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JP3201223B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents
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JP3201223B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents

Plasma processing method and apparatus

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JP3201223B2
JP3201223B2 JP17979295A JP17979295A JP3201223B2 JP 3201223 B2 JP3201223 B2 JP 3201223B2 JP 17979295 A JP17979295 A JP 17979295A JP 17979295 A JP17979295 A JP 17979295A JP 3201223 B2 JP3201223 B2 JP 3201223B2
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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 an RF bias.
The sample 1 is placed on a sample stage 2, and the high frequency power shown in FIG. 12 is output from the high frequency power supply for bias 3, and a sine wave voltage is applied via a capacitor 4. Into the processing chamber 5, the processing gas is exhausted while flowing in, and the coil 7 and the insulator 8
The plasma is generated by the high frequency power applied via the. Since the amount of electrons supplied from the plasma to the sample is several tens to several hundred times larger than 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 positive ions as an etching species, and vertically enters the sample 1 to enable vertical etching. However, with the miniaturization of the sample pattern, various problems described below have arisen due to the charge-up of positive charges at 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 shown in FIG. 13, the peak potential is almost equal to 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 becomes almost zero, the electrons are hardly accelerated and enter the substrate. Since the capacitance component on the sample surface is zero or a large value, the sample surface potential is generally substantially 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, a local charge-up occurs in a sample. Ions are accelerated and vertically incident on the sample, so they reach the bottom of the fine pattern.On the other hand, electrons are not accelerated and are incident on the sample isotropically. No (electron shading phenomenon). Therefore, the side surface of the fine pattern is charged up negatively and the bottom surface is positively charged up.

【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 due to the electron shading causes various adverse effects in plasma etching. One of the most serious problems is local abnormal side etch (notch) in gate polysilicon processing.
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。
[0006] Charge up due to the electron shading phenomenon also occurs in the processing of metal wiring, causing damage to the gate oxide film. Positive charges generated on the bottom of the fine pattern by electron shading are collected on 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。
[0007] In addition, the charge-up due to the electron shading phenomenon is also a problem in the etching of fine holes such as trenches and contact holes, and causes abnormal shapes such as subtrench and bowing. As in the case of etching the polysilicon, the side of the hole is negatively charged and the bottom of the hole is positively charged. Due to this charge-up, the trajectory of ions serving as etching species is bent, and the ions enter the side surface of the hole or 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 an irregular shape such as a bowing or a subtrench occurs.

【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 Application Laid-Open No. 6-61182 discloses a plasma potential (V
By applying a pulse voltage having an amplitude (approximately 20 volts) of the difference between p) and the floating potential (Vf) and providing a longer period in which the sample surface potential (Vs) becomes equal to the plasma potential (Vp), It describes that electrons are incident on a sample to neutralize charges on the surface of the sample. However, since the acceleration energy of the electrons incident on the sample is zero, there is a disadvantage that the neutralization by the electrons is not sufficiently performed at the deep groove / hole or at 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 solves various problems such as notch, charge-up damage, bowing, subtrench, microloading, and reduction in etching rate in the hole depth direction caused by the electron shading phenomenon.

【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 which can improve the controllability of the shape of a fine pattern and the reduction of the etch rate in a deep groove / deep hole to obtain a desired etching shape. 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方法において、パルス幅をτw、パ
ルス周期をT、パルス振幅をVpls、プラズマポテン
シャルをVp、試料に加わる電圧の直流成分をV DC とし
た時、 0.001<(τw/T)<0.05 且つ、 Vp−V DC +5ボルト<Vpls となる正方向電位のパルスバイアス電圧を試料を載置す
る載置手段に容量成分を介して印加し、プラズマ中の電
子を加速して試料に入射させ、試料表面の微細パターン
の底面における正電荷のチャージアップを防止する こと
により達成される。
In a plasma processing method for converting a gas into a plasma under reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber using the plasma, a pulse width is set to τw,
The pulse period is T, the pulse amplitude is Vpls, and the plasma potential is
The Shall Vp, the DC component of the voltage applied to the sample and V DC
Then , the sample is placed with a pulse bias voltage having a positive potential that satisfies 0.001 <(τw / T) <0.05 and Vp−V DC +5 volts <Vpls .
To the mounting means via a capacitive component,
Accelerates the electron beam and makes it incident on the sample, and the fine pattern on the sample surface
This is achieved by preventing the positive charge from being charged up on the bottom surface of .

【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 a pulse bias voltage is applied to the sample, the surface potential (Vs) of the sample is set to a value at least 5 volts higher than the plasma potential (Vp), and electrons are accelerated and incident on the sample. As a result, the accelerated electrons can reach the bottom of the fine pattern on the sample surface, prevent charge-up of positive charges on the bottom, prevent notches, etc., and reduce the processing speed in deep grooves / holes. A decrease or the like can be prevented.

【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 One 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 in 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 those in FIG. 11 indicate the same members. In this embodiment, a bias pulse power supply 3 'shown in FIG. 1 is used in place of the bias high frequency power supply 3 of the conventional plasma processing apparatus shown in FIG. The bias pulse power supply 3 'periodically outputs positive-direction pulses as shown in FIG. When this pulse is applied to the sample 1 via the capacitance component 4, a sample surface potential (Vs) as shown in FIG. As shown in this figure, at 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 electrons are accelerated and incident on the sample. Here, τw is the pulse width, T is the pulse period, Vpls is the pulse amplitude, Vp is the plasma potential, and VDC 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。
FIG. 3 (a) / (b) / (c) shows the change of V DC / electron acceleration voltage / acceleration electron ratio when the pulse period T is changed while τw and Vpls are predetermined values. Show. FIG. 3 shows that the pulse amplitude (Vpls) is almost Vp (2
0 volts), and the (τw / T) dependency when the electron acceleration voltage is almost zero is also shown by the broken line graph.

【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, VDC is almost 0 volt, and the accelerating electron ratio is about 0.1 or smaller. The charge-neutralizing effect is greater when the acceleration electron ratio is closer to 1.0 and the electron acceleration voltage is higher. From FIG. 3 (c), when (τw / T) is about 0.001 or less, the ratio of the accelerated electrons is reduced, and the effect of electron acceleration is hardly obtained. Further, the region where V DC > −5 volts is a region that is not practically preferable because it is difficult to obtain a vertical shape due to insufficient ion acceleration and the etching rate is low. However, when the highest priority is given to the high selection ratio and the low damage, the upper limit of VDC need not be considered.

【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。
In the region where V DC <Vp−Vpls + 5, since the electron acceleration voltage is 5 V or less, electrons hardly reach the bottom of the deep groove or the deep hole. For this reason, it is a region where it is difficult to improve the shape due to electron acceleration or to reduce the etching rate in deep grooves / holes. When (τw / T) increases, the electron acceleration voltage rapidly decreases as shown in FIG. The region where the accelerating voltage is 5 volts or more varies depending on the type of plasma (electron temperature, electron density, type of ions, etc.), but generally (τw / T) <0.1, preferably (τw / T).
T) <0.05. Therefore, the portion where the preferable characteristics are obtained is a portion where −5 volt> V DC > Vp−Vpls + 5 volts 0.05> (τw / T)> 0.001. This corresponds to the portion shown by the thick line in FIG. In the case indicated by the broken line in FIG. 3A, there is no desired area.

【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 when the electron current flows into the sample 1 is almost proportional to Vpls−Vp + VDC , and when this value is 5 volts or more, the charge neutralizing effect at the deep hole or the bottom of the groove appears. Thus, when the 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 volts or more, adverse effects such as abrasion of the resist film and an increase in damage become 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
Is optimized in accordance with the material of the sample, the pattern, the aspect ratio of the hole, etc. within the range of the preceding values.

【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.
By optimizing ls, (τw / T), and the like, the electron acceleration voltage and the ion acceleration voltage can be set to desired values. However, as shown in FIG. The range is small. The small range of (τw / T) is limited by the small absolute value of VDC . To improve this, alternating current with a shorter cycle than the pulse cycle,
A pulse train having a large (τw / T) may be superimposed in a short cycle, and the minimum value of the absolute value of VDC may be set by the superimposed 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 AC having an amplitude Vrf and a pulse having an amplitude Vpls are superimposed. V DC at this time
The − (τw / T) characteristic is as shown in FIG.
By setting Vrf> 5 + Vp volts, (τ
Even in a region where w / T) is small, V DC <−5 volts, and desired characteristics can be obtained. Note that the minimum value of (τw / T) in the preferable region shown by the thick line in FIG. 4B corresponds to an acceleration 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 for setting the minimum value of the absolute value of VDC is shown in FIGS. FIG. 5A shows the amplitude Vrf.
This is an example in which a pulse is superimposed near the maximum peak of the alternating current (100 kHz-100 MHz) every n cycles of the alternating current.

【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 portion of the maximum voltage where the amplitude increases sharply, the sample surface potential (Vs) becomes Vp + 5 volts or more, and electrons are accelerated and enter the sample. Therefore, the accelerated electrons can reach the bottom of the fine pattern on the sample surface,
It is possible to prevent the charge up of the positive charges on the bottom surface, thereby preventing the occurrence of notches and the like, and to prevent the processing speed from decreasing in deep grooves / holes. In the case where the absolute value of VDC is limited by superimposing an AC or a pulse train, as shown in FIGS. 6B and 6D,
As a value of Vs, with a period of Vp + 5 volts or more,
There is a period near Vp below Vp + 5 volts.

【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 above-described pulse bias method has a drawback that the average of the ion acceleration voltage fluctuates in one cycle as shown in FIGS. 6 (b) and 7 (b). FIG. 8 shows an example in which the voltage of the sample stage is clamped to improve this.

【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 capacitor 11 for holding a set voltage are used.
1 is connected to a clamp power supply to clamp a decrease in the average value of the ion acceleration voltage to a predetermined voltage. When the basic pulse shown in FIG.
Vclamp is Vclamp = V DC −v (v is 0
-10 volts). In this case, as shown in FIG. 8B, the capacitance component (C
Since the capacitance component (Cs) on the sample surface is much larger than that of (0), the change in the sample surface potential (Vs) due to ion incidence can be significantly reduced by clamping the voltage on the sample stage. When the waveform shown in FIG. 5B whose amplitude changes periodically is used, the clamp voltage Vcla is used.
mp, Vclamp = V DC -Vrf-v (v is 0
8 to 10 volts) as shown in FIG.
The same effect as in (b) is 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 a capacitance component (Ce: for example, the capacitance of the electrostatic attraction film) exists between the sample 1 and the sample stage 2 and the value is much smaller than Cs, the value is shown in FIG. In addition, the method of clamping the sample stage is less effective. In this case, as shown in FIG. 9, an electrode which is in direct contact with the sample 1 is provided, a capacitor 12 for holding a set voltage is connected to the electrode via a high-speed diode 10, and furthermore, via an inductance Lcl for filter. If the power supply is connected to a clamp power supply, 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>V DC >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。
[0028] In the conventional plasma, 0.01μs <τw <10μs preferably, 0.01μs <τw <0.5μs 0.001 < (τw / T) <0.1 , preferably 0.001 <( τw / T) <0.05 Vp + 10 volts <Vpls− 5 volts > V DC > Vp−Vpls + 5 volts Vp is about 10 to 20 volts In this embodiment, the case where plasma is generated by inductively coupled high frequency has been described. Can be commonly applied to, for example, microwave plasma, plasma by high frequency and DC magnetic field, and ECR plasma, 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 supply 3 'is not limited to the waveform shown in FIG.
The surface potential (V) of the sample is also shown in FIGS. 4 and 5 in which the alternating current is superimposed, the alternating current is varied, or a plurality of pulses shown in FIG.
The present invention can be similarly applied if the sum (τw) in one cycle of the electron acceleration period and its cycle (T) satisfy the above-mentioned conditions when s) becomes higher than the plasma potential (Vp) by 5 V or more.

【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>V DC >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、エッチレートの
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。
According to the present embodiment, the sample is provided with a pulse bias power supply for accelerating electrons of 5 V or more, and the DC component V DC and (τw / T) of the voltage applied to the sample are calculated as follows: −5 volts> V DC > Vp−Vpls + 5 volts 0.001 <(τw / T) <0.1, the electrons are accelerated at a potential of 5 volts or more to neutralize the charge-up of positive charges on the bottom of the fine pattern, Notch generation, micro loading,
It is possible to prevent a decrease in the etch rate in the deep groove / hole, and to set the ion acceleration voltage to a predetermined value or more, thereby preventing a decrease in the etch rate and a decrease in the directionality of ions. As a result, the charge neutralization at the groove bottom / hole bottom by the accelerated electrons is efficiently performed, and the shape controllability of the fine pattern and the deep groove /
The etch rate in deep holes can be reduced.

【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 where the positive potential sharply increases at predetermined intervals is applied to the sample mounting means, and a potential difference exceeding at least 5 volts near the sharp increase of the voltage is applied. By accelerating the electrons in the plasma to impinge on the sample and neutralizing at least a part of the surface charge of the sample, the charges are efficiently neutralized at the groove bottom / hole bottom by the accelerated electrons. Since the shape controllability of the fine pattern and the decrease in the etch rate in the deep groove / deep hole are improved, it is possible to improve the controllability of the shape of the fine pattern and the decrease in the etch rate in the deep groove / deep hole. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the 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 one 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。
2 is a diagram showing an output waveform of a bias pulse power supply 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 shows the relationship between V DC / electron acceleration voltage / acceleration electron ratio (τw /
T) is a diagram showing 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. 1;

【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。
FIG. 5 is a diagram showing output waveforms of another embodiment of the bias pulse power supply of the apparatus of FIG. 1;

【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。
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。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a clamp circuit of the device of FIG. 1;

【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。
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a clamp circuit of the device of FIG. 1;

【図11】従来のプラズマ処理装置を示す図である。FIG. 11 is a view 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 bias high-frequency power supply in FIG. 11;

【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。
FIG. 13 is a diagram showing a bias voltage waveform applied to the sample in FIG. 11;

【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 ': pulse power supply for bias, 4: capacitance element, 5: processing chamber, 6: high frequency power supply for plasma generation, 7: coil, 8 ...
Insulator, 10 high-speed diode, 11 capacitor for holding set voltage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−61182(JP,A) 特開 平2−301141(JP,A) 特開 平4−357829(JP,A) 特開 平1−100923(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-6-61182 (JP, A) JP-A-2-301141 (JP, A) JP-A-4-357829 (JP, A) JP-A-1- 100923 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [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、パルス幅をτw、パルス周期をT、パルス振幅をVpl
s、プラズマポテンシャルをVp、試料に加わる電圧の
直流成分をV DC とした時、 0.001<(τw/T)<0.05 且つ、 Vp−V DC +5ボルト<Vpls となる正方向電位のパルスバイアス電圧を前記試料を載
置する載置手段に容量成分を介して印加し、 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
面の微細パターンの底面における正電荷のチャージアッ
プを防止す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 a plasma under reduced pressure and processing a sample placed in a processing chamber using the plasma, wherein the pulse width is τw, the pulse period is T, and the pulse amplitude is Vpl.
s, the plasma potential is Vp, and the voltage applied to the sample is
When the DC component is V DC , the sample is loaded with a pulse bias voltage of a positive potential that satisfies 0.001 <(τw / T) <0.05 and Vp−V DC +5 V <Vpls.
Applying via a capacitance component to the mounting means for mounting , the electrons in the plasma are accelerated and incident on the sample, and the sample table
Of positive charge at the bottom of
A plasma processing method characterized in that the plasma processing is prevented .
【請求項2】 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、前記載置手段にパルスバイア
ス電圧を印加する手段とを具備したプラズマ処理装置に
おいて、前記パルスバイアス電圧の印加手段は容量素子を介して
前記載置手段に接続し、 前記パルスバイアス電圧はパルス幅をτw、パルス周期
をT、パルス振幅をVpls、プラズマポテンシャルを
Vp、試料に加わる電圧の直流成分をV DC とした時、 0.001<(τw/T)<0.05 且つ、 Vp−V DC +5ボルト<Vpls を満足し、前記プラズマ中の電子を前記試料に入射させ
る加速期間を有した正方向電位とした ことを特徴とする
プラズマ処理装置。
2. A sample mounting means, a processing chamber containing the sample mounting means, a means for supplying gas into the processing chamber, a means for exhausting the processing chamber, and a plasma in the processing chamber. Means for generating a pulse via;
And a means for applying a pulse voltage.
The pulse bias voltage is τw in pulse width and pulse period.
Is T, the pulse amplitude is Vpls, and the plasma potential is
When Vp and the DC component of the voltage applied to the sample are V DC , 0.001 <(τw / T) <0.05 and Vp−V DC +5 V <Vpls are satisfied. Into the sample
A plasma processing apparatus characterized in that the potential is set to a positive potential having an acceleration period .
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