネルギで被処理物64に入射させる
ため、高周波電源67と可変コンデンサ68によって、
数百kHzの周波数の高周波電力を被処理物64を載置
するホルダ65に印加することが一般的である。なお図
5において、69はマイクロ波電源、70はガス導入部
である。
FIG. 5 shows an example of a remote plasma type plasma processing apparatus using electron cyclotron resonance as a continuous generation mechanism of plasma. In the device shown in FIG.
Electromagnet 6 installed outside plasma generation chamber 61
2 generates a magnetic field of 875 G in the plasma generation chamber 61, and generates electron cyclotron resonance with microwave power of 2.45 GHz introduced from the quartz window 63. At this time, by flowing an appropriate gas into the plasma generation chamber 61, plasma can be efficiently generated. The generated plasma is made to reach the holder 65 on which the object 64 is placed by diffusion, and desired processing is performed. The holder 65 is disposed in the processing chamber 66 below the plasma generation chamber 61. At this time, the high frequency power supply 67 and the variable capacitor 68 allow the ions in the plasma to enter the workpiece 64 with appropriate energy.
In general, high-frequency power having a frequency of several hundred kHz is applied to a holder 65 on which the object 64 is placed. In FIG. 5, reference numeral 69 denotes a microwave power supply, and reference numeral 70 denotes a gas introduction unit.

【0008】上記の装置では、被処理物64に入射する
イオンのエネルギは、被処理物64の載置されたホルダ
65に印加した高周波電力により任意の値に制御され、
入射するイオンの数は石英窓63から導入される2.4
5GHzのマイクロ波電力により制御できる。バイアス
印加する高周波電力の周波数として400kHzが最適
であるとの報告がなされている。(S.Samukawa et al.
J. Vac. sci. Technol.B9(3), May/Jun 1991)
In the above-described apparatus, the energy of ions incident on the object 64 is controlled to an arbitrary value by the high-frequency power applied to the holder 65 on which the object 64 is mounted.
The number of incident ions is 2.4 introduced through the quartz window 63.
It can be controlled by microwave power of 5 GHz. It has been reported that 400 kHz is optimal as the frequency of the high frequency power to be biased. (S. Samukawa et al.
J. Vac.sci. Technol.B9 (3), May / Jun 1991)

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のリモー
トプラズマ型プラズマ処理装置では、次のような問題が
あった。
The above-described conventional remote plasma type plasma processing apparatus has the following problems.

【0010】従来のリモートプラズマ型プラズマ処理装
置で、被処理物に入射するイオンのエネルギを任意の値
に制御することを目的として被処理物が載置されたホル
ダに印加される高周波電力を供給する高周波電源の発振
周波数は、商用周波数13.56MHz、または400
kHzもしくは400kHz未満が一般的である。これ
らの周波数の電力により被処理物に入射するイオンのエ
ネルギを制御する場合、被処理物の載置されたホルダに
印加される高周波電力が大きくなるほど、被処理物に電
気的・物理的ダメージを招く可能性が増大し、反対に、
被処理物の載置されたホルダに印加される高周波電力が
小さくなるほど、被処理物の加工処理性能の低下を招く
可能性が増大する。
In a conventional remote plasma type plasma processing apparatus, high-frequency power is supplied to a holder on which a workpiece is mounted for the purpose of controlling the energy of ions incident on the workpiece to an arbitrary value. The oscillating frequency of the high frequency power source is 13.56 MHz of commercial frequency or 400
A frequency of less than kHz or 400 kHz is common. When controlling the energy of ions incident on the object to be processed by the power of these frequencies, the larger the high-frequency power applied to the holder on which the object is placed, the more the electrical and physical damage to the object is caused. More likely to invite,
As the high-frequency power applied to the holder on which the object is placed is reduced, the possibility that the processing performance of the object is reduced is increased.

【0011】リモートプラズマ型のプラズマ処理装置に
おいて、13.56MHzの高周波電力を被処理物の載
置されたホルダに印加した場合、ホルダや被処理物の表
面を流れる高周波電流の抵抗に比べ、ホルダから見たイ
オンシースのインピーダンスが非常に低い状態になる。
かかる条件下では、ホルダの外周部とアース電極である
ところのプロセスチャンバ壁面との間で局所放電が生じ
やすくなる。局所放電が生じた部分は高周波電流がより
多く流れるので、ホルダ外周部には、中央部よりも高周
波電流が多く流れ、ホルダの被処理物を載置する面内で
のセルフバイアス電圧分布は外周部ほど高く、中央部ほ
ど低くなる。そのようなセルフバイアス電圧分布の不均
一が存在すると、被処理物に入射するイオンのエネルギ
が場所による不均一を生じ、被処理物の加工速度のばら
つきを大きくする問題が生じる。また被処理物が半導体
デバイスである場合には、被処理物面内での電荷の蓄積
量に不均一を生じ、回路内に高電圧、大電流が励起さ
れ、素子の破壊が発生する問題を生じる。さらに、前述
したような素子の破壊が発生しないように被処理物の載
置されたホルダに印加する高周波電力を小さくした場合
には、処理速度の低下が不可避である。さらにまた、ホ
ルダに印加する高周波電力の大小に拘わらず、被処理物
へ入射するイオンのエネルギが場所によって異なるの
で、処理速度の均一性を確保することが困難である。
In a remote plasma type plasma processing apparatus, when high frequency power of 13.56 MHz is applied to a holder on which an object to be processed is mounted, the holder is compared with a resistance of a high frequency current flowing through the surface of the holder or the object to be processed. , The impedance of the ion sheath becomes very low.
Under such conditions, local discharge is likely to occur between the outer peripheral portion of the holder and the wall of the process chamber that is the ground electrode. Since the high-frequency current flows more in the portion where the local discharge has occurred, the high-frequency current flows more in the outer periphery of the holder than in the central portion, and the self-bias voltage distribution in the surface of the holder on which the workpiece is placed is reduced. The higher the part, the lower the center. If such a non-uniformity of the self-bias voltage distribution exists, the energy of the ions incident on the object to be processed may become non-uniform depending on the location, causing a problem that the processing speed of the object to be processed varies widely. Also, when the object to be processed is a semiconductor device, the amount of charge accumulated on the surface of the object to be processed becomes uneven, and a high voltage and a large current are excited in the circuit, thereby causing a problem of destruction of the element. Occurs. Furthermore, when the high-frequency power applied to the holder on which the object is placed is reduced so that the element is not destroyed as described above, a reduction in processing speed is inevitable. Furthermore, regardless of the magnitude of the high-frequency power applied to the holder, the energy of the ions incident on the object to be processed varies depending on the location, so that it is difficult to ensure a uniform processing speed.

【0012】一方、リモートプラズマ型のプラズマ処理
装置において、400kHzもしくは400kHz未満
の高周波電力を被処理物の載置されたホルダに印加した
場合、例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるエ
ッチング処理を行う装置では、被処理物基板として用い
られるSi結晶にガスプラズマ中の原子が打ち込まれて
半導体デバイス上の素子の電気的特性を変化せしめ、ひ
いては半導体デバイスの性能不良を惹起するという問題
を生じやすい。これは、上記の周波数帯域において加速
されたイオンのエネルギには高低の幅を生じ易く、その
中の高エネルギのイオンが上述のような不純物の打ち込
みによるイオン衝撃ダメージの発生に寄与するからであ
る。かかる問題を防止するためには、被処理物の載置さ
れたホルダに印加する高周波電力を下げ、すべてのイオ
ンのエネルギを平均して下げることが有効とされてい
る。しかしながら、そのような方法では、イオンのエネ
ルギ平均値が一定値以下になるとエッチング処理が全く
進行しなかったり、エッチング処理速度がイオンのエネ
ルギ平均値の低下に伴い著しく減少したり、加工部分の
面積の割に加工する高さや深さの大きい高アスペクト比
のパターンのエッチング処理では最大加工可能アスペク
ト比の低下を招き、装置の処理能力を著しく損なうもの
である。つまり、400kHzもしくは400kHz未
満の高周波電力を被処理物の載置された電極に印加する
リモートプラズマ型プラズマ処理装置においては、かか
る高周波電力をいかなる値に定めても、相反する要求の
いずれかもしくは両方をある程度犠牲にせざるを得な
い。
On the other hand, in a remote plasma type plasma processing apparatus, when high frequency power of 400 kHz or less than 400 kHz is applied to a holder on which an object to be processed is mounted, for example, in an apparatus for performing an etching process in a semiconductor device manufacturing process, The atoms in the gas plasma are implanted into the Si crystal used as the substrate to be processed, thereby changing the electrical characteristics of the elements on the semiconductor device, and thus causing a problem of causing poor performance of the semiconductor device. This is because the energy of the ions accelerated in the above-mentioned frequency band tends to have a high or low range, and the high-energy ions therein contribute to the occurrence of ion impact damage due to the implantation of impurities as described above. . In order to prevent such a problem, it is effective to reduce the high-frequency power applied to the holder on which the object is placed, and to reduce the energy of all ions on average. However, in such a method, when the average energy value of the ions is equal to or less than a certain value, the etching process does not proceed at all, the etching process speed is significantly reduced with a decrease in the average energy value of the ions, and the area of the processed portion is reduced. However, the etching process of a high aspect ratio pattern having a large height and a large processing depth causes a decrease in the maximum processable aspect ratio, and significantly impairs the processing capability of the apparatus. That is, in a remote plasma type plasma processing apparatus that applies high-frequency power of 400 kHz or less than 400 kHz to an electrode on which an object is placed, even if the high-frequency power is set to any value, one or both of the conflicting demands are set. Has to be sacrificed to some extent.

【0013】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、絶縁破壊やイオン衝撃のダメージを被処理物
で発生させずに、微細なパターンのエッチングや膜堆積
を十分な処理速度で処理できるリモートプラズマ型プラ
ズマ処理装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to perform etching of a fine pattern or deposition of a film at a sufficient processing speed without causing dielectric breakdown or damage due to ion bombardment in an object to be processed. An object of the present invention is to provide a remote plasma type plasma processing apparatus capable of performing processing.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係るリモートプ
ラズマ型プラズマ処理装置は、上記の目的を達成するた
め、プラズマ発生空間内にプラズマを発生させるプラズ
マ発生装置と、前記プラズマ発生装置に連続した真空容
器内に配置されかつ基板等の被処理物を載置する被処理
物ホルダと、この被処理物ホルダに対してプラズマ発生
用とは別の高周波電力を印加する高周波電力供給手段を
備えるように構成され、さらに、被処理物ホルダに供給
される高周波電力の周波数が0.8MHz以上2.0M
Hz以下となるように設定される。当該高周波電力の周
波数の範囲は、特に、1.0MHz以上1.8MHz以
下であることが好ましい。
In order to achieve the above object, a remote plasma type plasma processing apparatus according to the present invention includes a plasma generation apparatus for generating plasma in a plasma generation space, and a plasma generation apparatus connected to the plasma generation apparatus. An object holder, which is placed in a vacuum vessel and on which an object to be processed such as a substrate is placed, and a high-frequency power supply means for applying a high-frequency power different from that for plasma generation to the object holder. And the frequency of the high-frequency power supplied to the workpiece holder is 0.8 MHz or more and 2.0 M or more.
Hz or less. The range of the frequency of the high-frequency power is particularly preferably from 1.0 MHz to 1.8 MHz.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0016】図1は、本発明に係るリモートプラズマ型
プラズマ処理装置の代表的な例として、ヘリコン波プラ
ズマ源を利用したプラズマエッチング装置を概略的に示
している。図1において、誘電体で形成されたプラズマ
発生チャンバ11の周囲に、ヘリコン波励起電界を発生
するためのアンテナ12と、ヘリコン波を励起するため
に必要な軸方向磁場を形成するための磁場コイル13が
配置される。プラズマ発生チャンバ11に接続して設け
られたプロセスチャンバ15には、ガスをプロセスチャ
ンバ15およびプラズマ発生チャンバ11に導入するこ
とのできるガス導入管19が接続されている。またプロ
セスチャンバ15の内部空間には、プラズマ発生チャン
バ11に相対してホルダ16が設置され、前記ホルダ1
6上に被処理物14が載置されている。前記ホルダ16
には、バイアス電力供給用高周波電源18から第2のマ
ッチングボックス20を介して例えば周波数1.6MH
zの高周波電力が印加されている。
FIG. 1 schematically shows a plasma etching apparatus using a helicon wave plasma source as a typical example of a remote plasma type plasma processing apparatus according to the present invention. In FIG. 1, an antenna 12 for generating a helicon wave excitation electric field and a magnetic field coil for forming an axial magnetic field necessary for exciting a helicon wave are provided around a plasma generation chamber 11 formed of a dielectric material. 13 are arranged. A gas introduction pipe 19 that can introduce gas into the process chamber 15 and the plasma generation chamber 11 is connected to the process chamber 15 connected to the plasma generation chamber 11. A holder 16 is provided in the internal space of the process chamber 15 so as to face the plasma generation chamber 11.
An object to be processed 14 is placed on 6. The holder 16
From the bias power supply high-frequency power supply 18 via the second matching box 20, for example, at a frequency of 1.6 MHz.
z high frequency power is applied.

【0017】バイアス電力供給用高周波電源18からホ
ルダ16に印加される高周波電力の周波数は好ましくは
1.0MHz以上1.8MHz以下の範囲に含まれる周
波数である。
The frequency of the high-frequency power applied from the bias power supply high-frequency power supply 18 to the holder 16 is preferably a frequency included in a range from 1.0 MHz to 1.8 MHz.

【0018】プラズマを生成することにより被処理物1
4に対してエッチング処理を行う場合に、プロセスチャ
ンバ15とプラズマ発生チャンバ11は、その内部を、
良く知られた排気機構(図示せず)によって所要レベル
まで減圧される。さらに、被処理物14に対するエッチ
ング処理が行われるプロセスチャンバ15に対し、ガス
導入機構(図示せず)によってガス導入管19を通して
プロセスガスが必要な圧力にて導入される。
The object 1 to be processed is generated by generating plasma.
When performing the etching process on the process chamber 4, the process chamber 15 and the plasma generation chamber 11
The pressure is reduced to a required level by a well-known exhaust mechanism (not shown). Further, a process gas is introduced at a required pressure through a gas introduction pipe 19 by a gas introduction mechanism (not shown) into a process chamber 15 in which an etching process is performed on the workpiece 14.

【0019】ループ形状に形成されたヘリコン波励起用
アンテナ12には、ソース電力供給用高周波電源17か
らマッチングボックス21を経由して13.56MHz
の周波数を持つ高周波電力が供給される。ソース電力供
給用高周波電源17から供給される高周波電力はプラズ
マ発生チャンバ11に投入されるソース電力である。ま
た、ホルダ16に対しては、上記のごとくバイアス電力
供給用高周波電源18から高周波電力が供給される。バ
イアス電力供給用高周波電源18から供給される高周波
電力は被処理物14へ入射するイオンのエネルギを制御
するためのバイアス電力であり、その周波数を以下では
「バイアス周波数」と称する。
The helicon wave exciting antenna 12 formed in a loop shape has a frequency of 13.56 MHz from a source power supply high frequency power supply 17 via a matching box 21.
Is supplied. The high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 17 for source power supply is the source power supplied to the plasma generation chamber 11. The holder 16 is supplied with high-frequency power from the bias power supply high-frequency power supply 18 as described above. The high-frequency power supplied from the high-frequency power supply 18 for bias power supply is bias power for controlling the energy of ions incident on the workpiece 14, and the frequency is hereinafter referred to as “bias frequency”.

【0020】なお、プラズマ発生チャンバ11で生成さ
れたプラズマが、プロセスチャンバ15の内側壁面に衝
突してプラズマが損失するのを抑制するために、プロセ
スチャンバ15の外部に棒状の永久磁石(図示しない)
の磁極を交互に変えて配置することによりプロセスチャ
ンバ15の内側壁面にカスプ磁場を形成することも好ま
しい。
In order to prevent the plasma generated in the plasma generation chamber 11 from colliding with the inner wall surface of the process chamber 15 and losing the plasma, a rod-shaped permanent magnet (not shown) is provided outside the process chamber 15. )
It is also preferable to form a cusp magnetic field on the inner wall surface of the process chamber 15 by alternately arranging the magnetic poles.

【0021】図1に示したプラズマエッチング装置を動
作させるには、プラズマ発生チャンバ11およびプロセ
スチャンバ15を排気機構により所定の減圧レベルまで
排気する。次に、図示しないガス供給機構によりC
4 ,CHF3 ,C2 6 ,C48 等のフロロカーボ
ンガスを、図示しないマスフローコントローラにより流
量制御してガス導入管19を通して供給する。さらに、
プロセスチャンバ15と排気機構との間にあるバリアブ
ルオリフィス(図示せず)を圧力制御コントローラ(図
示せず)で制御して圧力を1〜100mTorr の範囲内に
制御する。その際、ホルダ16上には被処理物14、例
えばシリコン酸化膜上にレジストにて所望のパターニン
グが施されたシリコンウェハを載置しておく。ホルダ1
6およびその上に載置された被処理物14は、冷却水導
入経路(図示せず)を通して外部冷却機(図示せず)に
より冷却され、処理中の温度上昇によるレジストの熱損
傷を防ぐことができる。次に、ソース電力供給用高周波
電源17によりマッチングボックス21を介してアンテ
ナ12にソース電力が供給される。同時に、ホルダ16
には被処理物14へのイオンの入射エネルギを制御する
ため、バイアス電力供給用高周波電源18より所要のバ
イアス電力が供給される。
In order to operate the plasma etching apparatus shown in FIG. 1, the plasma generating chamber 11 and the process chamber 15 are evacuated to a predetermined reduced pressure level by an exhaust mechanism. Next, C is supplied by a gas supply mechanism not shown.
Fluorocarbon gas such as F 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 4 F 8 is supplied through a gas introduction pipe 19 while controlling the flow rate by a mass flow controller (not shown). further,
A pressure control controller (not shown) controls a variable orifice (not shown) between the process chamber 15 and the exhaust mechanism to control the pressure within a range of 1 to 100 mTorr. At this time, an object to be processed 14, for example, a silicon wafer on which a desired pattern is formed with a resist on a silicon oxide film is placed on the holder 16. Holder 1
6 and the object 14 mounted thereon are cooled by an external cooler (not shown) through a cooling water introduction path (not shown) to prevent thermal damage to the resist due to a rise in temperature during processing. Can be. Next, source power is supplied to the antenna 12 via the matching box 21 by the high frequency power source 17 for supplying source power. At the same time, the holder 16
Is supplied with a required bias power from a bias power supply high-frequency power supply 18 in order to control the incident energy of ions to the workpiece 14.

【0022】上記のプラズマエッチング装置において、
前述の通り、バイアス電力供給用高周波電源18より供
給される高周波電力のバイアス周波数は、1.0MHz
以上1.8MHz以下の範囲に含まれるようにした。
In the above plasma etching apparatus,
As described above, the bias frequency of the high frequency power supplied from the bias power supply high frequency power supply 18 is 1.0 MHz.
It was set to be within the range of 1.8 MHz or less.

【0023】バイアス周波数を1.8MHz以下とした
ことにより、イオンシースのインピーダンスが上がっ
て、ホルダ16とプロセスチャンバ15のアース電極で
ある壁部との間で局所的な放電の発生がなくなり、当該
壁部からホルダ16へと流れ込む高周波電流は、ホルダ
16の被処理物14が載置される面の全面で均一にな
り、ホルダ16上に載置される被処理物14の全面で均
一なセルフバイアス電圧が誘起される。被処理物14に
入射するイオンのエネルギの平均値は、プラズマ電位に
セルフバイアス電圧の絶対値を加えたものにほかならな
いので、セルフバイアス電圧分布が良好になることによ
り、プロセスチャンバ15内を拡散するプラズマのホル
ダ16と平行な面内でのイオン電流密度の均一性を保っ
たまま、被処理物14に所望のエネルギでイオンを入射
することができる。
By setting the bias frequency to 1.8 MHz or less, the impedance of the ion sheath increases, and local discharge does not occur between the holder 16 and the wall serving as the ground electrode of the process chamber 15, so that the discharge is prevented. The high-frequency current flowing from the wall into the holder 16 is uniform over the entire surface of the holder 16 on which the workpiece 14 is placed, and is uniform over the entire surface of the workpiece 14 placed on the holder 16. A bias voltage is induced. Since the average value of the energy of the ions incident on the object to be processed 14 is nothing more than the sum of the plasma potential and the absolute value of the self-bias voltage, the distribution of the self-bias voltage is improved, so that the diffusion within the process chamber 15 is achieved. While maintaining uniformity of the ion current density in a plane parallel to the plasma holder 16 to be processed, ions can be incident on the object 14 with desired energy.

【0024】またバイアス周波数を1.0MHz以上と
したことにより、被処理物14に入射するイオンのエネ
ルギの高低の幅を平均イオンエネルギの20%以内とす
ることができ、従って、イオン衝撃ダメージを発生させ
ずに、平均のイオンエネルギを処理性能上必要なレベル
まで上げられるだけのバイアス電力をホルダ16に投入
できる。
By setting the bias frequency to 1.0 MHz or more, the width of the energy of the ions incident on the object 14 can be set within 20% of the average ion energy. Bias power enough to raise the average ion energy to a level required for processing performance can be applied to the holder 16 without generating the ion energy.

【0025】図2は、開口径0.3μm、深さ1.5μ
mのコンタクトホール内でのシリコン酸化膜のエッチン
グ速度のバイアス電力密度依存性(33,34)と、同
じ条件のプラズマに曝したシリコン基板のサーマルウェ
ーブ(TW)信号強度のバイアス電力密度依存性(3
1,32)を示すグラフである。サーマルウェーブ信号
強度と格子の乱れや欠陥の発生率や不純物原子の打ち込
み濃度との間の相関関係は定量性があって、イオン衝撃
ダメージが大きいほどサーマルウェーブ信号強度が高く
なることが知られている(Allen Prosengwaig:Thermal
Wave Inspectionin IC Manufacturing, Mat. Res. Soc
Symp. Proc., Vol.69(1986) 111-125 Material Researc
h Society)。図2において、実線31,33は、図1
に示した構成を持つバイアス周波数が1.6MHzの本
実施形態によるシリコン酸化膜エッチング装置において
得られた結果を表し、点線32,34は同じ構成を持つ
バイアス周波数が400kHzの従来の同装置における
結果を表す。
FIG. 2 shows an opening diameter of 0.3 μm and a depth of 1.5 μm.
(33, 34) and the bias power density dependence of the thermal wave (TW) signal intensity of the silicon substrate exposed to plasma under the same conditions (33, 34). 3
1, 32). It is known that the correlation between the thermal wave signal intensity and the occurrence rate of lattice disorder and defects and the implanted concentration of impurity atoms is quantitative, and it is known that the greater the ion impact damage, the higher the thermal wave signal intensity. Yes (Allen Prosengwaig: Thermal
Wave Inspectionin IC Manufacturing, Mat.Res.Soc
Symp.Proc., Vol. 69 (1986) 111-125 Material Researc
h Society). In FIG. 2, solid lines 31 and 33 correspond to FIG.
Represents the results obtained in the silicon oxide film etching apparatus according to the present embodiment having the configuration shown in FIG. 7 and having a bias frequency of 1.6 MHz, and dotted lines 32 and 34 represent the results obtained in the conventional apparatus having the same configuration and the bias frequency of 400 kHz. Represents

【0026】バイアス周波数が400kHzの場合に
は、バイアス電力密度が3W(ワット)/cm2 以上の
領域では、サーマルウェーブ信号強度が500以上とな
るが、開口径0.3μm深さ1.5μmのコンタクトホ
ール内でエッチングを進行させるためには5W/cm2
以上のバイアス電力密度が必要であり、イオン衝撃ダメ
ージを抑制し、かつ微細なパターンを加工することは不
可能である。これに対し、図1に示した構成を持ちバイ
アス周波数が1.6MHzのプラズマエッチング装置で
は、バイアス電力密度が6W/cm2 以下の領域ではサ
ーマルウェーブ信号強度が500以下を満足し、4W/
cm2 以上のバイアス電力密度で、開口径0.3μm、
深さ1.5μmのコンタクトホール内においても、実用
的なエッチング速度を確保できる。つまり、図1に示し
た構成を有するバイアス周波数が1.6MHzの本実施
形態によるプラズマエッチング装置では、イオン衝撃ダ
メージを抑制しつつ、エッチング性能を確保することが
できる。
When the bias frequency is 400 kHz, in the region where the bias power density is 3 W (watt) / cm 2 or more, the thermal wave signal intensity is 500 or more, but the aperture diameter is 0.3 μm and the depth is 1.5 μm. 5 W / cm 2 for etching to proceed in the contact hole
The above bias power density is required, and it is impossible to suppress ion impact damage and to process a fine pattern. On the other hand, in the plasma etching apparatus having the configuration shown in FIG. 1 and the bias frequency of 1.6 MHz, the thermal wave signal intensity satisfies 500 or less in the region where the bias power density is 6 W / cm 2 or less and 4 W / cm 2.
With a bias power density of not less than 2 cm 2 and an aperture diameter of 0.3 μm,
A practical etching rate can be ensured even in a contact hole having a depth of 1.5 μm. That is, in the plasma etching apparatus according to the present embodiment having the configuration shown in FIG. 1 and having a bias frequency of 1.6 MHz, it is possible to secure etching performance while suppressing ion impact damage.

【0027】図3は、アンテナ比100000、絶縁膜
厚さ10nmのアンテナMOSの絶縁破壊の発生率のバ
イアス電力密度依存性(35,36)と、同じ条件のプ
ラズマに曝したシリコン基板上のシリコン酸化膜のエッ
チング速度とのバイアス電力密度依存性(37,38)
を示す。図3において、実線35,37は図1に示した
構成を持つバイアス周波数が1.6MHzの本実施形態
によるシリコン酸化膜エッチング装置において得られた
結果を表し、点線36,38は同じ構成を持つバイアス
周波数が13.56MHzの従来の同装置における結果
を表す。バイアス周波数が13.56MHzの場合に
は、バイアス電力密度が2W/cm2 以上の領域で絶縁
破壊が発生し始め、4W/cm2 以上の領域では100
%に達するが、シリコン酸化膜のエッチングを進行させ
るためには3W/cm2 以上のバイアス電力密度が必要
であり、イオン衝撃ダメージを抑制しつつシリコン酸化
膜をエッチングすることは不可能である。これに対し、
図1に示した構成を持ちバイアス周波数が1.6MHz
のエッチング装置では、バイアス電力密度が6W/cm
2 以下の領域では絶縁破壊は全く発生せず、しかもシリ
コン酸化膜のエッチング速度はバイアス電力密度が4.
5W/cm2 の条件で飽和する。つまり、図1に示した
構成を持つバイアス周波数が1.6MHzの本実施形態
によるエッチング装置ではチャージアップダメージを生
ずることなく十分な処理速度を得ることができる。
FIG. 3 shows the dependence on the bias power density (35, 36) of the rate of occurrence of dielectric breakdown of an antenna MOS having an antenna ratio of 100,000 and an insulating film thickness of 10 nm, and the silicon on a silicon substrate exposed to plasma under the same conditions. Dependence of oxide film etching rate on bias power density (37, 38)
Is shown. In FIG. 3, solid lines 35 and 37 represent results obtained in the silicon oxide film etching apparatus according to the present embodiment having the configuration shown in FIG. 1 and a bias frequency of 1.6 MHz, and dotted lines 36 and 38 have the same configuration. The result in the conventional device with a bias frequency of 13.56 MHz is shown. In the case where the bias frequency is 13.56 MHz, dielectric breakdown starts to occur in a region where the bias power density is 2 W / cm 2 or more, and in the region where the bias power density is 4 W / cm 2 or more, 100% or less.
%, But a bias power density of 3 W / cm 2 or more is required to progress the etching of the silicon oxide film, and it is impossible to etch the silicon oxide film while suppressing ion impact damage. In contrast,
It has the configuration shown in FIG. 1 and the bias frequency is 1.6 MHz.
In the etching apparatus, the bias power density is 6 W / cm.
In a region of 2 or less, no dielectric breakdown occurs, and the etching rate of the silicon oxide film is such that the bias power density is 4.
Saturates under the condition of 5 W / cm 2 . That is, in the etching apparatus according to the present embodiment having the configuration shown in FIG. 1 and the bias frequency of 1.6 MHz, a sufficient processing speed can be obtained without causing charge-up damage.

【0028】前述の実施形態では、ヘリコン波プラズマ
源によるシリコン酸化膜の例によって説明したが、本発
明によるリモートプラズマ型プラズマ処理装置は、前述
の例に限定されるわけではない。例えば、アルミ合金や
多結晶シリコンのエッチング装置の他に、プラズマによ
る表面改質やプラズマCVD等を上げることができる。
またヘリコン波プラズマ源以外のリモートプラズマ発生
手段、例えばECR、TCP、ICP等に適用できるの
は勿論である。バイアス周波数は1.6MHzのバイア
ス用高周波電源の使用が最も好ましく、またバイアス周
波数は1.0MHz以上1.8MHz以下であれば好ま
しく、さらに0.8MHz以上2.0MHz以下であっ
ても同様の効果を得ることを期待できる。
In the above-described embodiment, an example of a silicon oxide film using a helicon wave plasma source has been described. However, the remote plasma type plasma processing apparatus according to the present invention is not limited to the above-described example. For example, in addition to an aluminum alloy or polycrystalline silicon etching apparatus, surface modification by plasma, plasma CVD, or the like can be used.
Of course, the present invention can be applied to remote plasma generating means other than the helicon wave plasma source, for example, ECR, TCP, ICP and the like. It is most preferable to use a high frequency power supply for bias of 1.6 MHz, and it is preferable that the bias frequency is 1.0 MHz or more and 1.8 MHz or less, and the same effect is obtained even if the bias frequency is 0.8 MHz or more and 2.0 MHz or less. You can expect to get.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、リモートプラズマ型プラズマ処理装置において、
ホルダおよび被処理物に印加されるバイアス用高周波電
力のバイアス周波数を所定範囲に含まれる周波数とした
ため、絶縁破壊ダメージやイオン衝撃ダメージを発生さ
せず、微細なパターンエッチングや膜堆積を十分な処理
速度で処理することができる。
As apparent from the above description, according to the present invention, in a remote plasma type plasma processing apparatus,
Since the bias frequency of the high frequency power for bias applied to the holder and the workpiece is within a predetermined range, it does not cause dielectric breakdown damage or ion impact damage and has a sufficient processing speed for fine pattern etching and film deposition. Can be processed.

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

【図1】本発明の代表的実施形態を示すヘリコン波プラ
ズマ処理装置の概略的な構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a helicon wave plasma processing apparatus showing a typical embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態のヘリコン波プラズマ処理装置を使
用した場合と、従来のヘリコン波プラズマ処理装置を使
用した場合のサーマルウェーブ(TW)信号強度と、開
口径0.3μm、深さ1.5μmの微細ホール内部での
シリコン酸化膜エッチング速度のバイアス電力密度依存
性を比較したグラフである。
FIG. 2 shows the thermal wave (TW) signal intensity when the helicon wave plasma processing apparatus of the present embodiment is used and when the conventional helicon wave plasma processing apparatus is used, the opening diameter is 0.3 μm, and the depth is 1. 4 is a graph comparing the dependence of the etching rate of a silicon oxide film inside a 5 μm fine hole on bias power density.

【図3】本実施形態のヘリコン波プラズマ処理装置を使
用した場合と、従来のヘリコン波プラズマ処理装置を使
用した場合のアンテナMOS絶縁破壊発生率と、シリコ
ン酸化膜エッチング速度のバイアス電力密度依存性を比
較したグラフである。
FIG. 3 shows the dependency of the antenna MOS dielectric breakdown occurrence rate and the silicon oxide film etching rate on the bias power density when the helicon wave plasma processing apparatus of the present embodiment is used and when a conventional helicon wave plasma processing apparatus is used. 5 is a graph comparing.

【図4】従来のヘリコン波プラズマ処理装置の概略的な
構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional helicon wave plasma processing apparatus.

【図5】従来のECRプラズマ処理装置の概略的な構成
図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional ECR plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 プラズマ発生チャンバ 12 アンテナ 13 磁場コイル 14 被処理物 15 プロセスチャンバ 16 ホルダ 17 ソース電力供給用高周波電源 18 バイアス電力供給用高周波電源 20,21 マッチングボックス DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Plasma generation chamber 12 Antenna 13 Magnetic field coil 14 Workpiece 15 Process chamber 16 Holder 17 Source power supply high frequency power supply 18 Bias power supply high frequency power supply 20, 21 Matching box

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ発生空間内にプラズマを発生さ
せるプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置に連続
した真空容器内に配置されかつ被処理物を載置する被処
理物ホルダと、この被処理物ホルダに対してプラズマ発
生用とは別の高周波電力を印加する高周波電力供給手段
を備えてなるリモートプラズマ型プラズマ処理装置にお
いて、前記被処理物ホルダに供給される前記高周波電力
の周波数が0.8MHz以上2.0MHz以下であるこ
とを特徴とするリモートプラズマ型プラズマ処理装置。
1. A plasma generator for generating plasma in a plasma generation space, a workpiece holder placed in a vacuum vessel continuous with the plasma generator and for mounting a workpiece, and the workpiece In a remote plasma type plasma processing apparatus including a high-frequency power supply unit for applying a high-frequency power different from that for plasma generation to a holder, a frequency of the high-frequency power supplied to the workpiece holder is 0.8 MHz. A remote plasma type plasma processing apparatus having a frequency of not less than 2.0 MHz and not more than 2.0 MHz.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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