JPH11251300A - Method and apparatus for plasma treating - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable processing of sample plasma treatment uniformly with small low damage by using a magnetic field having a field gradient over specified value to the sample at an electron cyclotron resonance position. SOLUTION: By the use of the interaction of the electric field of microwave generated by a magnetron and fed into a treating chamber 10 through a waveguide 16 with a static magnetic field generated by solenoid coils 14, 15, a process gas is converted in a plasma at a low pressure and a sample, i.e., semiconductor integrated circuit on a substrate 13 is etched by the plasma, wherein the current ratio of the divided solenoid coils 14, 15 is changed so as to have the magnetic field gradient changed in a wide range at an electron cyclotron resonance position from a sample table 11 and using a magnetic field of 70 Gauss/cm or more. As a result, it is possible to uniformly plasma- process the sample 11 with small damages.

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】本発明はプラズマ処理方法お
よび装置に係り、特に半導体基板ウエハ等の試料を均一
かつ低損傷でエッチングするの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。The present invention relates to a plasma processing method and apparatus, and more particularly to a plasma processing method and apparatus suitable for etching a sample such as a semiconductor substrate wafer uniformly and with low damage.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のＥＣＲを用いたプラズマ処理装置
としては、例えば、特開平７−２３５３９４号公報に記
載のように、２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波に対
して電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を生じさせ、Ｅ
ＣＲ面の中心における磁場勾配の値を２０Ｇ／ｃｍ以
上、５０Ｇ／ｃｍ以下の範囲に設定し、安定かつ均一な
高密度のプラズマを得るようにしたものがある。また、
このような装置では、プラズマが発生させられる真空容
器の内部に設けた試料台に高周波電圧を印加して、プラ
ズマ中のイオンの試料への入射エネルギを制御するよう
にしている。2. Description of the Related Art As a conventional plasma processing apparatus using ECR, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-235394, electron cyclotron resonance (ECR) is applied to a microwave having a frequency of 2.45 GHz. Raise, E
There is one in which the value of the magnetic field gradient at the center of the CR plane is set in the range of 20 G / cm or more and 50 G / cm or less to obtain stable, uniform, high-density plasma. Also,
In such an apparatus, a high-frequency voltage is applied to a sample table provided inside a vacuum vessel in which plasma is generated, and the incident energy of ions in the plasma to the sample is controlled.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
磁場勾配が小さいので試料上での磁束密度が高く、試料
台に高周波の大電力を印加すると、磁力線による電子の
拘束によってバイアス電力の一部が放電エネルギに変換
されて試料上でプラズマを発生させさせてしまい、試料
上のプラズマ密度が不均一になって、エッチング速度の
不均一あるいは薄い酸化膜の特性劣化を引き起こすとい
う問題があった。In the above prior art,
Since the magnetic field gradient is small, the magnetic flux density on the sample is high, and when high frequency high power is applied to the sample stage, a part of the bias power is converted to discharge energy due to the restraint of electrons by the lines of magnetic force and plasma is generated on the sample. As a result, the plasma density on the sample becomes non-uniform, causing a problem that the etching rate becomes non-uniform or the characteristics of a thin oxide film deteriorate.

【０００４】本発明の目的は、試料のプラズマ処理を均
一かつ低損傷で加工することのできるプラズマ処理方法
および装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a plasma processing method and apparatus capable of processing a plasma of a sample uniformly and with low damage.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】周波数１ＧＨｚ以下の電
磁波を電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズ
マを発生させ、試料の処理を行うプラズマ処理方法にお
いて、ＥＣＲの位置における試料方向への磁場勾配が７
０Ｇａｕｓｓ／ｃｍ以上の磁場を用いることにより、達
成される。SUMMARY OF THE INVENTION In a plasma processing method for generating a plasma by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) and processing a sample, a magnetic field gradient in the direction of the sample at the position of the ECR is 7.
This is achieved by using a magnetic field of 0 Gauss / cm or more.

【０００６】また、周波数１ＧＨｚ以下の電磁波を電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズマを発生さ
せ、試料のプラズマ処理を行う装置において、試料を設
置する試料台上での磁束密度を５０Ｇａｕｓｓ以下とす
ることにより、達成される。Further, in an apparatus for generating a plasma by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) and performing plasma processing on the sample, the magnetic flux density on a sample table on which the sample is placed is set to 50 Gauss or less. Is achieved by

【０００７】また、周波数５００ＭＨｚ以下の電磁波を
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズマを発
生させ、試料のプラズマ処理を行う装置において、試料
を設置する試料台上での磁束密度を３０Ｇａｕｓｓ以下
とすることにより、達成される。In an apparatus for performing plasma processing by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 500 MHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) to perform plasma processing on a sample, the magnetic flux density on a sample stage on which the sample is placed is set to 30 Gauss or less. Is achieved by

【０００８】[0008]

【発明の実施の形態】周波数１ＧＨｚ以下の電磁波を用
いてＥＣＲを発生させ、かつ、ＥＣＲ位置での磁束密度
勾配を７０Ｇａｕｓｓ／ｃｍ以上とすることによって、
試料、例えば、ウエハ上での磁束密度を従来の４００Ｇ
ａｕｓｓ程度から５０Ｇａｕｓｓ以下に下げることがで
きる。ウエハ上での磁束密度を５０Ｇａｕｓｓ以下とす
ることにより、アース（処理室壁面）方向へのプラズマ
インピーダンスを低下させて、プラズマ中での電圧降下
およびパワー消費の両者を低減させることができる。こ
れにより、必要なイオン加速電圧を得るためのバイアス
パワーを従来より大幅に下げることができるので、バイ
アス電力のプラズマ中の消費による不均一なプラズマ発
生を抑制することができる。したがって、エッチング速
度およびエッチング形状の試料である被処理基板の面内
均一性の向上、チャージアップによる薄い酸化膜へのダ
メージを防止することができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS By generating ECR using an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less and making the magnetic flux density gradient at the ECR position 70 Gauss / cm or more,
The magnetic flux density on the sample, eg, wafer, is
Auss can be reduced to 50 Gauss or less. By setting the magnetic flux density on the wafer to 50 Gauss or less, the plasma impedance in the direction of the ground (wall surface of the processing chamber) can be reduced, and both the voltage drop and the power consumption in the plasma can be reduced. As a result, the bias power for obtaining the required ion acceleration voltage can be significantly reduced as compared with the related art, so that uneven plasma generation due to the consumption of the bias power in the plasma can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the in-plane uniformity of the substrate to be processed, which is a sample having an etching rate and an etching shape, and prevent damage to a thin oxide film due to charge-up.

【０００９】以下、本発明の一実施例を図１により説明
する。図１にプラズマ処理装置の構成を示す。本装置
は、マグネトロン（図示省略）によって発生され導波管
１６によって処理室１０に導入されるマイクロ波の電界
と、ソレノイドコイル１４，１５によって発生される静
磁界との相互作用を用いて、減圧下で処理ガスをプラズ
マ化させ、該プラズマによって試料である被処理基板１
３上の半導体集積回路をプラズマエッチングする、この
場合、ＥＣＲプラズマエッチング装置である。被処理基
板１３を配置している試料台１１には被処理基板１３に
バイアス電圧を印加するために高周波電源１２が接続さ
れている。マグネトロンおよび導波管１６を変更するこ
とによって処理室１０に異なる周波数のマイクロ波を導
入することができる。また、２分割されたソレノイドコ
イル１４，１５の電流比率を変えることによって試料台
からのＥＣＲ位置および磁場勾配を広い範囲で変化させ
ることができる。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows the configuration of the plasma processing apparatus. This apparatus uses an interaction between a microwave electric field generated by a magnetron (not shown) and introduced into the processing chamber 10 by the waveguide 16 and a static magnetic field generated by the solenoid coils 14 and 15 to reduce the pressure. The processing gas is turned into plasma under the substrate, and the plasma is applied to the processing target substrate 1 as a sample.
3, an ECR plasma etching apparatus for performing plasma etching on the semiconductor integrated circuit. A high-frequency power supply 12 is connected to the sample stage 11 on which the substrate 13 is disposed so as to apply a bias voltage to the substrate 13. By changing the magnetron and the waveguide 16, microwaves of different frequencies can be introduced into the processing chamber 10. Also, by changing the current ratio of the two divided solenoid coils 14 and 15, the ECR position from the sample stage and the magnetic field gradient can be changed in a wide range.

【００１０】被処理基板１３のプラズマ処理として、こ
の場合、薄いゲート酸化膜上のポリシリコン膜のエッチ
ングを取り上げ、エッチング速度，被処理基板のエッチ
ング形状の面内均一性の向上およびチャージアップによ
る下地の薄いゲート酸化膜への特性劣化を防止する方法
について説明する。この場合の一例として、エッチング
ガスは塩素で、処理圧力は０．８Ｐａである。In this case, the etching of the polysilicon film on the thin gate oxide film is taken as an example of the plasma processing of the substrate 13 to be processed. A method for preventing deterioration of characteristics of a thin gate oxide film will be described. As an example of this case, the etching gas is chlorine and the processing pressure is 0.8 Pa.

【００１１】従来の処理装置では導入マイクロ波の周波
数は２．４５ＧＨｚでＥＣＲ共鳴位置での磁束密度は８
７５Ｇａｕｓｓ，磁場勾配は５０Ｇａｕｓｓ／ｃｍ程度
を用いていた。この時のウエハ面内の処理速度の均一性
は±５％，ウエハ面内でのパターン寸法差が±１０％程
度であった。また、下地の薄いゲート酸化膜の電気特性
にばらつきがあり、一部にアニール処理を必要とする劣
化も見られた。In the conventional processing apparatus, the frequency of the introduced microwave is 2.45 GHz and the magnetic flux density at the ECR resonance position is 8
75 Gauss and a magnetic field gradient of about 50 Gauss / cm were used. At this time, the uniformity of the processing speed in the wafer plane was ± 5%, and the pattern dimensional difference in the wafer plane was about ± 10%. In addition, the electrical characteristics of the underlying thin gate oxide film varied, and some portions required deterioration by annealing.

【００１２】本発明を実施するためマグネトロンと導波
管１６を変更し、導入マイクロ波の周波数を９００ＭＨ
ｚとした。また、コイル１４と１５の電流値を調整し、
ＥＣＲ共鳴を３２０Ｇａｕｓｓで発生させかつ磁場勾配
を１００Ｇａｕｓｓ／ｃｍとした。その他の条件は上記
と同一である。このようにすることにより、共鳴点の磁
束密度が下がり磁場勾配が強まって、被処理基板位置で
の磁束密度は従来の４００Ｇａｕｓｓ程度から５０Ｇａ
ｕｓｓ程度に低下した。これにより処理室の壁方向への
プラズマインピーダンスが低下し、バイアス電力のプラ
ズマ部での放電による消費が少なくなって、従来より低
いバイアス電力で加工に必要なイオン加速を得ることが
できるようになった。また、プラズマ部で消費されるバ
イアス電力が小さくなったことにより、被処理基板であ
るウエハ近くでのプラズマ密度に不均一が発生しなくな
った。これにより、ウエハ面内の処理速度の均一性±３
％、ウエハ面内でのパターン寸法差±５％を得ることが
できた。また、下地のゲート酸化膜の電気特性のばらつ
きも抑えられ、アニール処理を必要とする劣化もなくな
った。In order to carry out the present invention, the magnetron and the waveguide 16 were changed so that the frequency of the introduced microwave was 900 MHz.
z. Also, the current values of the coils 14 and 15 are adjusted,
ECR resonance was generated at 320 Gauss and the magnetic field gradient was 100 Gauss / cm. Other conditions are the same as above. By doing so, the magnetic flux density at the resonance point decreases and the magnetic field gradient increases, so that the magnetic flux density at the position of the substrate to be processed is reduced from the conventional 400 Gauss to about 50 Gauss.
uss. As a result, the plasma impedance in the direction of the wall of the processing chamber is reduced, the consumption of bias power by the discharge in the plasma section is reduced, and ion acceleration required for processing can be obtained with a lower bias power than before. Was. In addition, since the bias power consumed in the plasma section has been reduced, the plasma density near the wafer to be processed no longer becomes non-uniform. As a result, the uniformity of the processing speed within the wafer surface ± 3
%, And a pattern dimension difference of ± 5% within the wafer surface. In addition, variations in the electrical characteristics of the underlying gate oxide film were suppressed, and deterioration requiring an annealing treatment was eliminated.

【００１３】本発明によれば、集積度の高い半導体回路
ウエハ等の試料を均一かつ低損傷で加工できるという効
果がある。According to the present invention, there is an effect that a sample such as a highly integrated semiconductor circuit wafer can be processed uniformly and with low damage.

【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の一実施例を示す装
置の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an apparatus showing one embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…処理室、１１…試料台、１２…高周波電源、１３
…被処理基板、１４，１５…ソレノイドコイル、１６…
導波管。Reference numeral 10: processing chamber, 11: sample table, 12: high-frequency power supply, 13
... substrate to be processed, 14, 15 ... solenoid coil, 16 ...
Waveguide.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】周波数１ＧＨｚ以下の電磁波を電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズマを発生させ、試
料の処理を行うプラズマ処理方法において、前記ＥＣＲ
の位置における前記試料方向への磁場勾配が７０Ｇａｕ
ｓｓ／ｃｍ以上の磁場を用いることを特徴とするプラズ
マ処理方法。1. A plasma processing method for processing a sample by generating a plasma by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) and processing the sample.
The magnetic field gradient in the direction of the sample at the position
A plasma processing method using a magnetic field of ss / cm or more. 【請求項２】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記試料上での磁束密度が５０Ｇａｕｓｓ以下とな
る位置で前記試料のエッチングを行うプラズマ処理方
法。2. The plasma processing method according to claim 1, wherein the sample is etched at a position where the magnetic flux density on the sample is 50 Gauss or less. 【請求項３】請求項１記載のプラズマ処理方法におい
て、前記試料上での磁束密度が３０Ｇａｕｓｓ以下とな
る位置で前記試料のエッチングを行うプラズマ処理方
法。3. The plasma processing method according to claim 1, wherein the sample is etched at a position where the magnetic flux density on the sample is 30 Gauss or less. 【請求項４】周波数１ＧＨｚ以下の電磁波を電子サイク
ロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズマを発生させ、試
料のプラズマ処理を行う装置において、前記試料を設置
する試料台上での磁束密度が５０Ｇａｕｓｓ以下である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。4. An apparatus for generating plasma by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 1 GHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) to perform plasma processing on a sample, wherein a magnetic flux density on a sample stage on which the sample is placed is 50 Gauss or less. A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned. 【請求項５】周波数５００ＭＨｚ以下の電磁波を電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）させてプラズマを発生さ
せ、試料のプラズマ処理を行う装置において、前記試料
を設置する試料台上での磁束密度が３０Ｇａｕｓｓ以下
であることを特徴とするプラズマ処理装置。5. An apparatus for performing plasma processing by subjecting an electromagnetic wave having a frequency of 500 MHz or less to electron cyclotron resonance (ECR) to perform plasma processing on a sample, wherein a magnetic flux density on a sample stage on which the sample is placed is 30 Gauss or less. A plasma processing apparatus characterized by the above-mentioned.