JPH10303188A - Method and device for plasma treatment - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To equally improve antipodal plasma treating characteristics, such as the film forming speed, film quality, etching rate, etch selectivity, etching accuracy, etc., by modulating the amplitude or frequency of the high-frequency power applied upon a mount section on which a treated substrate is mounted from the high-frequency power source in a state where plasma is generated. SOLUTION: A high-frequency power source 14 is provided in a treating chamber 10 and a high-frequency power amplifier 19 is connected to the power source 14. The 13.56-MHz output signal of a standard signal generator 21 is AM-modulated by means of an AM modulator 20 in accordance with a signal from a modulated signal generator 22 and supplied to the amplifier 19. The generator 22 can generate an arbitrary waveform, such as the rectangular wave, sine wave, etc., having a changed period and a changed amplitude. The 13.56-MHz output signal of the standard signal generator 21 is inputted to the high-frequency power amplifier 19 after the signal is modulated by generating a modulated signal which modulates the output signal of the generator 21 into the waveform corresponding to a treated object with plasma. The waveform from the amplifier 19 is applied upon the high-frequency electrode 14.

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に好
適なプラズマ処理方法、およびその装置に関するもので
ある。 【０００２】 【従来の技術】プラズマ処理は真空に排気した処理室
に、処理ガスを導入し、処理室内に設けた平行平板電極
に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、処理を行
うものである。処理内容としてはプラズマにより発生し
た処理用ガスのイオンやラジカルにより、レジストで形
成したパターン通りに膜をエッチングするドライエッチ
ング、プラズマにより処理ガスを分解し膜を形成するプ
ラズマＣＶＤ、プラズマにより処理ガスの重合反応を起
し、膜の形成を行うプラズマ重合などである。 【０００３】近年これらプラズマ処理が半導体装置の高
集積化や太陽電池の低コスト化に伴い急激に生産に用い
られるようになってきた。そこで生産歩留の向上を図る
ため、より高度な処理特性が求められている。例えばド
ライエッチングでは生産性を高めるためにエッチングレ
ートを上げること、歩留りの向上を図るために目的とす
る膜と、Ｆ地材とのエッチングレート比、すなわち選択
比を大きくすることや微細なパターンが高精度でエッチ
ングできることが要求されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】プラズマ処理では従
来、エッチングや成膜の特性コントロールをガスの種
類、ガス圧力、ガス流量、高周波電力のコントロール等
により行ってきた。 【０００５】しかしながら従来のコントロール要因で
は、ドライエッチングを例にとってみると次のような問
題があり、十分な特性を得ることができなかった。 【０００６】第１にガス圧力を高くすると選択比はよく
なるが、エッチング精度は悪くなるという問題点があっ
た。 【０００７】第２に高周波電力を高くするとエッチング
レートは高くなるが選択比が悪くなるという問題点があ
った。 【０００８】本発明の目的は従来技術の問題点に鑑み、
成膜速度と膜質やエッチングレート、選択比とエッチン
グ精度など相反するプラズマ処理特性を共に向上させる
プラズマ処理方法およびその装置を供給することにあ
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、プラズマ処理装置を、被処理基板を載
置する載置部と真空に排気する排気部とガスを導入する
ガス導入部とを備えた処理室と、排気部により処理室の
内部が真空に排気されてガス導入部からガスが導入され
た状態で処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ
発生手段と、このプラズマ発生手段でプラズマを発生さ
せた状態で載置部に載置した被処理基板に入射するイオ
ンのエネルギを制御するイオンエネルギ制御手段とを備
えて構成した。 【００１０】更に、上記目的を達成するために、プラズ
マ処理装置を、高周波電源に接続して被処理基板を載置
する載置部と真空に排気する排気部とガスを導入するガ
ス導入部とを備えた処理室と、排気部により処理室の内
部が真空に排気されてガス導入部からガスが導入された
状態で処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発
生手段と、このプラズマ発生手段でプラズマを発生させ
た状態で高周波電源から載置部に印加する高周波電力の
振幅または周波数を変調する変調手段とを備えて構成し
た。 【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
では、プラズマ処理方法において、真空に排気された処
理室の内部にガスを導入して所望の圧力に設定し、この
所望の圧力に設定した状態で処理室の内部にプラズマを
発生させ、このプラズマを発生させた状態で処理室の内
部の載置台に載置した被処理基板に入射するイオンのエ
ネルギを制御しながら被処理基板を処理するようにし
た。 【００１２】更に、上記目的を達成するために、本発明
では、プラズマ処理方法において、真空に排気された処
理室の内部にガスを導入し、このガスを導入した状態で
処理室の内部にプラズマを発生させ、このプラズマを発
生させた状態で処理室の内部の被処理基板を載置する載
置台に振幅または周波数を変調した高周波電力を印加し
ながら被処理基板を処理するようにした。 【００１３】 【作用】上記したプラズマ処理方法及び装置を用いてプ
ラズマを発生させる１０9Ｈｚ以上のＧＨｚ程度の高周
波電力に時間的に変調をかけることにより、イオンエネ
ルギとその分布、電子偏度分布、ラジカル量や種類等
が、被処理対象物にあわせてコントロールできる。 【００１４】 【実施例】本発明による実施例を説明する前に、その原
理について、以下にいくつかのプラズマ処理方法および
装置を用いて説明する。 【００１５】従来の平行平板電極に５〜２０ＭＨｚ程度
（13.56ＭＨｚ）の高周波電圧を印加するドライエッチ
ング方法では、イオンエネルギ分布および、電子温度分
布はガス圧力、高周波電力で決る分布となる。したがっ
てアルミ膜などをエッチングする場合、アルミ自身のエ
ッチングには高いエネルギのイオンは不用であり、下地
材である酸化膜やシリコン膜のエッチングにはイオンの
エネルギが必要である。したがってイオンエネルギを小
さい条件にすると選択比を向上させることができる。 【００１６】しかしアルミ表面の酸化膜除去、および高
精度エッチングのためには、レジスト面をイオンでたた
き出てきたガスによるサイドエッチング防止用のサイド
ウォール形成が必要であり、高いエネルギのイオンが不
可欠である。 【００１７】そこで従来方法によるイオンエネルギー分
布を図１に模式的に示す。 【００１８】Ａ部のイオンエネルギは不可欠であるた
め、下地材をエッチングするＢ部のイオンが存在し、選
択比を十分大きくすることができない。 【００１９】そこで図２に示す従来の高周波印加電圧に
対し本発明の原理による図３に示すＡＭ変調した高周波
電圧印加によるエッチング方法について説明する。 【００２０】従来の処理条件に比べガス圧を高く設定す
る。 【００２１】ｔ1の部分では従来のＶ1より低いＶ2の高
周波電圧を印加する。この時ガス圧が高いために、ｔ1
の部分では入射するイオンエネルギは低くなるが放電電
流は増加する。このため、電極からプラズマに流れる電
子のエネルギは低下するが数が増加し、エッチングに寄
与するラジカルの生成が増加する。 【００２２】ｔ2の部分では高い圧力下でもＶ1より高い
Ｖ3の高周波電圧を印加するようにする。そのため酸化
膜除去やサイドウォール形成に十分なイオンエネルギを
得ることができる。この時のイオンエネルギ分布を図４
に模式的に示す。 【００２３】ｔ1部分の放電ではＤに示すような低エネ
ルギのイオンやラジカルの量が増加するため、エッチン
グレートを高めることができる。 【００２４】ｔ2部分の放電ではＣに示す高エネルギの
イオンが生成され、そのイオン量とエネルギはｔ1とｔ2
の時間比率と印加電圧Ｖ3によりコントロールできる。 【００２５】そのためＣ部分は必要最少限のイオンエネ
ルギとイオン量にコントロールでき、下地のエッチング
速度を最少限にすることができる。 【００２６】以上ＡＭ変調をかけた場合について説明し
たが図５に示すＦＭ変調でも同様の効果を得ることがで
きる。ｔ4部分ではｔ3部分の13.56ＭＨｚに対し１ＭＨ
ｚと周波数を低くすることにより放電電圧が高くなり、
入射イオンエネルギが高くなる。 【００２７】本発明の原理による図３の変調方法による
エッチング特性と、従来のエッチング特性を図６に示
す。 【００２８】次にもう一つの本発明によるエッチングの
原理を説明する例として、半導体ウェハのシリコン酸化
膜をエッチングする場合について説明する。シリコン酸
化膜の下にはシリコン層があり、酸化膜のエッチングが
完了した後、シリコン層のエッチングが進まないようシ
リコン酸化膜のエッチング速度とシリコンのエッチング
速度の差ができるだけ大きい方がよい。この時シリコン
は酸化膜に比べ低いイオンエネルギでエッチングされる
ため、酸化膜とシリコンの選択比を大きくするにはイオ
ンエネルギの分布が、酸化膜のエッチングに必要なレベ
ルより高くなければならない。このイオンエネルギを高
くするためにはガス圧力を低くするか、高周波電力を大
きくしなければならない。 【００２９】しかしガス圧力の低い条件ではイオンエネ
ルギは高くなるがイオン化率が低下し、エッチング速度
が低くなる。また高周波電力を大きくする条件ではイオ
ンエネルギの増加に伴い、発生する熱量も増加し、ウェ
ハの温度も高くなる。 【００３０】半導体製品を作るウェハはウェハ面上にパ
ターンを形成するため、エッチング前にレジストのパタ
ーンが形成されている。このレジストはウェハ温度が約
120°Ｃを越えると軟化し、パターン形状がくずれ、高
精度なエッチングできなくなり、場合によってはレジス
トが変質し、エッチング後完全に除去することができな
い、などの問題を生じる。 【００３１】本発明の原理においては、図７に示すよう
に従来より高い高周波電圧Ｖ4をｔ5秒間印加した後、ｔ
6秒間は印加電圧を小さくするというように周期的に変
調した高周波電圧を印加する。この印加された高周波電
力はｔ5、ｔ6の部分を平均化すると従来の高周波電力と
同じにしている。 【００３２】さきほど述べたようにＳｉＯ2のエッチン
グではＳｉなどに比べ高いエネルギのイオンが必要であ
り、エッチング速度、選択比を大きくするためには、イ
オンエネルギがＳｉＯ2エッチングに必要なレベルより
高い方に分布していなければならない。 【００３３】しかるに本発明の原理による放電ではｔ5
の部分ではＶ4を大きくし、ウェハに高いエネルギのイ
オンが入射し、ｔ6の部分ではＳｉをエッチングするエ
ネルギもない低い電力で放電する。 【００３４】以上より供給される高周波電力は従来と同
等であるため、ウェハの表面に形成されたレジストが軟
化することもなく、イオンエネルギの分布だけを高く
し、エッチングレートを２.５倍に選択比を１.８倍にす
ることができた。 【００３５】以上本発明によるエッチング方法の原理に
ついて述べたが、プラズマ重合やプラズマＣＶＤでも同
様の効果を得ることができる。生成した膜の特性はプラ
ズマ内の電子温度や、入射イオンエネルギ、シース付近
に生成されるイオンやラジカルに関係する。 【００３６】また電子温度をはじめこれらイオンやラジ
カルはさきにエッチングで説明した変調を行うことによ
り、分布、イオンやラジカルの種類、比率をコントロー
ルできる。したがってよりよい膜特性を得る条件が明ら
かになれば、それに合せて本発明による方法で放電プラ
ズマをコントロールし、処理特性を向上させることがで
きることは明らかである。 【００３７】なお以上に述べた本発明の原理では、高周
波印加電圧の周波数として13.56ＭＨｚを使用している
が、基本的には放電を発生させ、維持させる周波数であ
ればよい。 【００３８】また、変調周波数は現在のプラズマ処理時
間１分〜数十分に対し十分小さな値、すなわち任意の時
間でプラズマ処理を停止しても処理条件に差が生じない
程度であればよい。以上より高周波印加電圧の周波数は
１０2ＨＺ以上、変調周波数はそれより一桁小さい１０
ＨＺ以上の周波数であればよい。 【００３９】また本発明の原理の説明においては、平行
平板電極によるエッチングやＣＶＤ、プラズマ重合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものでな
く、外部容量形およびインダクタンス形電極によるプラ
ズマ処理、マイクロ波や電子サイクロトロン共鳴による
プラズマ発生を用いたプラズマ処理にも応用できること
は明らかである。これらの放電は処理室内に電極はない
が印加する高周波やマイクロ波に変調をかけることによ
りプラズマ内の電子温度分布や発生するイオン、ラジカ
ルの種類や量をコントロールでき、プラズマ処理特性を
コントロールできる。 【００４０】さらに、本発明の原理の説明においては、
矩形波による変調を行っているが、変調波形はこれに限
定されるものでないことは明らかである。つまりイオン
エネルギ分布電子温度分布、イオン、ラジカルの量、種
類の最適分布や比率が明らかな場合、変調波はそれに対
応する形で決るものである。 【００４１】次に、今まで述べた本発明によるプラズマ
処理方法を実現するプラズマ処理装置について説明す
る。 【００４２】図８は、先に述べたアルミ膜やシリコン酸
化膜をＡＭ変調放電でエッチングするのに用いるカソー
ドカップリング形のプラズマ処理装置である。 【００４３】処理室１０には処理用ガス供給口１１、排
気口１２が設けてある。また処理室内には接地されたア
ース電極１３と高周波電極１４があり、高周波電極は絶
縁プッシュ１５を介して処理室に固定し、周囲には処理
室内壁との放電を防止するシールドケース１６が設けて
ある。また高周波電極１４にはマッチングボックス１８
を介して高周波パワーアンプ１９が接続してある。13.5
6ＭＨｚの標準信号発生器２１の信号は、変調信号発生
器２２からの信号に従い、ＡＭ変調器２０でＡＭ変調さ
れ、高周波パワーアンプ１９に供給される。 【００４４】変調信号発生器２２は周期、振幅を変えた
矩形波や正弦波など任意の波形を発生することができ
る。 【００４５】変調信号発生器２２でプラズマ処理対象に
合せた図３や図７に示す波形に変調する変調信号を発生
し、13.56ＭＨｚの標準信号発生器２１の信号を変調し
て高周波パワーアンプ１９に入力する。 【００４６】高周波パワーアンプ１９からは図３や図７
に示すような波形が出力され、マッチングボックス１８
を通って高周波電極１４に印加される。ＡＭ変調の場
合、周波数は同じであるため、13.56ＭＨｚ用のマッチ
ングボックスでマッチングを取ることができる。 【００４７】以上によりプラズマ処理方法で述べた放電
プラズマを発生し、プラズマ処理を行うことができる。 【００４８】プラズマエッチングやプラズマＣＶＤなど
に用いるアノードカップリング形のプラズマ処理装置は
本実施例のアース電極１３と高周波電極１４の位置を交
換することで実現できる。 【００４９】図９に、本発明の原理を用いたＦＭ変調方
式によるアノードカップリング電極のプラズマ処理装置
に原理を示す。 【００５０】処理室２５には処理用ガス供給口２６、排
気口２７があり、上部には絶縁プッシュ３０、シールド
ケース３１を設けた高周波電極２８があり、下部にはア
ース電極２９がある。 【００５１】ウェハ３２はアース電極２９に載せ、高周
波電極２８には並列に設けられた13.56ＭＨｚ用マッチ
ングボックス３３と１ＭＨｚ用マッチングボックスを介
して高周波パワーアンプ３５に接続してある。 【００５２】13.56ＭＨｚの標準信号発生器３７の信号
は変調信号発生器３８からの信号に従い、ＦＭ変調器３
６で13.56ＭＨｚの部分と、１ＭＨｚの部分に変調され
る。 【００５３】13.56ＭＨｚと１ＭＨｚの比率は変調信号
により任意に設定できる。変調された信号は、高周波パ
ワーアンプ３５により増幅され、13.56ＭＨｚの周波数
部分は13.56ＭＨｚ用マッチングボックス３４を通り、
１ＭＨｚの部分は１ＭＨｚ用マッチングボックスを通っ
て高周波電極２８に伝達される。これにより電極間に変
調された高周波の放電が発生し、プラズマ処理を行うこ
とができる。 【００５４】上記した本発明の原理の説明においては、
変調信号の発生を変調器で行っているがこれに限定され
るものではなく図１０に示すような原理によってでも行
うことができる。 【００５５】標準信号発生器４０の信号をそれぞれ異な
る分周器４１に入れ、各分周器からの出力はアッテネー
タ４２により個別に変えられるようになっている。 【００５６】各アッテネータからの出力は加算器４３で
加算される。この装置では分周器き４１の数にもよるが
アッテネータ４２をそれぞれ設定することにより変調波
形と同等の信号を得ることができる。 【００５７】図１１に、本発明の原理を用いた電子サイ
クロトロン共鳴方式のプラズマ処理装置の実施例を示
す。 【００５８】2.45ＣＨｚの標準信号発生器４４の信号は
変調信号発生器４６の信号に従いＡＭ変調器４５で変調
されパワーアンプ４７で増幅されて導波管４８に入る。 【００５９】変調されたマイクロ波は導波管４８に導び
かれ、石英製の処理室５０に入る。この処理室５０の周
囲には磁場を発生させるコイル４９と５１が設けられて
おり、磁場とマイクロ波による電子の共鳴でプラズマが
発生する。この時の電子のエネルギは入力マイクロ波の
強度に関係するため、変調により電子温度分布が制御で
き、それに伴い発生するイオンラジカルの種類、量をコ
ントロールできる。 【００６０】したがって電子サイクロトロン共鳴方式の
エッチング装置やＣＶＤ装置のエッチング特性や膜質を
コントロールすることができる。 【００６１】なお５４は処理用ガス導入管、５５は排気
管、５２はステージ、５３は基板である。 【００６２】以上プラズマ処理方法、およびプラズマ処
理装置の原理の説明及び実施例について述べたが、これ
からも明らかなように本発明はプラズマを応用するすべ
ての処理方法、処理装置に適用できることは本実施例の
説明から容易に維持できるものである。 【００６３】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ラズマ中の電子温度分布、イオン、ラジカルの種類と
量、イオンエネルギ分布をコントロールすることがで
き、プラズマ処理の性能、すなわち、エッチング処理に
おけるエッチングレート、選択比、エッチング精度、成
膜における成膜速度、膜質を向上させる効果がある。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method suitable for manufacturing a semiconductor device and an apparatus therefor. 2. Description of the Related Art In a plasma processing, a processing gas is introduced into a processing chamber evacuated to a vacuum, and a high-frequency voltage is applied to a parallel plate electrode provided in the processing chamber to generate plasma to perform the processing. is there. The processing contents include dry etching for etching a film according to a pattern formed by a resist using ions or radicals of a processing gas generated by plasma, plasma CVD for decomposing a processing gas by plasma to form a film, and plasma for processing gas by plasma. Plasma polymerization in which a polymerization reaction occurs to form a film. In recent years, these plasma treatments have been rapidly used for production as semiconductor devices become more highly integrated and solar cells become less costly. Therefore, in order to improve the production yield, higher processing characteristics are required. For example, in dry etching, increasing the etching rate in order to increase productivity, increasing the etching rate ratio between the target film and the F base material in order to improve the yield, that is, increasing the selectivity, and increasing the fine pattern It is required that etching can be performed with high precision. Conventionally, in plasma processing, characteristics of etching and film formation have been controlled by controlling the type of gas, gas pressure, gas flow rate, high frequency power, and the like. However, the conventional control factors have the following problems when dry etching is taken as an example, and sufficient characteristics cannot be obtained. First, when the gas pressure is increased, the selectivity is improved, but the etching accuracy is deteriorated. Second, when the high frequency power is increased, the etching rate is increased, but the selectivity is deteriorated. In view of the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide
It is an object of the present invention to provide a plasma processing method and apparatus for improving both plasma processing characteristics such as film forming speed, film quality and etching rate, and selectivity and etching accuracy. In order to achieve the above object, according to the present invention, a plasma processing apparatus is provided with a mounting section for mounting a substrate to be processed, an exhaust section for evacuating to a vacuum, and gas introduction. A processing chamber provided with a gas introduction part, and a plasma generation means for generating plasma inside the processing chamber in a state where the inside of the processing chamber is evacuated to a vacuum by the exhaust part and gas is introduced from the gas introduction part, An ion energy control means is provided for controlling the energy of ions incident on the substrate to be processed mounted on the mounting portion while the plasma is generated by the plasma generation means. Further, in order to achieve the above object, a plasma processing apparatus is connected to a high-frequency power source, a mounting section for mounting a substrate to be processed, an exhaust section for evacuating to a vacuum, and a gas introducing section for introducing gas. A plasma generating means for generating plasma inside the processing chamber in a state where the inside of the processing chamber is evacuated to a vacuum by an exhaust unit and gas is introduced from a gas introduction unit, and the plasma generating means. And a modulating means for modulating the amplitude or frequency of the high-frequency power applied from the high-frequency power supply to the mounting portion while the plasma is being generated. In order to achieve the above object, according to the present invention, in a plasma processing method, a gas is introduced into a processing chamber evacuated to a vacuum and set to a desired pressure. In this state, plasma is generated inside the processing chamber, and in this state, the processing of the substrate is performed while controlling the energy of ions incident on the substrate mounted on the mounting table inside the processing chamber. I did it. Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, in a plasma processing method, a gas is introduced into a processing chamber evacuated to a vacuum, and a plasma is introduced into the processing chamber with the gas introduced. Is generated, and in a state where the plasma is generated, the substrate to be processed is processed while applying high-frequency power whose amplitude or frequency is modulated to a mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the processing chamber. The above-described plasma processing method and apparatus are used to temporally modulate high-frequency power of about 10 9 Hz or more to generate plasma using the above-described plasma processing method and apparatus, thereby obtaining ion energy and its distribution, electron polarization distribution, radical The amount and type can be controlled in accordance with the object to be processed. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing an embodiment according to the present invention, its principle will be described below using several plasma processing methods and apparatuses. In the conventional dry etching method in which a high frequency voltage of about 5 to 20 MHz (13.56 MHz) is applied to the parallel plate electrodes, the ion energy distribution and the electron temperature distribution are determined by the gas pressure and the high frequency power. Therefore, when etching an aluminum film or the like, high energy ions are not necessary for etching aluminum itself, and ion energy is required for etching an oxide film or a silicon film as a base material. Therefore, when the ion energy is reduced, the selectivity can be improved. However, in order to remove the oxide film from the aluminum surface and to perform high-precision etching, it is necessary to form a side wall for preventing side etching by a gas that has been blown from the resist surface with ions, and high energy ions are indispensable. It is. FIG. 1 schematically shows the ion energy distribution according to the conventional method. Since the ion energy of the portion A is indispensable, ions of the portion B for etching the base material are present, and the selectivity cannot be sufficiently increased. An etching method by applying an AM-modulated high-frequency voltage shown in FIG. 3 according to the principle of the present invention with respect to the conventional high-frequency applied voltage shown in FIG. 2 will now be described. The gas pressure is set higher than the conventional processing conditions. At t1, a high-frequency voltage of V2 lower than the conventional V1 is applied. At this time, since the gas pressure is high, t1
In the portion, the incident ion energy is reduced, but the discharge current is increased. Therefore, the energy of the electrons flowing from the electrode to the plasma decreases, but the number increases, and the generation of radicals contributing to etching increases. At t2, a high-frequency voltage of V3 higher than V1 is applied even under a high pressure. Therefore, ion energy sufficient for removing the oxide film and forming the sidewall can be obtained. FIG. 4 shows the ion energy distribution at this time.
Is shown schematically in FIG. In the discharge of the portion t1, the amount of low energy ions and radicals as indicated by D increases, so that the etching rate can be increased. In the discharge of the portion t2, high energy ions shown in C are generated, and the amount and energy of the ions are t1 and t2.
And the applied voltage V3. Therefore, the portion C can be controlled to the minimum necessary ion energy and ion amount, and the etching rate of the base can be minimized. The case where the AM modulation is performed has been described above, but the same effect can be obtained with the FM modulation shown in FIG. In the t4 part, 1 MHZ compared to 13.56 MHz in the t3 part
Lowering z and frequency increases discharge voltage,
Incident ion energy increases. FIG. 6 shows the etching characteristics by the modulation method of FIG. 3 according to the principle of the present invention and the conventional etching characteristics. Next, as another example for explaining the principle of etching according to the present invention, a case where a silicon oxide film of a semiconductor wafer is etched will be described. There is a silicon layer under the silicon oxide film, and it is preferable that the difference between the etching rate of the silicon oxide film and the etching rate of silicon is as large as possible so that the etching of the silicon layer does not proceed after the etching of the oxide film is completed. At this time, since silicon is etched with a lower ion energy than the oxide film, the distribution of the ion energy must be higher than the level required for etching the oxide film in order to increase the selectivity between the oxide film and silicon. In order to increase the ion energy, the gas pressure must be reduced or the high frequency power must be increased. However, when the gas pressure is low, the ion energy increases but the ionization rate decreases, and the etching rate decreases. Further, under the condition of increasing the high-frequency power, the amount of heat generated increases with the increase of ion energy, and the temperature of the wafer also increases. In a wafer for producing a semiconductor product, a pattern of a resist is formed before etching to form a pattern on the wafer surface. This resist has a wafer temperature of about
If the temperature exceeds 120 ° C., softening occurs, the pattern shape is lost, and high-precision etching cannot be performed. In some cases, the resist deteriorates and cannot be completely removed after etching. According to the principle of the present invention, as shown in FIG. 7, after applying a high frequency voltage V4 higher than the conventional one for t5 seconds,
For 6 seconds, a high frequency voltage that is periodically modulated such that the applied voltage is reduced is applied. This applied high-frequency power is equal to the conventional high-frequency power when the portions at t5 and t6 are averaged. As described above, etching of SiO2 requires ions having higher energy than Si or the like. To increase the etching rate and the selectivity, the ion energy must be higher than the level required for etching SiO2. Must be distributed. However, in the discharge according to the principle of the present invention, t5
In the part, V4 is increased, ions of high energy are incident on the wafer, and in the part of t6, discharge is performed with low power having no energy for etching Si. Since the high-frequency power supplied from the above is the same as that of the prior art, the resist formed on the surface of the wafer is not softened, only the ion energy distribution is increased, and the etching rate is increased by a factor of 2.5. The selectivity could be increased by a factor of 1.8. Although the principle of the etching method according to the present invention has been described above, the same effect can be obtained by plasma polymerization or plasma CVD. The characteristics of the formed film are related to the electron temperature in the plasma, the incident ion energy, and ions and radicals generated near the sheath. The distribution, the type and the ratio of the ions and radicals can be controlled by performing the modulation described above for the ions and radicals including the electron temperature. Therefore, if the conditions for obtaining better film properties become clear, it is clear that discharge plasma can be controlled by the method according to the present invention and the processing properties can be improved accordingly. In the principle of the present invention described above, 13.56 MHz is used as the frequency of the high-frequency applied voltage. However, basically, any frequency may be used as long as it can generate and maintain a discharge. The modulation frequency may be a value sufficiently smaller than the current plasma processing time of one minute to several tens of minutes, that is, a value that does not cause a difference in processing conditions even if the plasma processing is stopped at an arbitrary time. From the above, the frequency of the high frequency applied voltage is 10 2 HZ or more, and the modulation frequency is 10
What is necessary is just a frequency higher than HZ. In the description of the principle of the present invention, etching, CVD, and plasma polymerization using parallel plate electrodes have been described. However, the present invention is not limited to this. It is apparent that the present invention can be applied to plasma processing using plasma generation by microwaves or electron cyclotron resonance. These discharges have no electrodes in the processing chamber, but by modulating the applied high frequency or microwave, the electron temperature distribution in the plasma and the types and amounts of generated ions and radicals can be controlled, and the plasma processing characteristics can be controlled. Further, in describing the principles of the present invention,
Although modulation is performed using a rectangular wave, it is clear that the modulation waveform is not limited to this. In other words, when the ion energy distribution, the electron temperature distribution, the amount of ions and radicals, and the optimal distribution and ratio of the types are clear, the modulated wave is determined in a corresponding manner. Next, a plasma processing apparatus for realizing the above-described plasma processing method according to the present invention will be described. FIG. 8 shows a cathode-coupling type plasma processing apparatus used for etching the aluminum film or the silicon oxide film described above by the AM modulation discharge. The processing chamber 10 is provided with a processing gas supply port 11 and an exhaust port 12. The processing chamber has a ground electrode 13 and a high-frequency electrode 14 which are grounded. The high-frequency electrode is fixed to the processing chamber via an insulating push 15, and a shield case 16 is provided around the processing chamber to prevent discharge from the processing chamber wall. It is. A matching box 18 is provided on the high-frequency electrode 14.
And a high-frequency power amplifier 19 is connected thereto. 13.5
The signal of the 6 MHz standard signal generator 21 is AM-modulated by the AM modulator 20 according to the signal from the modulation signal generator 22 and supplied to the high frequency power amplifier 19. The modulation signal generator 22 can generate an arbitrary waveform such as a rectangular wave or a sine wave whose period and amplitude are changed. The modulation signal generator 22 generates a modulation signal for modulating the waveforms shown in FIGS. 3 and 7 according to the plasma processing object, modulates the signal of the 13.56 MHz standard signal generator 21, and modulates the high frequency power amplifier 19. To enter. As shown in FIG. 3 and FIG.
Is output as shown in FIG.
And applied to the high-frequency electrode 14. In the case of AM modulation, since the frequencies are the same, matching can be performed with a matching box for 13.56 MHz. As described above, the plasma processing can be performed by generating the discharge plasma described in the plasma processing method. An anode-coupling type plasma processing apparatus used for plasma etching or plasma CVD can be realized by exchanging the positions of the earth electrode 13 and the high-frequency electrode 14 in this embodiment. FIG. 9 shows the principle of a plasma processing apparatus for an anode coupling electrode by the FM modulation method using the principle of the present invention. The processing chamber 25 has a processing gas supply port 26 and an exhaust port 27, an upper part has a high-frequency electrode 28 provided with an insulating push 30 and a shield case 31, and a lower part has a ground electrode 29. The wafer 32 is mounted on a ground electrode 29, and is connected to a high-frequency power amplifier 35 via a 13.56-MHz matching box 33 and a 1-MHz matching box provided in parallel with the high-frequency electrode 28. The signal of the 13.56 MHz standard signal generator 37 follows the signal from the modulation signal generator 38 and is applied to the FM modulator 3.
In step 6, the signal is modulated into a 13.56 MHz portion and a 1 MHz portion. The ratio between 13.56 MHz and 1 MHz can be arbitrarily set by the modulation signal. The modulated signal is amplified by the high frequency power amplifier 35, and the 13.56 MHz frequency portion passes through the 13.56 MHz matching box 34,
The 1 MHz portion is transmitted to the high frequency electrode 28 through the 1 MHz matching box. As a result, a high-frequency discharge modulated between the electrodes is generated, and plasma processing can be performed. In the above description of the principle of the present invention,
Although the modulation signal is generated by the modulator, the present invention is not limited to this, and the modulation signal can be generated by the principle shown in FIG. The signals of the standard signal generator 40 are input to different frequency dividers 41, and the output from each frequency divider can be individually changed by an attenuator 42. The outputs from each attenuator are added by an adder 43. In this apparatus, a signal equivalent to a modulation waveform can be obtained by setting the attenuators 42, though depending on the number of frequency dividers 41. FIG. 11 shows an embodiment of an electron cyclotron resonance type plasma processing apparatus using the principle of the present invention. The signal of the standard signal generator 44 of 2.45 CHz is modulated by the AM modulator 45 according to the signal of the modulation signal generator 46, amplified by the power amplifier 47 and enters the waveguide 48. The modulated microwave is guided by a waveguide 48 and enters a processing chamber 50 made of quartz. Coils 49 and 51 for generating a magnetic field are provided around the processing chamber 50, and plasma is generated by the resonance of the magnetic field and the electrons by the microwave. Since the energy of the electrons at this time is related to the intensity of the input microwave, the electron temperature distribution can be controlled by the modulation, and the type and amount of ion radicals generated accordingly can be controlled. Therefore, the etching characteristics and film quality of the electron cyclotron resonance type etching apparatus and CVD apparatus can be controlled. Reference numeral 54 denotes a processing gas introduction pipe, 55 denotes an exhaust pipe, 52 denotes a stage, and 53 denotes a substrate. The description of the principle and the embodiment of the plasma processing method and the plasma processing apparatus has been described above. As will be apparent from the above description, the present invention can be applied to all processing methods and processing apparatuses using plasma. This can be easily maintained from the description of the example. As described above, according to the present invention, it is possible to control the electron temperature distribution, the types and amounts of ions and radicals, and the ion energy distribution in the plasma, and the performance of plasma processing, that is, This has the effect of improving the etching rate in etching, the selectivity, the etching accuracy, the film formation rate in film formation, and the film quality.

【図面の簡単な説明】 【図１】従来の平行平板プラズマ処理におけるイオンエ
ネルギ分布を示す図。 【図２】従来のプラズマ処理における印加電圧を示す
図。 【図３】本発明によるＡＭ変調による印加電圧の原理を
説明する図。 【図４】図３に示す印加電圧の場合のイオンエネルギ分
布を示す図。 【図５】本発明によるＦＭ変調による印加電圧の原理を
説明する図。 【図６】本発明の原理によるエッチング特性と従来のエ
ッチング特性の比較図。 【図７】本発明によるシリコン酸化膜エッチング時の原
理を説明する図。 【図８】本発明によるプラズマ処理装置の略断面図。 【図９】本発明によるＦＭ変調装置の原理を説明する略
断面図。 【図１０】本発明による変調波発生の原理を説明するブ
ロック図。 【図１１】本発明による電子サイクロトロン共鳴式プラ
ズマ処理装置の原理を説明する略断面図。 【符号の説明】 １０…処理室 １４…高周波電極 １９…高周波パワーアンプ ２０…ＡＭ変調器 ３６…ＦＭ変調器 ４４…標準信号発生器 ４５…ＡＭ変調器 ４６…変調信号発生器 ４７…パワーアンプ ４９…コイルBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing ion energy distribution in conventional parallel plate plasma processing. FIG. 2 is a diagram showing an applied voltage in a conventional plasma process. FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of an applied voltage by AM modulation according to the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an ion energy distribution in the case of the applied voltage shown in FIG. 3; FIG. 5 is a view for explaining the principle of an applied voltage by FM modulation according to the present invention. FIG. 6 is a comparison diagram of the etching characteristics according to the principle of the present invention and the conventional etching characteristics. FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of etching a silicon oxide film according to the present invention. FIG. 8 is a schematic sectional view of a plasma processing apparatus according to the present invention. FIG. 9 is a schematic sectional view illustrating the principle of an FM modulation device according to the present invention. FIG. 10 is a block diagram illustrating the principle of generation of a modulated wave according to the present invention. FIG. 11 is a schematic sectional view illustrating the principle of an electron cyclotron resonance type plasma processing apparatus according to the present invention. [Description of Signs] 10 processing chamber 14 high-frequency electrode 19 high-frequency power amplifier 20 AM modulator 36 FM modulator 44 standard signal generator 45 AM modulator 46 modulation signal generator 47 power amplifier 49 …coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ (72)発明者 野口 稔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 藤井 輝 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification symbol FI H05H 1/46 H05H 1/46 B (72) Inventor Minoru Minoru 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Production technology Hitachi, Ltd. (72) Inventor Teru Fujii 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan Hitachi, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．被処理基板を載置する載置部と真空に排気する排気
部とガスを導入するガス導入部とを備えた処理室と、前
記排気部により前記処理室の内部が真空に排気されて前
記ガス導入部からガスが導入された状態で前記処理室の
内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、該プ
ラズマ発生手段でプラズマを発生させた状態で前記載置
部に載置した被処理基板に入射するイオンのエネルギを
制御するイオンエネルギ制御手段とを備えたことを特徴
とするプラズマ処理装置。 ２．前記イオンエネルギ制御手段が、イオンエネルギと
その分布とを制御することを特徴とする請求項１記載の
プラズマ処理装置。 ３．前記イオンエネルギ制御手段が、前記載置部に接続
する高周波電源と該高周波電源から前記載置部に印加す
る高周波電力の振幅または周波数を変調する変調部とを
備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
置。 ４．前記プラズマ発生手段は、前記載置部に接続する高
周波電源部を備え、該高周波電源部から前記載置部に高
周波電力を印加して前記処理室の内部にプラズマを発生
させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装
置。 ５．高周波電源に接続して被処理基板を載置する載置部
と真空に排気する排気部とガスを導入するガス導入部と
を備えた処理室と、前記排気部により前記処理室の内部
が真空に排気されて前記ガス導入部からガスが導入され
た状態で前記処理室の内部にプラズマを発生させるプラ
ズマ発生手段と、該プラズマ発生手段でプラズマを発生
させた状態で前記高周波電源から前記載置部に印加する
高周波電力の振幅または周波数を変調する変調手段とを
備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 ６．前記プラズマ発生手段は、前記載置部に接続する高
周波電源により前記処理室の内部にプラズマを発生さる
ことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。 ７．真空に排気された処理室の内部にガスを導入して所
望の圧力に設定し、該所望の圧力に設定した状態で前記
処理室の内部にプラズマを発生させ、該プラズマを発生
させた状態で前記処理室の内部の載置台に載置した被処
理基板に入射するイオンのエネルギを制御しながら前記
被処理基板を処理することを特徴とするプラズマ処理方
法。 ８．前記イオンのエネルギを制御することが、イオンの
エネルギとその分布とを制御することを特徴とする請求
項７記載のプラズマ処理方法。 ９．前記イオンエネルギを制御することを、前記載置部
に印加する高周波電力の振幅または周波数を変調するこ
とにより行うことを特徴とする請求項７記載のプラズマ
処理方法。 １０．前記プラズマを、前記載置台に高周波電力を印加
して発生させることを特徴とする請求項７記載のプラズ
マ処理方法。 １１． 真空に排気された処理室の内部にガスを導入
し、該ガスを導入した状態で前記処理室の内部にプラズ
マを発生させ、該プラズマを発生させた状態で前記処理
室の内部の被処理基板を載置する載置台に振幅または周
波数を変調した高周波電力を印加しながら前記被処理基
板を処理することを特徴とするプラズマ処理方法。 １２．前記プラズマを、前記載置台に印加した高周波電
力により発生させることを特徴とする請求項１１記載の
プラズマ処理方法。[Claims] 1. A processing chamber including a mounting portion for mounting a substrate to be processed, an exhaust portion for evacuating to a vacuum, and a gas introducing portion for introducing a gas; and the inside of the processing chamber is evacuated to a vacuum by the exhaust portion and the gas is exhausted. A plasma generating means for generating plasma inside the processing chamber in a state where gas is introduced from the introduction part, and a plasma generated by the plasma generating means incident on the substrate to be processed mounted on the mounting part. A plasma processing apparatus comprising: ion energy control means for controlling energy of ions to be generated. 2. 2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said ion energy control means controls ion energy and its distribution. 3. The said ion energy control means was provided with the high frequency power supply connected to the said installation part, and the modulation part which modulates the amplitude or frequency of the high frequency electric power applied to the said installation part from this high frequency power supply. 2. The plasma processing apparatus according to 1. 4. The plasma generating means includes a high-frequency power supply unit connected to the mounting unit, and applies high-frequency power to the mounting unit from the high-frequency power supply unit to generate plasma inside the processing chamber. The plasma processing apparatus according to claim 1. 5. A processing chamber having a mounting portion connected to a high-frequency power source for mounting a substrate to be processed, an exhaust portion for evacuating to a vacuum, and a gas introducing portion for introducing a gas; and the inside of the processing chamber is evacuated by the exhaust portion. A plasma generating means for generating plasma in the processing chamber in a state where gas is introduced from the gas introduction unit and the gas is introduced into the processing chamber, and the high frequency power supply in a state where plasma is generated by the plasma generating means. And a modulating means for modulating the amplitude or frequency of the high-frequency power applied to the section. 6. 6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein said plasma generation means generates plasma inside said processing chamber by a high-frequency power supply connected to said mounting section. 7. A gas is introduced into the processing chamber evacuated to a vacuum and set to a desired pressure, plasma is generated inside the processing chamber in a state where the pressure is set, and the plasma is generated in a state where the plasma is generated. A plasma processing method, wherein the substrate is processed while controlling the energy of ions incident on the substrate mounted on a mounting table inside the processing chamber. 8. 8. The plasma processing method according to claim 7, wherein controlling the ion energy controls the ion energy and its distribution. 9. 8. The plasma processing method according to claim 7, wherein controlling the ion energy is performed by modulating an amplitude or a frequency of a high-frequency power applied to the mounting unit. 10. 8. The plasma processing method according to claim 7, wherein the plasma is generated by applying high-frequency power to the mounting table. 11. A gas is introduced into the processing chamber evacuated to a vacuum, plasma is generated inside the processing chamber with the gas introduced, and a substrate to be processed inside the processing chamber is generated with the plasma generated. A plasma processing method, wherein the substrate to be processed is processed while applying high-frequency power whose amplitude or frequency is modulated to a mounting table on which the substrate is mounted. 12. The plasma processing method according to claim 11, wherein the plasma is generated by high-frequency power applied to the mounting table.